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中图分类号:U455 文献标识码:A
近几年来,在公路隧道施工形式中出现了一种相对较为特别的隧道布置方法及技术,并取得了较好的施工效果,这一种新型的隧道技术是小净距隧道。伴随着越来越多的小净距隧道得到修建,相关人员也加强了对这种隧道的研究,并不断总结经验与教训,使得小净距隧道技术取得了较大的进步。但是目前这种隧道施工方法还存在很多不足的地方,本文对小净距公路隧道施工中出现的问题展开探究,并提出相应的解决措施。
1 小净距大跨度隧道施工方法简介
为了减少征地面积起到保护环境的作用,小径距隧道作为一种新型的隧道施工方法得到广泛应用。由我司承建的云南小龙高速公路马鞍山隧道是一种双向四洞八车道小净距隧道,开挖过程中拉开左右线掌子面的距离,及时对隧道中间岩柱进行加固支护,防止先行洞及后行洞之间产生影响。先行洞二次衬砌超前后行洞开挖,超前距离控制在20m以内,用控制爆破的施工方法,在开挖以后进行喷锚支护,及时进行监控量测。在受力特点方面小净距隧道比分离式隧道更为复杂,如果从施工方面小净距与分离式有很多相似的地方,同时对于质量更易控制,成本更小。
2 小净距隧道的相关问题分析
(1)规范规定:如上文所说,小净距隧道是相对于分离式隧道来说,也就是不大于分离式隧道的最小净距要求的一种公路隧道。小净距隧道有别于连拱、分离式隧道。净间距在20m~2m的隧道都可称为小净距隧道,但是不一样的净间距的隧道类型对于中间岩柱的相关加固操作以及在双洞施工的过程中产生的影响较大。所以,应尽可能地将小净距隧道的研究工作进行细化,应对小净距隧道的相关施工方法理论知识以及关键施工与设计技术进行全面而详细的分析,进而满足施工的实际目标。
(2)主要依照分离式隧道的相关判断标准以判断小净距隧道内的围岩稳定性的有关指标,结合具体的工程,利用现场监测综合分析小净距隧道能否真正适应工程的实际情况,对于小净距隧道的特点以及相关优势,相关的人员要进行详细的分析。
3 施工技术分析
3.1 开挖过程
开挖的过程中,主要有开挖的先后次序、方法措施及断面开挖滞后距离等有关问题。在结合工程的具体情况进行隧道的开挖技术进行选取时,应对工程的安全性进行考虑,再分析施工的能力大小、隧道围岩的问题、工序的转换方面以及施工及其设备等因素。目前在我国公路隧道公路中,应用最多的小净距隧道施工方法主要包括以下几种:
侧壁导坑法一般是应用于破碎以及节理发育的Ⅳ与Ⅴ级围岩,把开挖断面分割成几个部分,有效地减少开挖跨度,对导坑实行先行施工,加固中间岩柱,在小净距隧道施工的中,侧壁导坑法应用相对较为广泛;台阶法由于工序较易组织,同时施工过程中应用的机器设备简单、费用相对较低,具有相对广泛的应用,此方法应用于侧壁导坑法、Ⅲ与Ⅳ级围岩先行洞的开挖,预留光爆层法;CD法、CRD法的中心隔墙可以稳固地面支撑,防止地面沉降,此方法应用于Ⅴ与Ⅵ级软弱围岩,地面出现沉降的地区,Ⅴ级围岩后行洞的开挖;而对于全断面法来说,一般应用于围岩较为完整、具有较强自稳能力的Ⅰ与Ⅱ级围岩中,其优势是具有较快的施工速度。
3.2 对中间岩柱进行加固
中间岩柱体受到双向爆破振动的影响较大,受力也比较复杂,并且岩柱体在相邻的隧道开挖时,对围岩和掌子面的稳定性都起着十分重要的作用。在进行施工时,如何保障中间岩柱保持稳定,是小净距隧道施工和设计的核心技术。加固中间岩柱的措施主要有:长锚杆、注浆预加固和对拉锚杆加固。综合分析岩柱厚度、围岩类别和爆破影响等各影响因素来选择具体的加固办法。注浆预加固是采用比较广泛的方法,不仅能够单独的应用在较大的间距隧道,加固中间岩柱,还能够和对拉锚杆、长锚杆相结合,来加固近距离的小净距隧道中间岩柱。一般情况下,对拉锚杆适用在6m以下厚度的中间岩柱。
3.3 监控量测
由于双洞间的相互效果作用,对于围岩来说,具有较为复杂的受力,在小净距隧道进行施工时,应重视现场监控量测的重要性,不但可以对检测先行洞结构的相关安全性问题进行检验,与此同时还可以对隧道的加固措施是否有效以及后行洞施工过程是否妥当等问题进行检验。所以,依据小净距隧道的相关特点,不仅要对规范规定的重点项目进行详细的监控检验,还应对监控测量中间岩柱的内部产生的位移、相关支护内力以及围岩松弛的范围大小和后行洞的爆破振动速度情况等问题进行检验。在隧道的施工时候必须确保隧道的安全性与稳定性,因而必须对监控量测方法与技术进行足够的重视。
结语
小净距公路隧道在施工过程中,具有较大的施工难度,在施工的过程中,必须保证隧道开挖的时候,围岩有足够的稳定性,使两隧道间因为净距较小所导致的爆破震动以及围岩变形等影响因素有效地得到控制。在应用于小净距隧道的过程中,应注意相关的问题,有效地应用关键技术,同时重视监控量测的作用,确保隧道的安全性与稳定性,使隧道修建起到经济、合理的目标。
参考文献
关 键 词:复杂地质 隧道 施工总结
中图分类号:U45文献标识码: A 文章编号:
一、前言
复杂多变地质条件是指地下工程在开挖后,围岩由于原有的力平衡状态受到破坏并在地下水的作用下产生过度变形、滑坍或膨胀的地质现象。由于复杂地质条件的影响,会造成建设工期的延长,增加工程费用,严重时会造成工程停滞不前。
二、断层及破裂带的处理及施工方法
断层从表现形式来分可分为压性断层、张性断层、扭性断层和压扭断层等。其对工程的影响各不相同。在隧道施工中,弄明白断层的表现形式对制订施工计划及确定掘进方案是非常有用的。在具体的施工过程中,对断层属于哪一种类型,隧道处于什么样的地层中要做到心中有数,然后对可能存在的问题具体分析,做到有的放矢。当遇到断层破碎带,其工程特点是:围岩呈角砾状松散结构,泥质充填,自稳性极差,开挖后拱顶掉块现象严重。针对这种地质情况,通常情况下我们采取了以下施工组织和技术方案。
(一)、施工方案
以浅眼短循环掘进,尽可能减小围岩塑料性变形区域,避免坍方。每循环进尺0.5~0.75m,既以一榀拱架或格栅为单元教学掘进,以缩短围岩在无支护下的塑性变形时间。实行“三班八小时制”连续施工。同时,对爆破作业中的设备选型,围岩类型及打眼、装药、围岩状况以及爆破效果等各项数据进行回归分析,从而对爆破中的各个环节参数进行改进,以达到最佳状态。另外,浅眼短循环作业也利于爆破的进行,爆破后超挖量较小,减少了回填量,同时加快了施工进度。
