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【关键词】隧道;软土;施工技术
0.前言
目前在山岭软土隧道的施工方法,主要有台阶法和双侧壁导坑法、中隔墙法等。双侧壁导坑法和中隔墙法相对台阶法施工存在以下缺点:一是限制了大型施工机械的使用,降低了工效;二是在软硬围岩相间的隧道施工中,施工方法的调整时间很长;三是临时支护多,投入大,经济性差;四是施工中相互干扰大。在广梧高速公路大洞隧道施工中,采用台阶法和双侧壁导坑法相结合的施工方法,是由于大洞隧道65m范围内不存在软硬相间围岩;目的是在拱脚施工条形基础提高拱脚承载力。该隧道采用此法成功地解决了隧道整体下沉、拱脚变形扭曲等难题,确保了工程质量和工期。
1.工程概况
大洞隧道位于广梧高速河口至平台段,隧道分左、右线设置,右线全长857.0m(RK59+778~RK60+635),左线全长807m(LK60+290~LK61+097)。其中软土围岩65米(LK60+290~LK60+355)隧道建筑限界宽为10.25米,隧道建筑内轮廓采用单心圆断面,半径为R=5.80米,最大埋深128米。
1.1 地形地貌
大洞隧道洞址区属丘陵地貌,由于长期风化、剥蚀作用,山体较陡峻,沟谷较发育,沿山体残坡积物及风化层覆盖普遍,植被生长较茂盛。隧道穿越丘陵分水岭地带,隧道轴线地段山脊分水岭高程约320~340米。进洞口自然坡的坡角约25°~35°。山体发现两处小型滑坡,主要为覆盖层的浅层滑坡。
1.2 地层岩性
根据地质调查、物探(初勘)和钻探资料,勘察区地层由第四系搜盖层(Q)和奥陶系中统缩尾岭组(02S)的碎屑岩组成。红~黄色素填土,稍湿~湿,顶部成分以砂岩碎石为主,含少量粘土和细砂,结构较紧密,底部以细砂、粘性土为主,结构较松散,该段含水量较大,主要以砂粘土(砂岩全风化物)和碎石土为主,结构构造全部被破坏,矿物成分除石英外,大部分风化成土状,含水量较大无承载能力。地下水出水状态少数地段呈淋雨状或涌流状出水,大部份地段呈潮湿或点滴状出水。
1.3 水文地质条件
隧道以侵蚀地貌为主,沟谷较发育。大气降水呈短小径流由分水岭向两侧排泄,隧道经过地段的基岩透水性差,为弱透水一相对隔水岩层,加之山坡(体)上普遍覆盖植物和残坡积物,大气降水多沿山坡流走,故地下水不丰富,有限的地下水主要埋藏在近地表风化、半风化基岩和残坡积层中,为浅层孔隙、裂隙潜水。山沟地表水和地层中的孔隙裂隙潜水可能对隧道掘进带来较大困难。
1.4 结构设计
大洞隧道洞口段采用VI级围岩加强衬砌,超前支护为?准108×4.5大管棚、长20m,环向间距为40cm;初期支护为RD25N中空注浆锚杆,长3.5米,梅花型布置间距100cm×50cm;C20喷射混凝土,厚25cm;20×20cm的?准8钢筋网;钢拱架采用I20a工字钢,间距50cm,全环设置;二次衬砌及仰拱采用模筑钢筋混凝土,厚60cm,主筋为Φ25钢筋,间距25cm。
1.5 隧道下沉情况及处理
LK60+290~LK60+308段采用半断面环行开挖,开挖后初期支护变形大,根据监控量测反馈信息,拱顶沉降最大值达到47厘米,周边收敛值达到20厘米,严重影响到隧道衬砌厚度;地表出现较大裂缝,裂缝最大宽度5厘米,破坏较严重。
由于隧道下沉较大处理较困难,根据广梧高速公路施工进展情况,采用降坡的方法处理下沉过大。将原设计纵坡坡度0.9%调为0.87%,即改变坡度和坡长,保证衬砌的厚度。
2.隧道开挖分析
2.1 讨论采用双下侧导坑施工方案的可行性
大洞隧道左线出口洞口VI类围岩施工中,隧道拱顶下沉大,地表出现不同程度的下沉及开裂现象,拱脚局部有开裂的现象。通过对左线施工情况及右线地质资料的分析,洞口段(即LK60+290~ LK60+346段)隧道位于堆积土中,隧道斜穿沟心,且土层松软、松散、含水,地基承载力低。同时隧道埋深浅,极难形成自拱度,靠围岩自身无法控制围岩变形,必须采取支撑措施,而基础承载力是主动支撑有效的前提和保证,超前探明地质情况,并进行基础处理就非常必要。采用台阶法施工,无法在有效的时间内通过基础处理提供足够的承载力,控制围岩变形。
超前小断面双下侧导坑施工方法可先行探明地质条件,提供空间进行基础处理,为隧道洞身支撑提供足够的基础承载力,从而达到控制围岩变形的目的。导坑断面小,易于操作和控制变形,导坑底板支护(需进行软弱层处理)能提供足够地基承载力抵抗拱脚的垂直压力及侧压力,下部中心土开挖时同设计有底部仰拱,支护结构仍封闭成环,从面大大减少了拱架及地表下沉的可能性。
2.2 优化设计方案
在LK60+308~LK60+366段增设双层6.0m长?准42超前注浆小导管,环向间距30cm,搭接长度不小于2.5m,外插角分别为15°、60°,钢架支撑采用I25a,纵向间距50cm;环向连接筋由Φ22螺纹钢改为厚度为9mm的钢板,间距由原设计1.2m调整为1.0m。
小导坑采用格栅拱架,间距80cm进行支护。为了提高仰拱承载力,仰拱打设?准89×4的钢管桩进行加固,梅花型布置,其间距50cm,长3.50米,打设后注超细水泥浆,注浆压力在1.5MPa~2.0MPa。
3.隧道施工
3.1 施工方法
根据前期施工存在的问题,现采用台阶法和双侧壁导坑法相结合的施工方法,半断面开挖时,出碴采用无轨运输,挖掘机、正铲侧卸式装载机配合8吨自卸汽车运输出碴;小导坑开挖时,采用人工开挖,小拖拉机配合人工出碴,及时进行支护;仰拱加固紧跟并且及时施作衬砌混凝土。
3.2 钢管桩施工
3.2.1 钢管桩加工
钢管桩采用?准89×4无缝钢管,前端加工成圆锥状,长度20cm;钢管桩管体下半部分须加工溢流孔,以利于注浆施工,孔口lm范围内不加工溢流孔,溢流孔直径8mm、间距25cm。
3.2.2 钻孔、下管及注浆施工
按每次lm进度指标进行清除施工障碍物工作,并施工临时排水管等措施进行场地排水,杜绝施工场地受水浸泡现象发生;测量放线,标出钻孔位置;钻机钻孔(可直接夯进)、下管,注超细水泥(MC)单液浆,注浆压力为1.5~2.0Mpa,注浆完成后,对桩间土进行轻型触探试验,锤击数大于35击,承载力不小于250kpa,达不到时,进行加密等处理。每处理完成5m,进行仰拱混凝土施工,其间用过车梁保证已施工段稳定。
3.3 导坑条形基础施工
根据工地条件, 导坑条形基础施工,钢筋在导坑内绑扎关模后,采用泵送C25混凝土进行施工,先施工水平条形基础后,安装拱脚,再施工竖直条形基础。
4.经验与成效
4.1 通过大洞隧道施工过程,可以看出:对设计文件中所提供的地层地质参数要进行充分的现场复查,对地层的性状应充分的了解和认识,对设计地质条件必须进行正确判断。针对隧道的地质性状,施工前应有详细周密的施工组织方案和施工技术措施,并且要经充分的研讨和分析。施工设备和机具选型必须符合技术方案要求。施工前应做好施工突发事件的应急预案。施工要有高素质、精干和稳定的与当前施工相匹配的技术服务和监督队伍,加强施工生产监督管理,才能确保施工顺利进行。
关键词:公路隧道施工要点
中图分类号:X734文献标识码:A 文章编号:
公路隧道施工工程开挖面积大, 深度大, 在工程施工中很容易发生坍塌的事故,工程的质量对施工的顺利完成起着决定性作用。隧道施工中,要严格进行质量控制,确保整个施工安全, 同时,由于隧道地质的复杂性和多样性,工程人员一定要认真分析, 制定合理的施工计划,做到防范于未然,将危险事故的发生排除到施工之外,加强施工监督,确保隧道施工顺利完成。
