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Abstract: The construction of the tunnel project will be subject to water damage, hole harm and collapse of a number of factors, such as karst geological conditions of the lots are relatively complex in karst lot construction process, and how these factors are relatedhot research field. In view of this, the paper analyzes the impact of the karst lot of tunnel construction process, and proposed a series of construction measures in the construction process considerations, hoping for the karst lots tunnel engineering construction process to provide guidance and reference .
Key words: karst lot; tunnel project; Construction Treatment Technology
中图分类号:U445.4 文献标识码:A文章编号:2095-2104(2013)
对于岩溶地段而言,由于其形态百态,发育极为不规则,因而该地段对隧道工程的设计及施工过程均带来了不良影响,施工过程中可能出现的突水及突泥等情况对于施工过程的安全性及施工进度也带来了极大的威胁。因此,进行岩溶地段隧道工程的施工过程中应当对岩溶地段的危害性进行充分的考虑,并以此为基础,采取合适的施工处理办法,确保施工过程的安全性。
1 岩溶地段对隧道工程施工的影响
岩溶主要是由于可溶性的岩层受到了地表及地下水的化学及机械作用而形成的,包括地表及地下的溶蚀情况。一般而言,岩溶发育条件包括岩石可溶性及其裂隙;水的侵蚀及其流通条件。对于隧道工程而言,岩溶地段其危害性主要包括如下几种类型:l)由于洞穴存在,因而导致建筑物整体及局部悬空,对于隧道使用过程的可靠性十分不利;2)岩溶水的流通会对隧道的结构进行较大程度的侵蚀,因此严重影响了隧道的使用寿命;3)由于隧道中的地下水发生流失,因而导致隧道顶部的地面岩溶发生塌陷,进而对隧道环境地质造成破坏,从而影响隧道结构的不稳定性。
2 岩溶地段隧道工程施工处理措施
2.1 岩溶地段的超前加固处理
对于岩溶地段的隧道工程而言,施工前应当首先进行超前地质的预报及其加固处理,以超前地质加固处理方案为依据对隧道的设计及施工过程进行指导,以便对工程施工过程进行即时、动态管理。具体而言,进行超前地质预报时应严格参照如下三种方式,及地质调查法、物探法以及钻探法来对地质资料进行预测和预报,并对其进行综合性的分析和评判,同时结合实际地质条件、规律及其前兆等进行预测和判断,以便准确得出超前地质情况,并以此为依据对施工处理措施进行优化和调整,以保证施工过程及结构的安全性。
2.2 岩溶地段施工过程中的地质灾害处治措施
2.2.1 水处理
水处理时,宜疏不宜堵,通过截、排、防、堵、通等综合措施进行处理为宜。为了防止水的突然性袭击,隧道施工过程中应当进行超前钻孔的探测,以便对施工现场地下伏基岩的埋藏深度、起伏情况以及岩溶发育情况、水埋深度等情况进行了解,并预先进行抽水设备的准备,以确保施工过程的安全性。
1)暗沟排水处理:若隧道经过不含填充物的溶洞时,其顶部会有常流水沿着溶洞的通道通过,并经由消水洞排出。因此,为确保隧道施工后导致水流发生堵塞,应在隧道的底部进行石砌暗沟的设置,以便岩溶水仍然沿着原通道排出。
2)管道的排水处理:如果有溶蚀裂隙在隧道的基底横穿过,由于裂隙的水压相对较大,因而呈疏导股状的水流,因此,在隧道的仰拱应当用管子将其引出。当进行仰拱的铺设时,应进行竖向直径为30cm铸铁管的预埋,并在其下横置直径为40cm混凝土管,其周围进行碎石的回填,这样当水流入带孔的混凝土管之后,可以经管与横向水沟排入侧沟之内。
3)涵洞及泄水洞的排水处理:若溶洞与暗河存在水流,为防止其对隧道的安全造成威胁,应在隧道的底部进行涵洞及泄水洞的设置,以便将水及时排出。
4)若水流位置处于隧道的上部或更高时,应在适当距离以外进行引水槽的开凿,以便将水位降至隧道的底部,然后再进行引排。
2.2.2 溶洞处理
以溶洞大小及其同隧道部位间的关系为依据,可选取加固、跨越、堵塞及浇避等措施。
1)若溶洞较大,或要求其不会对水流进行堵塞,应以实际情况及条件为依据进行相应结构形式的选取,例如加大隧道的空宽度、拱跨或板跨等。若隧道某侧具有狭长且深的溶洞时,应加深此侧的边墙基础。若洞底具有较大溶洞,且有流水通过时,应在隧道以下进行浆砌片石支墙的砌筑,以便对隧道的结构进行支撑,此外,还应在支墙内进行涵洞的设置,以便将洞水顺利引排出去。若边墙处具有较大且深的溶洞时,可在边墙处或者隧底进行筑拱通过。若隧道中底部具有较大溶洞时,可在隧底进行桥台架梁的设置,以通过。
2)发育已停止的干小溶洞应通过混凝土或干砌片石进行填实,有必要时应擦药注浆加固,避免其发生塌陷。当进行固填封闭及注浆加固时,所使用的浆液通常为水泥浆与水玻璃的掺合,此外,注浆之前应当先进行注浆试验,以对注浆参数进行确定;将隧底进行固填封闭,其上部应当采用护拱进行防护。
2.2.3 岩溶地面塌陷处理
通常而言,隧道的地下水发生渗流容易造成岩溶地面的坍陷,并导致施工场地的地质环境被破坏,隧道进行开挖施工时会受到坍方、突泥、涌水及涌砂等威胁。此情况下,施工时应当通过化学注浆法,同时结合管棚支撑进行施工,隧道地面采用了钢筋棍凝土锚固桩对坍塌体进行稳固,并从地表进行高压注浆,以便对突泥进行阻截。
2.2.4 辅助工程措施
此外,除了上述施工处理措施以外,岩溶地段隧道施工过程中常用的辅助施工处理措施还包括如下几种:
1)桩基的设置。若洞穴存在充填物,且较难进行清除时,可先对强松散的堆积物进行加强,并以地质条件及隧道结构等相关要求为依据,进行支撑桩或者摩擦桩等的处理。
2)浮筏。此种施工措施主要适应于洞穴的堆积相对较厚,而且较为稳定的情况,此情况下,由于堆积清除较为困难,因此,可采取浮筏处理,直接将其浮放于松散的土层之上,以避免不均匀沉陷的发生。但是应当注意的是,此处理容易导致沉降的不确定性,因此不适合在运营标准相对较高的隧道工程中采用,仅可作为辅助处理措施。
3 岩溶地段隧道工程施工中的注意事项
在岩溶地段进行隧道工程的施工过程中应当注意如下事项:1)进行隧道工程施工前,应先对地表进行细致勘查,尤其应当注意对岩溶的状态进行估计。2)对地表水的出水点进行了解,必要时应采取措施防止水下渗。3)若施工至溶洞的边缘时,各环节和工序应注意紧密进行衔接,且适当减小上部的开挖面,并注意迅速将拱圈在合适的位置进行衬砌,并设法明确溶洞的具体情况,以便进行施工方案的调整。4)下坡地段有溶洞时,应进行排水设备的准备。5)施工过程应实时对溶洞的顶板进行检查,以便及时对危石进程处理。6)若溶蚀地段需要进行爆破作业,应注意尽可能多打浅眼,并对药量进行控制。
