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中图分类号:U455
0、引言
近年来,随着国民经济的高速发展,交通事业也得到了飞速的发展,隧道的应用越来越广泛。采用高质量的隧道施工方案,不仅可以缩短交通线路的长度,提高交通线路的标准性,而且能够提高交通道路的运行速度,减少交通运营期间的养护、维修,保证了交通道路的运行畅通。因此,加强隧道施工中的质量控制至关重要。
1、关于公路隧道施工中的质量问题分析
1.1在隧道施工中常见的质量问题
在台阶开挖时,扩挖下半断面时开挖面经常控制较差,中部常出现超挖较多,超欠挖严重,而墙脚则出现欠挖较严重。采用台阶或分部开挖时,拱脚悬空,暴露时间过长,造成拱顶下沉量过大,甚至出现塌方。而在超挖严重的区域使用挡板、杂物,则容易造成初期支护与围岩脱离,形成空洞,这是非常严重的质量问题。在围堰的初喷时,多数问题在于立钢问题。锚杆的问题也比较突出,锚杆不按设计数量施工,少打或根本不打,特别是拱部。有锚秆长度不够,砂浆不饱满,锚杆孔的角度和方向较随意,锚杆垫板没有贴紧表面等一些问题经常出现。二次衬砌拱背混凝土灌注不满,导致拱预厚度不够,严重时外层钢筋、拱顶脱空。而在衬砌浇筑过程中,经常出现材料供应跟不上,发生机械故障,出现浇筑缝隙,如果没有按要求进行处理,新老混凝土交接呈不利于结构的稳定的形状。
2、隧道施工中的机械设备问题
隧道施工的机械设备的质量情况,对施工的生产能力和生产效率产生很大的影响,对施工企业采用什么样的技术水平有着决定性的作用。对施工机械设的不同选择和开发,直接影响隧道工程的施工质量。随着社会的科技进步,隧道施工的机械设备已发生了变化,有由中小型向大型化、多功能化和信息控制智能化方向发展的趋势。目前就两种应用问题分析的传统装备,分别是凿岩设备和手持风钻多功能台架。对于凿岩设备,使用成本比较高而且一次投入过大是其不足方面,旧的进口液压台车使用保证率很低,使用耗费惊人,还有施工进度不是很稳定、无保证等问题。因此,只有对这些问题明确认识,并加以改进和完善才能促进行业的快速发展。
3、隧道施工环境问题
在公路隧道的施工过程中的环保问题,一直受到人们的关注,从生态角度来看,生态环境一旦遭到破坏,恢复难度很大、投入成本成倍增加,而且难以达到好的效果。我们既要重视硬件,也要加强软件。隧道施工中应该同时注重隧道保护生态,如果不重点加强施工阶段的保护、治理以及恢复的管理,提高工程环境效益就有困难,这样会导致经济效益和社会效益也会跟不上。这类破坏不仅会带来上面提到的问题,而且造成视觉和环境污染。这种问题的出现,主要原因可以归结为制度中执行不力、不和谐,特别是在施工阶段,对环境保护措施落实不到位。很多施工单位在建设时,过分追求景观,容易造成极高的环境保护成本,工程建设负担相当重。当然,公路隧道的环境保护,不能单靠施工单位,而是需要设计、监理、施工、业主和地方政府等各方面的大力协作来共同完成。如果在建设过程中在隧道设计时就要采取新工艺,使用新材料充分解决可能的环境问题,在施工过程中,采取一切可能采取的措施,争取将公路隧道旋工对环境的影响降到最低限度,减少环境破坏,实现可持续发展。
4、隧道施工常见问题处理方法
在设计阶段要运用动态设计,同时引入国际上比较合理的施工和设计的思路,在对隧道施工工程的大中型项目施工设计时,要系统的方法收集相关资料,同时技术人员多开展经验交流活动。根据同类工程及开挖地域的地质、水文等条件进行类比设计,这样做的一个确定就是,可能会使设计方案同开挖地的实际情况不相符,因此要根据实际情况适时修改设计方案,运用现代的信息技术,实行施工设计的模块化编制。同时按时组织对施工经验进行积累、分成不同组进行交流,同时不断地优化,改进有关的设计方法,减少无效劳动,保证工程施工进度及工程质量;其次,在施工过程中,从人员角度看,要上岗前进行上岗技能培训、技能和安全知识,提高施工工人的技术水平。注意调节施工的环境,在狭小的施工空间、噪音大,能见度低等情况,会干扰施工人员情绪、对施工技能发挥都有很大影响。第三,由于公路隧道施工过程中,存在许多不确定的影响因素,如隧道的开挖方法、围岩的支护、地下水的排放、监测点的设置、爆破手段的采用等都会对公路隧道的施工带来隐患。提高隧道施工管理水平实施有效的用人计划,在遵守规范的条件下,合理的把人力、设备和资金配合起来,统一使用,达到设备最佳利用率,劳动生产率高,能源消耗低的目的,使得工程施工比较合理。第四、在工程的监测和验收方面也存在一些不能避免的问题,这些问题都给公路隧道带来了严峻的考验。如有些隧道施工工程缺少有效的各工序的检测手段,隧道工程是隐密工程,工程质量的验收无法达到精确评价,工程隐患难以发现。第五,施工的同时要注重环境保护、我们的施工工艺要随着科技的进步加以改进,优化施工方案。
5、隧道不同部位的施工方法
5.1洞口施工
洞口段开挖将充分考虑洞内施工需要,修建供风、供水、供电设施及材料堆放场地和机械停放场地。开挖之前先做好截水沟施工。洞口段采用边坡、仰坡自上而下分层开挖,施工机械以挖掘机为主,尽量不采用爆破,保证不扰动原地层。明洞地段土石方开挖:采用全明挖法,若监理工程师有要求,也可采用拱上明挖拱下暗挖法。边墙基础必须置于稳固的地基上。遇有地下水时,须将地下水引离边墙基础。洞口场地用装载机辅以推土机整平压实:运输采用自卸车,挖方弃往指定的弃碴场。不允许全断面一次开挖,要分层分级进行开挖,边开挖边防护,在上一级防护工程完成之前不允许开挖下一级。
5.2洞身台阶法施工
台阶法是现在隧道施工常用的一种方法。具体方法是:先对上台阶断面的开挖轮廓线与炮眼位置进行测量放样,用油漆标出具子。让后采用凿岩机进行钻眼,顶部钻眼需在工作平台上进行。按照规范的要求装药爆破,通常采用光面爆破。在断面上进行喷锚支护,开挖下台阶,喷锚支护。
5.3注浆浆锚杆施工
锚杆孔位应按设计布置,偏差小于10cm,孔深误差必须保证在10cm内。钻孔本身应成直线,不应弯曲。方向应沿隧道周边径向,但不得平行于岩面。灌孔前应清孔,砂浆应随备随用,在砂浆初凝前应使用完。注浆应使用灌浆罐和注浆管,孔口压力小于0.4MPa。顺着锚杆孔注浆,直到孔口有浆液流出为止。每100根锚杆应随机抽样三根,作拉拔试验,以了解锚杆的锚固质量。施作锚杆时,同时应预埋格栅钢架的定位锚杆。
5.4中间岩体加固
洞口刷坡后立即沿隧道轴向对中间岩柱正面打入巾25mm注浆锚杆,进行注浆。当注浆达到强度后进行另一侧洞身的开挖。对拉预应力锚杆的施工:中间岩柱对拉预应力锚杆张拉设备用穿心式单作用于金顶。一端固定另一端张拉。锚杆固定端和张拉端沿纵向间隔一排布置,在同一截面上间隔进行张拉。千斤顶施加预应力时采取边张拉边拧紧螺帽的方法。
6、洞内装饰和施工监控量测
在瓷砖粘贴前,要将基底面清理干净,并进行湿润。施工时要粘贴牢固喷涂前,根据材料使用说明书进行喷涂试验,成功后编制喷涂施工方法,报请监理工程师批准。洞内喷涂做到粘结牢固、颜色一致、清洁美观。采用隧道周边收敛仪和拱顶位移仪对开挖面的围岩进行量测,根据监测数据及时采取措施,预防爆挖后围岩坍塌及支护失效,确保施工安全和工程质量,并把量测结果及时向设计单位反馈,以便设计单位及时修正设计。
7、结语
根据目前我国隧道工程施工中出现的一些问题,本文对现阶段的隧道施工方法进行了分析和论述。并从隧道施工总体上考虑,针对其中存在的问题加以简要的分析与探讨,提出了处理常见问题的一些方法。我们工程技术人员应不断地努力的研究与创新,采用新的工艺与新的施工方法。使整个交通建设水平上一个台阶,建设更好的隧道服务广大人民。
参考文献:
[1]夏智海.浅论提高公路隧道施工质量的措施和方法[J].公路交通科技,2010.