一、公路隧道施工的基本特征
隧道施工与路基、桥涵施工有着很大的不同,其主要表现在以下方面:
1、隐蔽性强,隐蔽工程多。除了外饰、安装配套工程以外几乎全是隐蔽工程。
2、设计与施工差异性大。由于洞内的地质条件千变万化,初始的设计文件必须随着围岩的实际状况而作出“动态”的设计变更或修改。
3、施工安全要求高于路基和桥梁工程。因为施工作业面均在洞内进行,而洞内的自然环境千变万化,安全危险源总是随着洞身的延长而增加,并且有很多危险源是不可预见的,如:瓦斯、涌水、溶洞、暗河、松散堆积层等,这就对施工的安全工作提出了更高更细更严的要求。
4、施工作业面少,工序环节紧紧相扣,施工作业连续性强,组织管理水平要求高,受外界自然因素影响少。
5、工程质量监控难度大,容易偷工减料,而且质量的评定难,是否优良不能仅从外观或有无渗漏水几个指标就能够评判出来。
6、施工队伍要求专业性强,机械设备和劳保设施高于其他路桥工程,一般一个洞的工作面投入需200万~400万元。
二、公路隧道施工要点
根据隧道工程的特点,总体施工顺序:施工准备测量放样洞口防排水工程施工明洞开挖防护超前管棚施工洞身掘进洞身支护二次衬砌洞内路面整平层洞内路面面层洞内边沟洞门工程墙面瓷砖、拱部内墙喷涂、电器安装等竣工验收。
1、洞口施工
土方施工采用机械化作业,主要用浅眼台阶爆破法进行石方爆破,用小炮松动进行底部和边坡爆破,这样可以保护边坡和底板免受破坏。另外在明洞拉槽开挖前要事先根据路基情况做好排水工作,要先期完成洞口环形截水沟。
2、洞身开挖
围岩不一样,采用的开挖方法也不一样。首先对于Ⅴ级围岩,条件比较差,可以先进行超前管棚施工,采用留核心土分部开挖法。采用弱爆破进行预裂爆破,一定要严格控制炸药用量,遵循管超前,弱爆破、严注浆,短开挖,强支护,早封闭、勤测量的原则。先施工管棚超前支护,然后再开挖上部环形部,上部初期支护完毕之后进行核心土开挖,最后进行下部开挖及支护。开挖完成后马上喷射混凝土封闭围岩,然后打锚杆、挂网,钢拱支撑后,经分层喷射混凝土至设计厚度。对于Ⅳ级围岩,采用上半断面长台阶法。在上断面支护保证岩体稳定的条件下,进行边墙扩大及底部开挖,施工时视实际情况调整,另外要控制爆破药量,确保光面爆破效果。
3、防排水层施工
防水工程:在衬背面设置隧道专用防卷材,在原衬砌层和防水卷材之间设置土工布,可作衬砌背缓冲层和排水层。自防水结构抗渗标号要达到S8。排水工程:在喷锚层和衬砌之间设置隧道专用复合防水卷材,复合防水卷材可以使漏水从衬砌背面通过排水滤层排至墙角,再由墙角处衬背纵向盲沟集水,然后通过横向排水管引出。需要注意的是衬背纵向盲沟要采用100mmHDPE打孔波纹管,在防排水层外面设置盲沟,固定在喷锚层面上。在原衬砌和衬背土工布排水层之间设置环向排水盲沟,环向盲沟采用5 0 m m H D P E 打孔波纹管,一般间距为V级围岩2m,IV级围岩5m,III级围岩10m。
4、隧道二次衬砌
为了保证二次衬砌的质量,提高工效,二次衬砌可以采用自行式全断面钢模台车配砼输送泵泵送入模,震捣采用插入式震捣器配合附着式震捣器,衬砌用砼可以采用商品砼。另外为了防止由于施工原因柔性防层可能出现局部地防水失败,二次衬砌一定要做成自防水砼结构,而且要采用低碱性膨胀水泥砼。
5、仰拱、铺底等施工
仰拱和铺底施作,会影响到车辆的通行,因此可以采取防干扰简易平台做为过渡通道。及时的施作仰拱与铺底工作有利于搞好洞内排水和防止隧道基底软化,而且早闭合,能够早日确保洞内道路的畅通,还有防塌方效果。
三、公路隧道施工的质量控制措施
1、公路隧道开挖质量控制
与水工、铁路隧道相比,隧道开挖断面的尺寸要符合设计的要求,公路隧道的断面较大,在围岩松软且地压力较大的情况下,对围岩的扰动大,围岩变形较大,其轮廓对围岩块体的不利切割多,应根据计算及实测施工数据留足预留变形量及支撑沉落量,且为了满足公路建筑界限的要求,防止出现净空不够的现象,公路隧道多采用扁平的断面型式,根据围岩类型选择合适的断面开挖方法和施工工艺,使得拱顶围岩处于不利的应力状态。一般常用的施工方法为钻爆法,如果开挖表面不平整将导致局部围岩应力集中,对于硬岩宜采用光面爆破,并且影响防水层和衬砌施工,软岩采用预裂爆破,形成存水的空洞;采用半断面开挖方法时,如发生较多的超挖,下半断面开挖厚度及用药量要严格控制,减小扰动增加出渣量和回填工程数量;如发生欠挖,对于开挖轮廓面的规整度采用目测方法进行检验,则会影响隧道净空或减小衬砌厚度造成隐患。并与设计断面放在同一极坐.对于隧道开挖质量的控制,标下进行比较,一般包括开挖断面规整程度和断面尺寸及超欠挖控制两个方面,从而得出隧道超欠挖的详细资料,及时指导施工。
2、隧道支护质量控制
隧道开挖后要及时支护,喷射混凝土的质量检验包括水泥、砂等原材料的检验及喷射混凝土强度、厚度的检验,限制围岩的变形,喷射混凝土与围岩粘结强度检验及施工粉尘、回弹率的检验,以减小荷载并发挥其自承能力。喷射混凝土强度检验试块的制取可用喷大板法,目前公路隧道施工多采用锚喷支护,直接在支护上凿取混凝土块,在围岩较差的地段可采用钢支撑,或凿孔检查,包括钢格栅及型钢支撑。对于锚喷支护,喷射混凝土与围岩粘结强度检验可在模具内放置一定尺寸,应检测锚杆的加工质量,加工成试件进行劈裂法测试,安装质量及喷射混凝土的原材料质量和喷射施工质量。锚杆加工质量的检验包括锚杆材料质量检验,粗糙度与围岩相当的石块,如抗拉强度和延展性与弹性等指标的检测,或直接在围岩岩面预埋装有拉杆的加力板,锚杆规格如直径的检验。锚杆拉拔力测试通过千斤顶加载测试,进行拉拔试验。注浆饱满程度及杆长可通过超声波检测仪器测定,但目前应用还不广泛。
3、隧道防水系统质量控制
如前所述,对于高分子防水卷材的质量要求主要是抵抗施工破坏能力强,公路隧道的防排水要求高,其材料检测的内容包括长度、宽度和厚度检测,目前的公路隧道防排水系统多为采用夹在两层衬砌之间的高分子防水卷材防水层,耐老化、耐酸碱、低温柔性好、寿命长。和沿隧道壁环向、纵向、横向设置的排水盲管,并且还需按照规定的尺寸和形状裁出试件,将渗水引排至纵向排水管集中排除,进行拉伸强度、扯断伸长率、撕裂强度检测、耐老化检测、低温柔性实验等。接头宽度应满足要求,防排水系统的质量检测评定尚无统一的行业标准规定。接头应牢固,强度不小于同质材料,防水层的质量检验也应分材料检验与施工安装检验两部分进行,不得有气泡、折皱及空隙。
4、隧道衬砌质量控制
施工中由于围岩松动或其他原因会导致二次衬砌产生裂缝,对于此类情况,对于裂缝的检查可采用塞尺或刻度放大镜观测其深度及宽度,可采用超声波或雷达探测技术进行检测,并根据情况采取处理措施。在施工中,用雷达进行检测时,还可能出现衬砌背后填塞不密实,高频波的穿透深度小,或衬砌内部存在空洞、蜂窝等情况。由于施工的原因,根据检测的目的选择合适的频率,拱顶部位的空洞、衬砌厚度不足等问题较多,然后沿隧道断面布置测线。应加强检测,但往往受仪器技术水平所限,雷达探测还可以检测衬砌厚度、裂缝、钢拱架埋设等情况,精度稍差,需要实际钻孔验证。
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关键词:公路隧道;施工技术