(二)、施工方法
1、超前支护
在断层破碎带采用全部采用Φ42超前注浆小导管支护,并压注水泥浆液以固结松散岩体,增强了围岩的自身强度,减少围岩变形量。注浆导管加工成花管,根据围岩和实际施工的具体情况,在具备大型钻孔台车施工的条件下,以4.5~6m为宜。
2、开挖
采用光面爆破开挖。为了充分保证开挖的实际效果,在施工时应结合围岩的地质情况,选用合理的钻孔设备,确定爆破方案,同时对爆破后的效果及相关数据及时反馈给爆破技术人员,以便及时调整下次施工爆破方案。虽然在这种地段下的光面爆破效果较差,残眼率较低,但它对围岩的扰动较小,整体成型轮廓较好,欠挖处理较少,对施工效果也具有不可估量的作用。
3、支护
隧道的初期支护在新奥法中具有十分重要的意义。一般隧道施工中,对初期支护的要求及设计均较保守。但由于地质情况了解得少,因此对断层发育严重,围岩初期塑性形变较大且短期内难以停止的区段,就需要采用一些强化初期支护的办法来补强。如加密径向药卷锚杆的布置;对变形开裂段压注水泥浆液;提前进行二次衬砌等办法。所有这些均需要在对围岩进行精密的监控量测的基础上进行确定,否则只靠目视判断,就太缺乏科学依据了。为了保证初期支护的准确及时,就需要技术人员及施工的工人在施工中根据实际情况,科学合理地采取适当的办法。
4、二次衬砌及仰拱
对局部形变较大的断层分布区,加强围岩的监控量测是十分重要的。现在隧道施工中多采用正台阶法,因此,在施工中上下导坑均需要布设一些监控点。通过对监控量测的数据进行分析,对已稳定的初期支护区段及时进行二次衬砌,以及对部分变形剧烈且很不稳定的区段及时施作二次衬砌进行封闭。仰拱施作在二次衬砌后及时跟进,使隧道形成一个统一的整体。
三、含水层与流沙岩层的处理及施工方法
破碎岩层与砂砾岩层含水后,稳定性会随含水量的增加而急剧地降低。针对破碎岩层含水情况,关键要处理好地下水。在施工过程采用排、堵相结合的原则,先在开挖面钻深孔,进行排水,等水流变小后再施作超前注浆小导管,钢管预先钻孔按梅花型布置,间隔50cm,直径为5mm。所压注的浆液以水灰比为0.8﹕1的CS浆液为宜。但必须注意的是排水钻孔的孔深应大于注浆孔深在2m以上。具体施工方法为:
(一)、防排水
隧道内施工车辆、人员来往比较频繁,排水系统在安排上应充分考虑到在不影响施工的前提下,最大限度地排除围岩内的水。由于上导坑的初出水量占整个隧道出水量的70%以上,但集中水泵又较为困难,因此采用凹形开挖,两侧稍高,中间略低的办法,将上导坑与下导坑做成长而缓的下坡,较好地解决了这个问题。对于下导坑开挖,主要采取在二次衬砌段设置集水池,集中进行抽水。尽量保证掌子面部分干燥,使施工能顺利进行。
(二)、支护与加固
由于围岩中水分的急剧流失会对围岩的应力重分布造成极大的影响,因此在排水到一定程度时,应立即完成初期支护,对水流实施封闭。同时,较为密集地打入径向小导管,压注水灰比为0.8﹕1的水泥水玻璃浆液,使隧道洞身周边的围岩迅速形成一个受力拱圈,从而达到一个稳定的状态。
四、软弱膨胀易流变层的处理及施工方法
遇到弱膨胀易流变的围岩,由于围岩自稳性极其差(开挖断面无法自稳),无法自行成洞,使开挖、支护都加大了难度。为此,采取的措施为:
(一)、超前小导管
超前小导管注浆,由渗透注浆改为劈裂注浆,以使在围岩中形成脉状固结体,并挤压围攻岩,提高围岩自稳能力。所注浆液以水灰比为0.8﹕1的CS浆液为宜。每排超前小导管压浆前用喷射混凝土8cm~10cm止浆墙封闭开挖面,同时严格保证注浆的压力要达到2~4Mpa,以达到相应的注浆效果。
(二)、排水
排水采用超前导管引流排水为主,加强下部导坑的施工排水为辅。下部排水采用含水层施工的排水方案。对于超前排水,则需要在施工中及时疏导水流的同时,由专业技术人员认真观察围岩的变化情况,进行监控量测,对围岩的应力变化和水流的情况及时加以了解分析,以确定合理的施工方案,确保施工顺利进行。
(三)、开挖及初期支护
开挖时应预留核心土,对开挖掌子面喷射C20混凝土进行封闭,两侧弧形导坑每次只开挖一半,开挖后支立半榀工字钢架,并以木支撑进行临时支撑,支立拱架后,尽快施作径向锚杆、挂网、喷射混凝土及时进行封闭,一侧的初期支护完成后,再支立另半榀拱架,拱架连接于前半榀拱架上,在喷射混凝土完成后拆除木支撑。
初期支护喷射混凝土时,为增加喷射混凝土的抗剪能力以及混凝土的韧性,宜加密钢筋网,并尽量采用双层钢筋为宜。
关键词:隧道施工 洞口段 支护方法 应力 岩土体地层
根据对我国隧道施工的经验,在高等级公路建设中,为了保证在隧道洞口段施工的安全,设计与施工的工程师必须从思想、技术和施工管理的角度出发,选择合理的支护方法;在保证隧道施工的安全和施工质量的前提下,充分重视隧道洞口段施工支护的重要性。这样不但可以增加洞口段施工的安全性,而且可以有效地提高施工效率,减少投入,增加效益。并且还能够减少对原来地层的扰动,美化洞口的环境的。
1支护方法介绍
1.1喷射混凝土
这种方法主要是向洞口内表面围岩喷射混凝土,使被裂隙分割的岩块体粘接起来,起到保持岩块体的咬合和镶嵌作用。通过提高岩块体的粘接力和摩擦力来有效防止围岩松动,并避免或缓和了应力集中现象的发生,而且给围岩表面以抗力和剪力,使围岩处于有利于稳定的三轴应力状态,并通过喷混凝土层自身的结构刚度,来阻止不稳定体的坍塌。喷射混凝土自身有一定的刚度,能够抵抗岩土体的坍塌,并且往往和其他支护方法共同作用,承受支护结构的受压变形。因此,喷射混凝土支护方法是现代隧道洞口段施工最常用的方法之一。
1.2锚杆支护
这种方法是在岩土体中打入锚杆,以约束岩土体的变形,并且通过向围岩施加压力,使原来处于二轴应力状态的洞室内表面的围岩保持三轴应力状态,从而阻止了围岩体刚度的恶化,尤其是松动区内围岩的刚度,具体原理如图1所示。通过在岩土体中的系统锚杆的作用,在岩土体中形成了被约束变形的岩土体加固圈,形成了能够承受外部荷载的岩土体承载拱,与岩土体共同承受外部荷载,增强了岩土体的稳定性。锚杆施工工艺流程如图2所示。
图1锚杆支护示意图
图2锚杆施工工艺流程图
