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关键词:砂卵石层;坍塌;施工方法
中图分类号:U455 文献标识码:A
1.工程概况
1.1 设计围岩情况
科木其隧道全长1225m,其中左洞长605m,起讫桩号为ZK10+080~ZK10+685;右洞长620m,起讫桩号为YK10+070~YK10+690。设计全隧道明洞42m,Ⅳ级围岩700m;Ⅴ级围岩483m。
科木其隧道原设计围岩(IV级)为中风化泥岩,中厚层状构造,节理裂隙发育,夹有薄层-中厚层状砂卵石层,岩体较完整,围岩稳定性较好,呈块状结构,施工时拱顶和侧壁无支护时有掉块或易产生坍塌,侧壁较稳定,雨季施工有点滴状出水现象。
1.2 实际围岩情况
左右洞拱顶均存在较厚的砂卵砾层,大部分段落厚度为1m~2m,局部达3m厚,根据地质预报,隧道围岩核准为Ⅴ级围岩。
1.3 左洞进口洞顶为砂砾堆积层(图1)。
2.施工中存在问题
按原设计施工存在主要问题:
(1)洞顶砂卵砾层松散,钢花管间距较大、地表注浆固结范围有限,且砂卵砾层厚度较大,处理深度不足,易形成滑塌。
(2)洞内砂卵砾层砾石大小不一,较密实,按照原来的施工方法,超前施工靠近掌子面直接打钻时,砂砾极易滑落(图2),对施工操作人员造成极大的安全隐患。
(3)拱顶范围内砂卵砾层较厚、宽度较大,原设计间辅助施工杆体距难以满足实际的承载(图3),且钻孔施工中难以形成有效的孔径,超前小导管难以安装。
(4)洞内岩层交界处,下层泥岩极易风化,形成剥落,带动掌子面砂卵砾层滑落形成塌腔。
(5)施工振动带动掌子面砂砾下滑形成塌腔。
3.施工中形成的方法
3.1 洞顶处冒顶的处理方法(图4)
科木其隧道在2013年11月11日晚进行开挖施工,22∶40开挖至ZK10+125处,挖机开始找顶排险。23∶10在拱顶发现一孤石侵限,进行处理,孤石掉落后,施工人员发现拱顶松散堆积体开始缓慢滑落,发现这一现象后,施工人员及机械退至安全地方。至23∶40左右洞顶处松散堆积体滑落停止,地表冒顶,形成长19.2m,宽12.4m平均5.8m深塌腔,里程为ZK10+122~+141.2。
3.1.1 排水
(1)在冒顶处修环向排水沟或采用彩条布覆盖,避免地表水流入塌方体。
3.1.2 洞内加固措施
(1)在靠近掌子面处采用编织袋装土予以加载码砌,保证塌方段处松散层不再向下流动。
(2)对塌方体坡脚处予以堆土加强,起到护脚的作用,防止冒顶处堆积层向下挤压推动塌方体。
(3)对塌方体进行喷射砼进行封闭。
3.1.3 洞外加固措施
(1)对塌腔处松散体予以清理。
(2)塌腔的填埋采用C15砼,对堆积体未注浆部分采用打入横向小导管,按间距1m×1m,层距0.5m,角度15°,长度4m布置,塌腔周围环向预埋小导管,间距按1m布置,对塌腔处理后进行注浆。
3.1.4 洞内塌方体开挖
在掌子面处先注浆加固塌方体顶部,对塌腔处理后进行开挖,按先上部后下部的原则进行。
3.1.5 洞内正常开挖
在洞顶塌方段及前后里程增加监控量测的频率,按原方案正常开挖支护施工。
3.2 洞内施工的主要方法
(1)_挖采用环形开挖留核心土,为减小振动对砂卵砾层的扰动,采用机械开挖。
(2)辅助施工采用自进式锚杆,解决了难以成孔的问题。
(3)打钻时在已喷锚的拱架上施做,在此拱架上安装钢管作为导向及保证安全的防护棚(图5)。
(4)辅助施工杆体间距缩小、数量已实际砂卵砾层宽度而定。
(5)对难以控制形成的塌腔及时泵送砼,填充饱满,无空洞(图6)。
4.洞内施工方法
初期支护参数为按原设计执行。为了尽量减小开挖过程中对砂砾卵石层的扰动,掌子面采用挖机配合凿岩机进行开挖,每循环进尺控制在1榀,开挖结束后及时支护。实际施作过程中,在砂卵层中施做超前小导管成孔比较困难,且成孔后易塌孔,很难保证超前支护的效果。掌子面开挖过程中,拱顶砂砾卵石层坍塌严重,立架过程中不时有大卵石掉落,卵石粒径由1cm~80cm不等,存在较大的安全隐患。
为了保证拱顶砂砾层的稳定,防止塌方掉块、保证隧道施工安全,经我方多次的摸索试验。实际施工中我标段采用先预埋小导管、数量由37~164根不等然后施做自进式锚杆。我标段对自进式中空注浆锚杆进行了加密。左洞锚杆采用先施作导向管喷射砼后施工超前的形式进行施工,锚杆根数由设计的37根依据砂砾层的厚度及宽度增加到46~74根,锚杆间距由设计的40cm间距调整到0.2m,集中至拱顶砂砾层施工,不足时增加辅助施工杆体数量,保证支护范围布满砂砾层。相当于采用双排超前施工,确保了拱顶砂砾层的稳定,隧道施工的安全,监控量测数据无超限。较好地解决了隧道砂砾层塌方现象。对不可控制塌方,及时进行了泵送回填,对较小空隙进行注浆,保证无空洞。
结语
就目前施工方法而言,能较好地解决施工中的安全问题。辅助施工,能起到较好的作用,安全质量可控,施工进度较慢,但也在稳妥推进。下一步将结合超前地质预报及监控量测数据,重点做好隧道超前施工,确保安全、质量。精心组织,科学管理,保证隧道胜利贯通!