中图分类号:TU984 文献标识码:A 文章编号:
1 公路隧道施工概述
某公路隧道围岩状况如下:上覆有新黄土和坡积或冲洪积亚粘土,显现出湿陷的特点,而下伏又存在离石组老黄土,且局部存在少量钙质结构,总体而言,该项公路隧道围岩具有易坍塌、易掉块和成洞性差的不利施工因素。不但如此,该隧道施工场地局部位置还有暗沟、穿越冲沟和落水洞,这也不利于隧道施工。公路隧道施工中作业线安排尤为重要。依据工程设计及施工场地地质状况,有序开展如下五道工序:首先实施中导洞作业;其次是中导洞掘进40~50米深度时实施中墙浇注;再次是中墙混凝土强度超过70%时实施左洞挖掘作业,而右洞挖掘滞后于10m范围内进行;最后是关注围岩变形情况,当围岩变形情况稳定时,可同时施展左右洞二次模筑衬砌作业,而围岩变形严重且初期支护力不足时,可以采取两种举措,一是及时加强围岩初期支护力,二是修改二次衬砌设计参数,并起前进行混凝土模筑作业。除此之外,应将左右洞二次衬砌与掌子面距离保持在25m~35m范围内。上述作业流程涉及到中导洞、中墙、左洞、右洞和二次模筑衬砌五道工序,这有力拓展了公路隧道施工的作业面,也为隧道施工奠定坚实基础。
2 公路隧道施工方法
2.1 超前防护环节
因场地地质条件不同,超前支护参数也有所不同,为此应提前做现场注浆效果对比试验。试验结果表明:新黄土中浆液的扩散半径超过了50cm,而老黄土中浆液的扩散半径为3cm。为此,可选用超前大管棚对土质松散的新黄土实施支护,可选用φ50超前小管棚对土质密实的老黄土实施支护。这两种防护措施有很大不同,首先是超前大管棚施工,对联结部位的强度和刚度都有硬性要求,优先考虑丝扣连接方式,也可采用套管焊接方式,禁止两钢管直接对焊使用,钢管套接部分有长于两倍钢管直径的搭接长度。其次是φ50超前小管棚支护,为便于打设管棚眼和实施小导管注浆作业,可将洞口开挖出台阶状,将洞内开挖成核心土状,从而形成管棚施工所需的作业面,打设φ50超前小管棚后,再进行套拱混凝土浇筑和小导管注浆工序,从而形成φ50超前小管棚支护。
2.2 开挖隧道洞深环节
公路隧道洞深开挖环节包括中导洞开挖和左右洞开挖两大部分。
2.2.1 开挖中导洞
在成洞面设立起临时支护,依照中导洞的轮廓线挖槽,实施初喷砼工序后,在挖槽内设置首钢格栅拱架,在纵向钢筋的连接下,这个钢格栅拱架和洞外的钢格栅形成一个整体。继而实施挂钢筋网和喷射砼工序后,洞口棚架最终形成。小导管的打设以首榀钢格栅为支点,由超前小导管环向以10°为间距向钢格栅外侧打入,经由小导管注浆4h后,实施中导洞开挖作业。期间以0.5m~1m为循环开挖尺度,且在中导洞开挖成型后有中线和水平检测,最终数据符合隧道设计要求后,及时初喷5cm厚度的20号素砼。
2.2.2 开挖左洞与右洞
在隧道中墙砼强度达到设计的70%时,可采用两台阶法对左洞和右洞分步平行开挖。其中,上台阶相继挖出环形导坑和中核,中核与拱顶间相距1.6m,台阶长为10m,上台阶开挖所形成的土方被翻运到下台阶,并用装载设备运走。下台阶的开挖步骤严谨,继中槽开挖后将外侧边墙留有上宽2m、下宽4m的平台;当中槽挖进近6m时,跳开中槽去挖掘边墙,该马口槽的宽度为2m,净距为3m。除此之外,也同时实施仰拱开挖作业,达到设计要求则初喷5cm厚的素砼。边墙的锚杆受接出长钢的支撑延至中隔墙,按设计要求喷射素砼后形成封闭性的环形支护。当仰拱成型之后,应及时做仰拱浇筑作业,形成对围岩的有效支撑。对左洞和右洞的挖掘也存在技巧,一次开挖控制在1m内,且左洞开挖面领先于右洞10m。
2.3 初期支护环节
该施工环节由三部分组成,即超前小导管施工、系统锚杆施工和钢拱架施工。
2.3.1 超前小导管施工部分。用手风枪打眼,并用风枪加以推进,从而形成所需的钻孔。所用浆液由灰浆机拌制,并用注浆机加以注浆。因为地层致密度有所不同,将注浆压力控制于0.5 MPa~1.0MPa范围内。相邻两排小导管搭接形成的水平投影保持在超过1m的长度。
2.3.2 系统锚杆施工部分。不同施工环节采用了不同的锚杆,如中导洞与进出口成洞面临时支护所采用的是φ22mm螺纹钢砂浆锚杆,而左洞和右洞则选用φ25mm中空注浆锚杆。安装时间在三天内的锚杆不能受到敲击,更不能悬挂重物。实施初期喷砼工序后,按照设计中的梅花形布置点出锚杆孔的位置,用风动凿岩机在垂直岩面钻出所需要的孔洞,并用高压风清除孔洞内所存在的碴屑。如果选用的是砂浆锚杆,则在孔洞注浆后再插入锚杆、安装垫板和螺栓;如果选用的是中空锚杆,则是先安装锚杆再注浆,其注浆压力控制在0.5 MPa~1.0MPa范围内,且终压控制在2.0 MPa~2.5MPa范围内。上述两种注浆方法都采用30号水泥砂浆。
2.3.3 钢拱架施工部分。钢拱架是在预制场加工而成的,应该项工程断面设计的要求,我单位选用的是厚度为15mm的A3钢,下料极为精确,用钻床在钢板上定位栓孔,采用标准件的螺母和螺栓,采用分节焊接方式焊接而成。钢拱架安装前,先在围岩表面初喷5cm的混凝土,并测量安装拱架的顶面标高;再用φ22钢筋施作深度超过1.5m、外露为20cm的定位锚杆;将拱架底角的浮碴清理干净;预拼提前加工的拱架,并做质量保证,当工作平台准备就绪后,就运用装载机配合人工自上而下地进行拱架安装,拱架与围岩应最大限度地接近,当拱架和围岩间的缝隙较大时,可以选用坚硬的片石作为垫块以缩小二者间缝隙,将拱架和中线保持垂直,其四周偏差小于+5cm,斜度偏差小于±2 °;拱架拱脚有特定埋置深度,有锁脚锚杆与定位锚杆相焊接。
2.4 二次初砌环节
该环节包括中隔墙施工和左右洞二次模注初砌施工两部分。
2.4.1 中隔墙施工部分。对中隔墙基础做开挖作业,将已然弯制成型的隔墙钢筋做绑扎作业,对左洞及右洞的钢支撑接头钢板做预埋处理,并在主洞内设置纵向排水沟与环形排水盲沟。用特制钢模做立模处理,该模版与正洞的台车及模版的规格一致,并设置为9m长度,用外拉内顶的方法对模版予以加固。中隔墙中每段隔墙砼的浇注用泵加以输送。中导洞及隧道顶部的临时接触部分被密实地充塞。砼中被掺入早强剂,这使砼具有早强、缓凝和高流态的特点,当作业主体强度达到2.5MPa,就可以做拆模作业,并做了15天的洒水养护。
2.4.2 左、右洞二次模注初砌部分。隧道围岩变形情况被稳定后即可展开二次初砌施工。先做初期处理工作,如确保初期支护表面无明显的漏水和渗水,无突出的钢筋头和锚杆头,并保持支护表面的平整,铺设环向、纵向、横向的排水管及土工布与防水板。将在钢筋房中所加工的钢筋做现场绑扎或焊接,再依照设计要求预埋各类管、线、孔、件。当台车就位之后,对中线和标高做再次核查,确保二次初砌的轮廓达到设计标准,实施灌注作业时确保一次就完成一节段砼的灌注,用插入式振捣器进行振捣作业,因为砼中掺有防水剂,这使砼具有了早强、缓凝和高流态的特点,而砼被设于隧道出口附近的拌合楼内加以拌合,运用砼搅拌车对砼做运输,并采用输送泵做入模浇筑作业。当作业主体强度达到2.5MPa,就可以做拆模作业,并做了15天的洒水养护。
3 结束语
在公路隧道施工之前,应深切考虑工期要求、场地地质、断面形状、机械设备、技术水平等诸多因素,制定好优质的隧道施工方案,这样便于隧道施工的开展,也可以适用于不同级别的围岩,减少工序的转换。
参考文献:
[1] 马辉;刘仁智;陈寿根;高明忠.当前铁路隧道施工亟待解决的若干技术问题[J];现代隧道技术;2011,(9).