4 结束语
在岩溶地段进行隧道工程的施工不可掉以轻心,应当从勘察设计开始,对岩溶的发育情况、围岩级别以及发展阶段等进行系统勘察,方可对症下药,进行方案的设计时不能盲目套用公式和标准,应当根据实际情况,开挖后在进行施工方案的确定,以便对施工过程进行合理的组织。
参考文献:
[1] 李艳霞. 浅谈公路隧道通过岩溶地段的施工技术措施[J]. 能源与节能, 2011(6): 71-72
[2] 农升河, 韦健正, 等. 水柏线白龙山隧道大型岩溶地段施工技术[J]. 铁道标准设计, 2001, 21(7): 36-37
关键词 隧道工程 质量检测 问题 改进措施
中图分类号:U45 文献标识码:A
与过去相比,隧道建筑物结构形式更加多样化,采用了多种不同混凝土结构作为支撑体,解决了传统隧道稳定性不足的问题。为了保证项目施工的有序进行,应对隧道工程质量采取详细的检测方案。
1 隧道工程检测的必要性
隧道的结构包括主体建筑物和附属设备两部分。主体建筑物由洞身和洞门组成,附属设备包括避车洞和防排水设施,长大隧道还有专门的通风、照明、监控等机电设备。从现代交通系统对基础设施的质量要求分析,隧道工程施工阶段还要进行多方面的检测。
(1)审核质量。质量是任何交通工程施工操作的考核标准,只有在维持质量标准的前提下,才能创造更多的交通工程收益。隧道工程建设阶段,施工单位定期对隧道作业质量开展检查,提高了工程项目建造的质量水平。例如,监理单位安排人员到隧道现场取样检测,对隧道内各个混凝土及钢筋组件给予综合检测,掌握隧道工程的建造情况。对于施工时出现的质量问题,应安排专业人员及时采取有效措施进行专项处理,确保隧道施工质量。
(2)验收项目。项目结束之后,也要由交通主管部门对隧道工程展开全面的质量评估,通过各种检测方式对总质量表现实施考核。隧道工程检测是验收项目的主要工作,通过检测能真实地反映出隧道建设的具体情况,及时检查出项目存在的功能问题。①例如,质检人员可对隧道洞身进行耐久性检测,判断隧道使用过程中易发生的应用病害,这样才能更好地指导现场施工作业,维持隧道工程施工工艺的正常执行。
(3)保证收益。隧道工程是国家投资建设的重点项目,关系着现代社会交通运输水平的提升,对道路车辆行驶具有引导性的作用。从行业角度来说,隧道工程是国家基础设施的主要构成;从事业角度来说,隧道建设关系着社会经济的改革发展,特别是对区域经济发展提供了基础设施保障。因此,隧道施工期间对其质量标准实施综合检测,有助于保证项目的收益额度,带动了项目建造收益的综合提升。
2 工程质量检测存在的问题
(1)制度问题。我国隧道工程检测制度尚未完善,这给实际检测操作带来了很大的困难,常误导施工人员执行错误的作业方案。以高铁工程隧道为例,高速铁路长隧道及特长隧道应结合辅助坑道情况设置紧急出口,紧急出口上方应设标示牌和紧急照明设施,紧急出口通道的设置应符合相关规定。②由于隧道检测制度缺乏,对于隧道紧急出口施工控制不足,影响了隧道建筑功能的正常发挥。
(2)操作问题。拟定检测方案之后,施工单位必须要将其执行于现场操作,这样才能取得预期的建造成效,充分发挥出隧道工程应有的交通功能。现代城市交通隧道的结构更加复杂,实际施工流程里对质检人员的操作要求更高。高速铁路隧道内不设置供养护维修人员待避的洞室,但应考虑设置存放维修工具和其他业务部门需要的专用洞室,这些都是质量检测的重点,但实际检测操作很少涉及到。
(3)管理问题。隧道检测并非简单的施工勘察,而是要收集大量与工程相关的数据信息,经过对比分析后才能获得最佳的检测结果。但是,施工单位长时间仅注重于作业进度的控制管理,对质量检测工作没有给予足够的重视,管理缺失导致了检测工程流程的不足,尤其是质量保证资料不真实性,数据信息收集不可靠,不能反映真实的施工情况,错误引导检测结果。质检管理是整个隧道工程管理的一部(下转第215页)(上接第180页)分,一旦质量管理失去了原有的工作流程,隧道施工的质量水平则会不断降低,对工程收益水平造成了阻碍。
(4)技术问题。隧道是服务于交通工程建设的常用设施,尽管其结构组成方面具有简单化作用,也能支撑于周围建筑体而维持了地面车辆行驶的有效措施。隧道工程质量检测配备的技术条件不足,对于工后隐蔽工程的检测,个别检测技术要求达不到,降低了质量检测所得数据的分析水平,这些都不利于隧道建造作业质量的管理。③例如,信息技术尚未融入公路隧道建造中,工程勘测未及时发现隧道路段存在的地质风险,施工后出现各种结构病害而降低了总质量水平;衬砌背后空洞大小、系统锚杆注浆饱满度等质量问题,目前国内外检测技术还不能完全解决。
3 隧道工程质量检测工作的改进策略
(1)规划人员。我国对于隧道工程的质量标准越来越严格,例如,南京长江隧道是目前中国超大型盾构隧道中,所经地质条件最复杂、技术难题最多和施工风险最大的工程。该工程在建设过程中,严格筛选了人员组建施工队伍,进而保证了每个环节的施工质量。施工单位应规划好检测人员以提高项目的指导性,引导现场人员控制好隧道作业质量。
(2)过程控制。应加强施工过程的质量控制与检测,及时发现隧道作业存在的问题。对于每一项工程采取质量检测,应根据工程结构特点调整检测方案,以获得最可靠的检测结果。施工阶段控制隧道结构质量,要对每一处细节进行检查,特别是隧道工艺流程、墙壁支护结构、地基加固结构等,都是质量检测的重要环节。
(3)数据调研。为了更好地分析隧道检测结果,应对所得数据实施全面性的分析,经过数据调研弄清隧道建造的质量水平。一般情况下,建造隧道方法多样,按开挖断面形式不同分为全断面法和分步开挖发法。深度浅的隧道可先开挖后覆盖,称为明挖回填式隧道;先兴建从地表通往地下施工区的竖井,再直接从地下持续开挖称为钻挖式隧道。④检测人员要按照具体的开挖方式,设计切实可行的质量数据研究方案。
(4)质量分析。新时期建筑行业对工程建造质量提出了严格的标准,要求施工单位拟定于隧道施工方案相配套的检测方案,这样才能更好地控制隧道结构功能。质量分析是检测环节的主要工作,也是隧道检测发挥其施工指导作用的基础。质量分析有严格的参考。
(5)强化管理。当前,隧道工程已经成为交通设施不可缺少的组成部分,这充分说明了隧道对于路面交通的重要性。检测是为了更好地引导施工,工程单位要强化质量检测管理,为现场人员提供优越的工艺引导。
(6)技术改造。施工单位要注重质量检测技术的应用,对隧道工程进行全面性的勘察管理,维护现场施工作业的流程。攻坚克难,提高现有工程的检测技术,利用信息科技为支撑创建自动化检测系统。例如,将GPS技术应用于隧道检测,将检测数据及所得图像传输给显示器,方便了隧道检测工作的调整。
4 结论
隧道是一种多见的地面建筑物,通常是利用混凝土结构铺设起来的应用设施,满足了车辆在铁轨或公路等面层行驶的要求。鉴于隧道工程对社会交通与经济事业发展的推动作用,强化隧道工程质量检测是企业应考虑的重要问题。
注释
① 蒋磊.隧道工程质量检测存在的问题及处理[J].郑州大学学报,2009.28(10):23-25.
② 王友兵.新时期强化隧道工程质检工作的必要性分析[J].甘肃建筑科技,2010.19(12):90-91.