参考文献
【关键词】电气化;综合接地;L型焊接;接地极;接地端子
1.工程概况
新建铁路云桂线石林隧道位于云南省弥勒县—石林县境内,线路设计为“人”字坡,隧道全长18208m,起止里程DK651+225~DK669+433,为全国最长的单洞双线铁路隧道,全国最长的岩溶隧道,世界上最长采用钻爆法施工的岩溶隧道。
石林隧道设计为电气化隧道。隧道综合接地系统是由贯通地线、接地装置及引接线等构成。该系统通过沿隧道两侧敷设的贯通地线将铁路沿线短路电流、杂散电流等安全地导入大地,起到防雷电、抗干扰、保护人身安全和设备安全的作用。任一点的接地电阻值应不大于1Ω。
2.技术总结
2.1施工准备
技术准备:
⑴施工前,依据设计图纸将管段所有接地钢筋、接地端子的设计里程、安装部位及数量等设计参数分类汇总。
⑵根据设计图纸和施工进度安排,做好接地钢筋、接地端子等材料储备。接地端子采用桥隧型接地端子;接地钢筋采用?16圆钢。
⑶隧道单口施工,设备机具配置应结合隧道施工方法、工期要求进行合理配置,配套的生产能力应为均衡施工能力的1.2~1.5倍。主要机具有钢筋切断机、弯曲机、接地电阻测试仪。
2.2接地极施工
2.2.1隧道Ⅱ级A型围岩地段接地极施工
⑴Ⅱ级围岩有底板钢筋的隧道及明洞地段,利用隧道底板下层的结构钢筋做为接地极,底板接地钢筋网按照一个台车位的长度考虑,间隔一个台车位设置一处。
⑵隧道底板接地极按照1m间距选用底板底层的结构钢筋,即在隧道底板的底层形成一个1m×1m的单层接地钢筋网,纵向选取5根,横向选取11根,中部“十字”交叉的两根钢筋上的网格节点要求施以“L”形焊接,其他节点绑扎。
⑶兼有接地功能的(含连接)的结构钢筋和专用接地钢筋截面应满足接触网最大短路电流要求。若满足不了,应并接相邻两根钢筋或更换为?16钢筋。
2.2.2隧道Ⅲ级围岩地段接地极施工
⑴Ⅲ级围岩隧道,利用锚杆和专用环向接地钢筋做为接地极。
⑵锚杆接地极以约一个台车长度为间隔设置,用接地极的锚杆环向间距要求为2倍锚杆长度,即6m,每环设置接地锚杆分别为6根;接地锚杆与钢网片、专用环向接地钢筋可靠焊接。
2.2.3隧道Ⅳ、Ⅴ级围岩地段接地极施工
⑴Ⅳ、Ⅴ级以上围岩隧道,利用锚杆、钢拱架(或钢网片)做为接地极。
⑵锚杆接地极以约一个台车长度为间隔设置,用接地极的锚杆环向间距要求为2倍锚杆长度,即Ⅳ级7m、Ⅴ级8m,每环设置接地锚杆分别为Ⅳ级5根、Ⅴ级5根;接地锚杆与钢网片、钢拱架可靠焊接。
Ⅲ级、Ⅳ级级Ⅴ级围岩每个台车位的隧道接地极初支后均外露1.0m,标示清楚,再通过连接钢筋与两侧电缆槽外缘的纵向接地钢筋连接。
2.3二衬接地钢筋施工
⑴隧道二衬中无结构钢筋的段落,除接触网基础接地外,按照图纸规定,施工时不再单独设置接地钢筋连接。
⑵隧道二衬中有结构钢筋的段落,利用二次衬砌的内层纵、环钢筋作为接触网断线保护钢筋;接触网线垂直向上在拱顶的投影线两侧以0.5m为间隔,各选3根纵向结构钢筋作为接地钢筋;上述投影线两侧各1.5m外的其他位置,以1m为间隔,选择纵向结构钢筋30根,作为接地钢筋。
⑶二次衬砌环向接地钢筋可使设在两侧通信信号电缆槽内的贯通地线敷实现横向连接。
⑷在每个台车位(作业段)中部选一根环向结构钢筋,环、纵向接地钢筋间可靠焊接;纵向接地钢筋在作业段间可不连接;每个作业段内的环向接地钢筋与两侧通信信号电缆槽线路外缘的纵向接地钢筋连接。
2.4拱顶接地端子施工
石林隧道设计为后植入安装方式固定接触网基础槽道,拱顶需预埋接地端子。拱顶接地端子里程设置:按照隧道口(或斜切洞门顶口)进口2m开始预留第一处,每隔5m预留第二处,此后每隔45m重复预留两处。
2.5综合洞室接地端子施工
⑴在每个专用洞室、变压器洞室两侧壁下部设置2个接地端子,高度距洞室底面20cm,宽度距余长电缆腔底边160cm,洞室左、右侧分别设置,供洞室内设施接地。
⑵接地端子通过连接钢筋(衬砌后预留1.0m)与电缆槽外缘的纵向接地钢筋连接。
2.6纵向接地钢筋、电缆槽处接地端子施工
⑴在两侧通信信号电缆槽的线路侧外缘各设一根?16纵向接地钢筋(圆钢),每100m断开一次。用于隧道接地极、接触网断线保护接地及接地钢筋间的等电位连接。
⑵从隧道进口2m开始,在两侧通信信号电缆槽底部,每间隔100m设置一个接地端子,小于100m的隧道在中部设一处。接地端子供隧道接地装置与贯通地线连接。
⑶从隧道进口2m处开始,在两侧通信信号电缆槽靠线路侧壁上,每间隔50m设置一个接地端子,小于50m的隧道在中部设一处,接地端子供轨旁设备、设施接地。
3.隧道综合接地质量检查
3.1接地钢筋的焊接
隧道综合接地钢筋的接续采用搭接焊,接地端子与接地钢筋连接采用搭接焊,纵横向钢筋的连接采用?16 钢筋L 型焊接,单面焊缝长度不小于200,双面焊缝长度不小于100,焊缝厚度不小于4,要求焊缝饱满无夹渣。
3.2接地电阻检测
按照操作说明连接相关线路后,将仪表放置水平,归零。将“倍率开关”置于最大倍率,逐渐加快摇柄转速,使其达到150r/min。当检流计指针向某一方向偏转时,旋动刻度盘,使检流计指针恢复到“0”点。此时刻度盘上读数乘上倍率档即为被测电阻值。
4.综合接地施工控制要点
4.1所有接地端子全部采用规格为M16桥隧型接地端子。
4.2所有接地端子均通过连接钢筋与电缆槽外缘的纵向接地钢筋连接,均应保证焊接质量,施作时应根据具体的钢筋配筋,采用搭接焊或L型焊接。
4.3所有环向接地钢筋与贯通地线均采用焊接方式,可靠连接。在施工中外露的接地钢筋均进行防腐处理,并标示清楚。
4.4隧道综合接地中贯通地线上的任一点的接地电阻值应不大于1Ω,形成低阻等电位综合接地平台。每个部位混凝土浇筑前、浇筑后,量测接地电阻,并做好记录。
4.5构筑物内兼有接地功能(含连接)的结构钢筋和专用接地钢筋应满足:接触网短路电流不大于25KA时,钢筋直径不应小于14;接触网短路电流大于25KA时,钢筋直径不应小于16。
不满足要求时,可将相邻的二根钢筋并接使用(无需改变钢筋的间距)或局部更换直径为14或16的钢筋。
【参考文献】
[1]铁路综合接地系统(铁路工程建设通用参考图)[通号(2009)9301].
[2]铁路通信、信号、电力、电力牵引供电工程施工安全技术规程.中铁电气化局集团有限公司(铁建设[2009]181号).
【关键词】大断面;隧道;工序;工效管理
中图分类号: U45文献标识码:A
1. 概述
传统的隧道施工通常因施工难度小、要求低、断面小等特点,鲜有比较系统和针对性地进行隧道施工工效管理,例如开挖、仰拱、二衬等班组各配备一个班组人员,机械设备也无富余,在这样的人员机械配备条件下,每天只能够保证1~1.5个作业循环,掌子面开挖进度慢,直接制约后续仰拱、二衬施工,使得整体施工工效低下。又如,对各种工序施工没有系统地跟踪记录和分析总结,没有找出影响施工工效的根本原因,导致施工效率不高。高铁大断面隧道特别的长大隧道因其施工难度大、要求高、工期风险大、大断面等特点,合理组织隧道施工,系统地进行施工工效管理十分必要和关键,其在降低隧道工期风险的同时也节省施工成本,提高经济效益和管理水平。
本文以某隧道为例,主要通过对隧道机械人员配备、施工方法、工序施工等的不断总结、优化,主要通过“人、机”的整合,使施工工效在有限的时间、空间范围和人员、机械的条件下达到最优状态,从而达到提高施工效率,加快施工进度,节约施工成本的目的。
2.施工工效优化
某隧道为全线重点控制性工程,隧道开挖断面面积146㎡。隧道洞身穿越区域以碳酸岩广泛分布为主要特征,隧区总体构造、褶皱发育,地下水发育,不良地质现象为岩溶及岩溶水、顺层偏压,特殊岩土为红粘土。
隧道按台阶法进行施工,上台阶开挖180°,下台阶分左右边墙错位开挖,仰拱一次开挖成型。按照相关安全步距要求,Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ级围岩仰拱距离掌子面分别不大于90m、50m、40m,二衬距离掌子面分别不大于120m、90m、70m。主要施工难点有:地质差异较大,安全布距要求高,地下水发育等。施工工效优化步骤图1-1所示。
图1-1 施工工效优化步骤
掌子面开挖因其作业面有限,并且直接制约着后续下台阶开挖以及仰拱、二衬施工,对整个隧道工期风险的控制和施工工效起到决定性作用,是隧道各个工序施工的核心。也就是说,不管掌子面进度多快,后续下台阶、仰拱、二衬施工通过增加人员、机械等资源,经过合理组织,必定能与掌子面保持相对稳定的距离,达到安全步距的要求。因此,只有不断提高掌子面开挖、支护等工序的施工工效,才能在提高掌子面施工进度的同时,提高后续仰拱、二衬等工序的施工工效。