关键词:公路;隧道工程;施工;要点
Abstract: the tunnel structure is take cover engineering, and in the design process is hard to complete control engineering, hydrology geology condition, the objective factors can only exist in construction process to adopt targeted measures. In this paper, the highway tunnel project construction points are discussed.
Keywords: highway; Tunnel project; The construction; points
中图分类号: X734 文献标识码:A 文章编号:
隧道工程往往因地质状况复杂,如围岩软弱、 断层多、 破碎带、 夹泥带、富水;或因施工方法不当;或因片面追求降低施工费用; 或因勘测、 设计估计不足等等,引发隧道施工质量问题。为确保隧道工程施工质量,总结经验,吸取教训, 加强施工管理,把握有关要点做到超前控制尤为重要。
一、公路隧道工程施工准备阶段要点
此阶段工作的重点是熟悉审查图纸、 核查现场、 检查工地实验室及人、 机、 料准备情况、 审批总体及实施性施工组织设计、 控制测量等方面,总的目标是各项准备工作达到要求。
1、 根据地质钻探资料审查围岩分类,分析工程地质特征, 特别对岩层走向、 褶曲、 断层、 地下水、 特殊土可能对施工造成的不良影响有充分的预估, 以书面形式提出问题,要求承包商有充分的处治措施。
2、 有针对性的对施工现场进行“十查”, 即地质、 气象、 供水、 排水、 原材料、 动力供应、 运输条件、 弃渣、 场地、 地物的核查和调查。监理工程师必须心中有数, 处于超前状态督促、 指导承包商迅速落实。
3、 业主与承包商签定合同后,监理工程师就依据合同督促承包商按合同承诺的人员设备到位,开展临建、控制测量等筹备工作。要求工地实验室限期达到质监站临时资质审批的软硬件要求,认可有相应资质的实验检测单位, 为早日备料、 开工奠定基础。
4、承包商及时按合同规定的日期上报总体、 阶段性进度计划和实施性施工设计, 主要针对工期和时间安排的合理性、 施工准备的可靠性、 计划目标与施工能力的适应性。对地形构造偏压、 断裂带、 冰积层、 膨胀性围岩施工要有具体措施;结合洞口实际地形地质条件决定是否采取喷锚支护、 排除危石、 增加或接长明洞、 卸载反压、 地表预加固、 修筑排水设施等措施。
5、开工前监理工程师对两端反外控制点复测、 联测,增设的所有基准点进行检查并复测,每个洞口附近设不少于三个平面控制点和两个水准点以及控制隧道中心线的方向桩。
二、公路隧道工程施工阶段要点
1、隧洞开挖过程
(1)施工支护
首先要对不同类别的围岩,应采用不同结构型式的施工支护。
(a)Ⅵ级围岩可不支护,Ⅴ级围岩支护时,宜采用局部喷混凝土或局部锚杆。 为防止岩爆和局部落石,可局部加栓钢筋网。
(b)Ⅳ~Ⅲ级围岩可采用锚杆、 锚杆挂网、 喷混凝土或锚喷联合支护。 Ⅲ类围岩必要时可加设钢架。
(c)Ⅱ~Ⅰ级围岩宜采用锚喷挂网的联合支护形式,并可结合辅助施工方法进行施工支护。
(d)当地质条件差,围岩不稳定时,可采用构件支撑。
隧道洞口位置选择洞口位置选择好坏,将直接影响隧道施工、 造价、 工期和运营安全。
(a)洞口部分在地质上通常是不稳定的。 一般应设在山体稳定,地质条件好,排水有利的地方。
(b)洞口不宜设在沟谷低洼处和汇水沟处,一般宜将洞口移到沟谷地质条件较好的一侧有足够宽度的山嘴处。
(c)当洞口处为悬崖陡壁时,根据地质情况采用贴壁或采用接长明洞的办法,将洞口堆到坍方范围以外3m~5m处,
(d)洞口地形平缓时,一般也应早进洞晚出洞。 这时洞口位置选择余地较大,应结合洞外路堑、 填方、 弃渣场地、 工期等具体确定,以确保施工和运营安全。
(3) 洞身开挖
根据围岩级别和设计要求并结合现场实际地质情况采用相应的开挖方法:洞口段采用台阶法预留核心土开挖、Ⅳ 级、V 级围岩一般地段采用台阶法开挖 级围岩地段采用全断面法开挖当围岩条件发生较大变化时, 应适当延长或缩短台阶长度和每循环进尺, 确保开挖 支护质量及施工安全。 a) V级围岩, 采用台阶法预留核心土开挖施工 。b) Ⅳ 级围岩, 采用上半断面长台阶法施工。 c) Ⅲ级围岩, 采用全断面光面爆破开挖 全断面光面爆破采用斜眼掏槽, 保证开挖断面符合施工图要求。
2、 防水
光面爆破是初期支护防水的基础,它虽然不属于防水施工系统的范畴,但与防水施工密切相关,光面爆破可保证防水层基面大体平整,同时保证防水层的松弛预留量做到合理控制,可避免防水层被刺破或拉裂。
防水工程贯穿公路隧道施工过程。从材料进场、 技术交底、 员工培训;、 防水板场地选择硬化、 防水板焊接或粘接移动、 防水层挂板台车的设计、 安装、 就位、 公路隧道光面爆破、 初期支护、 基面检查处理、 挂防水板、 二次衬砌混凝土浇筑等工序都必须严格按技术规范施工,否则将会造成防水层的破裂,从而使公路隧道渗漏水。
3、 隧道排水
关于隧道衬砌外排水系统, 《公路隧道设计规范》 (JTG 070-2004)作如下规定:(1)在衬砌两侧边墙背后底部应设沿隧道的纵向排水盲管(沟),其孔径不应小于80cm。 (2)沿衬砌背后环向应设置导水盲管,其纵向间距不应大于20m,遇水量较大时,环向盲管应加密。环向盲管、 竖向盲管的直径不应小于50mm。 (3)环向盲管、 竖向盲管应与边墙底部的纵向排水盲管(沟)连通;纵向排水盲管(沟)应与横向导水管连通,以形成完整的纵横向排水系统。
4、隧道施工通风
施工通风是使洞内作业面空气达环境标准所采取的主要措施,洞内空气质量的好坏, 直接关系到洞内施工人员的身心健康和洞内工程的施工进度。 目前对于短隧道采取的通风方式主要是压入式通风, 对于长大隧道而言, 前期采用压入式通风, 当隧道掘进至一定长度后, 将采用巷道式通风, 巷道式通风充分利用隧道, 通过将通风机安设于洞内, 并设置风门, 洞内空气在左右线存在压差的情况下形成排风系统, 达到良好的通风功效和通风能力 巷道式通风布置示意图见图 1 。
图1巷道式通风布置示意图
5、竣工验收阶段
(1)评审已完工的分项工程与设计文件的符合程度,是否达到施工及验收规范中所提出的质量要求。 (2)评定已完工的各分项工程质量等级,根据已分项工程竣工验收办法进行质量评定。( 3 ) 以单位工程为基础,按部颁 《公路工程竣工验收办法》 进行质量评定。( 4 )依照合同规定对承包人在质保期的内维护,维修进行监督工作。
隧道属于地下工程, 施工中岩体变化较大, 虽然我们现在可以通过各种先进的科学手段对前方地质进行预判, 可是受各种因素影响, 施工难题也在不断涌现, 因此简单的施工要点难以满足实际施工需求, 还需要我们在施工中进行不断的探索和研究
【关键词】 隧道工程;施工;流程;技术