关键词 石鼓山隧道;长距离隧道;通风处理;设备选型
中图分类号U459.2 文献标识码A 文章编号 1674-6708(2011)48-0152-02
1 工程概况
石鼓山隧道合同段施工段落左线为ZK10+480~ZK13+630(长度为3 150m),右线为YK10+500~YK13+652(长度为3 152m),建筑限界14.50×5m,隧道左洞纵坡-0.951%~-1.70%,平曲线半径为4 000(1 630)m,右洞纵坡-0.950%~-2.50%,平曲线半径为4 000(1 680)m。隧道出口均为削竹式洞门,照明为组合灯具,机械通风。
2 长距离隧道通风处理方案
石鼓山隧道长达6km,需采用斜井(竖井)分段纵向通风。经研究,对该长距离隧道现场实际情况是准备用通风机,在进洞到中间位置再加一个通风机。这种隧道通风处理方案,不但有利于隧道人员的安全施工,同时也便于隧道的日常养护、维修;而且,废气对居民影响小,为此经推荐本隧道工程采取风机通风方案。拟定的通风机通风方案,具有施工方便、工期易控制、废气对居民影响最小、有利于隧道的日常维修和保养、地质条件较好,同时有利于救灾。本隧道在通风井口净宽为7m,通风井中设置有中隔板,中隔板采用厚度为30cm的钢筋混凝土所制作而成。该中隔板把竖井筒分为两个部分,一部分适用于送风道;另外一部分则用于排风道。
3 通风处理施工技术
3.1 施工准备处理
1)采取测量定位工作。按照隧道建设方所提供的水平坐标、水准点以及设计总图,对本隧道所采取的通风处理方案,做好测量总控制,建立适合本隧道通风工程的测量定位网络和标高控制网络,设制基准点,对工程进行定位放线,对于重要的控制坐标则要求做成相对永久性的坐标点;
2)本隧道竖井口的场地平整,即主要是压风机基础、井架基础等等。同时鉴于本隧道工程量较大,在进行通风竖井筒施工时,同时对压风机基础、井架基础等采取施工,当这些基础施工完成后则马上进行压风机房等施工,工程实践表明,这样可有效地保证了施工工期。
3.2 通风安装、布置
1)风机安装。为了有效地确保压入更好、更新鲜的空气,在本隧道进口处安装通风机,安装位置于洞外距洞口约20m处。同时为了确保通风机运转平稳,把通风机固定在浆砌片石砌筑的1.5m高的机座上,而且采取螺杆连接牢固。另外,为了有效地避免通风机和配电柜雨淋受潮及防止他人触电发生意外,在风机和配电柜上方搭盖雨棚和护栏;
2)风管悬挂安装。风管与风机连接处采用铁丝捆绑加固软风管。把风管悬挂在进洞右侧岩体或衬砌墙体上,约离地面1.5m高。安装时,每隔5m就打眼,并且安装锚杆,接着采用ф6钢筋拉线,并采用紧线器张紧,风管吊挂在拉线下。安装时值得注意的是要确保风管悬吊要稳固,高度一致。
3.3 隧道正洞通风
由于本隧道工程的正洞洞口段为四线双连拱隧道采取中导洞法施工,中导洞肩负着双线大跨和的重要施工任务,同时考虑到左洞和中导洞内担负施工的工作面需要通风排烟,为了避免这一施工矛盾考到节约投入,正洞洞口段风机安设在中隔墙轴线距洞口20m处采取Y型钢桶进行供风分流。如果隧道只有一个工作面需要通风时则采取关闭另一侧通风措施;如果两个工作面同时需要通风时,则把通风机调至合理功率,并且同时开放两个通路尽心通风。
3.4 隧道的中间通风
本隧道施工工艺采用有轨出碴洞内污染源主要为炮烟,所需供风量较小,因此采用单一的压入式通风能够满足施工要求。鉴于本隧道的爆破、出碴、喷锚、打眼等施工工序随着本隧道施工长度的不断延伸,必定需求的通风量逐渐加大,显然隧道的通风量需求实际上是一个动态变化的过程。为此当隧道施工到隧道中间时,仅有隧道洞口的通风机采取通风已经完全不能满足隧道通风的需求,因此本隧道工程采取在隧道中间再设置有一个通风机进行通风,以满足隧道新鲜空气的投入,同时利用洞内的新鲜空气使之在掌子面附近形成洞内循环把掌子面废气置换出来,置换出的废气在距掌子面约200m~300m处利用轴流风机直接抽出洞外,而风管提供的风量主要用于稀释掌子面掘进形成的炮烟和提供新鲜空气。在多个工作面施工的情况下,充分利用现有的设备达到了很好的通风效果。
本隧道的掌子面在爆破大约10min后,采取距掌子面约为200m的通风机对着掌子面供风,以有效地置换出掌子面爆破后产生的废气,然后由布置在靠前此风机30m处的轴流风机抽出废气至主风机处,然后再由主风机抽出洞外。
横通道及其担负的单线正洞段通风,由于采用装载机装车配合梭矿车有轨运输,掌子面废气主要是炮烟、油烟和喷锚作业的粉尘。因此,本隧道工程在举例掌子面大约为30m~50m处隧道钻孔台车上安装一台SDS112K-4P-45型射流风机,射流风机固定在简易台车上移动方便,用于稀释掌子面废气,随后由安装设置在横通道的轴流风机提供新鲜空气,再把废气置换出单线正洞,然后由主风机抽出洞外。
3.5 隧道通风保证措施
1)为了更有效地确保本长隧道工程的通风,本隧道成立专门的隧道通风检修小组,专门负责本隧道的通风日常管理事情。结合本隧道已有的勘测设计资料所提供的里程段落长度、投入机械设备及人员数量等因素,再结合考虑一定的富裕系数情况下,预先做好本隧道的通风设计计算,以确保本隧道的施工通风风量、风速的准确,然后再科学选配本隧道施工通风所需风机、风管的性能和规格;
2)配备足够的备用设备,防止设备故障影响洞内施工。本隧道工程所选用的防爆型风机以及阻燃型防静电风管,还有风机距离本隧道洞口20m布设。在隧道施工过程中尤其加强隧道的通风管理工作,并且加强对通风机械设备、通风管路的维护保养和检查。工程实践表明,所采取的通风管理技术措施,可以有效地减小隧道通风系统的故障率以及通风管路的漏风量,可有效保证隧道施工中通风系统能正常运行以及通风效果。
3)在隧道施工中,通风机必须设置两路供电系统,同时必须安装风电闭锁装置。如果一路电源停止供电,另一路电源应有15min启动,以确保通风机的运转。对于隧道施工中若通风系统或通过设施等出与异常时,例如通风风筒脱节或破坏等,则必须及时组织修复,以最快地恢复正常通风。
4 辅助通风处理措施
鉴于本隧道工程的地质较复杂,对本隧道采取爆破后,将会产生较大量的灰尘。为此本隧道工程除采取以上的通风处理措施外,另外使用以下几种辅助通风处理措施,以进一步加强本隧道的通风效果。
1)采取水幕降尘处理措施,这种辅助通风技术对于减小通风时间相当有效。为此,本隧道在距隧道工作面30m距离处设置三道水幕降尘装置,该装置安装在边拱上。当隧道采取爆破后5min即打开水幕开关,开启约20min才关闭装置;
2)采取洞内晒水。当本隧道出渣过程中采用高压水雾对渣堆进行分层洒水,以有效地减小装渣过程所扬起粉尘;
3)本隧道建立一支稳定的专业的风管工班,其专门负责通风设备等的使用、管理、检查、维护、养护等工作,从而有效地确保了本隧道的所有通风设备能正常工作,确保了风管平顺,完好无损。
5 结论
本文结合石鼓山长距离隧道施工实例,鉴于该隧道长距离施工,射流风机纵向通风己不适应,经研究在进洞到中间位置再加一个通风机,对该隧道通风设计、方案选择、设备选型等进行详细探讨,探讨了长距离隧道施工通风技术问题。