根据现有的机械、人员条件下提高掌子面施工工效后,还必须加快后续仰拱二衬施工,不可因安全步距等问题导致掌子面停工,并合理利用现有资源,组织好各种施工衔接,避免造成浪费而增加成本。
以该隧道出口为例,原有各工序人员、机械配置分别如表2-1、表2-2所示。
表2-1隧道初始人员配置表
表2-2 原始主要机械配置表
在以上的人员、机械配置情况下,通过现场24小时跟踪记录(如图2-1、图2-2),总结一个月得出以下施工工效表。
表2-3 原始施工工效表
通过原始记录及以上各表的分析,总结出影响工效因素主要有以下几方面。
1.掌子面因地下水发育,装药困难,加之工作环境差,作业人员积极性不高,责任心不强等,导致爆破效果较差、循环进尺段、补炮时间长,平均每循环需增加2h补炮时间。
2.各工序间隔时间长,没有有效衔接或进行平行作业。
3.资源配置不尽合理,人员劳动强度大,效率低,机械设备损坏率高,例如在进行上台阶出渣作业时下台阶无法出渣,出渣车辆、挖机等损坏即会增加出渣时间,工序时间缩短后作业人员劳动强度大,施工效率降低,当喷射砼、上台阶打钻同时作业时风压不足等。
4.因上台阶开挖慢,直接制约仰拱、二衬施工。仰拱、二衬施工工效平均可达到6m/天,上台阶工效3m/天,后续施工不能充分发挥其工效。
对原有人员、机械配置情况进行优化,主要有:
1.加强人员管理,并进行合理的爆破设计,实行炮孔定人定孔,并观测每人所负责炮孔施工的爆破效果,实行奖罚。如图2-1、表2-4所示。
图2-1 上台阶炮孔布置图
表2-4 炮孔布置定人施工一览表
2.通过总结,在循环开挖时间大量压缩时,通过增加作业人员及机械设备来提高工效。经过从原有的1个班组人员增加到一个半班组,再调整,最终增加到2个班组时施工效率最高,增加出渣车辆、挖机等设备提高施工效率,按照延米成本算,经济效益达到最佳。增加的人员、机械设备如表2-5、2-6所示。因仰拱、二衬施工人员施工效率较高,在掌子面施工进度提升后,仰拱、二衬能够及时跟进,无需增加人员。
表2-5调整后人员配置表
表2-6 调整后机械配置表
3.尽可能地进行平行作业,如在钢架安装时即开始施工锚杆,避免出现工序未衔接上的情况,减少工序衔接和施工时间。在围岩条件较好时利用前面开挖台车进行光面爆破作业,后面支护台车进行支护作业。
4.下台阶、仰拱一次开挖成型,缩短仰拱开挖时间,提高仰拱施工效率。
5.通过记录每循环工序施工时间,跟踪记录影响施工的因素,并详细记录在各种标识牌上,定期总结分析原因,进行定期调整优化。如图2-2、图2-3所示。
图2-2工序时间对比表图 2-3 主要机械设备动态表
通过以上措施,施工工效得到很大优化,调整后施工工效如表2-7所示。由表可知,调整后各工序工效有了明显提高,掌子面、仰拱、二衬月进尺分别从原来的98m、113m、156m提高到183m、216m、240m。表中仰拱、二衬施工工效是在掌子面施工不影响仰拱、二衬的前提下,即当仰拱、二衬距离掌子面达到一定距离后,由于仰拱、二衬施工快于掌子面,此后施工工效与掌子面一致,降低到180-190m/月。
表2-7 调整后施工工效一览表
3.总结
经过优化施工组织,施工工效得很大程度的提高,虽然相应增加人员、机械设备投入,但按照该工效施工至完工,不仅保证工期的顺利实现,施工成本相比调整前,节省成本约40-50万元。
作者简介:
关键词:监控量测 施工 应用
1 工程概况
翠华山隧道是西康二线重点控制性工程,位于西安市长安区,起讫里程为D1K65+807~D1K77+078,全长11271米。翠华山隧道介于既有线K64+300~K67+700之间。隧道进口段在D1K66+298处下穿既有西康线小峪隧道,(交叉点在既有线隧道内的里程为K64+910),隧道中线与既有小峪隧道中心线夹角为29°23?蒺28”,新建隧道与既有隧道间岩层净距约8m(详见平面关系图和断面示意图)。
既有线小峪隧道K64+710~+780段位于半径R=800m曲线上,隧道净宽5.5m,左边墙离左边钢轨1.8m,右边墙离右边钢轨2.14米。(见下图)
新建秦岭翠华山隧道下穿既有线小峪隧道段围岩为Ⅲ级围岩,离既有隧道岩层净距离较短(约8米)。新建隧道下穿既有线隧道交叉段长度为26.1米,新建隧道下穿既有线隧道施工时,围岩受运营列车振动影响,造成洞身开挖后围岩的稳定性较差,为确保隧道施工安全;新建隧道在下穿既有线隧道施工过程中,采取围岩监控量测,以精确掌握既有隧道沉降,确保既有线路运营安全。
2 监控量测应用
新建隧道临近既有隧道施工,为保证新建隧道及既有隧道安全必须严格按照设计及有关要求对新建和既有隧道做好监控量测工作,以指导施工,及时排除隧道安全隐患。
2.1 围岩监控量测流程
2.2 测点布置和量测方法
2.2.1 既有隧道监控量测
既有小峪隧道K64+710~K64+780上跨新建隧道段每10米边墙设1对净空收敛量测点及在隧底左右两侧各设一个隧底沉降监控量测点(局部必要时进行加密)。
2.2.2 新建隧道监控量测点
净空收敛量测断面间距根据围岩类别、埋置深度等具体情况,结合规范要求确定, 5m设一个量测断面。每个断面设两条测量基线,其点位布设见图2.2。拱顶下沉量测与净空收敛量测在同一断面内进行,测点设于拱顶中部。(见图2.2)
2.2.3 监控量测方法
①净空收敛量
净空变化测线在横断面上,以水平基线量测为主。斜基线量测作为辅助测试手段,量测方法按下列程序:
a装设测点,测点可用自制专用接头钢筋埋入砼中,保证牢固,并在施工时保护,防止损坏。
b初始观测值量测:在测试点安装完成后,在最短时间内完成第一次测试;测试时,收敛仪与测点连接好,拧紧钢尺,压紧螺帽并记下钢尺孔位读数,旋紧螺旋加力至某一刻度,记下百分表读数,然后将旋松螺旋,再旋紧至同一刻度复测3次,取其平均值作为初始观测值。
c日常监测:隧道施工过程中,按规范要求的频率进行日常监测工作,及时收集围岩变形信息,指导隧道施工。
②既有隧道隧底沉降及新建隧道拱顶下沉量测
既有隧道隧底沉降、新建隧道拱顶下沉量测与相应的净空收敛量测在同一断面内进行,新建隧道拱顶下沉量测测点一般设于拱顶中部,用水准仪测定其下沉量。当地质条件复杂、下沉量较大或存在较大偏差时,还可在拱腰和基底布设测点,作为辅助控制量测。拱顶下沉量测方法见图4.3。
③监控量测频率
既有线隧道及新建隧道在开挖爆破后必须进行监控量测,当无爆破作业时监测频率至少1 次/1天。
2.3 数据分析与反馈
2.3.1 监测数据的处理
现场监控量测所得数据,及时进行分析计算,绘制出净空收敛、拱顶下沉、隧底沉降时态曲线及与开挖面距离之间的关系图,判断变形趋势,与控制预警值的比较,判断、评价结构的安全性。对于超过安全预警值的,及时采取措施,修正施工参数和优化设计。
2.3.2 信息反馈
将上述计算分析结果及时反馈于与施工有关部门,指导施工。信息反馈程序见图4.4。对于监测中总结形成的成果,要向监理及设计单位提交书面成果报告和技术总结。
2.3.3 根据反馈信息所采取的措施
量测结果作为确定施工方案的依据,对隧道的正常施工和日常管理工作具有重要意义。施工中除了根据所反馈的信息修正施工方案和支护参数外,还对制定施工现场管理计划有关。工地施工管理等级参照表。
2.3.4 既有隧道监控量测处理
既有隧道净空变化0.2mm以上及隧底下沉2mm以上时立即采取临时钢架加固。
3 总结
由于隧道工程的特殊性、复杂性和隧道围岩的不确定性,对隧道围岩及支护结构进行监控量测是保证隧道工程质量、安全的必不可少的手段。通过量测,及时对新建隧道及既有隧道围岩失稳趋势的区段提供了预报,为现场施工及时调整支护参数以及合理确定二次衬砌时间提供了可靠的科学依据。通过大量量测发现隧道开挖及初期支护后围岩基本上稳定,于是建议及时施作二次衬砌。同时由于监控措施得当,及时的指导施工,从而保证了隧道施工的安全、经济,收到了良好的效果。但由于监控量测工作是一项具体而又复杂的工作,在实际过程中尚需不断积累经验和完善相关理论,因此,对隧道监控量测及数据的整理分析及应用应该做好以下几点:
①监控量测内容的选择,量测断面位置选择和量测测点的布置;②监控量测数据的采集和施工状态变化情况紧密结合,分析数据变化和施工状态的关系;③量测数据的应用,量测数据变化的准确分析和判断,量测的及时反馈,指导设计、施工和修改支护参数;通过监控量测保证隧道安全,预防隧道塌方。
参考文献:
[1]全志强.铁路测量[M].中国铁道出版社,2008.