1.3挂钢筋网
通常钢筋网是与锚杆连接在一起使用的,由于锚杆布设有一定的间距,使得锚杆约束作用之间的岩土体就非常薄弱,易发生坍落,为此在锚杆之间用钢筋网连接,可以使松散的岩土块体都处于三轴应力状态中,保持稳定作用。同时,锚杆之间相互连接,减小了由于单个锚杆失效,避免局部坍落的可能性。钢筋网支护的主要特点:①钢筋网可以根据支护的围岩面的实际起伏形状铺设,铺设之前应喷射一层混凝土,厚度一般为5 cm;②钢筋网与锚杆连接牢固,消除了喷射混凝土时产生的颤动;③在喷射过程中,喷头与被喷面之间的距离比较小,并可以调节喷射的角度,使钢筋网背阴面也能塞满混凝土;④喷射过程中,随时都能够清除脱落于钢筋网上的混凝土,以保证喷射混凝土质量。
1.4钢支撑
钢支撑是一种利用自身的刚度来稳定岩土体的支撑方法,控制岩土体随时发生的变形,一般在工作面开挖完成后,按设计间距立刻安装,这样能够充分发挥钢支撑的作用,稳定岩土体。钢支撑主要用于岩土体自身稳定性极差的地层,通常有两种形式,一种是用钢筋制作的格栅钢架结构,另一种是用型钢制作的工字钢支撑。并且钢支撑经常与喷射混凝土、锚杆、钢筋网同时使用,以确保岩土体的稳定。
1.5注浆导管超前支护
超前支护的方法有很多,如超前锚杆、超前注浆导管、管棚超前支护方法等,超前支护方法通常用钢支撑作为已开挖部分的稳定端。超前锚杆支护,其机理和工艺与锚杆支护类同,同时发挥锚杆自身的抗弯作用,稳定开挖段的岩土体地层,但加固岩土体地层的作用较差。这里重点阐述注浆导管的作用机理。超前注浆导管在超前支护方法上的作用类似于超前锚杆,纵向支撑松散的岩体,在隧道开挖的开挖轮廓线施做,由后部的钢支撑和前方未开挖部分岩土体支撑起中间部分的岩土体,起纵向梁作用。同时,由于通过对导管内注浆和砂浆锚杆注浆,浆液将进入岩土体的裂隙中,形成刚度较大的土层加固圈,提高了岩土体的稳定性。这种方法对于裂隙发育的块状岩体效果为佳,超前注浆导管对岩土体的注浆加固作用较超前锚杆效果要突出。由于向岩土体内注入了浆液,填补了岩土体中裂隙,不但提高了岩土体的力学性能指标,同时起到了防水的作用。地下水往往会降低围岩等级,不易使岩体失稳,发生坍塌。因此,这种方法对于含水地层的支护加固效果尤其显著。
1.6管棚超前支护
管棚超前支护主要用于成拱效果非常差的岩土体地层,这种地层由于地层自重,产生较大的岩土体侧向压力,隧道内会发生纵向的坍塌,引起前方地层的陷落。为确保进洞的安全,首先在洞口部位施工管棚,采用直径较大的钢管超前布置在开挖的外轮廓线,超前的距离较大,形成纵向钢梁的作用,可以有效地减小由于岩土体自重产生的侧向压力,稳定前方地层。对于岩土体成拱作用极差的地层,这种方法非常有效,但是这种方法施工周期长。提高施工周期是非常关键的工作,为了提高岩土体的自身稳定性,现在也常在钢管上预留注浆孔,管棚施工完成后,进行岩土体注浆,可以发挥岩土体的自身成拱作用,减小钢管的荷载,又能减小地下水对岩土体稳定性的影响。管棚支护施工流程如图3所示。
图3管棚施工流程图
2、结论
本文主要是针对隧道洞口段施工中施工方法的介绍。由于各项措施不是孤立进行的,根据围岩情况、施工环境、工期要求等进行安全性、经济性比较,因地制宜采取综合手段,才是确保施工顺利进行的关键所在。综合以往隧道洞口段施工的成功经验,提出以下结论和建议:
(1)重视各项准备工作。进洞前,制定完整的进洞方案(场地布置、喷锚支护及地表预加固措施、施工方法等),施工中重点隧道配备经验丰富的专职地质技术人员,及时掌握地质变化情况,并提出施工方案变更意见,确保施工安全。
(2)隧道洞口段(大约20 m范围)施工是整个隧道掘进施工安全的关键。施工中应采用特殊的超强支护措施,宁强勿弱,防患于未然。
(3)对于偏压、浅埋、滑坍等特殊地质条件,根据不同现场情况应该采用特殊预加固措施(高压旋喷桩、大管棚、桩板墙等)。
(4)隧道洞口段采用台阶法施工时,尽量缩短台阶长度,以确保隧道稳定性,第一环衬砌应及早成型。衬砌完全执行先墙后拱,有仰拱的必须先做仰拱,尽早成环。
(5)对地层进行注浆加固和喷射混凝土支护等方法可以有效地提高结构的安全系数,起到稳定地层的作用。
参考文献:
[1]李世辉.隧道围岩稳定系统分析[M].北京:中国铁道出版社,1991.
关镶词:高速公路;隧道施工:风险动态:反馈设计
中图分类号:U412 文献标识码: A
前言:隧道工程项目是一个投资大、工期长、涉及面广的复杂系统。在这些项目的建设和运营过程中,会存在许多不确定性和不可预见因素,因此,隧道工程建设中存在着较大的风险因素。为降低诸多风险因素对工程项目造成的不利影响,我们有必要在隧道工程施工中实施有效的风险管理。
一、风险评估概述
风险评估是建立在风险识别基础上的,可分解为风险分析和风险评价两部分。风险分析包括定性分析和定量分析。对项目风险发生的条件、概率和风险事件对项目目标的影响等进行分析和评估,并按照它们对项目目标的影响程度进行排序。风险评价是对风险的规律性进行研究量化分析。每一个风险都有其自身的规律、特点、影响范围和影响量,可以通过分析将其统一为对成本目标和工期目标的影响,按货币单位和时间单位来计量。因此,应对罗列出来的每个风险作出如下分析和评价:风险存在和发生的时间分析、风险的影响和损失分析、风险发生的可能性分析、风险级别的确定、风险的起因和可控制性分析。
风险评价通常是凭经验、靠预侧进行的,但也可以借助一些基本的分析方法。风险分析方法通常可分为两大类,即定性风险分析方法和定量风险分析技术。具体方法如下:列举法、专家会议法、头脑风暴法、访谈、SWOT(优势、弱点、机会与威胁)分析、蒙特卡洛(Monte-Carlo )法分析、敏感性分析、决策树方法、风险相关性评价、风险状态图分析。
二、高速公路隧道施工风险特征与产生机理
1、 风险特征
1.1高速公路隧道施工风险依赖于工程的水文条件与地质条件;
1.2高速公路隧道施工风险带有一定的隐蔽性;
1.3 发生隧道施工风险带有一定的随机性;
1.4 高速公路隧道施工风险发生后果的严重性;
1.5 随着施工的深入,施工风险的可能性会加大;
1.6 施工风险与施工现场条件关系密切。
2、 产生机理
2.1 复杂的地质条件。