参考文献
关键词:水文地质;隧道工程;勘察
中图分类号:P641文献标识码: A
引言
工程勘察是为满足工程设计、工程施工以及维护需要而开设的以研究水文、地形以及地质状况为主的勘探测试工作。其中,水文地质是勘察工作中一项非常重要的内容。是否能够在进行勘探测试过程中准确了解地下水及地下水的变化情况,是否能够掌握水文地质的发展规律,对于工程规划和工程设计施工工作起着直接决定作用。若水文地质勘察工作做不好,那么不仅会影响工程的正常施工,还会直接影响工程的使用功能。本文就水文地质在隧道工程勘察中的技术进行分析与讨论,以促进隧道工程的质量。
一、水文地质评价内容和勘测参数
(一)水文地质评价内容
工程地质勘察中水文地质评估内容在以往的工程勘察报告中,由于缺少结合工程的设计和工程施工需要评价地下水对岩土工程的作用和危害在很多地区已发生多起因地下水造成工程出现质量问题,发生安全事故的几率较大,总结以往的经验和教训,在今后在隧道工程勘察中,对水文地质问题的评价主要考虑以下内容:
1.掌握隧道工程地下水运动基本情况。具体是指对隧道工程地下水长期的运动情况及其发展变化进行准确探查,然后在此基础上预测隧道工程地下水对人类工程活动产生的影响,尤其是建筑物稳定以及岩土性质的影响。
2.根据掌握隧道工程勘测数据制定科学合理的评价和防治方法。比如分析和总结地基基层压缩层内的松散砂土数据后,依照这些数据预测其可能对工程产生的影响以及影响程度,如是否会出现流砂,程度如何等;又如分析深埋于地下水位之下钢筋腐蚀情况(水的腐蚀),预测腐蚀速度对工程质量的影响。
3.根据隧道工程的施工进程要求,随时提供隧道工程水文地质的数据。
4.特殊情况应区别对待。比如对一些比较大型的,影响力较大的工程,若工程规划和设计过程中发现地下水会对工程产生非常大的影响,那么这种情况下就必须要进行一次专业且全面的水文地质勘察工作。而对于一些因为缺乏水文地质资料而无法判断水文地质具体情况的地区,若需要进行大型工程建设时,必须要首先设置地质勘察专门的观测孔,并在确保得出有效水文地质数据后才能够进行工程建设规划和设计。
(二)勘测参数
1.测量规定
只要观测过程中发现有含水地层,那么必须要测量地下水位;在泥浆钻进背景下,需要把测水管放入含水层大约20cm左右的深度后再测量地下水位;若含水层有不止一层,那么若条件允许且有必要的情况下,可以首先进行止水处理,然后在进行地下水位测量;地下水流向和流速可以分别通过测量不同孔隙水位和采用批示剂方式进行测量。常规的注水和渗水试验不需要深入地下水层去测量,只需要在已经钻好的孔隙或者一些过度基坑中进行即可。而试坑方法则可以根据不同的岩土类型采用不同的方式,通常情况下粘性土和非粘性土(如砂土)可分别采用双环法和单环法进行;进行抽水试验室必须要进行降深处理,且一共需要进行三次。且为了确保水位的准确性,在测试不同水位高度时从始至终均需要使用同一个仪器测量,观测孔和抽水孔的读数要分别精确到毫米和厘米;为了确保压水试验能够顺利进行,压水试验应该严格按照岩层性质进行分级试验。在进行孔隙水压力测量时应该严格按照水文地质的具体概况进行测试点布置和选择合适的测定方法,且所有的测定仪器和工具在安装时必须要按照相关标准规定要求进行安装。对于测试点得出的数据应该及时进行分析和总结,确保第一时间掌握水文地质异常情况,从而能够更快的采取处理措施。
2.常用测量方法
工程勘察中水文地质探测需要测试的项目主要有水位、导水和渗水情况、释水和给水系数、单位的吸水率以及毛细水上升的高度等。通常情况下,在得出这几个项目的数据后就能够较为准确的掌握该工程的水文地质状况。这些测试项目的测量方法均各不相同,其中,水位测试通常采用的是探井观测和钻孔观测两种;毛细水位上升幅度则主要是采用试坑观测的方式;导水和渗水系数的测试方法则主要有注水、渗透以及抽水试验几种;单位吸水率则一般是采用压水和注水两种试验方式测量;释水和给水系数主要以长期观测和抽水试验为主。这些方法均各有针对性,且只要能够按照规范测量步骤进行测量,那么一般情况下测量结果数据都比较精确。
二、重视水文地质勘察,加强新技术运用
在隧道工程中,水害普遍存在工程中,除与隧道工程地质条件复杂及设计、施工等有关外,很大程度上与隧道工程前期地质勘察深度不够有关。目前,部分勘察单位对隧道工程水文地质勘察力度不够,仅作简单调查和钻孔抽水试验,有的隧道工程在勘察的时候甚至连抽水试验都不做,或隧道工程勘察的试验数据失真,隧道工程设计只能凭区域资料和经验定性分析,无法满足隧道工程设计要求。
为了减少隧道工程中存在的=的水害,特别是长大深埋隧道工程,除了要有合理的隧道工程设计、科学隧道工程施工外,应重视隧道工程地质勘察工作,特别是隧道工程水文地质勘察,同时加强科研攻关和理论研究,广泛采用国内外最新科研的隧道工程水文地质勘测成果,为隧道工程设计提供准确的防排水设计参数。
三、水文地质勘察技术方法
在隧道工程工程施工中,隧道工程水文地质勘察应重点查明隧址含水层、井泉分布、隔水层等水文地质条件,判明地下水类型、径流、排泄、补给条件,地隧道工程下水对工程中混凝土和钢结构的腐蚀性和洞身各段涌水量大小,特别对隧道工程中高水位富水隧道,涌水量是隧道工程设计、隧道工程施工非常重要的参数,直接关系到隧道工程建设成木和隧道工程的使用安全。
在隧道工程工程勘测证,常用勘察方法主要为水文地质测绘(包括地表水的调查、地层调查、水井调查、地貌调查、地质构造调查以及泉的调查、水质调查)、水文地质测试、水文地质钻探、水文地质物探等。
在隧道工程勘测中,隧址区水体探测常用的方法有地质雷达技术、红外线技术、水文地质法。隧道工程水文地质法从隧道工程地下水径流、补给排泄通道方而,确定褶皱、裂隙密集带、岩溶发育通道、断层破碎带等地质易发生涌水。地质雷达是探测隧道工程地下水的有效工具,地质雷达预报具有一定的准确度。红外线勘测技术是一种辅助探水地质雷达技术,新型探测手段有激发极化法和瞬变电磁法,瞬变电磁法是远距离探水有效手段,激发极化法是探测富水区有效的工具;比较实用的隧道工程探测手段有综合探测法、EH4电磁成像法等。隧道工程岩体裂隙空间及渗透张量测试,隧道工程洞内和隧道工程地表水涌水量动态测试,富水隧道工程地段涌水预测、预报,水化学测试分析等隧道工程水文地质测试新技术在秦岭隧道工程等勘察中得到成功运用。
结束语
综上所述,水文地质条件测量在隧道工程勘察中占有非常重要的地位,在隧道工程勘察和隧道工程施工建设中起到了极为重要的作用。新形势下随着我国隧道工程勘察技术的不断进步与创新,提高对隧道工程水文地质条件测量的重视度,为了在隧道工程建设前期切实做好水文地质勘察工作,就必须加大隧道工程相关技术人员的水文地质勘察力度,充分发挥水文地质在隧道工程勘测过程中的积极作用,提高隧道工程勘察的质量与效率。
参考文献:
[1]王燕.工程地质勘察中的水文地质危害分析及对策研究[J].科技致富向导,2012,09:255+277.
[2]张志亮.综合地质勘察方法在黄土梁峁区隧道工程中的应用[J].铁道勘察,2010,02:67-69.