[2]中华人民共和国行业标准.新建铁路工程测量规范(TB10101-99)[S].
[3]中华人民共和国行业标准.铁路隧道设计规范(TB10003-2005)[S].
关键词:岩石隧道工程;风险分析;
前言
岩石隧道的修建由于自然条件的恶劣以及施工设备的落后,致使在施工过程中以及运营期间均可能出现大量的工程事故,例如:崩塌、冒顶、岩爆、火灾等等,从而造成巨大的财产损失和人员伤亡。因此,如何尽可能地减小岩石隧道事故发生率以及灾害损失,已经成为一个迫切需要重视的课题。风险分析理论可望为此提供一条可行的途径。目前,国外对岩石隧道工程风险的研究还处于起步阶段,无论是理论还是实际应用都尚待完善,而且目前所取得的成果基本上都是针对运营阶段的风险(例如火灾,通风等问题),国内在此方面的研究相对就更少,基本上还停留在纯技术分析层面。笔者结合自己的实践工作,通过对相关工程的了解与分析,总结出了各种可能在岩石隧道施工中出现的风险,应做好有效的风险分析、风险预测、风险评价、风险转移等,并提出了相应的意见。
一、岩石隧道工程事故统计分析
科技水平的不断提高,岩石隧道工程中所使用的设备与技术水平也在不断的更新,这就有效的降低了岩石隧道施工中的危险因素。可是,由于其工作性质的影响,与其他行业相比,隧道施工存在的危险因素仍然较高。以下对岩石隧道工程事故进行了统计与分析,具体内容为:
2. 从施工方法角度进行分析。在隧道工程施工中常用的施工方法有:矿山法、盾构法和顶管法。通过相关资料我们可以了解到,在进行岩石隧道施工的过程中,最危险的一种方法就是矿山法施工,在总发生事故的比例中达到了50%以上;其次就是盾构法,大概占30%多;顶管法所占比例相对较小,大概有20%左右。
1. 从施工过程角度进行分析。一般情况下,在岩石隧道内进行的施工主要包括开挖、出渣、支护以及衬砌,不同的施工过程造成的事故频率也是不同的,在这几种施工过程中,事故发生率最高的是开挖以及支护过程,出渣与衬砌相对较低。
3. 从事故死亡人数角度进行分析。在对隧道工程中造成人员死亡的事故中,由于建设机械问题而造成的事故最多,大概占总数的25%左右,然后依次是崩塌冒顶、坠落、爆炸和火灾、翻车、飞石掉落、起重机以及其他因素。
4. 从事故发生地点角度进行分析。通过对事故发生地点的统计,我们可以了解到,在使用矿山法的施工中,发生事故几率最高的地点为掌子面,在总事故中达到了65%,其次就是洞内,大概占30%,这两个地点发生事故的概率就高达95%;在使用盾构法施工的过程中,发生事故的地点主要有掌子面、洞内以及竖井,他们所占的比率差不多,都在25%左右;在使用顶管法施工的过程中,发生事故几率最高的地点为竖井,其次就是除了洞内、洞外以及掌子面的其他地点,大概占20%。
二、岩石隧道工程风险分析
1. 风险分析的概念。
风险分析就是对风险所造成的危害、损失等进行科学、系统的评估,具体包括以下几方面内容:首先,就是对风险进行辨识,只有对那些潜在的风险产生足够的认识与了解,才能归类、总结出那些风险较大的因素;其次,就是对风险进行评估,也就是对整理出来的风险可能造成的后果以及发生的几率进行评估,总结出详细的概率分布;最后,就是对风险进行评价,将总结出来的结果与规定标准进行比较,并给出评价。
通过相关统计数据我们可以了解到,由于岩石隧道施工的不确定因素较多,施工难度较大,风险也相对较高。所以,在进行岩石隧道工程施工的各阶段可能造成风险的因素进行详细的分析与总结,从而对风险进行有效的预防与控制。对风险进行有效的控制并不是代表能够将风险完全的消除,我们一定要正确的看待这一问题。
风险是现代社会中经常用到的一个术语,是与人类的生产、生活相伴产生的。对于风险的概念可以通俗地解释为:风险就是不幸事件发生的可能性;或者说风险是一个事件产生令人不希望发生的后果的可能性(概率)。国际隧道协会(ITA)对风险的定义为:灾害事故对人身安全及健康可能造成损害的概率。
2. 岩石隧道的风险因素
在施工前期就要做好全面的准备工作,充分考虑到施工中可能存在的各种风险,这样才有利于做出正确的决策。在进行岩石隧道工程的施工过程中,不仅要对可能存在的各种风险因素进行详细的了解与分析,还要能够对这些风险进行准确的辨识,这样才能根据实际情况采取相应措施。在项目开始施工之后,就要重点进行施工风险管理,这样才能有效避免事故的发生,保证岩石隧道工程的顺利进行。在运营过程中,则主要表现在效益风险,以及重大安全事故风险。
在进行岩石隧道工程施工的过程中,最容易发生事故的阶段就是施工阶段,主要包括以下几方面的风险因素:第一、自然风险。由于自然环境的变幻莫测,在进行岩石隧道施工的过程中要面临各种自然灾害所造成的风险,例如地震、台风、洪水、雷击、暴雪、高温、大雨等。 第二、环境风险。岩石隧道工程属于大型工程,在施工的过程中不可避免的要使用各种机械设备,这样就会造成一定的粉尘、噪音、废气等污染,而且在对岩石的挖掘过程中还会释放一定的有毒气体,造成了一定的空气污染。第三、施工风险。施工过程中可能出现的风险因素最多,主要包括施工技术风险因素、施工现场风险因素、设备风险因素、原材料和成品半成品材料风险因素以及进度施工管理及人员素质方面的因素。
3.岩石隧道工程的风险控制。隧道工程的风险控制无外乎是风险转移和风险自留。风险转移就是通过保险,以及分包等形式将风险转移,但是目前国内有关隧道方面的保险费率研究相对比较落后,而且分析基本上是由保险公司单方面进行,业主基本上不作相应研究,这显然存在很大问题。而解决的办法应该是由业主委托独立的咨询公司进行分析,但国内类似的咨询公司基本没有。因此,工程保险对业主来讲仍然存在一定风险。对于自留的风险,应该采取相应措施进行防治,尤其是那些会造成人员伤亡或重大工程事故的风险,要尽可能地消除。如对于隧道施工引起地面下沉、建筑物开裂,可以采取的控制措施可能有:分部开挖方法、超前锚杆支护或超前管棚加固、采用控制爆破技术、加强隧道开挖后的支护以及加强施工检测等。
结束语
综上所述,在进行岩石隧道工程施工的过程中,虽然具有先进的施工技术与较高的施工水平,但由于施工难度较大,地质结构复杂,仍然存在一定的风险。在进行岩石隧道工程施工的过程中对可能存在的风险以及可能发生的事故进行系统的、详细的分析与总结,并做好相应的预防措施,从而降低风险发生的概率,避免造成人员伤亡事故的发生。
参考文献
[1] 杨萍. 公路隧道衬砌背后缺陷风险评估研究[J]. 中国安全科学学报. 2011.01:17-19
[2] 李春耕. 浅谈如何作好隧道施工技术管理[J]. 民营科技. 2013.01:24-26
[3] 刘刚,黄林冲. 风险管理在隧道工程施工工期上的应用[J]. 中外公路. 2009.03:18-20
关键词:隧道;瓦斯;通风;防爆;施工技术
瓦斯通常以游离的状态存在于煤层及煤层围岩内,是一种重要的地质灾害,常见的有中毒、窒息、燃烧、爆炸等情况。我们要注重瓦斯隧道施工经验的总结,科学施工,小心防范,确保安全,避免造成人员伤亡及财产上的重大损失。
1.瓦斯隧道施工的基本原则
瓦斯隧道施工的基本原则:加强管理,强化意识,清除隐患,严格检测,提前预测,随时掌握瓦斯含量,动态调整施工工艺,加强通风,降低瓦斯含量,杜绝一切火源。
2.瓦斯隧道施工工艺
瓦斯隧道总体施工工艺:机械、设备防爆改装一调整通风方案一调整供电方案―慌工前检测瓦斯浓度并排除一超前钻探一瓦斯再次排放或封堵一隧道开挖一隧道衬砌―循环作业。
2.1
瓦斯隧道内机械、设备防爆
隧道内瓦斯地段的电气设备和作业机械、电缆、照明、通信均采用防爆型。对洞内施工机械进行防爆改装,通过防爆挖掘机辅助防爆装载机挖、装,防爆自卸汽车运输;二次衬砌采用防爆模板台车衬砌,防爆砼运输车运输,泵送入模。