进口1946m的施工任务。其中YK57+750~YK57+850的施工,埋深最浅,对隧道施工影响最大。在
施工过程中,我单位采取“环向切槽,预留核心土”施工与加强超前支护相结合的方式顺利的通过
了浅埋地段。
关键词:浅埋地段;洞内加固;施工方法
一前言
近年来随着国家经济实力的日益强大,正在加大基础设施建设的投入,铁路、公路等交通工程建设正在全国范围内飞速展开。隧道做为一种专门的地下通道,在交通工程中越来越被广泛的应用,近年来尤其是大跨径、4~5Km以上的长隧以及跨海通道正在一些地区展开施工。而所有土建工程中,对地质情况依赖性最大的就要算隧道工程了。在修建时要穿过各种各样的复杂地质条件,难度较大的应该是浅埋地段的施工。因此研究隧道在浅埋地段的施工方法,有着十分重要的意义。
二 工程概况
青岛滨海公路仰口隧道地处青岛市崂山区王哥庄镇,全长3888m,为山东省公路隧道第一长隧。隧道沿途地形较起伏,海拨高程在133~434m,相对高差达301m,高差较大,山体受构造抬升而隆起,侵蚀剥蚀作用强烈,山峰尖峭,山坡陡峻,多呈尖脊状,地表植被较发育,松林密布,灌木丛生,北东向构造中的次级构造反映比较明显,导致破碎带、断裂、北东向节理密集带等不良地质段较多,岩性主要为花岗岩。隧道YK57+750~YK57+850段为超浅埋地段,如何顺利的通过此地段是该隧道施工的重点与难点。
三 YK57+750~YK57+850超浅埋段的施工的特点
⑵围岩差、裂隙发肓
河流周围为山洪冲积的块石及砂粒石堆积体,在该段施工时河水顺着堆积体内的缝隙下流,形成隧道涌水,涌水将堆积体之间的砂粒石带走,使堆积体更加疏松,容易引起隧道坍塌。
⑶山洪冲刷,增加覆盖层压力
该段施工时恰逢雨季,山洪对地表的冲刷产生的冲切力,增加覆盖层荷载,会使堆积体更加不稳定,增加隧道施工的难度。
⑷水位降低,水井干涸,影响当地水环境
隧道涌水将会降低地表水位,使隧道周围的水井干涸,这将影响到下游村庄数百人的生产、生活用水,破坏当地居民的生活环境及当地水环境。因此,该段施工时,如何保证隧道不坍塌及确保地下水位不影响生活环境是本隧道施工的另一个难点。
四 施工方法
1、加强超前支护
YK57+750~YK57+850段为超浅埋地段,在支护体系上应该加强超前支护,才能有效的改善地表覆盖层的密实度,加强超前支护如下:
超前支护采用超前小导管,布置于拱部。长3.5m,用φ40水煤气管制作,环向间距20cm,纵向1.5m一环,两环之间梅花形布置,每相邻两根的外插角不一样,分另为10°和45°以增大注浆范围和减少外插角一样时因间距过密而形成软弱层
①加强洞内围岩量测,随时掌握围岩变形情况,设置地表观测点,及时了解地表下沉情况
②开挖时短进尺,尽量以人工配合反铲挖掘机开挖,遇到孤石采用小炮刷炮,严禁扰动围岩。
③注水泥―水玻璃双液浆堵水,严禁地表水下渗,即可保证当地水环境,还能减少因地表水下渗带走孤石间填充物而引起的疏松。
④支护及时,每开挖出50cm后,及时进行支护,根据围岩变形情况,必要时设置临时仰拱。
2、“环向切槽,预留核心土”的施工工法
一般Ⅴ级围岩的施工大多采用较保守的双侧壁导坑法(即“眼镜法”)施工。其施工顺序如下:
①施工两侧上导坑拱部Φ32小导管注浆超前支护,开挖支护左右侧上、下导坑。左侧上下导坑均超前右侧上下导坑2~3m。每侧上导坑超前下导坑4~6m。
②施工中导坑拱部Φ32小导管注浆超前支护,开挖中部上、下导坑。上导坑超前下导坑4~6m,中部上导坑落后于两侧下导坑2~3m。
③待喷射砼混凝土初期支护沉降及围岩收敛结束后,在初期支护后注浆,使初期支护与地层紧密结合。浆液采用水泥砂浆。
④注浆体达到强度后,合理布置拆除步长,拆除洞内临时支护,每次拆除4~6m。拆除后立即浇注仰拱砼,仰拱超前洞身衬砌20m左右。
⑤在喷射混凝土表面进行找平,铺设防护水层后全断面一次性浇注二次衬砌。拱部2/3范围内设3根注浆管,每9m进行一次压浆,保证初期支护与二衬之间密实。
其工艺流程如图3所示。
“眼镜法”施工是大跨度隧道在软弱围岩施工中使用的常规方法,其指导思想就是将大断面隧道分割成小断面的隧道进行施工。但经过研究后发现“眼镜法”施工在仰口隧道中不适用,主要表现在:
⑴“眼镜法”施工进度缓慢,保证不了业主工期的要求。
⑵“眼镜法”工序繁多,施工节点较多,对工艺组织要求较高,各工序之间相互制约,相互干扰,虽然能保证隧道不坍塌,但质量、安全隐患较多,增加管理难度。
⑶施工成本较高,仅“临时支护安装拆除一项”就近100万的直接成本。
因此,不管从工期角度还是从成本角度来说,必须找到一个合适仰口隧道浅埋地段的施工方法。经过经济技术分折后决定采用“环向切槽,预留核心土”的施工工法,其工艺如下:
①施工放样:测量班利用全站仪,根据三维坐标放出开挖轮廓线。
②环向切槽:掘进班根据所放的轮廓线,开挖出切槽。开挖时以人工用风镐开挖为主,尽量避免对围岩的扰动,保持围岩的原始应力状态。遇到孤石用小炮刷炮。环向切槽深度为50cm。
③切槽部位的支护:利用核心土作为施工平台,快速的对切槽部位进行支护,根据设计,支护采用I22工字钢架双层钢筋网及超前小导管组成的强支护体系,在施工时要注意,超前小导管与工字钢架的连接要焊接牢固。工字钢架要立于稳固的基础上,锁脚锚杆要深入稳定的岩层,在不具备条件时,锁脚锚杆采用至少3对φ32水煤气管制成钢花管,长度为3.5m,并进行注浆处理。锁脚锚杆与工字钢架之间要焊接牢固,严禁采用点焊。
④核心土的施工:核心土施工技术要求不高,土方时利用反铲挖掘机装土,自卸车运土,遇到石方时,可以采用爆破开挖。
⑤下导左侧导坑的施工:当上导距下导超过20m时对下导进行开挖,为了保证不影响上导的施工,下导采用左右分部开挖。为了加快下导的开挖,对下导开挖时预留光爆层,又因为上导的开挖为下导开挖提供了临空面。这样下导开挖时就可以放较大的炮,增加每个循环的进尺。
⑥下导预留光爆层的开挖:下导导坑的掘进为光爆层提供了临空面,因此光爆层的开挖会有较好的光面效果,但在施工时要及时把上导的钢架顺接下来,以减少拱架悬空的时间。在土质地段,光爆层开挖要左右交替,预留马口,上一马口不支护起来,不能开下一个马口。
环向切槽,预留核心土的施工技术有如下特点:
⑴第一次开挖量小,采用人工手持风镐开挖为主,松动小爆
破反铲挖掘机为辅的开挖方法,减少了对围岩的扰动,最大限度的维持了围岩原始应力状态。
⑵出碴时间短,有利于尽快的采取措施,稳定围岩。
⑶开挖高度仅为1m-0.5m,不易引起正面塌方,万一某一部位塌方,核心土可做为工作的平台,利于塌方处理作业。
⑷先行开挖环行空间,为核心部位的钻爆开创良好的减振条件,保护周边围岩的稳定性,起到很大的作用,效果良好。
⑸下导预留光爆层,在开挖导坑时可以不考虑下导的支护,同时由于上导提供了爆破的临空面,可以加快下导的掘进。
⑹预留光爆层的施工,最大限度减少了对下导围岩的扰动,有利于隧道的稳定。
实践证明“环向切槽,预留核心土”的施工工法是适合仰口隧道大跨度浅埋段的施工方法。不仅有效的防止了坍塌,保证业主要求的工期,日进尺达到3m,是“眼镜法”的6倍,节约了施工成本。
五 注意的问题
①软弱围岩施工时尽量减少放炮开挖对围岩的扰动,能保持围岩受力的均量性,增加围岩的稳定性。
②支护时,在围岩发生变形时主动支护,能有效的减少围岩的变形,避免坍塌。
关键词:大跨度车站隧道;辅助工法;力学原理
一、大跨度隧道的施工方法、辅助工法及适用条件
1、国内外大跨度隧道的施工方法简介
随着隧道工程建设的发展,以及施工技术研究工作的深入和机械设备的不断更新,尤其是新奥法理论的日趋完善和TBM施工方法在世界范围内的广泛应用,大跨度隧道施工方法相比80年代以前有了很大的改进。传统的挖掘方法已经基本淘汰,取而代之的是更快、更安全、更有效、更有利于围岩及掌子面稳定的大断面开挖掘进的多种施工新技术。
根据国内外大跨度隧道施工状况及施工经验,其施工方法主要有以下几种:
(1)中隔壁工法(CD法)
(2)交叉中隔壁工法(CRD法)
(3)双侧壁导坑法
(4)二导坑(洞)法
(5)全断面法
(6)台阶法和台阶分部法
2、辅助工法及其适用条件
选择合理的施工方法及其辅助工法对顺利施工和保证施工安全具有十分重要的作用。如下为常见的的辅助工法:
(1)超前锚杆:是沿隧道纵向在拱上部开挖轮廓线外一定范围内向前上方倾斜一定外插角,或者沿隧道横向在拱脚附近以向下方倾斜一定外插角的密排砂浆锚杆。适用于IV~V类围岩,开挖临空后的数小时内可能剥落或局部坍塌。
(2)超前小导管注浆:是沿隧道纵向在拱上部开挖轮廓线外一定范围内向前上方倾斜一定外插角,或者沿隧道横向在拱脚附近以向下方倾斜一定外插角的密排注浆钢花管。适用于较干燥的砂土层、砂卵(砾)石层、断层破碎带、软弱围岩浅埋段等地段的隧道施工。
(3)长管棚超前支护加固地层:是将钢花管安插在已钻好的孔中,沿隧道开挖轮廓外排列形成钢管棚,管内注浆,有时还可以加钢筋笼,并与强有力的型钢钢架组合成预支护系统,以支撑和加固自稳能力极低的围岩,对防止软弱围岩的下沉、松弛和坍塌等有显著的效果。适用于含水的砂土质地层或破碎带,以及浅埋隧道或地面有重要建筑物地段。
(4)设计临时仰拱:当软弱地层中施工,及时封闭而使结构闭合式关键。当采用分部开挖法施工不能及时形成闭合结构时,应设置临时仰拱,以提高施工的安全度,有效地拟制结构及地面沉降。
二、隧道施工力学基本原理
地下工程的基本目的是在各类地质体中修筑为各种目的服务的、长期稳定的洞室结构体系。从结构角度看,这个结构体系是由周围地质体和各种支护结构构成的,即洞室结构体系=周围地质体+支护结构。它的形成则是通过一定的施工过程或者说是一定的力学过程来实现的。这个过程大体上可作如下表达:
开挖支护时间
原始岩土体毛洞 支护体系 稳定洞室
与之相适应的力学过程如下所示:
开挖支护 时间
初始应力状态 坑道开挖后应力状态 支护体系应力状态 终极应力状态
(一次应力状态) (二次应力状态)(三次应力状态) (四次应力状态)
施工中必须遵循的基本技术原则是:围岩是隧道的主要承载单元,要在施工中充分保护和爱护围岩。为了充分发挥围岩的结构作用,应允许有控制的围岩变形。在施工中,必须进行实地量测监控,及时提出可靠地、足够数量的量测信息,以指导施工和设计。并且使隧道断面能在较短时间内闭合是极为重要的。
隧道施工力学基本原理有如下几个主要方面:
(1)要全面、正确地认识各种因素对隧道工程施工的影响,不仅要研究初始地应力、地下水、岩土体的物理力学特性等自然因素的影响,还要研究在设计或施工过程中做优化工作的人为因素的影响。
(2)在复杂条件下的隧道工程中,要特别注意施工过程的设计和控制,科学地遵循围岩的动态响应规律,使人为的开挖和支护因素对围岩的损伤程度尽量最小,在满足安全性、经济性、合理性的前提下因地制宜地运用开挖和支护手段,把有害的影响及隐患控制在较低的限度内。
(3)施工前对工程进行动态施工力学优化分析,针对不同的开挖顺序以满足围岩稳定和地表沉降为目标,做出几个较优的施工方案。
(4)应加强勘察、设计、施工、科研四个方面的紧密联系,互相渗透,根据实际中出现的新情况和新资料不断修正原有的认识和调整原有的施工方案,要有允许随时修改原有施工方案的灵活性,使之更符合实际情况。
(5)根据优化施工方案进行施工时要不断深化和修正原有的认识,做好围岩动态响应的观测及监测工作,以判断现有施工方案的合理性,必要时应及时调整现有的施工及支护方案,以保证后续工程进程的安全性及经济性、合理性。
关键词:山区,复杂地质条件,隧道施工方法
Abstract: in this paper, the mountainous area under complex geological conditions of the design of the tunnel on problems, can effectively help engineers to deal with complex geological conditions in engineering design, avoid design course, because of the risk of consideration not cause. And the complicated topographical tunnel construction method is discussed.