1 隧道开挖分析
大洞隧道左线出口洞口VI类围岩施工中,隧道拱顶下沉大,地表出现不同程度的下沉及开裂现象,拱脚局部有开裂的现象。通过对左线施工情况及右线地质资料的分析,洞口段隧道位于堆积土中,隧道斜穿沟心,且土层松软、松散、含水,地基承载力低[1]。同时隧道埋深浅,极难形成自拱度,靠围岩自身无法控制围岩变形,必须采取支撑措施,而基础承载力是主动支撑有效的前提和保证,超前探明地质情况,并进行基础处理就非常必要。
2 风、水、电作业,通风、防尘和施工排水
2.1 施工供风
在隧道进、出口各设一座空气压缩机站,安装2台20m3/min和1台10m3/min的空气压缩机以保障隧道施工用风。实施预防及调整措施如下:
2.1.1对现场施工人员的管理和教育进行不断地加强,放炮前一定要做好风筒的保护工作,同时,风筒维护班组成立是非常有必要的,他们对风筒的日常维护和维修进行全面地负责,从而保证漏风损失降低到最低程度。
2.1.2 对通风方案中行车线路的重要性进行进一步的明确,要规定各班组的司机在行走时一定要按照要求进行,从而避免扰乱风路。
2.1.3 还要建立路面养护班组,对洞内路面定期进行洒水,从而保证路面没有尘土飞扬,确保洞内空气的新鲜度。
2.1.4 把一台射流风机设置在右洞通风通道口处,向洞外吹风。
2.2 施工用水
进、出口分别在距隧道拱顶30m以上的山顶各修建一座100m3的高山水池,水源一是在隧道出口右侧山脚挖一集水池,收集山泉水抽上山顶水池,再用管道输水至出口供施工生活用水。一是从电站水渠中抽水至山顶蓄水池再用管道输水至进口,供施工、生活用水。所有水源都要经过水质检验,PH值小于4或者硫酸盐、氯化物含量超过有关规范的允许值以及含有对水泥凝结硬化有害的杂质的水石不得用于搅拌砼。
2.3 施工供电
在隧道进、出口各安装一台315kVA变压器,利用附近的地方电网供电,同时各准备一台功率为220kW的发电机组备用。动力设备采用三相380V,照明用电采用220V,为确保安全,所有线路都安装漏电保护开关。线路的架设及各种电器的安装必须符合《公路隧道施工技术规范》JTJ042-94的有关要求[2]。
2.4 施工通风、防尘
洞内如需爆破掘进,必须坚持湿式凿岩,爆破后洒水以降低粉尘浓度。施工通风采取压入式,用3台轴流风机送风,送风口距开挖面的距离不大于15m. 2.5 施工排水 主要是排除可能涌入隧道的地下水和施工废水。隧道从出口至进口为1.54%的上坡。出口施工为顺坡施工,施工排水采取自然坡利用塑料管将水引出洞外。进口施工为反坡施工,施工排水采取在开挖地段挖集水坑,用抽水机抽出洞外。
3 隧道施工
3.1 施工方法
根据前期施工存在的问题,现采用台阶法和双侧壁导坑法相结合的施工方法,半断面开挖时,出碴采用无轨运输,挖掘机、正铲侧卸式装载机配合8吨自卸汽车运输出碴;小导坑开挖时,采用人工开挖,小拖拉机配合人工出碴,及时进行支护;仰拱加固紧跟并且及时施作衬砌混凝土。
3.2 钢管桩施工
钢管桩采用准89×4无缝钢管,前端加工成圆锥状,长度20cm;钢管桩管体下半部分须加工溢流孔,以利于注浆施工,孔口lm范围内不加工溢流孔,溢流孔直径8mm、间距25cm.按每次lm进度指标进行清除施工障碍物工作,并施工临时排水管等措施进行场地排水,杜绝施工场地受水浸泡现象发生;测量放线,标出钻孔位置;钻机钻孔(可直接夯进)、下管,注超细水泥(MC)单液浆,注浆压力为1.5~2.0MPa,注浆完成后,对桩间土进行轻型触探试验,锤击数大于35击,承载力不小于250kPa,达不到时,进行加密等处理。每处理完成5m,进行仰拱混凝土施工,其间用过车梁保证已施工段稳定。根据工地条件,导坑条形基础施工,钢筋在导坑内绑扎关模后,采用泵送C25混凝土进行施工,先施工水平条形基础后,安装拱脚,再施工竖直条形基础。
4 初砌柔性防水和背面排水工程的设置
4.1 防水层铺设前对初期支护的检查和处理
防水层铺挂前,应先对初期支护喷射混凝土进行断面量测,对欠挖部位加以凿除,对喷射混凝土表面凹凸显着部位应分层喷射找平。外露的锚杆头及钢筋网应齐根切除,并用水泥砂浆抹平,使混凝土表面平顺。在铺挂前,还应检查衬砌背后的排水设施,如盲沟、引水管和排水暗沟是否相互连接嵌入及接头是否连接密封牢固,盲沟、引水管和排水暗沟是否加设反滤层。严寒地区保温排水设施是否有防潮措施。修筑的深埋渗水沟,回填材料除应满足保温、透水性好的要求外,水沟四周是否有防泥砂渗入且回填密实的材料。
4.2 防水层铺设好后检查和处理
防水层铺挂结束,应对其焊接质量和防水层铺设质量进行检查。用手托起防水板,看其是否能与喷射混凝土密贴;看防水板表面是否有被划破、扯破、扎破等破损现象[3];看焊接或粘结宽度是否符合要求,且有无漏焊、假焊、烤焦等现象;进行压水(气)试验,看其有无漏水(气)现象等,检查防水板铺挂质量。如果发现存在问题,除应详细记录外,并立即进行修补或返工处理。
4.3 止水带安装与控制
防水混凝土施工缝是衬砌防水混凝土间隙灌注施工造成的,对于施工缝的防排水处理,在复合式衬砌中,一般采用塑料止水带或橡胶止水带。在浇筑二次衬砌混凝土前,可用钢丝刷将上层混凝土刷毛,或在衬砌混凝土浇筑完后4-12h内,用高压水将混凝土表面冲洗干净,并检查止水带接头是否完好,止水带在混凝土浇筑过程中是否刺破,止水带是否发生偏移。如发现有割伤、破裂、接头松动及偏移现象,应及时修补和处理,以保证止水带防水功能。检查是否有固定止水带和防止偏移的辅助设施、止水带接头宽度是否符合要求、止水带是否割伤破裂、止水带是否有卡环固定并伸入两端混凝土内等项目,做好详细检查记录,如存在问题时,应立即进行修补或返工处理。
5 结语
综上所述,现场监控量测是监控施工中围岩稳定性,检验设计与施工是否正确合理的重要手段,搞好监控量测并及时将量测信息反馈到设计施工中去,可以掌握围岩和支护在施工过程中的力学动态及稳定程度。因此既要重视施工技术,又要加强监控量测,方能保证施工安全。
【参考文献】
[1] 张成刚.长大隧道斜井施工技术[J]. 铁道建筑, 2009, (06).
[2] JTG F60-2009 . 公路隧道施工技术规范[S].北京:人民交通出版社,2009
关键词:高速公路隧道;施工;安全管理;措施
随着城市建设的不断扩大,高速公路建设项目日益增长,公路隧道也在不断地增加,在整个高速公路建设中所占的比重越来越大。隧道建设在高速公路建设中占有重要地位,隧道施工安全管理关系着整个高速公路的安全施工。一般来说,我国高速公路建设中先完成隧道工程施工,再进行公路实体建设。近年来,我国隧道施工技术有了长足的发展,但由于高速公路隧道具有施工空间狭小、地质条件复杂、施工难度大等特点,加大了隧道施工安全管理的难度,也限制了安全管理水平的提高。由于处在封闭的环境中,隧道一旦发生安全事故,往往会带来巨大经济损失与人员伤亡,因此高速公路隧道施工中的安全管理越来越受到人们的重视。高速公路隧道施工中的安全管理不只是建立制度和实施制度,而是涉及到隧道施工中的方方面面,只有综合考虑、科学解决才能防控安全事故的发生。那么,高速公路隧道施工中如何进行安全管理呢?