2.2瓦斯隧道通风、降尘
通风方案采用独头压入式通风,洞口配备两台通风机,洞内采用抗静电、阻燃风筒,根据剩余隧道长度以及洞内作业强度合理计算通风使用量,选择合适的通风机;施工掌子面至二衬之间安装自动喷淋降尘系统,喷淋用水采用施工用水,由洞外引进,在施工爆破后以及喷砼施工过程中,开启喷淋系统降尘。
2.3瓦斯隧道供电
瓦斯隧道采用双电源供电方式,供电必须做到“三专”、“两闭锁”。洞内供电敷设的照明、通信等电缆采用铠装电缆;固定照明灯具采用EXdll型防爆照明灯;供电系统设置接地保护,低压线路设置检漏继电器。
3.隧道监控系统
3.1安装瓦斯自动监控系统
在进行瓦斯隧道施工的时候,要对隧道内的甲烷、一氧化碳、风速和温度进行24小时全方位监控,通过监控采集隧道内的数据,并把数据传输到洞外,利用软件对这些数据进行智能化的处理在洞外终端显示,如果有异常,就会有声光报警。
3.2对人员进行安全检测
在隧道口设立安全检测门,每一个进入隧道的工作人员都要经过安全检测门进行检测,安全员用手持式的金属探测仪进行全身检测,防止工作人员携带打火机等可燃物品进入隧道工作。对施工人员的穿着也要进行检查,不得穿着化纤衣服进入,防止化纤衣服产生静电,引发瓦斯爆炸。
3.3对隧道工作人员定位
对隧道进出工作人员要进行严格的掌控,了解人员隧道出入情况,对隧道内施工人员总数和具体人员要进行严格的登记,根据定位系统判断人员是否到位,保证隧道施工有条不紊的进行。
3.4安装隧道内的视频监控系统
在隧道内掌子面和隧道入口多个位置安装视频监控,采用动态摄像机进行监控,以便有什么突况能够及时的通知管理和保安人员,使他们能够对事故现场作出快速有效的反应,及时采取措施。
4.瓦斯隧道施工技术保证措施
4.1瓦斯隧道施工工艺安全技术措施
(1)必须编制相应施工组织设计,制定瓦斯控制方案及安全技术措施。(2)采用台阶法开挖,拱部开挖一次成形,及时喷砼封闭围岩减少瓦斯溢出。(3)钻爆开挖要坚持多打眼、少装药、短进尺,快喷锚、强支护、勤检测,采用超前注{锚杆双液注浆,加固岩体堵塞岩体裂隙,减少或阻止瓦斯外溢。(4)钻孔装药:采用湿式钻孔打眼,孔深小于60cm时,不能装药放炮;孔深60-100cm时,封泥不小于孔深一半;孔深大于lm时,封泥不小于50em;孔深大于2.5m时,封泥不小于1m。(5)起爆:采用电力起爆,使用五段电雷管,电雷管要完全插入药卷内;起爆母线要用铜芯绝缘线,严禁用裸线和铝线芯代替,母线要采用单回路;同一串联网络的雷管必须是同一厂家、同一批号、同一牌号。(6)雷管和炸药:必须使用取得生产许可证的煤矿专用雷管和煤矿专用炸药。炸药内加盐可降低猛力,阻止产生火花。(7)爆破管理:爆破前后雷管、炸药数量要及时清点,及时回收入库,并做好爆破记录;放炮后必须通风排烟30分钟以上;进行碴堆路面洒(喷)水后,出碴机械再进行出碴作业;严禁采用明火放炮。(8)采用湿式作业:钻孔与喷射砼作业要做到先开水后开风,以密闭粉尘,避免产生火花。(9)拱架连接:所有格栅和型钢拱架连接钢筋一律采用机械连接,不得焊接连接。(10)二次衬砌砼:二衬砼加入气密剂;拆模时要用木捶敲打,防止产生火花。
4.2瓦斯隧道施工通风安全技术措施
瓦斯隧道施工前,要根据设计文件提供的隧道瓦斯最大涌出量、里程段落长度、投入机械设备及人员数量等因素,考虑一定富裕系数,提前做好通风设计计算,确定施工通风风量、风速(不小于lm/s),科学选配隧道施工通风所需风机、风管的规格。确保隧道空气中的瓦斯浓度稀释到允许浓度以下;瓦斯隧道施工通风机必须设两路供电系统,并装设风电问锁装置。当一路电源停止供电时,另一路电源应在lOmin启动,保证风机的运转。
4.3洞内外消防措施
采用消防水以及消防砂综合预防措施,洞外设置高压水池,再由高压管接人洞内,在洞内每20m设置一道阀门,应急时打开阀门,接入消防水枪使用;消防用砂采用喷砼站的机制砂,可采用防爆改装后的装载机运入使用。
【关键词】隧道防水施工质量;技术总结
1.工程简介
杭长铁路客运专线-桐子岭隧道位于醴陵市106国道左侧200米处,隧道全长775m,设计为采用双线隧道复合式衬砌支护。
隧道沿线地形属剥蚀低山岭丘陵区,地形起伏较大,总体地势高差25-170m。
桐子岭隧道地层有坡积层,残积层,全、强、弱及微风化砂岩,隧道穿越围岩级别为Ⅴ~Ⅲ级,隧道穿越断层破碎带地段地下水用水量为100吨/天。
本隧道防水施工中隧道防水等级为一级;要求衬砌表面无湿渍。 隧道防水措施主要通过防水板及混凝土结构自身防水的双重作用避免地下水从混凝土表面渗入。施工缝、变形缝是隧道防水的薄弱环节。隧道工程防水设计采用“防、排、堵、截结合,因地制宜,综合治理”的原则,达到一级防水标准。
隧道纵向施工缝采用中埋式橡胶止水带,环向施工缝采用中埋式加背贴式橡胶止水带。橡胶止水带接头连接采用热硫化胶粘接。
2.现场调查
二衬防水施工质量直接影响到隧道运营期间的供电、通信等问题;并且隧道内二衬完成后的渗漏水是很难解决的问题,后期处理隧道内渗漏水需要花费很大的人力、物力投入,后期的防水堵漏施工不但周期长,投入成本高,而且施工效果不明显。防水板的施工质量和橡胶止水带的施工质量是控制整个防水分项施工的关键。项目部对防水板质量和橡胶止水带施工质量进行了多次检查。检查发现以下问题:
(1)橡胶止水带接头粘接质量不好,橡胶止水带有破损。
(2)环向施工缝中埋式橡胶止水带安装不圆顺、不居中。
(3)纵向施工缝中埋式橡胶止水带安装蛇形弯曲、上浮、错位。
(4)防水板、土工布与初支表面不密贴。
(5)防水板搭接长度不符合要求。
3.分析要因
从检查结果看到,橡胶止水带的安装及粘接与防水板安装是防水工程的主要问题,只要有效的解决了该问题,则隧道内二衬完成后的渗漏水的问题就能得到很好的控制。 经过分析出现以上问题的原因有以下几条:
(1)工人未进行专业技术培训,工人操作不当;工人质量意识淡薄,对成品保护不足,在后续施工过程中造成橡胶止水带破损;橡胶止水带粘接前打磨不到位、使用粘接胶水不当造成粘接质量不好。
(2)环向施工缝中埋式橡胶止水带安装固定方法不当造成止水带不圆顺,不居中。
(3)纵向施工缝橡中埋式胶止水带安装固定方法不当造成止水带蛇形弯曲、上浮、错位。
(4)热熔垫圈分布不均匀且间距过大;初支表面处理不好,表面不平整。
(5)热熔焊机有效焊接宽度过小。现场使用的热熔焊机最大搭接宽度为15cm,设计要求防水板搭接宽度为不小于15cm。在铺设防水板过程中稍有不慎搭接长度就不能满足设计要求。
4.解决措施
(1)由于本工程防水工班施工人员都有多年防水施工经验,在班组进场之后并没有对该工班人员进行考核,现场有些工人对一些基本的参数和工艺要求不是很熟悉,对工艺控制的要求标准没有正确的认识;经会议讨论决定对防水施工班组进行专业技术培训及考核。培训中强调了止水带搭接长度、粘接工艺及已施工段止水带的成品保护。培训考核起到了明显的效果。
(2)针对环向施工缝中埋式橡胶止水带安装固定,项目部组织技术人员进行了专题会议分析,经分析得出主要原因在二衬端头模板。由于以前项目部定做的二衬端头定型钢模板太重安装很不方便,现场一直使用木模板作为二衬端头模板,并用钢筋卡固定环向施工缝中埋式橡胶止水带。会议后技术人员及工班经过现场研究商讨,自制了一套比较轻便的二衬端头钢模板。钢模板每段弧长1.2m,分两部分组成,重量适中、安装方便,能有效地将中埋式橡胶止水带固定在二衬中间。经过使用此钢模板,环向施工缝橡胶止水带安装不圆顺、不居中的问题得到有效地解决。