Keywords: mountain area, complex geological conditions, tunnel construction method
中图分类号:U492.6+2文献标识码: A 文章编号:
引言
我国是一个多山的国家,75%左右的国土是山地或重丘,公路建设中,过去的普遍做法是盘山绕行或者切坡深挖。据统计资料,汽车翻越山岭平均时速不足30km,不到经济时速的一半,汽车的机械损坏和轮胎磨损极为严重,低等级道路的汽油耗量比高等级公路多20%-50%;而且,劈山筑路会造成许多高边坡,在雨量充沛的地区,它严重破坏自然景观,造成塌方滑坡和水土流失。因此,为了根除道路病害保护自然环境,在山区高等级公路建设中必须重视隧道方案,并努力提高公路隧道工程科学技术水平。
1关于工程设计程序问题
山区地质条件与一般的地面结构在力学上有很大的不同:岩石的应力不易确定、材料组成不易评估、岩体与支护的相互作用不明了等等。因此,隧道设计一般都应用岩体分类系统,根据不同的岩石组成确定设计方案。但是,岩体的分类系统只能对隧道的基本特征进行评估,而工程师如何根据地质状况做出正确的施工判断才直接影响隧道工程的质量。这就对工程师对资料的掌握及分析有很高的要求。在对地质环境进行勘察时,只有非常简单的地质条件才能在勘察基础上建立一个永久模型。一般的情况则是在设计了施工进展中对最初建立的模型进行不断调整和完善,是一个动态模型。数值分析和隧道的开挖过程、顺序以及对支护系统的即时调整应同时进行,才可以使的方案比较完善、合理、安全。
2隧道开挖方式探究
隧道开挖的方式有多种,比较常见的主要有暗挖、半明挖和明挖三种,根据不同的经济要求、安全、技术条件以及具体地形来确定采取何种开挖方式。明挖只能用在覆盖层较薄的情形下,需要考虑的主要问题有作业过程中地形的稳定性及基坑排水情况。如果区域内有较复杂的地质结构、地下水较多时,在深基坑开挖易引起山体滑坡的危险。半明挖适用于地下水位在隧道以下及地质松散的情况下。当前最主要使用的隧道施工方法是暗挖,因为其适用于覆盖层较厚的情况,绝大多数的山区均有较厚的覆盖层,且地质条件比较复杂,暗挖的施工方式非常适合山区的隧道开挖。
3隧道门洞的施工方法
隧道洞口段的施工对整个隧道有很重要的影响,所以国内外工程技术都比较重视。许多国家对此还设有专门的条款来规范。隧道进洞顺延山坡坡度是国外目前比较常见使用的方法,这样可以不破坏洞口岩体的稳定性,达到一种比较自然的状态。国内则通常在预加固的保护下要求及时做洞门。
在多年的发展下,在隧道洞门设计和施工过程中的环保理念有了很多理论成果,比如用小坡的削竹式洞门代替了过去的大挖柱式洞门;在环境比较敏感的地区顺应自然,采用“零开挖”减少了挖土的面积;在有河流的山脉地带,使用棚洞结构进行过渡避免泥石流等地质灾害的发生带来的人员伤亡。总的来说,开挖隧道对环境的影响主要在门洞的形式上,隧道洞口的设计和施工是环保建设的重点。
3.1洞口的预加固
隧道的洞口处于隧道的最,周围岩石的支撑保护能力比较弱。所以,洞口的预加固显得尤为重要,在增加洞口围岩支护能力的基础上,保证后续施工的进行。预加固过程中需要注意的事项:
1.在地质比较疏松的地带,在施工前要避免过度加固带来的安全隐患,在施工方案上对高压水平旋喷法、小管棚、大管棚三种方法进行优先比对选取。
2.若在施工过程中出现仰拱突起、边墙开裂的情况,说明仰拱和变强在加固过程中收到的力增大,要及时加强对仰拱和边墙的支护。
3.2洞口施工段注意事项
1.要做好充分的准备工作,有一套比较完整的进洞施工方案,对场地的布置、预加固、施工方法要详细的说明。在方案审批合格后开始施工。过程中不能随意改变原计划的方案,对地质的变化情况进行实时的检测,一旦发现情况,应立即上报。
2.坚持“早进晚出”,由于山区的地质比较复杂,需要减少施工过程对仰坡的破坏。必须首先完成洞口周围的排水系统的建设。各项施工要有统一的安排,达到协调统一的要求。
3.洞口开挖过程中,严格执行“先加固,后开挖”的要求,,衬砌做到先墙再拱,有仰拱的地方必须先做仰拱。洞口若要用台阶施工法,避免台阶太长引起隧道的不稳定。
4.洞门的建设应该尽早完成,避免拉长施工战线带来洞口的稳定性下降。
洞口是隧道的门户,所以洞口的施工的质量对隧道质量的影响可见一斑。初期的支护和洞口的预加固是洞口建设的重中之重,是隧道结构中起头的一部分。各项施工要协调统一起来,对山区复杂的地质环境要有因地制宜的的精神,碰到问题要具体分析之后综合解决。
4通风技术处理
隧道的主要副主通道是斜井,在山区的隧道建设需要从正反四个工作面同时进行施工,而且山区的海拔较高,气压低,正常条件下的通风技术需要经过改进才可以应用,如何进行改进,是提高工作效率、加快进度的关键因素。
4.1使用大功率通风机
由于山区隧道位置的独特性,在通风技术中使用大功率的高风量通风机是一个不错的方法。在通风计算中要注意管道的直径和风阻力、风压力成幂指数的关系。
4.2减少机械的尾气排放量
决定通风的主要因素是施工中内燃机的尾气排放量。在挖掘隧道时,出渣车一般都要超重运行以保证工作效率,所以尾气排放量远高于计划。因此需要平时加强内燃机的保养和使用,条件允许的情况下可以用电动机械设备代替内燃机。
4.3加强通风管理
施工的通风管理的提高,可以提高工作人员的效率、节能减排、降低成本,所以说是施工中的关键因素。因此要建立科学合理的通风管理体系,配备专业的作业人员进行通风,加强管理机制的建设三个方面来加强施工中的通风工作。5应对突况的措施5.1在隧道作业中,要时刻做好准备应对一切可能出现的意外情况。抽水设备要准备充足,将作业中产生的水及时抽走,预防积水对墙基的浸泡带来的意外情况。
5.2施工中安排足够的人员不间断的检测地质条件的变化,加强预报工作,对可能出现的情况进行安全隐患的排查。采取超前探水措施,预防突水涌泥淹井的危险。如果涌水量较大,可采取径向注浆等多种注浆措施进行堵水。
5.3强化施工单位的安全生产责任制。施工单位根据设计要求制定防范措施,监理单位审查防范措施并检查随动施工风险管理制度。施工单位是隧道安全工作的责任主体,不许加强风险防范和风险管理,落实各项防范措施。加大隐患的排查力度。
6总结
关键词:公路;隧道防排水;施工控制
防排水技术一直是我国公路隧道施工技术攻克的难点之一。公路事业的蓬勃发展加上我国广阔的山地地形,因此开挖隧道在我国公路建设中一直是不可避免的。那么如何才能在隧道施工中对防排水技术加以应用呢?在本文中,笔者对公路隧道防排水的施工控制方法进行了分析和探讨。
一、公路隧道防排水的设计原则
不同公路隧道防排水设计类型有着不同的特点:(1)对水环境的影响:排水型隧道对地下水环境有较大影响(地下水流失),防水型隧道对地下水环境影响较小(基本没有流失);(2)衬砌压力:排水型隧道没有水压,防水型隧道全水压;(3)防水层范围:排水型隧道的拱与墙,防水型隧道全断面铺设;(4)抗侵蚀能力:排水型隧道二衬混凝土抗侵蚀能力较差,防水型隧道二衬混凝土抗侵蚀能力较差较好;(5)工程投资:排水型隧道投资较少,防水型隧道较多;(6)维护费用:排水型隧道的维护费用与使用时间呈正比,防水型隧道维护费用较低。
例如,在法国的公路隧道大多以排水为主,并要求围岩水和污染水分开排放;但是“全封闭、不排水”是德国新建隧道的设计理念,它不允许地下水流入隧道。
二、公路隧道防排水的施工控制方法
1.隧道施工中混凝土初喷时的防排水措施。
建议采用超前固结注浆的施工方法。具体措施是在开挖前对掌子面前方断层、破碎带、含水层等施作超前措施并采用单液或双液固结注浆,不仅增强了围岩稳定性,而且对防水、堵水也起到一定作用[1]。