高速公路隧道需要穿越的围岩变化大且类别多,同时在实际施工过程中,所遇到的围岩会与设计中预期的围岩存在一定的差异,具有突发性的特点。
2.2 施工难度大。
在通常情况下,高速公路隧道工程的规模都较大,而能够提供的作业空间相对有限,所使用到的机械设备数量众多且结构复杂,从而致使隧道施工工艺复杂且难度较大。
2.3 风险意识淡薄。
我国高速公路隧道施工的建设队伍普遍存在安全风险意识淡薄、文化程度较低等问题。同时隧道工程工期长、规模大、涉及面广,因此往往在隧道施工过程中会出现因意识淡薄而产生施工风险的问题。
三、 风险评估风险指标的计算
1、地质条件的取值
根据《指南》中的内容,公路隧道总体风险评估指标包括地质条件G(包含围岩情况、瓦斯含量及富水情况)、开挖断面A、隧道全长L、洞口形式S以及洞口特征C五大方面,风险指标值R=G×(A+L+S+C),这样就将隧道的风险指标定量化为了一定的数值。从公式R=G×(A+L+S)可以看出,地质情况G占有的权重很高,地质情况的恶化往往会造成风险指标值的显著提高,但从《指南》中会发现当G取值为0时,无论开挖断面、隧道全长、洞口形式、洞口特征各取值为多少,最后都将得出隧道总体为低度风险,这显然是不合理的。所以针对这种问题应规定G值不小于1,即当G值为零时取G=1。在确定地质情况G的取值时,要确定隧道围岩状况a的取值,围岩状况a的取值依据见表1。
围岩状况的确定依据主要是Ⅴ、Ⅵ级围岩长度占隧道全长的百分比,然而在实际的风险评估过程中往往存在着这样的隧道,其Ⅴ、Ⅵ级围岩所占比重可能不高,仅仅为20%,根据《指南》围岩状况a取值为0,但是其隧道当中一次存在的Ⅴ、Ⅵ级围岩长度30m,长距离的Ⅴ、Ⅵ级围岩隧道施工会提高隧道施工的风险,所以在进行围岩状况的取值时,更客观的方法应当引入Ⅴ、Ⅵ级围岩最长连续长度这一指标,与Ⅴ、Ⅵ级围岩占全长百分比这一指标采取并集运算的方式,详细表述见表2。
2. 1
专一项风险评估流程
通过公路隧道风险评估的实践,发现《指南》中对于风险源和风险事件两个概念有些混淆,顾名思义风险源表示引发风险事件的原因或因素,包括地质条件、气候条件、人为因素等等,从概念上出发风险源只是诱因,本身不是风险事件,也不一定会形成风险事件,而风险事件表示具体的风险事故。《指南》当中的风险估测建议应是针对风险事件,比如塌方、瓦斯爆炸等等,分析这些具体事件发生的概率及产生的影响;风险源普查的作用主要是找出产生风险事件的诱因,从而能够全面分析风险可能性。在实际的评估过程中还发现针对某一特定的公路隧道工程进行专项风险评估,往往很难准确快速地确定风险评估的内容,很难找到切入点,《指南》中提出了瓦斯爆炸、塌方、围岩稳定等等风险事件供评估人员进行参考,结合《指南》中已有的内容与实际的评估过程,提出了如下的专项风险评估流程:首先对该隧道进行施工作业分解,针对整条隧道施工作业总体分解为:左右线洞口明挖施工、洞口暗埋段施工、岩溶段开挖施工、隧道正常段开挖施工四大部分;然后进一步细化到施工单元步,包括:爆破开挖、支护、防水、洞口边仰坡防护等等;之后通过专家调查法分析各施工单元步当中包含的风险事件及风险源,隧道专项评估的重大风险事件一般主要包括:洞口失稳、塌方、大
变形、结构损坏、瓦斯、渗漏水及环境影响,风险源的普查可以按照建设条件、结构因素、施工因素三方面进行。最后按照施工作业划分板块,对单元施工步进行风险源普查与风险事件分析,结合《指南》中参考提供的风险事件评估方法进行专项风险评估。
四、 公路隧道施工风险的技术应对措施
1、 崩塌和塌方
在开挖隧道的过程中,有很多原因都可能导致塌方问题的出现,通常情况下我们将其归纳为两大类,第一类是自然因素的影响,如地下水变化、地质条件以及受力状态等,第二类则为人为因素的影响,如不合适的设计方案或是施工方法等,针对隧道施工中的崩塌和塌方的风险,我们可以采取以下的技术措施:应采用围岩“预加固”的技术,从而提升围岩的性能指标。
2、 岩溶
当隧道穿越的岩层是有可溶性的,那么就会出现岩溶的问题,常采用以下的处理措施:(1)对小型的溶洞进行堵塞的处理,常采用浆砌片石、换填片石和干砌片石对位于隧道底部的小溶洞进行回填和压实,如果小溶洞是位于隧道边墙的位置处,那么就应用浆砌片石将其封堵,重点做好混凝土衬砌的封闭工作。(2)对较大规模的溶洞进行处理时,常采用的技术措施为跨越,如拱桥跨越、简支梁跨越、边墙拱跨越和栈桥跨越等,也可以采用支承强加固的措施,如挖孔桩支顶加固、拱桥支顶加固和支承柱加固等;(3)在岩溶隧道的施工阶段,应采用管棚注浆综合预加固的技术,微震爆破,重点做好初期防护工作。
3、 岩爆
在隧道地下工程的开挖阶段,由于开挖卸荷情况的存在,那么洞壁的应力就会出现重新分布的情况,储存在岩体中的弹性应变能就会得到释放,从而出现剥落、弹射以及爆裂松脱的现象,这就是所谓的岩爆现象。而在出现了岩爆后,我们常采用以下的技术措施:在设计文件中如果有埋藏较深并且地质坚硬的岩层这类地质,那么就要提前制定好防范措施。岩爆通常都发生在新开挖的工作面或是其附近位置处,多为拱腰部位或是顶部,因此,这些部位应是保护施工人员的重点部位。常采用超前释放孔的方法来降低岩爆发生的概率,并且尽可能的释放岩层的原始应力。
4、 涌水
作为较为常见的一类地质灾害,大型溶洞、金属矿山积水、老窖积水以及断层等不良地质都是以出现涌水的问题的,常采用的技术措施为:科学的确定溶洞的水源流向以及溶洞与隧道的位置关系,常采用的方法为泄水洞、暗管、暗沟、铺设排水沟以及开凿引水槽等;之后应将水堵住,暗河以及溶洞并不会有太大的流水量,如果有其他的分支和出口,应采用注浆堵水的方法。
五、结束语
综上所述,工程风险是隧道工程必须面对的一个重大问题。如何才能降低损失并化解风险是学术界和工程界共同面临的一个重大课题。风险管理者只有通过全面的识别、细致的分析、合理的评判、恰当的处理和实时的监控,才能使工程免遭重大损失.保证工程效益。
参考文献:
[1]施春晖,张石宝,韩爱民. 高速公路隧道施工动态监测与有限元数值模拟分析[J]. 江苏建筑,2010,01.
[2]张志耕,崔. 公路隧道施工全过程仿真优化及三维动态可视化研究[J]. 公路交通科技(应用技术版),2010,04.