(3)以前纵向施工缝中埋式止橡胶水带固定不牢靠,很难保证在浇筑混凝土时变形、走样。经过研究之后采取了新的安装固定方法:每隔1m,采用2根Ф16钢筋将止水带夹住,钢筋两端采用绑扎。在初支混凝土面上植入Ф16定位钢筋,将此定位钢筋与夹住止水带的两根Ф16钢筋焊接,在固定过程中要确保止水带安装顺直、止水带中心与仰拱混凝土面位置重合。经过新的固定方法,纵向施工缝中埋式止水带的安装质量有很大改善。
(4)经过现场检查,初支表面混凝土平整度合格率达到要求,非主要原因。主要原因是热熔垫圈间距过大造成。对此我们已对工人进行了专业技术培训级考核,培训中强调了热熔垫圈布设标准:拱部间距0.5-0.8m,边墙间距0.8-1.0m, 底部间距1.0-1.5m,呈梅花形布置。按照此标准铺设防水板后防水板与基面密贴程度有明显效果。
(5)由于现场使用的新式热熔焊机最大搭接宽度为15cm,设计要求防水板搭接宽度为不小于15cm,在铺设防水板过程中稍有不慎搭接长度就不能满足设计要求。老式的热熔焊机不限制防水板搭接长度,改用老式热熔焊机后此问题得以有效解决。
5.技术总结
隧道内防水以混凝土结构自防水为主体,以施工缝、变形缝的防水质量控制为重点,以防水层为防水的技术核心。在防水工程设计采用防排相结合的排防水方式,保证结构物和设备的正常使用和行车安全,达到一级防水标准。按照解决措施实施后,中埋式橡胶止水带的安装效果有很大改善,防水板与基面密贴程度也有明显的效果,防水板搭接长度得以有效控制。
6.结束语
通过对杭长高速铁路隧道防水施工实地调查、分析要因、研究解决措施,总结了如何提高高速铁路隧道防水施工质量的方法,可为我公司进一步拓展铁路建设市场提供一些宝贵的经验。
【参考文献】
关键词:燕尾隧道;小净距段;支护参数;合理净距;施工设计
Abstract: restricted by terrain, geology and grew up in the tunnel line spacing, dovetail tunnel arises at the historic moment. To solve the problem by large cross section tunnel transition to normal double hole spacing problem, this paper combined with the central and southern Shanxi railway, chang tunnel (dovetail tunnel), using small clear distance tunnel linking directly by the transition. Through numerical simulation calculation, engineering analogy, choose reasonable distance between tunnel and supporting parameters. According to the construction monitoring data are meet the specification requirements, shows the scheme is reasonable and feasible. And the program structure is reasonable, the procedure is relatively simple, less construction difficulty, to provide reference for similar project.
Key words: dovetail tunnel; Small clear distance; Supporting parameters; Reasonable interval; Construction design
中图分类号:U455.2文献标识码:A文章编号:2095-2104(2013)
0 引言
随着我国铁路建设平稳快速的推进,越来越多的铁路需要在复杂的地质、地形、外部环境等条件下建设。受地形、总体线路线形、桥隧相接、车站设置等因素影响,燕尾隧道成为必然的选择。隧道如何由大跨段过渡至双洞正常间距段成为设计研究的重点。
刘国庆[3]结合兰渝铁路哈达铺隧道对超小净距隧道的设计与施工进行研究,阐述超小净距铁路隧道设计与施工的可行性、经济型及优越性。朱道建[4]从隧道平面布置、分岔过渡形式、可行性论证及计算方法等几方面,提出了由大跨段过渡至连拱隧道进而转换至小净距隧道的步骤、关键问题及相应的计算原则和方法。李春奎,杜立新[5]着重介绍了范家坪铁路隧道喇叭口段由双线向单线反向施工方案比选、施工步骤、施工支护及衬砌参数、施工效果。周有江[6]、卢汉军[9]分别结合工程实例沪总结了燕尾段的施工方案及施工参数。刘继国,郭小红[7]结合沪蓉国道某燕尾隧道采用普氏理论对深埋对深埋小净距隧道的围岩压力计算公式进行了推导。王云震[8]结合向莆铁路赤岭隧道小间距段总结了左右线的施工顺序和滞后距离等施工措施。
随着数值模拟计算越来越多的运用于地下工程,在燕尾隧道的计算上,不应仅仅通过理论计算与工程类比总结施工设计参数,更应该加入数值模拟计算来指导其施工设计。本文结合新建山西中南部铁路通道克昌隧道(燕尾隧道)通过数值模拟计算、工程类比对小净距段选择合理的隧道间距和支护参数进行施工设计,结合现场施工监控测量数据总结出净距选择及支护参数,可供类似工程参考。
1 工程概况
克昌隧道为新建山西中南部铁路通道中的一个燕尾隧道。该线为国铁Ⅰ级双线重载铁路,速度目标值为120km/h。[1]
克昌隧道位于山西省平顺境内,该隧道全长920米,进口段为单洞双线,出口段为2个单洞单线隧道。隧道进口里程为Dk577+990,左线出口里程为DK578+580,右线出口里程为DyK578+600。隧道在DK578+493处由单洞双线分叉为2个单洞单线[1],本隧道于2010年8月动工,于2012年10月土建贯通。
2设计方案的选择
2.1 线路平纵设计
图1 克昌隧道燕尾段地形平面图
Fig.1 Terrain map of swallow-tail-shaped in kechang tunnel
图2 克昌隧道燕尾段地质纵断面图
Fig.1Longitudinal geology of kechang tunnel swallow-tail-shaped section
线路此段位于太行山脉区,克昌隧道出口段受太行山隧道(全长约18.1km)设两条单线隧道线间距30m影响及地形限制,需在克昌隧道内将线间距逐步拉大,在太行山隧道进口处将线间距拉大至30m。
DK578+493处线间距为8.86m,平面左线以R=1600m的半径、右线以R=2000m的半径拉大线间距,逐步在DK578+580处将线间距增大至16.08m。此段两洞隧道纵坡均为10.7‰的单面下坡。地形平面图如图1。
2.2地质概况
此段隧道最大埋深35m,洞室位于强-弱风化砂岩、石英砂岩中,产状产缓,砂岩中垂直节理发育,岩体较破碎,工程地质条件较差。
隧道围岩等级划分为:
DK578+493~DK578+495为Ⅲ级、DK578+495~
DK578+528为Ⅳ级、DK578+528~DK578+580为Ⅴ级;
DyK578+493~DyK578+503为Ⅲ级、DyK578+503~DyK578+536为Ⅳ级、DyK578+536~DyK578+600为Ⅴ级。地质纵断面图见图2。
2.3 设计方案的确定
燕尾隧道一般意义上由小间距段、连拱段、大跨段组成。连拱隧道结构复杂,施工工序复杂,在软弱破碎级围岩中采用先墙后拱的三导洞法施工时,前后工序互相制约,施工难度较大;而小净距隧道两洞分开施工,在工序上优于连拱隧道。并且小净距隧道在结构受力、工程造价、结构防水等方面具有很大优势。双连拱隧道目前暴露出很多弊端,如施工过程中初支不能及时封闭,运营过程中出现病害几率较高,特别是中端部位渗漏水情况比较普遍;而小净距结构,两座并行隧道是独立的,防排水各成系统。 [3]