由于我国的隧道施工(包括公路隧道和铁路隧道)通常都采取爆破开挖的方法,因此,对爆破的质量有着较高的要求,它的质量高低直接关系到围岩稳定性的强弱,而且还对隧道的防排水效果有着莫大的影响。所以笔者建议如果可以采用预爆破或者光面爆破,应该尽量采用这两种爆破方式,爆破的质量越高,对隧道防排水(主要是防水)效果的影响就越小。
除此之外,我们还可以采取对不同层裂隙漏水位置设置暗埋式排水管并多层喷混凝土的方式,达到二次衬砌和防水层之间无水压的目的。虽然我国采用此种方法的时间还不是很长,然而也正是因为此种原因,它的开放应用前景十分广阔。在应用的过程中,注意关注欧洲国家采用此法的最新动态,学习经验,吸收教训,尽量少走弯路。
2.二次衬砌之前的公路隧道防排水施工控制方法
2.1土工布的铺设。
现代隧道在铺设防水板之前,普遍采用300-400g/m2土工布作为防水板的垫层,其目的有两个:保护防水板,避免防水板直接与初期支护或围岩接触,造成损伤;滤水作用,通过土工布的过滤把一部分地下水泄到墙角的排水管道,减少水压力,对阻止排水管道阻塞也能起到一定的作用。在铺设时由拱顶向两侧对称铺设,采用专用塑料垫圈作固定点,使用射钉枪或铁锤将水泥钉通过垫圈中央打入喷射混凝土中,用以固定土工布[2]。
2.2防止防水板的破坏。
相关的研究显示,防水板的破坏原因是二次衬砌间与喷射混凝土的压力(部分由于两者收缩变形的失调)不协调而导致剪力的发生,会造成防止防水板破坏;除此之外,喷射混凝土表面的粗糙不平也是导致防止防水板破坏的诱因之一。防水板的破坏极大地影响了防水板的防水效果。目前,能够用来避免防水板破坏的措施主要有以下几种:
第一,检测喷射混凝土表面。假若发现锚杆露头、钢筋、喷混凝土尖,应该首先将它们去除,然后采用砂浆罩面,其主要目的就是要使防水板的表面光滑平整。
第二,喷射混凝土表层应该防止使用碎石,首先采用卵石作为粗集料,并且在初凝之前,应当机械压抹,至少人工压抹。
第三,恰当地增加防水板垫层,即土工布的厚度。例如,笔者建议防水板的垫层可以采用双层的土工布,防水板的防护力度因此将得到加强。于此同时,防水板的厚度也可以恰当地增加一些。最好能够达到1.2毫米至1.5毫米。
2.3橡胶防水带的安装。
预埋式橡胶防水带在隧道施工中通常采用的安装方式,橡胶防水带具有施工简便、构造简单以及质量可靠等诸多的优点,因此在隧道防排水施工中比较受到青睐。
目前橡胶防水带安装通常先钻钢筋孔,然后将制成的钢筋卡卡紧止水带一半,另一半止水带紧贴在挡头板上。止水带现场接头一般采用搭接,通过胶粘剂进行粘合。也有采用钢钉把遇水膨胀止水带固定在预留槽内安装方法,这种方法简单、快捷,而且施工效果良好。为减少接缝防水失效的可能性,最好避免止水带接头。如果无法避免,接头不应设在拱顶,可设在边墙处,接头要有利于排水,不应反向搭接[3]。
2.4二次衬砌施工措施
目前,国内公路隧道二次衬砌普遍采用抗渗或防水混凝土。施工中普遍存在的问题是背后混凝土振捣不密实,往往留下空洞,二次衬砌出现蜂窝麻面等现象,给防排水留下很大的隐患,部分是施工的原因,也有材料自身的原因。通过提高施工人员素质、采用合适的材料、采用二次衬砌背后压浆等方法,可以收到良好的效果。
3.公路隧道防排水比较常用的防排水措施。
3.1安装环向排水管。
环向排水盲管的作用是在岩面与初期支护喷射砼之间、初期支护喷射砼与防水板之间提供过水通道,并使之下渗汇集到纵向排水管。环向排水管的设置视地下水施工渗漏情况具有较大的灵活性。
3.2安装纵向排水管。
纵向排水管是沿隧道纵向设置在衬砌底部外侧的透水盲管。Ø为10cm的带孔软式透水管或者弹簧排水盲管是当前常用的纵向盲管,其主要作用就是将防水板垫层下与环形排水管排出的水汇集到横向排水管当中,最后流出。在安装之前,应该将安装基面整平;在安装的时候,必须保持适当的排水坡度,并且中间不能够有扭曲和凹陷等等,避免泥沙在再次沉淀而导致排水管的堵塞与淤积。
3.3安装横向排水管。
横向排水管位于衬砌基础和路面的下部,布设方向与隧道轴线垂直,是连接纵向排水盲管和中央排水管的水力通道。硬质塑料管通常被作为横向排水管来使用,在施工的过程中,通常要提前留好接头,在地面施工的时候将其连接到中央排水管。
横向盲管的检查内容主要包括:查看接头是否密实和牢靠,查看接头位置是否有断裂,在最大程度上确保纵向盲管和中央排水管之间的水路通常。排水管的断裂通常会导致排出水漫出地面,发生路面冒水翻浆,对过往汽车的行驶安全产生不利的影响。为了减轻路面负荷对横向盲管的压力,应该在横向盲管上面建立适当的缓冲区,否则很容易导致横向盲管的变形,甚至破裂,对正常的隧道排水功能造成不利影响。
结束语:
要解决好隧道渗漏水问题,不仅设计方案要合理,更要严格按图施工,注重过程控制[4],并且还要考虑运营期间的维护问题,要作为一个系统工程来考虑。
参考文献:
[1]东西高速公路项目中标段专用技术条款(CCTP),隧道分册[Z],2006.
[2]关宝树. 隧道工程设计要点集[M]. 北京:人民交通出版社,2003.
1设计情况
隧道位于半径10000m的曲线上,8‰的下坡。隧道全长采用Ⅴ级围岩加强衬砌,拱部小导管超前注浆,小导管长4m,环向间距0.4m,纵向间距2.4m,初期支护采用Ⅰ20b型钢钢架。洞身DK378+380-DK378+643下穿甘家沟泥石流浅埋段,拱墙设φ50钢花管系统注浆,浆液采用水泥-水玻璃双液浆。洞内采用直径φ89大管棚超前支护,管棚长10m,环向间距0.4m,管棚内设钢筋笼,灌注水泥砂浆充填密实,管棚间设超前小导管预支护。其中DK378+436~DK378+460段拱顶180°范围设置管棚直径为Φ108,环向间距为30cm;管棚间的超前小导管间距为30cm,小导管为Φ50mm×5mm;小导管注浆采用水泥-水玻璃双液浆。预留变形量为30cm。钢架为I20b,钢架间距50cm,拱墙喷混凝土厚度30cm。洞内径向注浆管长度为3m,环向间距为150cm,纵向间距为150cm,全环注水泥-水玻璃双液浆。设计采用了地表注浆加固围岩,注浆范围以隧道边墙净空外左(上游)8m和右(下游)5m范围内地表注浆加固,加固高度为隧道拱部以上5m至边墙底部。隧道横断面设计。为防止地表水下渗,在沟心部位设计有地表铺砌。
2地质条件分析及施工方案的确定
甘家沟石流沟的特点是泥石流堆积体厚度远远大于隧道洞室的高度,整个隧道完全从堆积体内部穿过,地面线就是河床形状,两侧比较宽阔平坦,中心有一小河沟,平时有少量水流,汛期有较大洪水。隧道最浅埋深仅有15m的,其他地段埋深30~40m,隧道底部以下仍有较厚深度的堆积层,受古老河床的形状影响,隧底下部堆积层的厚度深浅不等,基底承载力不等,靠近古河床中心地段承载力最低,泥石流堆积体内富含地下水,渗透系数1.34m/d。对于隧道工程来说,泥石流堆积体由粒径不同的圆砾土、角砾土和千枚岩以及部分夹杂砂质饱水黄土组成,由于形成时间很短,结构松散,密实性差不具有稳定性。其孔隙率大,饱含水,且具有地下流动性,整体承载能力较低,不能满足隧道工程需要。必须对洞室周围进行加固处理,重造围岩,对基底一定深度进行加固,以满足隧道工程的需要。根据以上分析,决定在开挖之前首先应采取地表注浆技术,对DK378+380-DK378+643段进行注浆加固,形成帷幕,有地下水地段采用水泥水玻璃双液浆,无水地段采用单液浆,注浆目的为改良地层性质,重造围岩。其次,开挖前再次进行洞内注浆,增强和提高围岩强度。按照三台阶施工方法,进行开挖,严格控制每部台阶长度,及早封闭仰拱。仰拱底部采用树根桩加固技术,进行基底加固,改良底部围岩性质,提高基底的承载能力。施工中引进TSP超前地质预报技术,对前方围岩情况进行预测。