(1)制度问题。我国隧道工程检测制度尚未完善,这给实际检测操作带来了很大的困难,常误导施工人员执行错误的作业方案。以高铁工程隧道为例,高速铁路长隧道及特长隧道应结合辅助坑道情况设置紧急出口,紧急出口上方应设标示牌和紧急照明设施,紧急出口通道的设置应符合相关规定。由于隧道检测制度缺乏,对于隧道紧急出口施工控制不足,影响了隧道建筑功能的正常发挥。
(2)操作问题。拟定检测方案之后,施工单位必须要将其执行于现场操作,这样才能取得预期的建造成效,充分发挥出隧道工程应有的交通功能。现代城市交通隧道的结构更加复杂,实际施工流程里对质检人员的操作要求更高。高速铁路隧道内不设置供养护维修人员待避的洞室,但应考虑设置存放维修工具和其他业务部门需要的专用洞室,这些都是质量检测的重点,但实际检测操作很少涉及到。
(3)管理问题。隧道检测并非简单的施工勘察,而是要收集大量与工程相关的数据信息,经过对比分析后才能获得最佳的检测结果。但是,施工单位长时间仅注重于作业进度的控制管理,对质量检测工作没有给予足够的重视,管理缺失导致了检测工程流程的不足,尤其是质量保证资料不真实性,数据信息收集不可靠,不能反映真实的施工情况,错误引导检测结果。质检管理是整个隧道工程管理的一部分,一旦质量管理失去了原有的工作流程,隧道施工的质量水平则会不断降低,对工程收益水平造成了阻碍。
(4)技术问题。隧道是服务于交通工程建设的常用设施,尽管其结构组成方面具有简单化作用,也能支撑于周围建筑体而维持了地面车辆行驶的有效措施。隧道工程质量检测配备的技术条件不足,对于工后隐蔽工程的检测,个别检测技术要求达不到,降低了质量检测所得数据的分析水平,这些都不利于隧道建造作业质量的管理。例如,信息技术尚未融入公路隧道建造中,工程勘测未及时发现隧道路段存在的地质风险,施工后出现各种结构病害而降低了总质量水平;衬砌背后空洞大小、系统锚杆注浆饱满度等质量问题,目前国内外检测技术还不能完全解决。
2隧道工程质量检测工作的改进策略
(1)规划人员。我国对于隧道工程的质量标准越来越严格,例如,南京长江隧道是目前中国超大型盾构隧道中,所经地质条件最复杂、技术难题最多和施工风险最大的工程。该工程在建设过程中,严格筛选了人员组建施工队伍,进而保证了每个环节的施工质量。施工单位应规划好检测人员以提高项目的指导性,引导现场人员控制好隧道作业质量。
(2)过程控制。应加强施工过程的质量控制与检测,及时发现隧道作业存在的问题。对于每一项工程采取质量检测,应根据工程结构特点调整检测方案,以获得最可靠的检测结果。施工阶段控制隧道结构质量,要对每一处细节进行检查,特别是隧道工艺流程、墙壁支护结构、地基加固结构等,都是质量检测的重要环节。
(3)数据调研。为了更好地分析隧道检测结果,应对所得数据实施全面性的分析,经过数据调研弄清隧道建造的质量水平。一般情况下,建造隧道方法多样,按开挖断面形式不同分为全断面法和分步开挖发法。深度浅的隧道可先开挖后覆盖,称为明挖回填式隧道;先兴建从地表通往地下施工区的竖井,再直接从地下持续开挖称为钻挖式隧道。检测人员要按照具体的开挖方式,设计切实可行的质量数据研究方案。
(4)质量分析。新时期建筑行业对工程建造质量提出了严格的标准,要求施工单位拟定于隧道施工方案相配套的检测方案,这样才能更好地控制隧道结构功能。质量分析是检测环节的主要工作,也是隧道检测发挥其施工指导作用的基础。质量分析有严格的参考。
(5)强化管理。当前,隧道工程已经成为交通设施不可缺少的组成部分,这充分说明了隧道对于路面交通的重要性。检测是为了更好地引导施工,工程单位要强化质量检测管理,为现场人员提供优越的工艺引导。
(6)技术改造。施工单位要注重质量检测技术的应用,对隧道工程进行全面性的勘察管理,维护现场施工作业的流程。攻坚克难,提高现有工程的检测技术,利用信息科技为支撑创建自动化检测系统。例如,将GPS技术应用于隧道检测,将检测数据及所得图像传输给显示器,方便了隧道检测工作的调整。
3结论
1.1隧道支护结构
隧道支护结构调整是修正设计最为常见的内容,一般基于安全适用和经济合理性原则,施工中应根据地质围岩等实际情况给予适当的支护。支护调整大致分为3种情况:
1)地质围岩发生变化,如原勘察设计文件显示隧道围岩为IV级,通过现场判别可能为Ⅴ或Ⅲ级,支护结构相应调整。
2)地质围岩没有改变,但监测信息显示支护变形较大或支护变形很小,甚至没有变形,支护也应该予以调整。变形较大应增强支护,变形很小甚至没有变形可以减弱支护。
3)因施工等原因无法按图施工,需要通过调整支护结构以满足受力要求。如二次衬砌厚度不足,通过计算可以采用增加配筋和提高混凝土强度等支护措施加以实现。对前两种情况一般没有异议,第三种情况往往设计方不太认可,认为系施工不当造成,但这也是施工中出现的变异现象,可以根据实际情况进行修正。支护结构调整通过主要改变支护结构强度、厚度,调整格栅钢架尺寸、类型、间距,调整锚杆设置,还可以采取增减钢筋等措施改变支护强度和刚度。对于特殊地质地段,除采用特殊设计外,尤其需要加强信息反馈,及时修正设计和指导施工。
1.2隧道长度、断面尺寸
预设计一般根据地形、地质等情况确定隧道长度,根据限界、结构受力等因素确定隧道断面尺寸。隧道长度调整相对较少,一般当地形、地质条件与设计不符或洞门边仰坡开挖已经不适合继续刷坡等情况下,可考虑调整隧道或明洞长度,甚至可以调整洞门型式。断面尺寸调整情况较多,但一般不调整内轮廓尺寸,大多调整开挖和初期支护尺寸,如调整预留变形量、施工方基于施工误差因素调整施工预留量等;也有施工方进场后提出调整断面尺寸的,如根据施工组织需要,为了洞内运输会车方便,在特定地段设加宽段;从有利于隧道工程实施且不影响功能等的角度,也可以予以修正或调整。
1.3施工方法
施工方法的选择是隧道设计、施工最为重要的环节,施工方法是否得当,直接影响到隧道工程的安全。目前,隧道施工有全断面法、台阶法、中洞法、CD法、CRD法、眼镜法等。一般根据隧道断面、地质等情况确定施工方法,施工方法与支护密切相关。施工方法的选用首先应考虑安全,其次还要考虑便于施工。一些施工单位出于成本或便于施工的角度考虑施工方法,如将眼镜法改为CD法,将CD法改为台阶法,将台阶法改为全断面法等。工法的改变应符合工程实际情况,否则容易增加风险造成安全隐患。如为加快施工建设,许多大跨度的隧道都采用台阶法,并推广到Ⅴ级围岩中。台阶法虽有利于机械化施工,可大大提高施工效率,但是否适用于所有的隧道还值得探讨。对于断面较大、地质情况较差、浅埋隧道不宜采用该法。不少隧道因采用该法而产生大变形甚至坍塌。当围岩好转、监测变形不大时可以改变为加大断面的施工方法。施工方法的改变应有序进行,不可突变,如眼镜法不可直接变为台阶法,可先通过CD法验证,在可行的情况下再逐步过渡到台阶法。当围岩不稳定甚至变差,变形较大时应改为缩小断面、分部施工的施工方法,如将台阶法改为CD法,将CD法改为眼镜法等。
1.4辅助工程措施
辅助工程措施主要指地层稳定措施和涌水处理措施,是隧道施工的必要措施。地层稳定措施主要有管棚、小导管注浆、锚杆等超前支护以及地表加固等;涌水处理措施主要有注浆止水和超前排水、降水等。一般应根据工程地质环境特点选用。施工中根据围岩变化情况予以补充或改变辅助工程措施。例如进入较破碎围岩时,应适当增加锚杆支护;对于松散地层和破碎岩体设置超前小导管支护注浆支护,小导管长度及注浆类型根据地质情况予以改变。
1.5临时工程
临时工程主要指竖井、斜井、平行导坑及施工通道等。在工程建设中,往往因为赶工期、改善通风环境或采用施工措施等需要进行设置。尽管为临时工程,但涉及到隧道结构安全以及临时工程处理,可以根据实际情况,将其纳入到修正设计中。
2信息反馈内容
信息化施工就是施工单位按照设计要求制订并实施施工和监测方案,根据监测信息结果及时调整和优化施工方案和工艺,或及时采取安全措施,并将监测信息及需要采取的相关措施反馈设计单位,进行修正和变更设计。
2.1地质状况
地质状况是隧道设计施工最不确定的因素,是工程最大的风险源,必须在施工中进行监测,根据地质的变化采取对应的措施。例如掌子面塌方前会有先兆:超前探孔显示前方或拱顶以上围岩突然变得软弱破碎、掌子面出水量剧增、掌子面出水由清变浑等。地质信息是隧道动态设计和信息化施工最为重要的信息,是修正设计的依据和隧道施工安全的重要保障,对特殊地质地段尤其重要。地质信息主要包括超前预报信息和实时记录信息:超前地质预报可采用地质调查法、超前钻探法、物探法和超前导坑预报法;实时记录指随隧道开挖进行的掌子面地质观察和记录。设计时依据地质信息确定是修正设计还是维持设计。
2.2变形监测