图3 小净距段平面布置图
Fig.3 The floor plan of small interval section
根据克昌隧道的地质情况,克昌隧道采用小净距到大跨段的过渡形式。
3 施工设计及支护参数
3.1 净距的选择
相邻隧道间距确定,与地质条件、断面尺寸、施工方法、工序等因素有密切关系。当相邻隧道被置于免压圈,即所谓围岩松弛范围以外,就认为互
不受施工开挖的影响,或者壁柱中计算的最大应力不超过岩石容许应力,则认为是安全的。但计算数
值一般与设计情况出入较大,因此在确定相邻隧道间距时,不能单纯地依据计算结果,更重要的是参考已建成隧道间距的实例和过去实践经验,经验类比确定。[10]
田志宇、何川等通过模型实验研究,得出了不同围岩级别下小净距隧道的最小净距建议值(见表1)。[2]上世纪修建的成昆线、襄渝线、新世纪后的宜万线、石太客专等由于各种因素均有修建成功的
燕尾隧道可供借鉴。根据克昌隧道的地质情况,小净距段净距由1.5m逐渐过渡到6m。衬砌平面布置图如图3。
表1 小净距隧道最小合理净距建议值
Chart 1 The recommended value of reasonable minimum spacing of the small interval tunnel
注:B为隧道开挖宽度。
3.2 支护参数设计
为减小相互洞室影响,控制洞室本身收敛,利于洞室稳定,左右洞采用分开开挖模式,左右洞掌子面拉开不小于30m的距离。
3.2.1工程类比法取支护参数
本线紧邻克昌隧道的太行山隧道为双洞单线隧道,是本线控制性先行开工工程,已于2010年3月开工。断面大小与本隧道双洞段断面一样,可类比其支护参数。本线单线隧道断面简图如图4。
图4 单线隧道断面简图
Fig. 3 single-track tunnel section figure
已施工的Ⅳ级围岩加强衬砌支护参数:全断面初喷厚度18cm、全断面格栅钢架1.2m/榀、锚杆2.5m间距1.2m×1.2m、全断面钢筋网(纵向φ6×环向φ8)间距25cm×25cm。已施工的Ⅴ级围岩加强衬砌支护参数:超前小导管长3.5m(纵向2.25m×环向0.4m)、全断面初喷厚度20cm、全断面工16型钢钢架0.75m/榀、锚杆3m间距1m纵向×0.75m环向、全断面钢筋网(纵向φ6×环向φ8)间距20cm×20cm。
类比暂取小净距段支护参数如下,Ⅳ级围岩加强衬砌支护参数:全断面初喷厚度20cm、全断面工16型钢钢架1m/榀、锚杆3m间距1m×1m、全断面钢筋网(纵向φ6×环向φ8)间距20cm×20cm。Ⅴ级围岩加强衬砌支护参数:超前小导管长3m(纵向1.8m×环向0.4m)、全断面初喷厚度25cm、全断面工20型钢钢架0.6m/榀、锚杆3m间距1m纵向×0.75m环向、全断面钢筋网(纵向φ6×环向φ8)间距20cm×20cm。
3.2.2 数值模拟计算
本文进行数值模拟采用大型通用有限元软件ANSYS进行单线铁路隧道初支设计力学分析,模型采用地层—结构法分析,将支护结构与围岩视为一体,作为共同的承载结构。
本数值模拟假定:a.开挖部分采用单元杀死技术,主体采用Druck_Prager本构模型进行非线性分析;b.不考虑构造应力的影响;c.不考虑开挖工法但主要考虑施工工序的影响;d.不考虑地下水的影响;e.将土体考虑成各向同性的弹塑性模型,锚杆和初期支护考虑成弹性模型。
有限元模型:采用平面单元模拟围岩,杆单元模拟锚杆,梁单元模拟初期支护。
几何模型:由于隧道是在纵向比较长,而横向断面比较小的地下结构物,因此,在计算分析中,简化成平面应变问题。隧道计算属于半无限空间或平面问题。从半无限理论上讲,隧道的开挖施工仅对其开挖洞室周围地层有影响,随着远离隧道的距离的增大,其影响越来越小。因此,在计算中,只要取足够的计算边界就可以得出合理的计算结果。这样可缩小计算边界,从而大大地降低计算资源。取左右两侧的计算边界为隧道总跨度的3~5倍,而隧道下方计算边界取为隧道总高的2倍以上,隧道的上边界到地面(浅埋隧道)。
分析思路:第一步自重条件下进行初始应力分析,得到隧道周围节点的初始节点力;第二步在隧道周围的节点上施加节点反力,模拟隧道开挖后应力释放过程;第三步删除节点反力,激活锚杆和初期支护的单元,模拟锚杆和初期支护。
本隧道施工由双洞段向单洞段施工,先开挖右线隧道后开挖左线隧道。本模型取DyK578+495处进行分析,断面面向单洞段。隧道埋深30m,净距1.5m。下列数值分析图形中,左边为右线隧道。支护参数取3.2.1节中类比后暂取的支护参数。分析两种工况:右线隧道初支加载,左线隧道在此处开挖;右线隧道初支加载,左线隧道开挖后加载初支。隧道模型单元图如图5。
图5 隧道模型单元图
Fig 5. the model of element
工况一:右线隧道加载初期支护,左线隧道开挖,竖向位移图如图6、水平位移图如图7。
图6 竖向位移图
Fig 6. The Y-Displacement(mm)
图7 水平位移图
Fig 7. The X-Displacement(mm)
工况二:右线隧道加载初期支护,左线隧道加载初期支护,竖向位移图如图8、水平位移图如图9。
图8 竖向位移图
Fig 8. The Y-Displacement(mm)
图9 水平位移图
Fig 9. The X-Displacement(mm)
从以上位移图中可以得知:工况一,右线隧道竖向最大位移18mm,左线隧道竖向最大位移10mm,右线隧道水平最大位移4mm,左线隧道水平最大位移10mm。工况二,右线隧道竖向最大位移19mm,左线隧道竖向最大位移19mm,右线隧道水平最大位移4mm,左线隧道水平最大位移10mm。根据隧道手册[7]围岩稳定性判断,均满足围岩稳定性要求。
4 现场量测数据分析
现场量测监视围岩应力和变形情况,验证支护
衬砌的设计效果,保证围岩稳定和施工安全,确定二次衬砌的施做时间。通过数据分析掌握围岩稳定变化规律,确认或修改支护衬砌设计参数,为今后的隧道设计与施工提供工程类比的依据。
本隧道出口燕尾段为隧道监测的重点,对拱顶下沉、上下台阶水平收敛进行加密测量。挑选DyK578+495处在2011年1月9日~2011年3月
28日时间段内拱顶及边墙的测量数据进行分析。位
移收敛及速率收敛曲线图如图10~15所示。
图10 下台阶水平位移收敛曲线图
Fig. 10 Convergence graph of horizontal displacement of lower bench
图11 下台阶水平速率收敛曲线图
Fig 11.the convergence curve ofhorizontal velocityof lower bench
图12 拱顶下沉曲线图
Fig 12. the subsidence curve of vault
图13 拱顶下沉速率曲线图
Fig 13. the subsidence velocity curve of vault
图14 上台阶水平位移收敛曲线图
Fig 14. the convergence curve ofhorizontal displacementof upper bench
图15 上台阶水平速率收敛曲线图
Fig 15.the convergence curve ofhorizontal velocityof upper bench