作者:吴广明单位:中交二公局兰渝项目经理部
关键词城市地铁盾构法隧道防水技术隧道防水隧道堵漏
中图分类号:U231+.3 文献标识码:A 文章编号:
一、国内外隧道建设及防水情况
国内外已建成大量地铁、隧道,逐步形成了较成熟的结构设计计算理论与工程实践体系,但是在隧道及地下工程的防水方面认识则相对落后。地铁不可避免地要经过含水量较高的地层(如上海地铁所处地层大多为饱和含水软粘土层),所以必将受到地下水的有害作用。如果没有可靠的防水、堵漏措施,地下水就会侵入隧道,影响其内部结构与附属管线,乃至危害到地铁的运营安全和降低隧道使用寿命。
盾构隧道渗漏水的位置是管片的接缝、管片自身小裂缝、注浆孔和手孔等。其中以管片接缝处为防水重点。通常接缝防水的对策是使用密封材料,以西德为代表的欧洲方面,采用非膨胀合成橡胶,靠弹性压密,以接触面压应力来止水,以耐久性与止水性见长。以日本为代表的方面,则采用水膨胀橡胶,靠其遇水膨胀后的膨胀压止水。它的特点是可使密封材料变薄、施工方便,但耐久性尚待验证。国内主要采用水膨胀橡胶,并已开始研究开发水膨胀类材料与密封垫两者的复合型。
二、盾构法隧道的防水设计
一般而言,盾构法隧道防水的原则是“以防为主、多道防线、综合治理”。盾构法隧道防水主要要求是在一定的水压作用下,除了管片必须具有防水抗渗能力外,更应满足管片环纵缝在预定张开量下的防水能力。其防水施工的内容主要包括:管片自防水、管片外防水涂层、管片接缝防水(弹性密封垫防水、嵌缝防水)、螺栓孔防水、渗漏处理(盾尾充填注浆等)。
1、管片结构的自防水
管片结构自防水是防水的根本,只有衬砌管片混凝土满足自防水的要求,隧道的防水才有了基本保证。因此,管片结构的自防水是盾构法隧道防水的首要措施,在设计和施工中,主要通过满足管片混凝土的抗渗要求和管片预制精度要求来实现。盾构法隧道衬砌管片多用外加剂防水混凝土,抗渗可达S12以上,渗透系数K
2、管片外防水涂层
管片外防水涂层需根据管片材质而定,凡有较深裂纹的管片一般都要增加外防水涂层。对钢筋混凝土管片而言,一般要求:①涂层应能在盾尾密封钢丝刷与钢板的挤压磨损条件下保持完好,不损伤、抗渗水;②当管片弧面的裂缝宽度达0.3mm时,仍能抗0.8MPa的水压,长期不渗漏;③涂层应具有防迷流的功能,其体积电阻率、表面电阻率要高:④涂层应具有良好的抗化学腐蚀、抗微生物侵蚀能力和足够的耐久性,且无毒或低毒;⑤涂层要有良好的施工季节适应性,施工简便,成本低廉。
管片外防水涂层,除应涂抹于管片背面外,还应涂抹在环、纵面橡胶密封条外侧的混凝土上。但应指出,若管片制作质量高,采用抗侵蚀水泥,不做外防水层也是可以的。
3、管片接缝防水
管片接缝防水是盾构法隧道防水的核心,而管片接缝防水的关键是接缝面防水密封材料的采用及其设置。管片接缝防水措施主要包括:密封垫防水、嵌缝防水、螺栓孔防水、二次衬砌防水等。
(1) 弹性密封垫防水
在使用高精度管片的基础上,采用弹性密封原理、线性密封方式、密封材料预制成型施工法,制成具有特殊断面形式的弹性密封垫。它通常加工成框形、环形,套裹在环片预留的凹槽内,形成线防水。
弹性密封垫防水的各种要求:
① 功能要求
短期防水要求密封材料因压缩产生的接触面应力大于设计水压力;长期防水要求接触面应力不小于设计水压力;密封垫在设计水压力下允许张开值应满足下式:
δ≤BD/(ρmin-0.5D)十δ。十δs
式中:δ--环缝中弹性防水密封垫在设计水压力下允许的缝张开值(mm);
ρmin--隧道纵向挠曲的最小曲率半径(mm);
D--衬砌外径(mm);
B--管片宽度(mm);
δ。--生产、施工中可能产生的环缝间隙(mm);
δs--邻近建筑物引起的接缝张开值(mm)。
② 耐久性要求
包括防水功能耐久性、耐水性、耐动力疲劳性、耐干湿疲劳性、耐化学腐蚀性等。
③ 密封材料种类
可分为单一材料的、合成材料的及水膨胀的。现多采用水膨胀橡胶。它大大改善了盾构法隧道的防水性,是今后的发展方向。在设计时必须根据实际情况确定合适的膨胀倍率、膨胀时间及环境可能造成的影响。
(2)嵌缝防水
嵌缝防水是以接缝弹性密封垫防水作为主要防水措施的补充措施。即在管片环缝、纵缝的内侧设置嵌缝槽,用止水材料在槽内嵌填密实来达到防水目的。
嵌缝填料要求具有良好的不透水性、粘结性、耐久性、延伸性、抗老化性,特别要能与潮湿的混凝土良好结合,并具有不流坠的抗下垂性,以便在潮湿环境下进行施工。目前多采用环氧树脂、聚硫橡胶、聚氨脂、环氧焦油等作为嵌缝材料。
嵌缝作业在环片拼装完成后过一段时间才能进行,亦即在盾构推进力对它无影响,衬砌变形相对稳定时进行。
(3) 螺栓孔防水
螺栓孔防水也是管片接缝防水的一种补充方式。管片拼装完成后,若管片接缝外侧的防水弹性密封垫止水效果好,一般不会从接缝内侧的螺栓孔发生渗漏。但在密封垫失效和环片拼装精度差的部位,螺栓孔处会发生渗漏,因此,必须对螺栓孔进行专门的防水处理。
目前,我国普遍采用橡胶、聚乙稀及合成树脂等做成环形密封垫圈,靠拧紧螺栓时的挤压作用充填到螺栓孔间,以达到止水的目的。在日本,采用塑料螺栓孔套管进行防水,
(4) 二次衬砌防水
在管片的上述接缝防水措施不能完全满足止水要求时,可在其内侧再浇筑一层素混凝土或钢筋混凝土二次衬砌,构成双层衬砌。
二次衬砌做法各异,主要有直接在管片内侧浇筑混凝土内衬砌;在管片内表面先喷一层15~20mm厚的找平层后,粘贴油毡或合成橡胶类防水卷材,再在防水卷材内侧浇筑混凝土内衬。混凝土内衬的厚度根据防水及施工的需要确定,一般为150~300mm。
目前,大多数国家都致力于研究解决单层衬砌防水技术,逐步以单层衬砌防水取代二次衬砌防水,从而提高盾构法隧道建造的经济效益。
三、盾构法隧道的堵漏
渗漏水调查是堵漏过程中的首要环节。调查的内容一般侧重于漏水或漏泥的位置和型式、混凝土管片的损坏情况等。主要是查清渗漏水的原因和水的渗入途径,并由此制定渗漏水治理方案。
盾构法圆环隧道的渗漏水治理效果很大程度上取决于堵漏作业人员的经验。而缺少严格、正确的渗漏水调查也是堵漏失败的一大原因,这一点必须得到足够的重视。
1、盾构法隧道渗漏水的原因
(1) 管片壁后注浆的质量差、充填不密实,不能使围岩和衬砌整体协调受力,造成受力不均,局部变形过大,首道防水层失去作用而引起渗漏水。
(2) 管片在制作时养护不合理、水灰比过大,出现气孔和微裂纹。
(3) 管片在运输、拼装中受挤压、碰撞、缺边掉角。
(4) 遇水膨胀橡胶密封垫粘贴不牢,或过早浸水使膨胀止水效果降低。
(5) 管片拼装质量差、螺栓未拧紧,造成接缝张开过大:手孔、注浆孔等薄弱部位封孔质量差,螺栓孔未加防水密封垫圈等。
2、盾构法隧道的堵漏措施
首先查明渗漏水的详细情况和原因,再根据渗漏出现的不同部位、不同形式,采用下列具体措施:
(1) 对于集中成片渗漏区,宜利用环片注浆孔注浆壁后回填。即钻穿注浆孔,再注入超细早强水泥浆、有溶性聚氨酯浆液等堵漏。
(2) 对于管片环缝、纵缝的局部线漏、滴漏,宜采用钻新孔环片壁后注浆堵漏。具体方法是:在渗漏严重处先打一小孔,直径一般为2-3cm,插入塑料细管引排渗漏水,同时插入注浆管,向管片壁后压注水玻璃水泥浆、聚氨酯浆等材料封堵渗漏水通道。当确认不渗漏水时剪断注浆管,最后用快凝水泥封闭孔及周边缝。
(3) 对于管片裂缝引起的渗漏水,可根据裂缝宽度,按如下两种情况处理:
① 宽度大于0.2mm的裂缝应先注浆堵漏,再用氯丁胶乳、丙烯酸乳液等进行表面涂抹封闭裂缝,这些材料具有很大的弹性、粘结性和自身强度,能适应裂缝以后的发展变形。