一、建立完善的安全管理制度
高速公路隧道施工中安全管理工作至关重要,它会直接关系到整个工程的进度和效益,并且会涉及到企业的声誉与管理素质。要做好安全管理工作,必须要建立完善的安全管理制度,只有这样才能确保公路隧道施工的顺利进行。首先确立安全责任,隧道施工的安全管理要确立责任、明确分工、责任到人,由项目经理领头,专职安全员直接负责,全员参与,贯彻“安全第一,预防为主”的原则,只有建立完善的安全管理制度,才能确保安全管理工作的顺利进行。项目经理是项目的第一负责人,要对施工情况进行监督,确保安全制度的落实,认真填写安全检查记录,及时发现存在的安全问题,尽可能消除安全隐患。其次做好安全培训。高速公路隧道施工非常重要,要对所有隧道施工人员进行安全培训,要求施工管理人员学习施工技术规范,掌握施工方案和工艺技术。对隧道施工中的机械工、风枪工、电工等要进行岗前培训,培训合格取得资格证后才能参与施工。
二、做好隧道施工的预检工作
高速公路隧道施工是关键,时间较短的话容易出问题,因此要确保足够的施工工期,只有这样才能确保施工质量。首先做好施工规划并落实。目前,我国公路隧道施工存在滞后问题,要提前做好建造规划,及时完成建造,确保施工有序进行。其次隧道施工要做好预报、预检工作。公路隧道施工中,要重视隧道地质状况的判断,掌握地质情况。同时要做好隧道施工安全系统、通风排烟系统等,提前试运行,一旦出现问题立即返修。再次做好安全风险应急措施。隧道施工是比较特殊的,施工中造成安全风险的原因有很多,如排放有害气体、隧道塌方、岩溶等,都可能带来重大安全事故,因此要加强预防,避免安全事故发生。如果发生安全事故,就要采取应急措施,将人员伤亡降低到最低程度,同时认真分析事故发生的原因,预防此类事故再次发生。第四确保资金到位。高速公路隧道建设中,已考虑安全建设经费,但当前资金使用还不规范,如要求施工方必须配置的安全设施,没有硬性规定,导致安全设施不到位,因此应规范隧道安全资金使用。
三、加强施工技术的安全管理
影响高速公路隧道施工安全的因素有很多,除了地质因素、自然因素外,技术因素是关键。隧道施工中应用科学的施工方案和技术,是规避施工安全事故的重点,因此应加强施工技术的安全管理。首先做好地质勘测预防塌方。隧道施工应首先勘测地质,不良地质对隧道施工影响很大,严重的带来隧道塌方,这样不仅会影响工程进度,提高成本,还会带来不可挽回的损失。隧道施工技术管理中应将地质勘测工作纳入范围,而隧道地质复杂多变,预测的准确有待进一步改进,但随着地质勘测技术的发展和进步,预测的地质状况会更接近于实际情况。结合预测的情况制定施工方案,这对预防隧道塌方,确保施工安全具有重要意义。其次隧道施工要选择合适的施工方案。目前,大部分隧道塌方与施工方案不合理有着密切关系,其实随着施工技术的进步,施工方法层出不穷,而选择合适的施工方法成为安全生产的前提。但有的施工单位不重视这一点,当隧道围岩有变化时,为了节约成本,技术管理人员不改变施工方案,结果造成隧道塌方事故。同时再好的施工方案也可能在实施时失败,这主要是因为施工工艺控制不严问题,所以要注重工艺控制,确保质量。再次工序管理要符合设计原则。高速公路隧道多采用复合式衬砌,初期主要是承载结构,二次衬砌是安全储备。隧道施工中,要求二次衬砌是为了施工安全,但一律简单的规定二次衬砌达标间距是不合理的,也即是说不能搞一刀切,这与设计原则不相符。如在不良地质条件下为了施工安全,加快二次衬砌是科学的,但要注意的是对初期支护进行加固,并对二次衬砌进行补强。大量的塌方事故表明,造成塌方的直接原因不是二次衬砌的安全距离不达标,倒是二次衬砌与掌子面的距离大小,会带来施工工序的混乱,对施工安全埋下隐患。在二次衬砌与掌子面的空间中,有很多工序要考虑,如果一味的强调安全距离,必会带来施工工序混乱,进程减慢,带来安全事故。
四、做好公路隧道的质量检验
对高速公路隧道施工来说,质量是最重要的,不顾及质量就会危及到安全,带来严重的损失。质量与安全两者是相互作用、互为因果的,安全服务于质量,质量需要安全来保障。对高速公路隧道施工来说,不合格的质量会直接影响到施工安全,并可能为今后隧道的运营埋下隐患。如隧道超前支护,一次衬砌质量不合要求,可能会造成塌方,带来巨大损失;隧道排放水工程质量不合要求,隧道投入使用后不仅会破坏隧道衬砌结构,还会影响运行车辆的安全,造成交通事故。所以隧道施工要把质量放在第一位,确保工程质量就是确保隧道施工安全,为隧道的安全运营打下基础。公路隧道施工要健全质量保障体系,从源头到过程都要保证工程质量。隧道施工中,质检工程师应注意工程安全,树立安全意识,从安全的角度控制工程质量,规范操作工艺,确保制度与措施落实,推动隧道施工的安全、有序。
参考文献:
[1]邵志才,章豪.浅谈公路隧道施工的安全风险管理[J].科技创新与应用,2014(32)
公路畅通是国民经济快速发展的重要命脉,具有灵活方便和安全稳定的优点,发挥着其它运输工具不可替代的作用。根据我国的国情,随着国家大规模基础设施建设的投入,大力发展公路运输业是今后交通发展的重要支撑,公路隧道是公路结构的重要组成部分,在公路工程建设中起着至关重要的作用,公路隧道建设将进入一个前所未有的高峰期。
公路隧道具有隧道长、断面大、地质条件复杂等特点,隧道掘进面前方洞口的不良地层条件极易引起隧道塌方[1-2]。在复杂的地质条件下修建公路隧道,由于无法准确了解要修隧道地质情况,给隧道的设计者和施工者带来了很大的挑战性,会遇到破碎、断层、岩溶等不良地质而导致的塌方、突泥、岩爆和涌水等工程安全事故,这些事故一旦发生,轻则延缓施工进度,重则会导致生命伤亡,会造成巨大的经济损失[3]。隧道发生地质灾害的原因是多方面的,有地质因素、人为因素,也有管理体制的缺陷。本文由收集整理由于隧道工程前方施工是一个看不见的隐性工程,不能对前方存在的安全隐患做出准确的判断,因而可以说不良地质是隧道灾害发生的主要因素,针对公路隧道不良地质灾害发生规律的认识和防治对策的研究迫在眉睫。本文结合目前隧道工程建设中出现的问题和研究现状,对公路隧道工程施工中的不良地质灾害做了较为深入的研究,并在此基础上提出自己的一些意见和看法,希望能从设计上减少公路隧道施工不良地质灾害的发生,对公路隧道建设进有一定指导作用。
一、公路隧道施工不良地质灾害对策研究现状
公路隧道地下工程的复杂性和不可预见性可能出现的不良地质灾害给隧道施工和设计带来很大的困难,已引起了研究者的高度重视,学者们对这些不良地质灾害从不同方面进行了大量的研究工作,并取得了一定成果[4]。
国外德国、瑞士和日本等发达国家对隧道地质灾害研究较早,隧道施工在公路建设中是不可缺少的工序,采用技术手段、方法进行分析和预测是非常重要的。垂直地震剖面法(tvsp)是上世纪九十年代开发较早的分析技术,已在很多隧道地质灾害预测中应用应取得了认可[5]。2001年瑞士安伯格测量技术公司开发的tsp超前预报技术在该领域是较为先进的隧道不良地质灾害预报技术设备,该设备具有分辨率高、探测距离远、全方位三维探测等优点,对隧道前方不良地形、溶洞、富水带和淤泥等地质做很好的探测和判断,在欧洲和亚洲等国家已得到广泛应用[6]。
我国公路隧道施工不良地质灾害对策研究开始于二十世纪五十年代,但真正在隧道施工预测中发挥作用在七十年代首次对断层地质塌方的成功预报。八十年代以来,在京广线大瑶山隧道、西康秦岭隧道和大秦军都山隧道等隧道施工中,进行了不良地质灾害的对策预报研究工作,积累了很好的经验。通过大量实验研究和实践工作,研究者提出地质灾害对策预报以长度和可能发生灾害点的数目计算较好。例如在南昆米花岭隧道、渝怀圆梁山隧道等隧道不良灾害的预报中成功率明显提高,但在开凿好的隧道内也有泥石流、涌水和涌沙等出现,造成了很大的人员伤亡和经济损失。因此,在隧道施工中对不良地质灾害对策的研究非常重要也十分必要。