变形监测是隧道施工安全的重要保证,也是设计文件要求必测项目之一。一般变形监测项目有地表沉降或建筑物沉降、支护沉降、收敛等。地下工程发生坍塌的先兆有围岩开裂或错动、沉降或收敛变形突然加剧、初期支护变形开裂且不断发展,这些都可以通过监测来发现并发出预警。变形监测不能全依赖仪器,人的因素也起到相当大的作用。如开挖支护观察记录,仪器可以显示微小变化,肉眼目测则更加直观和直接,一旦看到有异常情况可立即采取避险措施。另外,施工单位需对沉降、收敛变形数据进行分析,找出变形的趋势,以极早采取应对措施。
2.3地形环境
在工程设计阶段,有时提供的勘察报告未能充分体现地形、环境情况,如地下管线资料及需要开挖探槽才能发现的地形、环境等。在施工阶段,应首先调查环境,复测地形,及时反馈,再根据实际情况作出修正或调整。
2.4其他监测
一些设计文件要求对环境安全进行监测,如爆破震动速度等;还有一些结构受力状态监测,如围岩压力、钢筋受力监测等。
2.5建设、施工需求
对于建设方的要求,设计方会充分考虑。但由于受到建设体制和合同管理等影响,施工需求往往未纳入到合同信息之中,设计方一般不予认可,施工方也认为没有必要。从合同界面看,这样做似乎是正确的,但从隧道工程特点看,又不太合理,会造成设计、施工脱节,是否合理值得商榷。笔者认为,应根据隧道工程特点,将合同和技术分开,求得技术最优;同时,信息的反馈也有必要纳入设计之中。这样才能促进设计、施工的融合,进一步保证施工安全。如施工方因工程前期误工或其他情况提出增加竖井、斜井或施工通道;考虑施工误差拟改变预留量;因施工组织需要改变施工顺序;因机械施工考虑改变台阶高度,局部扩大断面便于洞内运输等。尽管这些为临时工程或施工的需要,但可能涉及隧道结构及处理,或对工程有某种影响,也应该纳入反馈内容,使得设计方掌握更加完整的信息。
3动态设计与信息化施工流程
关键词:高速公路;隧道;洞口工程;施工技术
受设计选线、地质、地形等的综合影响,公路隧道的洞口位置往往位于沟谷一侧或是山体一侧,这就加大了洞口施工浅埋、偏压等问题出现的概率,加大了施工的难度。在高速公路隧道洞口工程施工过程中,公路隧道的进、出洞施工最复杂,而这两个部分也恰好是隧道施工最容易出现问题,最容易发生事故的地点。因此,提升高速公路隧道洞口工程施工技术,尽可能的减少洞口工程的土方开挖量,不仅节省了施工的成本,也最大程度的避免了山体边仰坡失稳的现象。
1概述高速公路隧道工程施工特点
第一,隐蔽性大。隧道工程与其他工程略有不同,因为工程结束之后,隧道的内部施工质量完全不可见,这也就给发现隧道施工问题带来了困难,也就给隧道工程的安全使用埋下隐患。另外,如果初期施工涉及的支护喷砼、锚杆、钢格栅、钢拱架、环向水管、防水板、中心水管等的设计不科学,那么即便是发现了,想要采取措施及时的补救,也都非常的困难。第二,工序复杂。因为隧道空间相对狭窄,因此,钻孔、装药、爆破、出渣、喷砼、锚杆等的落实工作难以有效开展。再加上水管开挖等施工存在工序交叉作业,很多器械、设备需要共享,也极易导致工序制约现象的发生,影响施工的进展。第三,具备较强的循环性。在隧道施工的过程中,各项工序一直都处在周而复始的过程中,如:开挖、钻眼、装药、爆破、通风、出渣;再如:初喷砼、钻锚杆子L、安设锚杆、复喷砼等。这也就决定了高速公路隧道工程施工具备循环性。第四,易受地质条件影响。地质情况,如褶皱、断层、节理等都会对施工过程产生巨大的影响。地质情况是评判隧道围岩种类的依据,更是施工人员确定施工手段的依据。第五,施工具备动态应变性。由于地质环境复杂易变,为了保证施工的质量,所以施工手段也应随着地质环境的改变不断地变换。另外,施工过程中可能会遭遇到诸如塌方、漏水这样的突况,施工进度以及施工措施也会随之改变。第六,全天候作业。隧道工程不受时间限制,可以24小时作业。
2公路隧道工程施工的不利因素
据现阶段的数据资料显示,公路隧道工程施工过程中的不利因素主要有两个:第一,隧道洞口的位置处于浅埋、偏压段。因为受限于地形、地貌,公路隧道洞口普遍存在浅埋、偏压问题。浅埋与偏压产生的原因是马蹄形的隧道结构不对称,容易导致隧道两侧荷载不均,不仅影响隧道掘进,一旦施工方法不当,还极容易引发洞口滑坡事故发生。第二,地表水、地下水影响施工。受客观条件的影响,隧道口往往位于地下水、地表水汇聚之地,即沟谷或是山凹处。这类地质结构软弱、易破碎,施工工作难以有效开展,而这也必然会影响后期的施工质量,因此,在进行施工之前的设计阶段就应充分的考虑洞口位置,避免洞口靠近沟谷或是山凹处,二将之尽可能的安置于突出的上坡附近。当然地表水也应妥善处理,做好洞口防、排水措施,这样才能保证公路隧道工程施工的质量。
3洞口施工原则以及可采取的措施
第一,严格遵守施工的原则。隧道洞口施工原则与浅埋暗挖法的原则一致,都需要严格的遵循施工18字方针:管超前、严注浆、短进尺、强支护、早封闭、勤测量。第二,尽可能的少使用强爆破,使用弱爆破方法、人工挖掘或是机械挖掘,减小扰动围岩,避免影响施工地的地质情况,将围岩的自承能力发挥到最大。第三,在洞口施工之前,做好各项施工辅助措施,全面的调查建筑施工地的地质、地形特点,确保能够有的放矢的应对施工过程中遭遇的不良地质灾害或是突发不安全事件。确保防、排水系统能够正常工作,尤其是在降水量较大的地区或是降水量较大的季节。值得一提的是,在隧道洞口施工的时候,还应尽可能的保护周围的土石以及植被,尽量的维持原先的生态系统。当然,预先编制进洞专项施工技术方案也是极有必要的,可以缩短施工时间。第四,重视洞口施工的超前支护以及超前预加固,对于降低施工问题意义深远。其中,超前支护应包括超前小导管加固法、管棚加固法、超前锚杆法等,超前预加固包括以洞内超前钻孔注浆以及地表注浆在内的超前预注浆。
4概述高速公路隧道洞口工程施工工作
首先,清除施工地点周围的危石,为后期施工的安全性夯实基础。在施工之前,应将施工可能波及的领域的地表植被尽数清除,目标是能够暴露出地表实况,以便施工人员能够及时的发现土表异常情况,避免出现危险事故。其次,做好截水沟施工。因为高速公路隧道洞口工程施工地的地势较为平缓,很多都处于沟谷,雨水极易汇集,因此在施工开始之前就应有意识的施作截水沟,确保地表水能够被及时的截流,为洞口排水系统的早日完成打下基础。再次,严格按照设计施工的要求进行边坡、仰坡放线刷坡工作。为了不破坏土质结构,应从上至下的挖掘,而不是从下至上开挖,不掏挖或是重叠开挖。当然,在进行边坡、仰坡的放线刷坡的时候,还应落实地层的即时监控,以防止动摇地层根本。最后,尽早进行洞门端墙施工工作,有效的阻止边仰坡滑塌现象的发生,避免损害机械以及人员生命,保证施工人机安全。值得一提的是地表加固工作也是非常重要的,然而这一问题在实际施工的过程中极易被忽视。因为洞口附近的岩石在施工的过程中一直处于暴露状态,容易出现风化、破碎问题,因此也需对之进行加固。另外,单向进洞法是高速公路隧道洞口工程施工中一项极具优势的施工办法,在这种模式之下,施工主要依循“小导洞进、出洞,随后扩挖”的办法,因此,洞口施工的安全性得以保障。
5高速公路隧道洞口工程施工的注意事项
第一,在进行隧道洞口施工的时候,经常会遇到地面等高线与隧道洞口轴线斜交的情况,这时施工就会受到一定的制约,所以可以采用“半护拱法”,不仅减少了挖掘工作量,护拱也不需要全部修建,只需要将部分基础性的护拱修筑于稳定基岩上。如果施工地质的条件非常的差,或是存在偏压等问题,还应有意识的及早的修筑挡墙,再进行开挖进洞施工方法,尽可能的利用地形施工,减小开挖量。第二,隧道施工的施工地质难以有效控制,一旦遭遇不良地质条件,一定要积极的、主动的、及时的发现问题,并落实相关措施防治,清除坡面危石、抗滑桩等,为工作人员安全施工提供保障。在隧道内部,一定要进行必要的支护,减少施工工作扰动隧道内部的围岩,尽可能的减少开挖进尺,加大初期支护和及早成环封闭等技术,保障工程进洞安全。第三,超前支护、洞内支护以及洞内开挖都会对进洞施工安全产生影响,因此,施工过程中应重点把握。一旦发现超前支护设置过弱,可以利用加强洞内支护、缩短开挖进尺来解决。而想要提升开挖进度也离不开超前支护、洞内支护的帮助。
6结束语
综上所述,高速公路隧道洞口工程施工是一项复杂的、受多因素影响的系统工程,施工人员在落实施工的时候,一定要严格按照施工章程落实施工工作,这样才能保证施工质量以及施工人员的生命安全。
作者:周俊哲 单位:四川汶马高速公路有限责任公司
参考文献:
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[3]汪正榜.高速公路隧道洞口浅埋段施工技术探析[J].交通建设与管理,2015(02).