② 宽度小于等于0.2mm的微裂缝,据实践调查表明,在具有一定厚度(300mm以上)和承受的水压不大时,不会出现影响隧道使用的明显渗漏;当水压不太大时,会出现潮湿裂缝或轻微渗漏水,这时混凝土的裂缝具有自愈能力,同时渗漏水对钢筋锈蚀影响也不明显。因此,处于地下水中的混凝土裂缝的允许宽度,其上限一般定为0.2mm。对于这类型裂缝,只需采用AS混凝土墙面涂料、SWF水泥密封材料等作表面涂刷封闭处理,即能达到堵漏的要求。
四结束语
对于隧道防水防水施工,主要有以下几点体会:
(1) 整条隧道推进和拼装的质量必须得到保证,这是前提条件。如有的隧道在盾构推进时轴线控制不佳、经常出现较大纠偏动作,影响了管片拼装质量,使隧道衬砌因出现开裂或接缝张开过大而渗漏水。
(2) 要选择合理的施工时期。通常要求堵漏应在隧道变形稳定以后进行,而且最好安排在枯水期施工。但事实上,受制于工期和现场条件,这往往很难做到。
(3) 设计要合理,施工应精心。一方面,设计要便于施工。防水设计应从现场的实际情况出发.以达到规定的防水要求。选取的方案既要考虑到防水的效果.又要考虑其实际的可操作性。另一方面,施工应严格遵循设计的要求。每一道工序都要加强检查,确保其达到规定的工艺要求。
总的来说,防水作为隧道的一项基本要求,应贯彻于工程的全过程中,仅靠专项的防水施工要达到理想的效果是很困难的。
参考文献:
1.盾构法隧道施工技术及应用周文波编著中国建筑工业出版社
2.日本隧道盾构新技术尹旅超 朱振宏 李玉珍等编译
关键词:袖阀管注浆;隧道穿越楼房施工;帷幕注浆
地铁隧道的施工,一般都是在繁华地段开展,所以在施工过程中必然要穿越道路桥梁、楼房等建筑物。而隧道施工过程中就会遇到为了保护建筑物安全而打设隔离桩的情况,但是在施工过程中,由于受到场地的限制,而打设隔离桩的施工机械又相对较大,所以,在遇到楼房间距很小,或者隧道很小的情况的时候,就很难进行隔离桩施工。本文就通过对地铁隧道的建设过程中,在近距离穿越某住房楼的施工措施和施工保护进行分析。
一.工程介绍
某市地铁A站到B站之间属于暗挖区段,受影响的住房楼有3栋,其中K4+350~K4+450是近距离穿越建筑物区段。3栋楼房中,有两栋是现浇混凝土结构筏形基础,地下5层,地上11层,另外一座是砖混结构筏形基础,地上7层。该隧道是马蹄形,其右线结构外缘与楼房的最小垂直净距离是6.3米、最小水平距离是0.57米。改工程所处地段的地下水位较高,地质复杂,容易发生坍塌。另外楼房对不均匀沉降的抵抗能力最大允许值才20毫米,而且场地条件有限,还受到噪声的限制,所以不能实施地面降水、打设隔离桩的操作,所以常规的工程措施不能保证楼房不均匀沉降合格。所以以保证工程施工安全、保障楼房安全为前提,本工程决定采用水平袖阀管全断面帷幕注浆方案进行施工操作。
二.水平袖阀管注浆施工
(一)袖阀管注浆工艺原理
根据各工程地质的具体情况,为了实现定量可控灌浆、重复灌浆,可对袖阀管灌浆长度进行调整。袖阀管的结构主要是由橡皮套、PVC外管、以及密封圈和镀锌注浆内管组成,规格是外?68mm、内?56mm,不能向管内返浆,只能向管外出浆的单向闭合装置。在进行袖阀管灌浆的时候,可以使用高灌浆压力,在一个孔内关注多种浆料,比如超细水泥-水玻璃双液浆,这是一种具有可灌性、良好渗透性的浆料,这样一来,灌入的浆体就会在地体进行均匀的分布,从而提高地层的稳固性袖阀管注浆的结构和装置图如图所示:
袖阀管注浆结构图
袖阀管装置
(二)施工工艺流程
为了减少因为地下水流失固结产生较大沉降,在工程隧道开挖之前,首先就是要进行孔位的布设,布置实验监测孔,在建设止浆墙,止浆墙建好之后,进行钻孔,然后就是在钻好的孔内插入袖阀管,接着就是下套壳料,最后就是注入浆料。
三.袖阀管灌浆施工工艺关键技术
(一)袖阀管灌浆技术
袖阀管注浆的施工工艺技术,一般包括:泥浆护壁成孔,浇注套壳料,以及装袖阀管、固管止浆、灌浆等。具体袖阀管灌浆工艺步骤如下图所示:
(1)袖阀管布置参数。袖阀管直径为外?68mm、内?56mm,注浆孔直径是?108mm。注浆孔间距是0.9米,行距0.7米,蒋叶青的扩散半径是0.8米,开挖长度是27米,有5米是预留止浆墙,循环长度是32米。边墙开挖和拱部开挖的加固范围分别是3米和4米。
(2)钻孔。本工程采用的是水平袖阀管灌注的方法,所以水平袖阀管注浆效果的好坏,直接受钻孔偏差控制的影响,由此工程采用XY-100型探矿钻机进行引孔,采取水平定向钻进技术,在施工过程中,利用楔形钻头进行方向的调节,达到钻孔的精度要求,钻孔的误差控制如下表:
钻孔误差控制标准(cm)
由于该工程路段的地质多属流砂层,为了防止发生坍塌,就要使用优质的稀泥浆进行护壁。另外在实施钻孔措施的时候,为了不破坏已经钻好的孔,进行钻两孔在钻孔的钻孔技术,并在成孔之后和注浆管进行连接,向孔内输送大量清水时采用注浆泵,以便于将孔内的沉渣、泥浆冲出空外。
(3)灌注套壳料。水平袖阀管灌浆中的灌注套壳料工艺是整个灌浆技术的核心工艺技术,用清水将钻孔进行清理之后,就要采用钻杆泵将套壳料送达孔低,然后从上往下进行套壳料的灌注,直到在钻孔口流出标准浓度的原浆液。本工程采用的套壳料主料是砂料,辅料是水泥,该套壳料的配比是砂土:水泥:水:粉煤灰:膨润土=3:1:2.5:1.2:0.5,主要用于封闭钻孔孔壁与袖阀管之间的环状空间,在进行高压注浆的时候,避免浆液沿孔壁、管壁外流,要求套壳料的凝固时间在5-9小时之内,施工时要根据地下水的实际情况,对浆液的配比进行调整。
(4)安装袖阀管。袖阀管的安装,首先就要将袖阀管放入注浆钻孔中,并保证注浆管上部要高出地面15厘米以上,下部要直至孔底。接着为了能利用重力作用,保证袖阀管不再浮上来,就要在在内部封闭的袖阀管内注入水,然后将套管慢慢的提出。接下来就是在地下1米处,对袖阀管孔壁与外花管之间的环状间隙,采用碎石或者沙石将其进行填充,用速凝水泥沙浆对高于地面1米处至地面路段和孔口周围进行封堵,避免注浆过程中出现冒浆情况。
四.注浆效果评定与沉降监测
(一)注浆效果。根据本工程的实际情况以及设计要求,注浆压力在加固后要达到1.5MPa,在每个循环注浆结束后都要进行钻孔取芯实验,效果现实良好。注浆要持续10分钟以上,之后,再进行物探方法进行效果检测,除了台阶出现少量渗水之外,效果较好。
(二)称将测量点的布置与监测。为了能及时发现在管幕布设中,以及在后续开挖过程中的地面沉降点,就要加大检测力度,制定严格的建筑物、洞内、外的沉降监测。在隧道纵向和横向每7米布置4组地面沉降观测点,检测频率为3小时左右1次,本工程的监测数据,是运用水平袖阀管全断面帷幕注浆技术,在该隧道开挖至K4+400处产生的数据。监测内容有地面沉降监测、楼房基础沉降监测、拱顶下沉以及地面裂缝、围岩压力、房屋裂缝及倾斜等的检测。监测到的地表沉降值最大为6.9毫米,对楼房的安全完全没有影响。该变形观测点以及钢筋应力布置平面图如下:
五.总结
本工程是隧道穿越楼房的施工,根据施工地段的实际情况,所以采用了水平袖阀管全断面帷幕注浆技术,在施工结束后的施工效果评价中可以知道,该技术的在本工程中的施工效果较好,在减少施工过程中对近距离的楼房干扰的同时,也保证了隧道穿越对桩基产生的变形作用。这种进行了改良的施工方法,对今后在涉及较多建筑物的隧道施工中具有较高的参考价值,所以有较高的推广价值。
参考文献:
[1]张东,薛洪松,路刚等.袖阀管注浆在隧道穿越楼房施工中的应用[J].建筑技术,2009,40(11):999-1001.