关键词:铁路电气化 隧道 预埋槽道安装
0 引言
近年来,随着我国铁路建设日新月异的发展,对施工人员的施工经验、技术水平、职业道德和责任心等要求越来越高。四电接口工程本身不是复杂的施工项目,但由于既涉及到土建专业,又与电气化、电力、通信、信号等站后专业密切相关,四电接口工程主要是细部的接地钢筋、接地端子、贯通地线、预埋件等细小内容,容易被忽视。但是后期土建与四电施工交接时,问题却不容小窥。
1 工程概况
武黄城际铁路主要以路基和高架桥为主,本标段施工的线路内只有两条短隧道,分别长105米(包含明洞36米)和175米(包含明洞64米),均为单洞双线隧道。考虑工期及现场路线的具体情况,两隧道工期短、距离近,所以项目部决定采用先后顺序施工,两条隧道共用一部台车。首先施工105米短隧道,两个月内贯通,然后开始二衬施工。本工程根据建设单位提供的隧道施工台车资料,两隧道模板台车长度9.5米。
2 施工方法
2.1 槽道定位前准备
2.1.1 依据台车模板槽道开孔图,在模板台车上放样,确认无误后,切割焊开定位孔。螺栓二次定位安装长孔,每根槽道上固定点数根据槽道长度具体确定,隧道顶部的弧形槽道固定点,见下图。
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2.1.2 开孔如与台车模板的加固支撑、顶升固定点及各种连接结构相冲突,应对开孔位置适当进行调整。(因为业主方未给出具体的台车设计图,难免使得开孔点与台车主体支撑结构重叠)
2.1.3 检查槽道内发泡填充物的完整状态,如有残缺,应进行填补。
2.1.4 两根一组的槽道,根据设计要求的槽道平行间距,用截面不小于16的圆钢钢筋焊接牢固。每组槽道焊接钢筋数量不少于3根,呈八字形分部。钢筋应与槽道的锚脚焊接,不得直接与槽道本身焊接,焊缝进行喷锌处理。
2.2 槽道一次定位
2.2.1 按槽道里程,将衬砌台车顶推到位,槽道里程误差最大误差控制在50厘米内。
里程对准后,横向、径向调整台车模板,使得台车轴线与线路轴线一致。
2.2.2 绑扎衬砌第二层钢筋网片后,测量出槽道布置位置,在钢筋网外层将事先焊接好成组槽道就位。
2.2.3 确保每根弧形槽道锚杆与衬砌结构的三肢钢架及钢筋网进行可靠焊接。
2.2.4 在槽道后部锚杆处,垂直槽道方向,间隔绑扎几根短筋,长约40毫米,将锚杆和短筋绑扎固定在钢筋网上。
2.2.5 根据接地要求,将槽道锚杆与相应的接地钢筋可靠焊接。
2.2.6 将槽道与模板固定点位置(开孔位置)的发泡填充物扣除。
2.3 槽道二次定位
2.3.1 台车移动就位到指定位置后,油缸顶升拱顶、拱腰模板到位,与网片钢筋上固定的槽道接近贴住后,通过二次定位孔,找到并调整槽道位置。一根槽道用一个顺路线开孔,一个垂直线路开孔固定及进行调整。
2.3.2 将T型螺栓穿过钢模板上的二次定位长孔,放入槽道,水平旋转90°后可参考T型螺栓安装外部检查标准(即后部压痕垂直于槽道方向)。
2.3.3 将开孔封堵钢板安装在二次定位的T型螺栓上,扭紧螺母,使槽道紧贴模板,进行模板上精确的二次定位。
2.3.4 对模板上开的二次定位孔需要采用可靠的封堵,封堵钢板可采用铆钉与台车模板固定,确保局部不会出现漏浆,脱模后造成外观缺陷。
2.4 浇筑及脱模
2.4.1 台车模板封堵完后,进行二次衬砌浇筑。
2.4.2 衬砌脱模:T型螺栓螺母松开后,打开开孔封堵,旋转T型螺栓90°拔出螺栓,收回模板脱模,T型固定螺栓、螺母可重复使用。
2.4.3 将槽道固定点处重新填补上发泡填充物,做好后序养护工作的防护。
2.5 注意事项
2.5.1 预埋槽道的锚杆与钢筋网片冲突时,适当调整钢筋,不允许切断锚杆。
2.5.2 槽道内发泡填充物在检测试验和接触网安装阶段时方可剔除。
3 存在的问题
台车长度与预埋槽道里程在设计及施工中发生矛盾,本标段内两隧道设计台车长度9.5米,每版二衬施工长度大概在9.2米,而各组槽道之间距离不一;明洞变形缝及围岩级别变化段沉降缝导致衬砌施工长度长短多变;两条隧道预埋槽道位置、型号、间距等不同;台车转场后重新拼装,二次使用。
以上原因导致台车开孔位置不断调整更换,开孔越来越多,施工后期台车孔洞随处可见,大小总计约30个以上。再加上转场后台车经过二次拼装,整体质量和外观较新进场时有大幅度下降,使得后期衬砌质量大不如前。本工程中二衬属于清水混凝土,无外部装饰,永久外露。台车开孔因人为及条件限制补漏不彻底,拆模后混凝土面凹凸不平,孔洞漏浆、麻面严重,装修后颜色难以统一,即使经有经验工匠修补,在100米短隧道内,光线充足,修补痕迹仍清晰可见。
4 解决方法
针对以上问题,项目部组织各方相关人员展开技术研讨,从上级专家到一线施工人员,一同寻求解决方案,讨论方向由最初的二衬装修转向台车开孔。最终决定改变槽道定位方法,遏制衬砌质量逐渐恶化的趋势。
具体方法如下:①采用φ12圆钢加工成L型,长端30公分,短钩5公分。②槽道在加工厂事先进行加工。将L筋短钩底面与槽道外露面齐平,长端与槽道背部锚杆焊接牢固。短钩朝向与槽道垂直。每根槽道根据长短适当焊接3~5根L筋。③槽道安装定位时,直接采用L筋短钩与台车表面焊接取代台车开孔、T型螺栓固定的方式。④L筋与台车焊接方法采用点焊连接,避免脱模时由于焊接过于牢固而牵动槽道。⑤拆模后焊点采用磨光机打磨平整,涂刷脱模剂后无明显损伤。
采用以上方法固定槽道后,收效良好,只是对于本工程来说,改进稍晚,如能及早发现,相信衬砌质量能够有很大改善。应注意的一点就是台车拆模时间按照以往施工经验应该适当延长。
【关键词】公路隧道;检测;安全
隧道作为地下的结构,由于地质条件不定性,再加上自然灾害侵袭,会使在施工及建成后运营期间出现一系列的病害。如渗漏水、衬砌开裂及腐蚀、坍塌等这些病害会很严重威胁隧道结构的安全、缩短隧道使用寿命。为此,对运营隧道要进行安全性评估,在公路隧道产生比较大病害前期采取措施并且进行治理,控制和减少公路隧道事故的发生。
一、隧道安全现状与检测方法
由于公路隧道灾害事故的频繁发生,各国家都在为如何从其中获取教训来防患于未然,纷纷提出改善措施从而来提高隧道安全技术方面。例如欧洲公路隧道密集,对其研究公路隧道安全较为深入,成果颇多。1999年以后,欧洲公路隧道在发生数起重大伤亡的事故后,引起欧盟的反思和重视,随即在2000年建立专门机构EuroTest,主要负责检查并评价现欧洲公路隧道的安全性能与风险程度,为其进行参考与改善。我们国家的《公路项目安全性评价指南》中对隧道安全性评价有大致的规定,但是评价标准是基于现有规范和经验,而且评价标准比较模糊乃操作性差,特别是对隧道机电系统的评价标准,基本上是空白的。然而现目前国内的隧道安全性评价研究都是基于灰色理论和模糊数学的方法进行的。且方法理论体系陈旧,然而评价过程中权值的确定还具有很大的人为因素影响,所以评价的结果很难以让人信服。
最常见的检测方法进行一定的评价,以便于检测方法的选择提供有效的依据。目的是为了很好的区分优点和缺点。一般情况下进行选择时,更加合理的进行选择,为公路隧道提供更大的安全保证。
(一)目测法
此方法是通过目测的技术手段,针对工程施工的工序、平整度和艺术效果、及缝隙是否符合标准要求的检测项目要进行目测,从而确定其质量是否达到合格。目测目前是一个工程合格检查的主要手段之一。