所谓围岩是指在隧道工程建设过程中,围绕在隧道周围一定范围内的对隧道质量有着一定影响的岩体。而软弱围岩则是围岩的一种类型,往往与坚硬围岩相对应,一般来说单轴饱和抗压强度低于30MPa的岩石都可以称为是软弱围岩。
1.1软弱围岩的基本特征
软弱围岩是静水或流速过缓水流中的松软悬浮物不断沉积所形成的,因此其主要成分一般是含水量较大的软性粘土和淤泥。而粘土和淤泥的内部结构往往都比较松散使得其间存在着大量的间隙。同时,由于这些粘土和淤泥主要来自于水流,使得其含水量往往较高,因而软弱围岩所具有的透水性能很差,并且固结的速率也相对较慢。一方面,组成软弱围岩的颗粒粒子直径较小,大部分直径都小于0.05mm,而且颗粒之间存在的空隙往往充满水。这使得软弱围岩中的一部分粘土与颗粒间隙内的水结合,整体结构较为紧密,结构外部的水分很难渗透到结构之中,即围岩结构的透水性较差。这种情况下形成的软弱围岩可以极大程度上减少外界环境对其产生的影响,达到一种相对平衡的稳态,在很长的时间内都不会发生变化。而另一方面,软弱围岩中的水分的存在形式基本上都是结合水,也就是说水分大部分都已经和组成围岩的颗粒结合到一起,自由水的含量自然也就比较少。在这种情况下,如果围岩结构受到了外界力的作用,由于内部水分不能移动,无法发生渗透作用,使得大量的水分无法从软弱围岩内部土壤中及时排除,土壤的固结速度从而较慢,使得岩体的硬度和强度都没有办法达到应有的标准。因此,当软弱围岩受到了外界施加的较大的剪应力时,非常容易造成剪应破坏。
1.2软弱围岩的危害
软弱围岩的透水性能较差、固结速率缓慢等特点往往会使施工工程中的路面所具有的稳定性和承载性相对较差。一旦有较大的负载外力施加到路面上时,很容易对路面的质量产生较大的影响,从而危及交通安全。除此之外,软弱围岩所带来的危害还会体现在路堤滑坡和路基沉降这两个方面。首先,由于软弱围岩自身透水性和固结速率的基本特点所产生的影响,往往会导致公路的稳定性较低。尤其是在坡度路面的施工建设中,不稳定的软弱围岩在受到较大强度的外力作用时随时都会发生滑坡,从而产生施工事故。而另一个方面,由于软弱围岩的含水量比较大,而且其内部有着很多的微小间隙,以软弱围岩为基础建设的路面承载力极为有限。而在施工过程中难免会对其长时间持续施加高强度外力,在力的作用下很容易发生路基沉降,更严重的甚至会导致路面坍塌断裂的后果。而这也是绝大多数软弱围岩所带来的最为常见的路面危害。
2软弱围岩隧道工程的安全技术
2.1工程概况
某地铁隧道工程在东风西路的南北两面分别设置有进站口和出站口,为了将二者连接起来,必须在东风西路的地下建设一条连通隧道。该通道宽度为6.5m,拱高为5.8m,隧道拱顶与东风西路的距离为3.0m左右,通过对该区域的地层土壤情况分析,距离地表层1.2m,4.8m和8.0m处属于淤泥质软弱土壤,为了保证隧道工程的质量,在施工过程中必须要采用相关的安全技术。
2.2软弱围岩隧道工程的安全施工技术
软弱围岩隧道工程应采用超前管棚支护、调动围岩自承能力以及二次衬砌等创新工艺,使支护与围岩封闭成环,从而形成相互支撑的联合体系。同时也要采用高科技的测量手段进行施工辅助。具体的操作内容如下:首先,在地铁隧道施工之前必须要对施工位置附近的围岩结构进行提前支护加固操作,然后采用高压灌浆技术,对范围内的围岩结构进行处理,使软弱围岩内部存在的微小空隙被填满。这样可以使地铁隧道在施工之前就拥有一个硬度与强度都相对较高的壳体,大大提高了地铁隧道周围围岩结构的稳定性。其次,在灌浆完成之后,虽然此时软弱围岩结构已经具有一定的承载能力,单位施工人员在挖掘的过程中也应注意操作方式。最好是使用多次开挖的挖掘方法进行地铁隧道的掘进,以这种方式来减少对周围软弱围岩的震动,避免因震动过强而造成的垮塌、断裂等事故。在施工过程中,施工人员也应该时刻注意周围软弱围岩的变形程度,以确定后续所应该采取的操作。最后,施工过程中要对掌子面、围岩强度等地理数据进行量测,掌握实时动态,确保安全。虽然我们在施工之前已经对施工区域附近的软弱围岩采取了一系列的处理措施,但是这并不能够保证在施工过程中不会出现问题。因为在隧道挖掘的过程中,由于地下土层不断被掏空,使得周围的软弱围岩所需要承受的压力越来越大,加之挖掘过程中由于机器运行对软弱围岩造成的震动和压力,如果不进行实时检测并对施工行为进行实时调整,就很容易发生危险。
2.3具体的施工方法
第一,管棚施工。所谓管棚施工便是在地下隧道挖掘之前,先在附近的岩体中钻孔并安装惯性力矩较大的钢管,以此来对周围的岩体进行支撑,防止隧道上方的土层发生沉降、坍塌、断裂等问题。管棚通常采用DN100无缝钢管进行安装,并在钢管内放入直径50的钢筋,然后用普通硅酸盐水泥向钢管中灌浆,注浆压力为0.6MPa~1.0MPa。第二,衬砌施工。衬砌施工是为防止围岩变形或坍塌,沿隧道洞身周边用钢筋混凝土等材料修建的永久性支护结构。为了提高地铁施工面的稳定性,洞口开挖完成之后要立即进行衬砌施工。而衬砌施工在隧道工程中的应用极为普遍。在施工之前,首先要对施工区域进行调查,测量之后便要依据数据进行判断,以确定其是否能够达到施工的标准。如果能够达到施工的标准,才能进行后续的施工。衬砌施工通常分为两个部分,即两侧衬砌和拱顶衬砌,两侧衬砌先用水泥混凝土浇筑,当混凝土强度达到80%后进行横撑工字钢的拆除,每次拆除10m,然后用规格Ⅰ16的工字钢进行模板衬砌,待拆模之后,横撑工字钢竖直连接在衬砌与钢拱架之间。第三,监控测量。监控测量是根据新奥法原理来确定施工区域围岩的状态是否能够满足施工的要求。由此再来制定日后的施工程序,保证施工的安全性。为了减少因隧道施工而带来的路面沉降,在隧道管线之上设立了多个测量观察点,对路面进行实时监控测量,如果发现路面变形,则立即调整施工参数,确保路面形变低于30mm的极限值。通过检测,东风西路路面最大沉降值小于30mm,满足施工要求。
3结语
关键词:隧道工程 塌方 原因注浆 管棚
中图分类号:U45 文献标识码:A
前言
随着铁路建设的不断发展向山区延伸,隧道工程数量越来越多。××隧道是沪昆客专贵州段的一座长大隧道,为满足施工工期要求,加快施工进度,兼顾施工通风,设无轨双车道2#斜井一座,斜井中线与正洞左侧线路中线大里程方向夹角为57°,斜井坡度12.8%,长400米,斜井断面尺寸为8米(宽)×6.5米(高)。