目前,隧道中各种不良地质灾害对策的预报方法得到了快速发展,预报手段也逐步完善,相应的对策手段在我国很多大型隧道工程探测中应用也日益广泛,预报的准确度和成功率也日益提高,取得了很多的成功经验,但预报对策的可靠性还有待提高。总之,在不断提高隧道地质灾害预报可靠性和准确性的基础上,不断开拓新领域,发展新技术将成为今后隧道不良地质灾害研究中的重点。
二、公路隧道施工中不良地质灾害特点和存在的问题
公路隧道工程是一项隐形复杂的地质工程,所处的地域地形不同,面临着各种复杂的地质条件。节理裂隙程度的差异、水文地质条件和地质构造的不同,都直接影响到隧道的设计方案和结构,而岩爆、瓦斯、断层、塌方、涌水和岩溶等不良地质问题更直接威胁到隧道的施工安全。
岩爆是隧道岩石工程中围岩体承受不了过度的应力而导致的突然破坏,同时伴有岩体中应变能的突然释放,是一种岩石破裂过程中的失稳现象。它往往造成开挖隧道工作面的严重破坏和设备损坏,甚至人员伤亡,已成为岩石隧道地下工程领域的世界性难题。轻微的岩爆仅剥落隧道上部的岩片,不产生弹射现象。严重会导致4.6级的地震,轻的持续几天,严重的持续几个月。二十世纪五十年代美国纽约市的饮水隧道发生的岩爆是最早的记录,我国最早的岩爆是1993年发生在抚顺的胜利煤矿。
断层是隧道施工中常见的不良地质灾害,它是地壳岩层因受力达到一定强度而发生的破裂现象,并沿隧道破裂面有明显相对移动的区域。断层也常常是岩溶地区溶洞水和地下暗河等地质灾害的发生场所,也是造成隧道塌方、变形和涌水等隧道施工地质灾害的主要原因之一。断层对隧道研究者来说特别重要,因为断层的突然发生常常是导致其它地质灾害的主要原因;他们相信对隧道断层机制进行深入研究,能越准确的预报其它不良地质灾害,甚至采取措施控制这些灾害。
我国岩溶地区分布广泛,类型较多,在世界上是岩溶地区分布最广的国家之一。在岩溶地区修建公路隧道,突泥、涌水等已成为很严重的地质灾害。岩溶常常导致开挖隧道周边变形,会导致隧道掉块、落实和塌方等,直接危害施工人员和机械设备的安全。隧道施工岩溶的危害,已引起国内外研究者的广泛关注,研究者正在从岩溶的预防和治理方面进行深入的研究。
隧道涌水是仅次于塌方较为严重的地质灾害,主要包括大型溶洞、断层、暗河和煤系地层中的采空区矿山积水等。1988年以前,我国修建的公路隧道中一半以上都出现了涌水现象,严重影响了公路运输的正常运行。公路隧道中最大的难题在于对地下水的处理,因此,对于出现涌水的隧道,重要的是要治水。
塌方是隧道施工中常见的不良地质灾害,由于地压等的作用,使围岩产生裂缝或破坏,或围岩内层理和节理等发生松弛剥离,导致岩石、泥土大规模坍落的现象。塌方多伴随片帮和冒顶,一般是由于地质因素、设计因素和施工因素等多方面因素引起的,造成的危害较大且不易治理。地质因素主要起决定性的,只有加强施工地质区域详细探测和深入研究,才能从根本上防治和避免塌方不良地质因数造成的事故。目前国内外研究者对隧道塌方都进行了全面而深入的研究,我国在黄土隧道和连拱隧道等隧道施工中对出现塌方的及时应对处理方面进行了很多的研究。
通过对常见的不良地质灾害岩爆、断层、涌水、岩溶和塌方等在隧道施工中出现的原因和特点的分析探讨,认为对隧道施工过程中各种不良地质灾害的整理归类,采用实验室模拟研究,建立公路隧道不良地质灾害对策管理系统,采取及时的应对措施,才能取得良好的效果。
三、公路隧道施工中不良地质灾害应采取的应对措施
公路隧道不良地质灾害是在自然或人为因素的作用下造成的,对人类生命财产、环境造成破坏和损失。作为科学技术研究人员,我们可用科学的技术手段对常见的地质灾害应事先加以预防和做好准备,对出现的地质灾害事故应及时的手段进行分析和处理,尽量减少灾害造成的损失。那么,公路隧道工程人员如何采取应对措施,预防和减少不良地质灾害的发生,我认为可从以下几个方面做起。
首先,做好公路隧道的详细调查和勘测工作,对可能出现的不良地质灾害进行预测,做好应对准备工作。公路隧道施工之前,详细勘察该地段的地质岩层详细情况,尤其是岩爆、断层、塌方、涌水和岩溶状态,事先估计将会遇到出现的部位。另外,对这些发生的地质灾害,还要做好这些不良地质灾害的危险性评估,对它们的危害程度进行调查和分析,包括灾害活动强度或规模、灾害活动频次、灾害分布密度和灾害危害强度等。评估成果根据评估级别送报国土资源行政主管部门认定,并与有关部门商讨提出防治这些地质灾害措施与建议,做出公路隧道建设场地适宜性评价结论。
其次,施工单位人员要做好公路隧道的建设质量问题,避免和减少因人为因素造成的不良地质灾害发生。当前我国公路隧道工程的质量让人堪忧,虽然在公路隧道的数量上取得了很好的成绩,但在质量上面很多都是不过关的。主要体现在公路隧道施工中虽然制定了非常详细的作业流程以及质量标准,但由于在施工中有利可图,往往导致隧道的建设质量不达标,甚至出现一些豆腐渣工程,建好之后未经使用或使用很短就必须整修,这种现象在我国已修建的公路隧道中很常见,主要是由于建设中隧道的质量管理出现了问题。
介绍了高等级公路隧道施工技术方案的确定方法,从洞口开挖、钻孔、注浆导管安装、爆破、塌方处理、初期支护等方面,阐述了公路隧道施工阶段的技术处理措施,并分析了施工监控量测项目及方法,提高了隧道施工的安全性。
关键词:
隧道,围岩,监控技术,支护结构
0引言
21世纪,隧道工程的作用越来越重大。隧道一般指在保留上部地层的情况下,挖出具有某种功能用途的地下空间。按照施工场地的划分,可以分为岩石隧道和软土隧道。高等级公路隧道能够在山地地区克服地形阻挠,保证交通线路的连贯,还可以防止出现落石、塌方等情况,其能解决环境敏感以及城市拥堵的现实问题,对其施工和监控技术进行研究非常具有必要性。
1高等级公路隧道施工技术
1.1对施工技术方案的确定
首先要对施工作业线进行安排。我国目前施工作业主要按照现场地质情况以及隧道的结构应用导洞先行的方式。从中导洞前掘45m后浇筑中墙,当混凝土强度升高到一定标准后,进入左洞,并将右洞的掌子面控制在左洞后10m的范围内。等到围岩变形稳定后,再次衬砌。如果初期没有达到较高的支护强度或者出现较大变形,要提高初期的支护强度,初期支护要采用锚杆、喷混凝土以及格栅钢架,并对二次衬砌的设计参数进行调整,将二次衬砌与掌子面的距离保持在30m左右[1]。其次要注意施工时的防尘和通风,应用湿式凿岩的方式以及爆破洒水能够减少粉尘浓度,针对通风可以应用压入法,分别用轴流风机对中导洞以及左右两洞进行送风,对于开挖面以及送风面的距离要保持在15m之内[2]。再次是对供水方案进行确定。在隧道垂直距离30m处修建蓄水池,水源要来自附近水电站水渠,保障施工用水。在隧道另一侧山脚开采积水池,保障施工人员生活用水。水源都要符合国家安全标准。然后是对排水方案的确定,隧道进口处一般应用反坡施工,所以可以在开挖地段中挖掘集水坑,将废水送入集水坑,之后用抽水机排出。针对出口处主要应用顺坡施工,排水主要是在自然坡设置塑料管来进行排水[3]。最后要熟悉环境。必须在施工前对施工现场加以了解,了解洞口是否存在滑动和偏差情况,开工之前,要对隧道两洞口的控制点进行复测和联测。
1.2施工阶段技术处理
第一是洞口开挖。针对洞口开挖,容易出现仰坡、边坡滑塌以及失稳的情况,应该对地质进行勘察,并找出有效的加固方案和进洞位置,当滑坡出现后从而采取措施来进行防治。第二是钻孔数据。先要确定好孔眼的位置,要根据设计时的环向间距来综合确定。针对外插脚要沿着钢支撑外侧来进行钻孔,保证孔深在5m,左右洞要深2.5m,中导洞要深3.2m[4]。第三是对注浆导管的安装。要采用高压风来做好对钻孔的清孔工作,保证注浆的压力为0.701MPa,如果满足了注浆压力,要继续保持15min[5],如图1所示。第四是爆破。要应用预裂爆破,在对主爆破区进行爆破之前,就要先爆破出符合一定宽度的裂缝,从而对岩体的破坏进行控制,另外它能缓冲振动,保证开挖轮廓能够平整。第五是塌方的处理。要对施工现场的地质情况有效掌控,按照相关标准施工,根据围岩及施工环境,控制好工序间的步长。针对地质条件较差的仰坡部位,要做好测量防护工作。第六是环境的影响。在设计过程中,要对施工环境的影响进行考虑,防止施工危害山体的稳定及破坏植被和坡体的完整。第七是初期支护。初期支护较为完整,不仅能够起到临时支护的作用,还能提高隧道围岩的强度。按照设计规范来初期支护,对相关数据进行测量和记录,并对隧道施工进行指导。第八是二次衬砌。如果之前衬砌出现裂缝、蜂窝以及背后填塞不实的情况,必须进行二次衬砌。衬砌必须要兼顾施工质量和工程美观,衬砌台车要严格按照隧道设计方案,表面平整,且接缝严实,刚度要达到标准。