[2]张东,薛洪松.袖阀管注浆在隧道近距离穿越楼房中的应用[C].//2009中国城市地下空间开发高峰论坛论文集.2009:116-118.
关键词:隧道施工;地质条件;超前预报
中图分类号: U455 文献标识码: A 文章编号:
随着我国日新月异的告诉发展,随着综合国力的日益增强,我国各个城市的规模也越来越大,全国各地城市人口流量迅速增长,车辆交通环境越来越紧张,从而导致交通状况越来越恶化。为了改善城市的交通紧张的问题,兴建各种交通环境成为刻不容缓的工作。在各种改善交通环境的措施当中,地下隧道得到了普遍的认可。例如,在最近的几年间,地下隧道在北京、上海、深圳等各大城市都有相应的新建工程项目。由于施工量的增多,其产生的各种问题也逐渐浮出水面。我国地大物博,修建隧道的地质区域不尽相同,如何在恶劣的不良地质条件下进行施工以及影响因素有着研究的重要意义。同时,对不良地质隧道施工的超前预报,也是成为了安全高效施工的一大保证。
不良的地质地段与特殊地质地段隧道施工时应注意的几个方面:
1.1 施工准备阶段施工方案的确定
在工程施工之前的开始阶段,施工单位应该对设计所提供的地质资料进行详细的了解与分析,对各个方面透彻深入的研究,随后制定完备详尽的施工方案,做好充足的准备。在施工中达到高效、安全、优质的目的。反之,如果准备不充足,就算地质条件足够好,也会因为施工方法或者措施不够合适导致施工进度的延误与施工安全的影响。
1.2不良地质地段施工应该注意的方面
不良地质地段的隧道施工时,应该以安全施工为前提,综合全面的考虑到整个隧道工程的地质条件、水文条件、断面的尺寸、形式、结构、施工机械设备的条件、工期以及经济性等各方面的可行性。与此同时,时刻注意施工进度中,周围施工环境的变化,并且对施工方式、施工进度作出相应的更改,以保证安全施工、高效施工,并且避免由于施工工程的失误,所造成的经济损失。
2 不良地质条件隧道施工超前预报
2.1 不良地质条件隧道施工超前地质预报技术的意义与基本情况
在我国隧道建设工程越来越多,各地施工地质条件变得越来越复杂,同时对技术的要求也越来越高,随之施工难度也越来越大。在施工当中,由于地质隧道内的可供观测人员观测的空间位置十分有限,多数观测方案会受到限制。所以如何采取措施、采取哪种措施来规避风险、保证正常施工安的全和进度、降低成本损耗,已经成为不良地质条件下隧道施工的研究方向。
在国外,发达国家在进行隧道修建工程施工中,隧道施工的地质预测工作都是非常重要的、不可缺少的环节。在设计图纸上,各研究人员明确的要求在施工单位施工过程中做好超前地质预报工作。这在我国亦然,重视隧道地质超前预报工作已经成为广大工程技术人员和管理者的共识。
在隧道工程项目中,一般的惯例做法的原则是一次性投资。即当前投资中就已经包括了可能产生的风险投资在内。如果在以后在工程施工中,所产生的各种风险,均由施工单位或承包商承担。由于隧道施工中不良地质条件的超前预报工作和高水平的隧道的施工地质技术可以极大地避免和减少坍方、突水突泥、瓦斯爆炸、岩爆等地质灾害,保证施工顺利进行,可以极大地降低成本,所以这项技术引起了施工团体和单位的高度重视。
在我国,隧道施工的领域,隧道施工的超前地质预报工作虽早有开展,预报方法也多,但没有系统的、成熟的技术,其大多刚刚处于研发、试用阶段。
2.2 超前预报的基本方法
2.2.1地质调查法
地质调查法是根据当前施工隧道中已有的资料资料和隧道内地质素描,通过地层层序对比、地层分界线及构造线地下和地表相关性分析、断层要素与隧道几何参数的相关性分析、临近隧道内不良地质体的前兆分析等,利用常规地质理论、地制作图和趋势分析等,推测开挖工作面前方可能揭示地质情况的一种超前地质预报方法
2.2.2 超前地质钻探法
超前地质钻探法是在掌子面架设探孔,同时采用水平钻机组进行超前的钻探,再根据钻机在钻进过程中产生的推力、扭矩、钻速、成孔难易及钻孔出水情况(必要时会提取岩芯进行分析)来确定前方的地层和岩性情况,同时对进行涌水量、水压测试及水质分析,来判定掌子面前方地层之中含水情况和性质的方法。
2.2.3 物探法
隧道施工的超前预报物探法是根据地震波的回波原理,同时通过人工制造一系列规则布置的轻微震源,由三维地震波接收器在计算机的监控下采集这些震源所发出地震波沿隧道前方及四周区域传播而遭遇不良地质体(如地层层面、节理面、岩溶面、特别是断层破碎带等)被反射返回的地震波数据。这些回波信号的传播速度、延迟时间、波形、强度和方向是与相应的不良地质体的性质和分布状况紧密相关的,通过分析可以得到前方地层的地质力学参数和空间位置数据,从而形成预测预报结果。
2.2.4地质雷达
地质雷达采用的是时间域脉冲雷达,将宽频带的脉冲发射到地下介质中,利用电磁波在不同介质电性界面(地质体)上的反射特性,通过接收反射信号,经软件处理后确定探测目标的形态及属性。
2.2.5水平声波剖面法
是弹性波反射法的一种,其实质是:将发射源、接收效能器布置在隧道两侧的浅孔内,发射、接收位置均在平行于隧道地面的同一水平面上,即构成一“水平声波剖面”,在该剖面内向空间激发并接收震动(声波)信号:采用时域、频域中的时差、频差与地质相结合的方法确定反射面的空间方位并“投影”到该剖面上,从而确定反射面的出露里程及性质。
2.2.6红外探测
由于分子振动和转动,围岩每时每刻都在由内向外发射红外波段的电磁波,从而形成红外辐射场,同时将围岩的地质信息以场强的形式传播出来。当掌子面前方或任意空间存在不良地质体(活动水体、溶洞、煤层瓦斯、煤层自燃等)时,会引起围岩红外辐射场强的畸变,利用红外探测仪对场强的测量分析来确定这种畸变,达到对掌子面前方或空间不良地质体的预测。
3 对超前地质预报的认识
超前地质预报的多种方法原理不尽同,效果也同样的各有所长,如何应用以及应用选择其中合理的方法与组合,对于超前地质预报工作有着重要的意义。
超前地质预报顾名思义,其主要是预报,是为了引起响应工程中施工人员的注意,并准备采取相应措施,坚决不能在预报位置发现没有出现不良地质体的时候,就认为危险没有了。对每一个超前地质预报的细节都必须高度重视。
综上,超前地质预报质量要高,必须做到以下三点:一是施工现场配合要好,基本数据采集真实、可靠。二是操作人员素质要高,熟悉地质规律。三是充分利用施工设计资料,观察时候无比仔细观测对比现场开挖的地质情况。
结束语
重视隧道地质预报的工作已经成为了各隧道施工单位管理者的重中之重的课题,在隧道工程的施工中,各种情况千差万别。超前地质预报工作虽然有所开展,但是技术不够成熟,施工中要尽可能的区别情况,具体情况具体分析。虽然不良地质给隧道施工造成了不少困难,但是只要掌握了不良地质的各种特性、规模以及在隧道施工中的露出位置,采取适当的处置措施,就可以减少相应的损失。
参考文献