(二)声波反射法
主要是通过对投射波和反射波的分析确定衬砌混凝土的健康状况,从而判断 出混凝土内部是否存在缺陷、围岩和衬砌体的结合情况。此方法测试是根据超声 波在穿过混凝土时,在波形、缺陷区的声时、波幅和频率等等参数所发生的变化从而来进行判断的一种技术。
(三)量测法
用量测工具对其各项施工情况进行测量检测,是通过对比测量值和标准所规定及施工规范所规定的偏差值来进行比对的,确保判断质量是否合格。
(四)地质雷达法
是通过雷达发射电磁波,来利用电磁波在不同介质中反射的情况和速度,确定目的物的位置以及形状。由于地质雷达检测采用先进的连续扫描无损探伤技术从而能够全方面的对其实时的检测,是一种高效、经济、便捷的无损测量检测技术,现如今应用的很广泛。
(五)冲击回波法
工作原理:利用短时的机械冲击波产生的低频应力波传播到结构的内部,当遇到缺陷或构建另一面时被反射回来,从而被安装在附近的传感器所接收、并且被送到数据处理器中进行处理,通过对时域和频域的分析即可得出混凝土的缺陷的深度或厚度,对缺陷进行准确的定位。
(六)高密度电阻率法
高密度电阻法检测的参数也是电阻率,被检测的状态不同,电阻率也不同。高密度电阻法应用于野外数据采集时候,速度非常快而且精度非常高,结果资料也更加的直观。因此,在隧道底充层、仰拱结构状态、底板、隧底病害等方面具有广泛的应用。
二、隧道检测项目方法及结果分析
(一)隧道切面内轮廓检查
断面检测根据现场的实际情况,每20m测量一个断面,对于病害严重部位加密,通过对已完成二衬和初衬部分隧道断面来进行量测,从而判断是否满足设计断面轮廓要求。
(二)衬砌缺陷和渗漏水检查
检查采用步行方式,配备检查工具和设备,进行目测或量测的检查。主要采用目测配合皮尺、钢卷尺、宽度观测仪等量测设备,针对洞口、衬砌等进行外观检查,包含衬砌裂缝形态和分布、混凝土外观缺陷、渗漏水分布及程度等。
(三)衬砌厚度、空洞及不密实带检查
采用由瑞典MALA公司生产的RAMAC型地质雷达,根据场地具体情况以及隧道各个部分在结构受力方面的重要性,原则上在每个隧道都应该分别在拱顶及左右拱腰各布置一条测线,但由于检测施工条件的限制,在隧道桩号K6+790~K6+798布置了拱顶以及左右拱腰测线,并且在已建成部分全长范围内左右边墙布置长测线。同时在测线上选取典型位置钻孔取样,并对钻孔取芯衬砌厚度与设计衬砌厚度进行比较,分析实际衬砌厚度是否满足设计和稳定性的要求,同时检测初衬壁后空洞与密实状态。
三、公路隧道安全风险
(一)安全
安全是一种可能造成隐患损失的状况或者是降低一种潜在危害的来源。安全性是指隧道系统的安全程度,应该先有稳定可靠性才应该有安全性。当危险性越来越大时,安全性能才会越低;反之,当危险性越来越小时,安全性能才会越高。显然可靠性能从而提升了安全性等级,但没有直接关系,只有在设定目标时候才有特定的关系。
(二)几率
为当计算出特定的事件或结果的可能性,以可能发生事件和特定事件结果的比率。在几率的理论中,几率是用以描述某个事件发生的可能性,而试验应该指的是观察值,试验可能的结果被称为事件,然而事件的集合被称为样本空间。
(三)风险
风险的定义有很多很多,按照简单的说就是危险或事故发生的可能性,再或者就是暴露于危险环境当中。再清楚一点解释,就是以在某活动过程中存在的可能危机,将导致不安全状态所发生有害后果几率。
四、隧道检测存在问题及环境评价
(一)成本昂贵
为了保证检测性能和取得精确的检测,采用的是国内外最先进的设备和技术,从而造成设备费用昂贵成本过高。
(二)处理软件
由于隧道检测的复杂性和特殊性,造成隧道处理软件在很大程度上都不能完全达到自动处理的效果,基本上都需要人工参与,效率比较低。
隧道的运行安全受静态安全影响因素即交通工程设施条件、道路条件、环境条件以及动态安全影响因素即气候条件、事故条件及交通条件等多种因素影响。分析各类因素对隧道运行安全的影响,应先对隧道运行环境进行描述,运行环境主要评价指标主要分两类:道路环境和气候环境。
结语:
质量和安全是公路隧道建设的关犍。涉及到公路的使用和社会功能、使用期限,甚至可能威胁到人们生命财产,因此选择合理有效检测的方法,实施有效的工程检测是公路隧道建设中关键技术之一,我国公路隧道修筑记录在不断被刷新、施工技术难度也在大大不断增加。对于公路隧道来讲,合理、科学、安全的设计、管行车下的安全问题具有十分重要作用。因此,评价高速公路隧道整改意见对于我国高速公路隧道的建设有重要的指导作用。
参考文献:
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[4]戴学臻.公路隧道运营安全评价及管理系统开发研究[D].长安大学 2010.
作者简介:
【关键词】矿山场区;公路隧道工程;施工塌方;主要原因;防御处理技术
在矿山场区存有大量地质不良的地段需要进行公路隧道工程的修筑,在修筑过程中往往会遇到洞顶围岩下塌、侧壁滑动等现象,甚至会发生冒顶等严重事故,这些现象在施工中称为塌方。塌方威胁人生安全、使施工延误工期、围岩更不稳定。故在施工中应预防其发生,发生塌方后需及时准确处理,减少塌方带来的危害。
1.矿山场区公路隧道工程施工塌方的主要原因
在矿山场区公路隧道工程施工中塌方一般是地质不良、设计定位不当、施工方法不正确等原因引起的。地质条件是造成塌方的基本因素。穿越断裂褶皱带,穿越严重分化的破碎带、堆积层等容易产生塌方。地下水往往也是重要因素,地下水丰富易造成塌方。地质勘探需要仔细周密。掌握资料不够时本应避绕的不恰当的位置会错误的定位通过,绘施工留下了隐患。或因没有准备,在施工时造成塌方。
(1)施工是引起塌方的直接因素,对地质情况掌握不够,从而选择不合适的施工技术,(如不恰当的急于进洞、炸药用量过多、支护不及时不牢靠、围岩暴露时间过长、爆破方法选择的不恰当等),或选择了不合适的围岩情况的施工方法,(如本应小断面开挖,结果采用了大断面开挖法,或应先拱后墙法,而采用了先墙后拱法等)并且又未采取其他补救措施,则会造成围岩塌方,甚至由于塌方处理不当也会造成再次塌方或引起更大的塌方。
(2)施工前要仔细核对设计文件,并需作必要的补测和验证。预防可能发生塌方的区段,事先做好必要的准备,并在施工中采取相应的措施,如在不良地质段采用先排水、短开挖、弱爆破、强支护、快衬砌、各工序紧跟的措施,消除不利因素,尽快修好衬砌,避免塌方发生。
(3)塌方似乎是突然发生的,但实际上是有一定征兆的,在施工中还需要加强观察分析。例如顶部围岩裂缝旁出现岩粉,或洞内无故尘土飞扬、或不断掉小石头、或围岩裂缝逐渐张大等,说明塌方即将发生;支撑压坏或变形加大,说明围岩压力再加大,有塌方的可能性;围岩中突然出水或水压突然增加,要注意是否即将发生塌方;地下水冲走裂隙中的填充物,会使围岩松动下榻,当水有浊变清,说明裂隙中充填物已冲走很多,水量加大,则可能有塌方;洞顶滴水位置不定,来回移动,表明岩体在变形,当变形达到一定程度有可能塌方,即所谓“汉留淋漓,塌方先兆”。还有许多,在实践中总结得出的塌方征兆,应当在施工中注意观察。一般说来,塌方是可以预见的。当发现支撑变形加大,或被压坏,则应及时加固,以防围岩进一步松动而造成塌方。观察到异常情况,应认真分析,交接班时要交待清楚,做好准备,及时处理。