2高等级公路隧道监控技术
在隧道开挖过程中需要应用多种仪器设备以及量测元件来完成监控量测,主要量测的是地表沉陷、支护结构和围岩的变形、应变以及应力等。因为岩土生成条件以及复杂的地质作用,任何高精度的预设计都不能符合开挖后围岩的实际情况,我国目前采用的计算机模拟仿真分析对各因素对结构的影响也无法反映[6]。目前现场监控量测项目主要分为选测项目和必测项目两个部分,必测项目属于常规量测项目,主要是为了保证施工和设计工作中围岩的稳定,并对支护结构的工作状态进行判断,从而为施工设计进行指导,如表1所示。选测项目主要是针对具有特殊含义的区段,存在补充测试的含义,它主要是为了对隧道喷锚支护效果以及围岩松动情况进行判断。因为量测仪器精度存在误差,量测数据具有离散型,数据的原始时态曲线也就是时间—位移曲线会呈现锯齿形,所以要对量测数据应用数学方法分析和整理,来求出围岩变形规律和趋势,计算其最大变形量,将其和同变形临界值对比,判断其变形是否在标准范围,并了解经过整理的时态曲线的离散型算出预报结构采用数据的精度和误差。我国现在对位移时态曲线整理主要采用线性—非线性回归分析法。同时应用测得位移反分析,可以知道围岩物性指标和荷载,并支护系统受力和变形分析。隧道围岩位移预测预报能够了解支护形式和参数,能够保证隧道安全,也能够预测围岩最终位移量,还能确定位移动态趋势极限位移并预报突发失稳时间。对围岩—喷锚支护力学发展来说,及时预报能降低损失。如今预测隧道围岩位移的方式较多,有线性—非线性回归预测、灰色系统预测、时间序列预测等,这些方式各有优劣,对其联合应用,效果更佳,从而在支护初期针对变形量测对围岩失稳情况预报中发挥效力。超前地质预报能预测掌子面内一定长度内围岩类别、成洞能力、围岩类别等,提出相应开挖支护方案。超前地质预报有长期和短期之分,长期能够保证预报500m的位置,主要仪器有TSP系统和浅层地震仪;短期的只能预报30m范围内,它结合长期超前预报结果,对范围内岩性地层情况预报,并对掌子面和周围围岩的不良地质体延伸至掌子面前方的情况掌握,能提前得知地下水涌出情况,主要探测设备有瑞利波探测仪及地质雷达。施工过程中可以根据施工监控技术进行设计修改。例如,针对围岩预估偏高的地段可以降低围岩类别,通过加强支护或增设钢筋网来保证工程质量;针对围岩预估偏低的地段可以提升围岩类别,来降低资金投入;按照最终变量来对开挖断面尺寸进行修改。
3结语
高等级公路隧道施工较为复杂,其中存在较多的质量控制技术,需要施工人员按照施工规范,注意施工重点。高等级公路隧道施工的质量关乎着国民经济的稳定和发展,必须要引起重视。从施工技术和监控技术两个方面进行落实,保证我国公路建设的持续发展。
参考文献:
[1]王祥秋,杨林德,高文华.高速公路隧道施工安全信息化监控技术[J].中国安全科学学报,2004(8):112-115.
[2]郝哲,赵春艳,胡铁明,等.公路隧道施工中的测试与监控技术[J].沈阳大学学报,2004(6):47-51.
[3]叶林杰,郑雄兴.高等级公路隧道施工技术研究[J].交通世界(运输•车辆),2015(5):151-152.
[4]李金隆.浅谈高等级公路隧道施工中应注意的技术问题[J].科技资讯,2011(3):53.
[5]曾瑞鉴,沈向军.浅谈我国高等级公路隧道施工的监控[J].民营科技,2011(1):196.
管棚超前支护的支护原理是通过向围岩空隙内进行注浆,从而有效提高围岩的强度和刚度,提高其承载能力。深人岩体内部的钢管形成加固拱圈,可有效分散上部的岩层重量,保证围岩处于免压状态。另外,将围岩的一段固定在套拱基础之上,另外一段固定到围岩内部,这样可以在围岩周围形成一个结构稳定的简支梁支撑结构,对上部荷载进行有效的支撑和分散。超前支护技术就是在隧道开挖之前所进行的一种防护处理。管棚超前支护是在进行隧道开挖之前按照隧道的轮廓线将钢管打入岩体之中,外露部分通过固定在钢拱架上,形成拱形结构,从而在隧道开挖之前形成保护棚,管棚超前支护措施通过形成的薄壳结构,能够保证整个支护系统整体受力,由于管棚支护技术其前端打人了岩体内部,能够跟锚杆等初次支护结构相连接,两者之间能够形成纵向支撑,大大提高结构抗竖向荷载的能力。另外,隧道管棚超前支护在隧道的横断面方向能够形成拱群效应,能够在短时间内使得隧道在横向范围内建立其新的受力平衡。隧道管棚超前支护技术的主要作用体现在加固围岩方面。通过钢管开孔可以向围岩内部注人水泥等材料来提高围岩的结构稳定性。其次,管棚超前支护可以起到承载作用,深入岩体内部的钢管可以直接承受施工过程中岩体结构稳态变化之后产生的荷载。再有隧道管棚超期支护技术能够有效地扩散和传递开挖过程中岩体向外所释放的荷载,特别是在开挖过程中深人岩体内部的大量钢管可以将承受的荷载有效地向不同方向进行分散。从施工的实际效果来看,隧道管棚超前支护技术有效的阻断了拱顶沉降的发生速度,有效提高的围岩的强度,避免了塌方事故的发生。
2围岩稳定性防护研究
2.1岩溶隧道的开挖
隧道开挖方式要结合前期的地质勘测状况和超前预报技术来综合确定。针对喀斯特岩溶地质区的隧道开挖要特别注意减小施工过程中对周围岩体产生的扰动。岩溶隧道的开挖过程中可以选择分布开挖或开台阶法施工。在隧道的核心地段要优先选择CRD施工工法。当采用台阶开挖方式时要将未开挖的部分可以作为反压体使用,反压体能够有效的防止透水或涌水事故的发生。实际施工中可以结合具体的地质状况,封闭相关洞口的掌子面,采用C20混凝土对掌子面全范围内进行喷射,增加对周围岩体的稳定性检测,对初期的支护部分可以增加临时的仰拱设置,仰拱可以采用间距为0.6m的工字钢钢架架设,以便增加拱圈的受力。
2.2隧道衬砌结构
当隧道穿越喀斯特岩溶地质区域时,隧道围岩要承受周围较高的水压力作用,采用衬砌结构能够有效地分散水压力对围岩的高压力作用,在实际施工过程中要结合具体的隧道建筑界线来确定合理的内轮廓和相关的支护参数。必要情况下,为满足施工围护的方便可以采用圆形的内轮廓,对于岩溶地区隧道的初期支护要保证具有一定的结构强度和刚度,初期支护完成只要尽早进行封闭,同时要对作用在二次衬砌上的水压力进行综合考虑,水压力的大小要受到地下水水头高度、围岩渗透参数、帷幕的注浆水平和衬砌的排水能力来综合确定。二次衬砌跟初期支护相比要具有更强的结构强度,所以二次衬砲采用的支护材料选择为水泥钢筋混凝土,并且要及时进行现场施工,以便保证隧道结构的整体稳定性。
2.3隧道防、排水
在喀斯特岩溶地区水资源较为丰富,在隧道施工过程中对溶洞中地下水的处理主要是以堵为主,辅以限量排水的措施。为了避免在处理岩溶地下水的过程中避免造成地下水的流失,或者避免出现过量排水导致的地表塌陷等问题。针对岩溶隧道地下水较为丰富的区域隧道设计要尽量采用较大的纵坡设计,同时结合洞身断面来设计具有足够排水能力的水沟。以减少地下水对衬砌结构和隧道基础的侵蚀作用,从而延长隧道的使用寿命。
2.4辅助坑道
为了保证岩溶隧道施工工期的需要宜优先考虑设置贯通的平行导坑,超前地质探洞要充分发挥其前期作用,保证隧道施工提供的地质预报准确无误,最大程度地规避施工风险,保证施工的安全性。
3结语