斜井隧区位于云贵高原斜坡地带,隧道洞身穿越区域以碳酸盐广泛分布为主要特征,总体构造发育,处于新华夏系燕山期隔槽式褶皱带的带状向斜上,区内褶皱发育,地下水量丰富,基岩主要为寒武系中统高台组(Є2g)白云岩,部分地段岩层产状凌乱,节理极为发育,岩体破碎。在斜井的开挖施工中,掌子面围岩常呈现为红褐色,围岩较破碎,伴有小股涌水、渗水。
1塌方发生的基本情况
斜井掌子面施工至里程XJ2K0+077,掌子面为白云岩,红褐色,节理裂隙极发育,岩体极破碎,地下水发育,以股状水为主,左侧拱腰处发育一溶洞,其充填物为松散土质夹少量砂石,软塑,粘性较好,遇水呈泥浆状,随地下水冲刷下泄,溶洞向隧道前进方向延伸。五天后,XJ2K0+064掌子面左侧开始坍塌,与之前溶洞相连,在已初支段左侧拱腰至拱顶形成一纵向长13米,环向宽5米,高6米的锥形空腔(图1)。而后塌方继续扩大,直至掌子面拱部上方全部坍塌。
图1
2塌方原因分析
通过综合分析地质构造等因素,结合前期施工情况及探测结果,其塌方原因主要是:
1、工程地质原因:坍塌部位位于大岩溶发育地段,岩溶发育沿隧道前进方向发育,溶腔填充为软塑粘土夹少量砂石,溶腔周围岩体极为破碎,节理多为张开节理,节理层面间夹土,在施工爆破扰动下围岩失稳,造成掌子面整体塌陷。
2、地下(表)水原因:施工期连续降雨,地表水丰富,通过裂隙进入岩体,同时由于斜井为大坡度下坡洞,地下水在隧道前进方向大量积聚,围岩受水浸泡冲刷严重,在地下水的软化、冲蚀、溶解下加剧了岩体失稳和塌落,强度大为降低,在此“催化”及“恶化”作用下,发生了坍塌。
3塌方处理方案及控制要点
根据塌方的情况、溶洞发育情况及地质水文状况,认为本次塌方难以稳定,易引起连锁反应,积累和发展扩及到已支护的后段洞身,同时溶洞易发生二次坍塌危及地表。为此,采取先稳定塌陷段后方、加强处理支护坍塌段、适当加强处理塌方过渡段三个阶段处理此次塌方。
3.1 塌方后段处理
3.1.1 套拱加固及空腔回填
对塌方后段XJ2K0+064~XJ2K0+077段采取先封闭坍塌体、安装临时钢支撑加固,再输送泵泵送C20砼回填拱顶空腔密实进行处理,防止塌方积累恶化:
对掌子面进行堆碴反压封闭,并喷射20cm厚C20混凝土封闭,这样既能有效防止坍塌体继续下滑外涌,又能起到止浆墙的作用。
对XJ2K0+064~XJ2K0+077段初支内侧安装工字钢临时钢支撑加固。
待喷射混凝土强度达到要求后开始从预埋泵管泵送C20砼充填空腔。
图2
3.1.2 拱墙注浆加固
对塌方后段XJ2K0+064~XJ2K0+077段拱部及边墙处,采用长4.5m的Φ42注浆小导管进行注浆加固,小导管外插角15°,环向间距0.5m,纵向间距1.0m,从断面拱脚两侧往拱顶方向梅花形布置,小导管端头与初支钢架焊接成整体(小导管加工如图3)。通过注双液浆使钢管伸入范围内形成一个固结的灌浆层,通过浆液的扩散穿透产生胶结作用,提高后段围岩整体承载力,并与套拱支护及初期支护形成一个强大的支撑拱,为下一步的施工安全提高保障。
图3
3.2塌方区段处理
3.2.1 塌方治理方法分析比较及处理方案
经过对本次塌方的综合分析及各种治理方法的深入研究比较,结合工程地质条件,决定对XJ2K0+064~+XJ2K0+044塌方区段采用:
按每6m施作一次双层加密12m长超前大管棚循环搭接进行超前支护,管棚内插钢筋笼以加强承载力;
利用“双液注浆技术”对管棚实施高压注浆以扩大有效注浆半径并迅速凝固止水,使得管棚与高压注浆加固土体结合成为一有机整体,最大程度地发挥其支护效果。
注浆完成后,坚持“短进尺、早封闭、强支护、勤测量”的施工原则,采用CRD交叉中隔壁法,结合Φ42超前注浆小导管对塌方区段进行开挖,安装I18型钢钢架及仰拱钢架进行支护,确保溶洞塌陷区内安全顺利的通过,到达稳定的基岩开挖面。
图4
3.3塌方过渡段处理及监控量测
成功穿过塌方区段,到达XJ2K0+040稳定基岩开挖面后,对XJ2K0+040~XJ2K0+030塌方过渡段我们采取上下台阶开挖,适当加强支护处理,并加强监控量测工作。
3.3.1 加强支护
坚持“弱爆破、短进尺、强支护、早封闭、勤测量”的原则,用上下台阶法开挖,采用长4.5mΦ42超前注浆小导管对XJ2K0+040~XJ2K0+030塌方过渡段循环搭接进行超前支护,搭接长度1.5m。
初支钢架采用I18型钢钢架,间距0.8m,设立锁脚锚杆及落地槽钢支撑,钢架采用Φ22纵向连接筋按环向0.5m间距焊接相连,挂设Φ8@20cm×20cm网片并钻设径向锚杆后喷射混凝土至设计厚度。
3.3.2 监控量测
认真做好监控量测工作,根据对监控数据的分析和判断,对围岩和支护体系的稳定状态进行判断和预测,及时采取措施来确保围岩和结构的稳定,确保施工安全。
对塌方后段、塌方区段及塌方过渡段按每5m一个测量断面,在初支拱部布设左、中、右三个测点,在左右边墙分别布设二个测点;在塌方区域地表按规范要求布设沉降观测桩;
连续不断地进行监测,随时掌握变形和沉降状态,如果有大的变形或沉降,应及时启动应急方案,采取各种加强和加固措施进行处理,保证施工安全顺利进行。
4结语
坚持“安全为先、合理处理、严密监控”的原则,通过三个阶段的精心组织施工,深入细化各项施工的安全质量保证措施,群策群力历时2个月,成功完成了此次斜井塌方的处理,经过长期监测,没有发生位移,表明了该方案的具体实施及其产生的工程效果,保证了后续施工的安全,达到了预期效果。
通过塌方处理及总结表明,1.处理塌方必须分秒必争,及时制定合理的方案。2#斜井塌方后,我部立即启动应急预案,深入分析了塌方的基础情况和产生原因,制定了正确的处理方案,明确任务和要求,保证了抢险的及时性,为塌方的处理争取到了有力时机;2.加固塌方后段,精心处理塌方区段,严密监控处理塌方过渡段,既防止了塌方的进一步恶化,又保障了塌方区抢险施工的安全顺利的完成,深入细化每一项工序的彻底实施,做到不留遗憾、不留隐患,为后续施工提供了可靠的基础,保证了工程工期目标完全顺利的达成。
参考文献
[1]《高速铁路隧道工程施工质量验收标准》(TB10753-2010)
[2]《新建铁路沪昆客运专线时速350公里双线隧道设计图》
[3]《新建铁路沪昆客运专线无轨运输辅助坑道辅助设计图》
[4]《高速铁路隧道工程施工技术指南》