2.矿山场区公路隧道工程施工塌方处理技术的分析
2.1开挖是矿山场区公路隧道施工的关键环节
开挖工作是隧道施工的第一流程,开挖工作的优越与否直接影响隧道施工的安全、质量和效益。提高光面爆破,可以减少对围岩的扰动,减少应力集中,有利于自然拱的形成,便于喷砼工艺,因此,隧道施工安全的关键是开挖。良好的光面爆破可以减少超欠挖,这样减少了欠挖处理及超挖石碴的外运量,减少衬砌时砼的回填量,而且砼衬砌厚度均匀减少了应力集中。因此,开挖也是影响隧道衬砌工作的关键。
开挖是关键,还在于开挖决定了隧道的初始几何尺寸,表明了隧道的贯通及误差,一旦开挖出了问题,其它后续工序也就失去了意义,再次施工安全就很可能得不到保障。
爆破参数设计是光爆控制的重要环节,在综合考虑围岩状况、岩石整体性好坏、节理裂隙发育规律等多方面因素后,精确合理地设计爆破参数,降低工料消耗,提高光面爆破效果。钻孔设备的选择对光面爆破的效果起重要作用,目前隧道开挖绝大多数采用人工开挖的方式,因此,操作手的经验及熟练程度至关重要。很多项目在施工隧道前对操作人员进行了岗前培训,操作人员在施钻时抓住了“准、平、齐、直”的要点,同时对风枪进行了适当改进,改造了部分风枪油壶的位置,减少了钻爆形成的台阶,拱顶和边墙光面爆破均达到了很高的水准。
2.2防坍是保证隧道施工安全的最重要环节
开挖中最重要的一点就是防塌。山岭隧道施工绝大部分采用传统的施工方法――钻爆法施工。钻爆法施工的山岭隧道由于受炸药爆破震动的影响,破坏了原有岩体内部受力平衡,当施工方法不当或支护不力时,围岩就会因失稳而发生坍塌。因此,采用钻爆法施工的山岭隧道如何防止坍方是确保隧道施工安全和工程质量的关键。
2.2.1选择合适的施工方法
隧道施工过程和方法是多种多样的,目前在我们经常采用的矿山法中大致有全断面法、台阶法和分部开挖法三大类。
在当前的施工实践中,采用最多的方法是台阶法(含环形开挖预留核心土法),其次是全断面法。在大断面隧道中,中隔壁法(CD法)、交叉中隔壁法(CRD法)和双侧壁导坑法采用较多。选择施工方法,并不完全决定于地质条件。地质条件仅仅是选择施工方法的一个因素,而更应强调的是:施工方法必须符合快速、安全、质量及环境的要求。其中环境因素有时成为选择施工方法的决定性因素。
2.2.2各种施工方法在不同围岩和隧道中适用情况
全断面法。适用于单线铁路隧道Ⅰ~Ⅲ级围岩、铁路双线隧道及公路隧道Ⅰ~Ⅱ级围岩地段。通常采用全断面钻孔一次起爆方法。为控制好开挖轮廓,减少超欠挖,提高光面爆破效果,可推广预留光爆层的开挖方法。
台阶法。适用于单线铁路隧道Ⅲ、Ⅳ级围岩、铁路双线隧道及公路隧道Ⅲ级围岩地段。台阶数量和长度,要根据围岩条件而定。Ⅲ级围岩一般采用两台阶法;Ⅳ级围岩及Ⅲ级偏弱围岩,可改用三台阶法。
分部开挖法。分部开挖法主要有双侧壁导坑法(适用于单线铁路隧道Ⅴ、Ⅵ级围岩、铁路双线隧道及公路隧道Ⅳ~Ⅵ级围岩)、中隔法(适用于单、双线铁路隧道Ⅴ级围岩、浅埋隧道及三线隧道)或交叉中壁法(适用于双线、三线隧道Ⅴ、Ⅵ级围岩及浅埋隧道)。这些施工方法也适用于对地表沉降有严格限制的城市公路隧道。
双侧壁导坑法在控制地中和地表下沉方面,优于其它施工方法。此外,由于两侧导坑先行,能提前排放隧道拱部和中部土体中的部分地下水。为后续施工创造条件。因此城市浅埋、软弱、大跨公路隧道和山岭软弱破碎、地下水发育的大跨隧道可优先选用双侧壁导坑法。
3.结束语
综上所述,矿山场区公路隧道施工预防塌方非常关键,也关系到企业信誉、职工的生命和财产,必须高度引起重视,除按以上经验处理外,要多注意观察,发现问题及时处理好,必须选择有经验的施工队伍和技术管理人员,尽量选用先进的施工技术,结合实际地质条件,只有这样才能防范塌方事故在矿山场区公路隧道工程施工过程中出现,才能降低对国家及人民造成的财产损失及人员伤亡,推动矿山公路事业的快速发展。
【参考文献】
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技 术 路 线
1.研究内容
1)结合承德市在建的山岭公路隧道如伊次梁隧道、茅荆坝隧道等,对隧道施工工作面前方地质情况,特别是对可能发生的地质灾害如软弱不良地质段、突水等情况进行超前地质预报;2)物探方法(主要指地震方法)及相应的先进仪器在隧道地质灾害超前预报中的应用;
3)隧道灾害治理方法:根据对公路隧道施工前方的地质预报,提出正确的施工方法,特别是对于公路隧道地质灾害的避免方法,以减小经济损失与人员伤亡。
2.本课题的创新点和研究必要性
隧道工程施工地质超前预报工作是选择正确施工方法与支护方式的必要条件和前提,施工方法和支护方法的正确选择是隧道减轻和避免地质灾害的途径。
随着物理探测技术及仪器的发展,采用先进的物理探测技术,结合以前已经应用的种种地质超前预报方法,形成新的综合的隧道地质超前预报方法,提高地质超前预报的准确性,已经非常必要和可能。并且,综合测试预报方法已经在铁路隧道施工过程中得到初步尝试,在公路隧道施工工程中应用却还不常见。同时,原有的物探方法(如声波探测,浅层地震探测等)在隧道施工超前地质预报应用时占用较长的时间和预报距离较短等,没有得到施工单位的广泛的应用。
本课题将结合承德市在建公路隧道工程,在公路隧道施工中,将具有国内国际先进水平的测试仪器T202(TuelSeismicPrediction)测试仪器应用于公路隧到施工地质超前预报,并进行全面的地面与洞体内的地质分析,形成公路隧道施工地质超前预报的综合方法,减少物理探测方法占用施工时间,并根据超前地质预报给出正确的施工和支护方法,为公路隧道经济快速施工提供有力技术支撑。
3.研究技术路线
依据公路隧道的地质条件,拟采用全面超前地质预报技术路线,即全面隧道施工地质灾害超前预报技术路线。主要包括以下几方面内容:
1)河北省内公路隧道灾害发生的形式及传统处理方法
a)根据河北省已建及在建的公路隧道,调查隧道在施工过程中地质灾害产生的形式,分析灾害的发生原因及现行处理办法。详细了解施工单位对于工作面前方地质状况估计的原有方法及效果,以及对于不良地质段产生地质灾害的防治技术及效果。在调查基础上,对这些防治方法进行综合分析,并对其中适合推广的技术进行归纳总结。
b)对近年内国内外的公路隧道施工地质灾害超前预报方法及超前支护等处理方法进行分析与总结。
2)公路隧道洞区主要不良地质分析与宏观预报
主要包括如下工作:
a)深入的隧道地面地质调查
b)隧道地质条件分析
c)宏观预报
在隧道所在地区地面地质详细、深入调查的基础上,通过隧道地质条件分析,宏观预报隧道施工过程中可能出现的主要不良地质体的成因、性质、类型、位置和规模。
d)长期超前地质预报
在宏观预报的基础上,应用T探测和地面地质体投射法等技术手段,对隧道围岩不良地质体进行长距离超前地质预报。
e)短期超前地质预报
在长期超前地质预报的基础上,运用掌子面编录预测法和不良地质前兆预测法等技术手段,对隧道不良地质体进行短距离超前预报。预报距离一般为掌子面前方15~30米以内。
3)公路隧道施工地质灾害临近警报
在长期、短期超前地质预报的基础上,应用施工地质灾害的一系列监测、判断技术手段,对可能发生的施工地质灾害及时发出临近警报。主要包括如下内容:
a)塌方地质体性质鉴定和监测技术
主要包括:断层破碎带和岩溶陷落柱等塌方不良地质体性质的鉴定和区分技术,涌水量、岩爆等的监测预报技术。
b)施工地质灾害能否发生的判断技术
这是施工地质灾害警报技术中最关键的技术,也是第二步的工作。主要包括:塌方、突泥突水等重大施工地质灾害发生可能性的一系列判断技术。
4)公路隧道施工地质灾害预防及处理方法
通过隧道地质超前预报技术,对公路隧道施工前方不良地质段提出正确的开挖支护方法及相关超前处理措施,防止地质灾害发生。系统总结利用综合探测技术对公路隧道施工地质灾害的预报与防治技术。
4.主要经济技术指标
1)运用T(TuelSeismicPrediction)探测应达到的主要技术指标
①探测距离一般为掌子面前方300~500米,最大可达1500米;但有效预报距离仅为掌子面前方100米。
②最高分辨率为1米3的地质体;
③预报不良地质置的精度可达90以上;
④预报不良地质体规模的精度可达85以上。
2)地面投射法应达到的技术指标
①有效预报距离可达掌子面前方150米,最高分辨率为1米地质体;
②对不良地质性质的判断,精度一般可达到基本正确;
③对不良地质位置的判断,精度一般可达以上90以上;
④对不良地质规模的判断,精度一般可达85~90以上。
关键词:隧道衬砌;规定;施工;维护;技术
中图分类号:U455 文献标识码:A
在高速公路隧道施工过程中,开挖坑道进行的短暂支撑不足以满足公路隧道稳定的基本需求,为了避免长时间暴露在空气中引起的风化、松垮等现象的发生,增加隧道围岩的稳定性,还需要继续对隧道进行衬砌施工等加工。此外,长时间的公路使用会使隧道产生不可避免的损害,为了使公路隧道长期保持高质量、维持隧道原状,隧道还应时刻进行维修。
1隧道衬砌施工的基本规定
衬砌是公路隧道修建过程中的重要方法之一,包括整体式衬砌和复合式衬砌。根据不同的围岩类别、地理环境、施工难易程度等,应采用不同衬砌类型、方式和尺寸。必要时,还需要进行适当的实验加以确定。
1.1 套路隧道衬砌设计
在隧道洞口设置加强衬砌段,长度应大于10m。围岩较差段像围岩较好处延伸,长度应大于5m。偏压衬砌段像一般衬砌段延伸,长度应大于5m。设置仰拱隧道路面下方用混凝土回填软硬地层交界处或衬砌交换出设置沉降缝。
1.2 隧道衬砌施工一般规定
隧道衬砌施工时,各尺寸大小必须符合公路隧道设计要求衬砌与隧道建筑限界保持距离施工缝、沉降缝、施工缝及与其相结合部位进行防水处理隐蔽工程须在质检合格后方可进行施工过程中如果遇到地质情况与设计情况相悖,需要重新设计并经正规变更手续才能继续进行施工。
2几种先进的隧道衬砌施工技术
2.1 双圆盾构法隧道衬砌结构施工技术
上海市隧道工程研究院在隧道衬砌施工方面发明了独特的双圆盾构法隧道衬砌结构施工技术方法,首先包括管片预制以及板块拼装,在拼装时,按照由下到上的方法首先拼接地步模块,然后拼接两边的标准块,其次进行封顶,拼接小飞鸟模块,最后就可以安装立柱模块。其次,研究院还发明了衬砌圆环拼接。通过这样的两种方式,不仅有效地节约了空间,还减少了对整个工程的投资,避免了资源大量浪费,提高了施工效率和质量。为此,研究院在2003年申请了“双圆盾构法隧道衬砌结构施工方法”专利,并且于2006年7月获得授权,是我国在隧道衬砌方面的一项重要突破。
2.2 大断面、多断面隧道衬砌施工技术
中铁二局股份有限公司发明了大断面、多断面隧道衬砌施工方法,此方法通过对不变构建和可调构建的区分,将刚模版、行走轮和主门架等大型部件固定,只调节其他可变部件,完成断面的移动。同常规技术相比,此技术主要的区别就是增加了一个门架,这样就可以形成了一个随时使用随时拼装的可分离的衬砌台车,实现了对断面进行台车拼装衬砌。中铁二局据此项目于2008年2月22日申请了技术专利,并也成功于2008年07月03日获得授权。
2.3 钢、混凝土复合隧道预制衬砌技术
上海市机械施工有限公司推出了一种钢、混凝土复合隧道预制衬砌技术的实用新型,该实用新型由多跟加强筋或栓钉组成的钢筋网与一种较薄的钢板组合而成为一个壳体,二者之间则通过焊接固定,并且在壳体上留有浇注口和溢出口。混凝土则通过事先预留在壳体上的浇注口灌进壳体。这种预制衬砌技术成功的将衬砌厚度减少至了原来的三分之二,减少了原材料的大量使用,更加有效合理的利用了空间,并且也为隧道内部施工提供了方便。该实用新型于2007年08月08日申请了专利,并且成功于2008年07月30号成功获得授权。目前此方法已经大量使用。
2.4 连续出碴、衬砌与开挖同步的施工技术
中铁隧道集团有限公司则在隧道连续出碴、衬砌与开挖同步的施工方法上获得了重大成就,该方法将皮带输送机前端位于开挖工作区域,再将开挖工作区域至钢模板台车衬砌区域的皮带输送机放在仰拱预制块上或悬挂在隧道的顶部,皮带运输机通过钢模版台车后,在台车前面设置工作架。通过这种循环原理,此方法不仅实现了连续出渣、衬砌与开挖同步,而且还大幅度的提高了工作效率,减少了不必要的工作重复时间。
3公路隧道衬砌安全分析
虽然公路隧道为人们生活带来了种种便捷,发展前景也是日新月异,但是其背后的安全问题仍然存在。由于混凝土收缩、混凝土浇注期间技术不当引起的空洞出现问题也是时有发生。空洞造成的危害范围极大,包括隧道偏压、底层下沉、松弛低压、承载力不足等等。公路隧道属于地下建筑,其病害很难发现,而且病害产生的原因多种多样,也很难分析,并且很难进行根治。如果不及时对这些危害进行防御和治疗,将会造成更大的损失。目前施工前期造成的质量缺陷还是造成隧道空洞问题的主要原因:衬砌不全面、衬砌出现缝隙等。因此对公路隧道衬砌进行系统的全方位的分析,判明公路损伤程度,加强对隧道施工的监管力度还是当今有待解决的重要问题。
4隧道衬砌的维护技术
隧道渗漏水一直是隧道在使用过程中出现的一个棘手的问题,它不仅危害隧道本身的质量安全,对其周边线路,公共设备也具有很强的摧毁力,云南云岭高速公路养护绿化工程有限公司发明了一种处治隧道渗透漏水的方法,并于2010年04月02日申请专利,同年09月15日获得授权。该方法利用了电学和化学等原理,在隧道衬砌漏水的周围,利用化学液堵封,这样就能使缝隙中产生胶体,与此同时,在衬砌的表面开凿出蛇形的往复槽,在往复槽中安装上钛金属。在隧道二衬背面和土地相交的地方则安装上铜棒。往复槽的钛金属线和铜棒分别构成了阳极和阴极,两根线与电防渗控制箱相连从而间接的鱼中央控制箱相连。当发生漏水时,中央控制箱就会产生低压脉冲电荷。与此同时,被电离的水向隧道外侧的阴极移动从而有效地阻止了渗漏水的问题。本技术经检验反应效果良好,具有很高的使用价值。
结语
隧道衬砌施工与维护技术的发展十分快速,技术水平不断提高,大大减少了在公路隧道上损失的不必要的资源与实践,提高了公路隧道的安全性及有效性。对公路隧道衬砌施工与维修技术的研究使公路隧道在建设过程中采用最先进合理的技术与设计,进一步保障了公路的安全性、经济合理性,加快了施工的速度。与此同时,新技术带来的安全问题同样不容小觑,只有不断提高完善自己的技术水平,隧道衬砌技术才能更加全面的发展壮大。可以预测,我国的隧道衬砌施工和维护将不断提高,为人民的生活带来更多的好处。