根据隧道手册[7]围岩稳定性判断:位移值,在单线隧道中小于25mm;隧道水平收敛速度小于0.1~0.2mm/d,即围岩基本稳定。通过测量数据分析,隧道水平收敛在一个月后趋于稳定,最大位移值为13.7mm;拱顶下沉在45天后趋于稳定,最大位移值为21.8mm。满足稳定条件,位移值的大小从一定程度上也反映了初期支护参数对本段隧道是适中的。
5体会
燕尾隧道是受外部条件影响下的特殊隧道,小净距段在平纵断面选择上,在勘察阶段,一定要选择好的围岩,埋深一定要深,并且避开不良地质区域,以避免因地质条件而造成的施工风险增加。
本文只是针对特定条件下,针对具体的工程实际,只讨论了Ⅲ级围岩、埋深30m等条件下的最小净距和初支参数。在不同的地质条件下,隧道埋深与净距的研究是值得深入研究的问题。
1) 最小净距的选择要根据不同等级、岩性的围岩进行不同的选择,可借鉴相邻地区已建隧道的成功经验,结合计算等选择适合隧道本身的合理净距。通过本文研究,建议将大跨变小净距的分叉点控制在Ⅱ、Ⅲ级围岩中,如果没有条件而分叉在Ⅳ、Ⅴ级围岩中则要根据实际情况加大最小净距的间距,如有必要则不能由大跨直接过渡至小净距段。
2)小净距段的支护参数,要参照隧道其他同等级围岩的支护参数。结合计算,在原有的基础上适当加强,不可盲目过大加强,以避免造成资源浪费。通过施工监测,对支护参数进行效验,可根据现场实际情况适当调整支护参数,以达到最经济、安全的施工设计。通过本文研究,克昌隧道小净距段的支护参数对于本隧道的围岩是适中的。
参考文献:
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关键词:矿山法;隧道施工;中洞法;施工流程;技术控制
中图分类号:O741+.2 文献标识码:A 文章编号:
1、前言
矿山法是一种暗挖方法,主要应用于围岩段的开挖。矿山法在使用时具有诸多的优点:掘进速度快、造价低、安全性高以及适应性强等,因此广泛应用于隧道工程中。中洞法作为矿山法的一种,具有:1、安全性好,在先完成中墙和第一期底板,后再进行开挖时可将临时支撑和拱架都支撑于坑道中墙及第一期底板上;2、灵活性好,可因地制宜地选择断面形状和尺寸;3、可操作性强,机械化程度低,挖土可用人工采用简便挖掘机具;4、出土效率高,开挖上部断面时的大量石渣可通过上下导坑间一系列漏渣孔装车后从下导坑运出;5、工序间干扰较少,完成中洞后,可左右侧同时施工;6、造价低、经济性强。中洞法适用于土类软岩类的地质条件较好且施工受地下水影响较少的工程项目。
2、矿山法隧道施工
2.1矿山法隧道施工进展
矿山法在隧道施工中采用“新奥法”原则,其在工程中的广泛使用并且具有重要的地位。矿山法通过近几十年来的研究,施工技术得到了较大的进步,其中主要成果有:钻眼速度的提成,现在的液压凿岩机钻眼速度为3 m/ min比三十多年前的速度提高了十几倍,同时现场作业人员的需求也大大降低。地质超前预报在近年来得到了广泛的应用,对围岩的预支护及预加固技术研究深入使技术更加成熟,同时加上更加完善科学的施工管理,使隧道在进行施工的过程中的应变能力得到了较大的提升。由于特长隧道的埋深一般都比较大,因此其地质环境对施工造成了较多的困难,对于这些困难和问题随着技术应用的成熟和研究的深入已有了一定认识,同时也拥有了丰富的经验和措施。北京地铁复兴门折返线以及西单地铁车站在施工中运用了“新奥法”原则,这些工程的顺利完成说明我国地铁隧道不仅是在设计和施工方面取得了较大提高 [1]。
2.2矿山法隧道施工流程
区间矿山法隧道施工中通常采用的方法是暗挖法,在采用矿山法进行施工时必须遵从“新奥法”的原则,在施工过程中如果必须采用爆破开挖,需要采用微震控制爆破的方法,从而保证施工的安全性。
在矿山法施工中,包括台阶法、CD法、CRD法、双侧壁导坑法、中洞法等,施工过程不尽相同,本文以中洞法为例对矿山法的施工进行介绍,主要施工流程如下:
拱部超前支护中墙上导洞开挖及临时支撑中墙下导洞开挖及临时支撑施工中墙钢筋混凝土及临时支撑左右侧断面上台阶开挖及临时支撑左右侧断面下台阶开挖及临时支撑施作钢筋混凝土二次衬砌。
中洞法开挖工序示意图如图1-1所示
图1-1 中洞法施工示意图
施工过程中的要点如下:
(1)超前支护:首先需要根据断面的实际情况,利用小导管注浆的方法实施超前支护。
(2)开挖:开挖过程以人工为主,小型机具为辅,施工过程中如果必要可以使用爆破法。
(3)出碴运输:在施工过程可以使用小型挖掘机将碴装车,然后利用小斗车运输,通过无轨运输和竖井提升将碴运输到洞外。
(4)监控量测:在进行施工的过程中,需要及时的监控量测地表和洞内围岩的变形,根据监控结果可以对施工进行反馈指导。
(5)中洞临时支护参数:喷混凝土C25,厚250mm ;小导洞部位设22格栅钢架,间隔50 mm;钢筋网采用f6钢筋,间距150 mm*150 mm;上下导坑的距离以60-80 m为宜。
(6) 要待中洞二衬结构混凝土强度达到设计强度的70%后才进行两侧洞的施工
(7) 隧道初期支护及二次衬砌背后均回填注浆,注浆管预埋,注浆压力要适当控制。
(8) 隧道底板的回填层混凝土与仰拱混凝土一起施工
3矿山法施工技术控制要点
矿山法施工过程中存在较多的控制要点,下文将对矿山法施工技术的控制要点进行分析,同时重点介绍使用中洞法施工时的技术控制要点。
3.1地质预报和地质资料的核实
根据工程实践发现,有时会出现隧道开挖之后围岩条件与勘探资料不相同的情况,导致出现突发性灾害时无法及时的进行处理,为工程的安全性、可靠性造成了较大的影响。避免该现象发生的有效措施就是在施工过程中,不断地将地质超前预报与地质资料进行核实。隧道工程在施工过程中对地质环境十分的敏感,很可能由于很小的不良地质酿成重大的工程事故。因此,对地质超前预报提出了较高的要求。
3.2隧道开挖及初期支护的质量控制
当拱顶地段为软弱地层时,采用小导管注浆进行超前支护可以比较有效地防止拱顶开挖至初期支护这段时间围岩的坍方;当所处的地段为硬岩时,通常适合使用微震动爆破。混凝土进行首次喷射应该在格栅钢架安装之前完成,这样可以封闭围岩表面,同时也能够确保钢架背后的保护层厚度。仰拱部位需要注意,该位置容易出现积水、造泥的现象,因此混凝土在进行喷射前需要清除积水、泥浆,绝对不可以带水喷射。如果在初期支护中出现了渗、漏的现象,必须采取一切措施进行处理。
3.3 中洞施工
土方开挖时,中洞按照“小分块、短台阶、早成环、环套环”的原则,采用竖向留坡、纵向错台的施工方法,完成中洞施工后,两侧洞同步采用正台阶法自上而下分部掘进成环,不必纵向错台。中洞上半断面宜采用环形开挖,尽可能保留核心土;下半断面开挖时,边墙宜采用单侧或双侧交叉开挖,仰拱应尽快开挖,缩短全断面封闭时间。
3.4二次衬砌混凝土的防水性能的质量控制
隧道二次衬砌混凝土施工中要遵循中洞先进行、边洞随后,施工分为三个部分,包括中洞二次衬砌混凝土分底板施工、钢管柱和拱顶纵梁、拱顶二次衬砌混凝土施工。施工钢管柱及拱顶纵梁、拱顶二衬以每一柱间跨度为一最小长度单位;先施工底板然后再施工钢管柱及纵梁,最后是柱间的拱顶二次衬砌混凝土施工。边洞的二次衬砌混凝土施工随土方开挖顺序进行。二次衬砌混凝土厚度均为300 mm,采用C30防水混凝土[2-3]。
4、总结
矿山法使用“新奥法”原则进行隧道的施工,具有较好的经济和社会效益。采用隧道新奥法量测技术是中洞法施工的关键环节,通过信息化反馈指导动态设计和监测安全施工,最终到达安全施工的预期目的。中洞法施工在土类-软岩类的地质条件较好且施工受到地下水影响较少的工程项目中,能取得良好的社会和经济效益。在现有成果的基础上,矿山法仍旧需要继续改进和发展,主要包括:开挖过程中成洞的效率需要进一步提高;能够根据不同的需要做出合适的应变;改善施工作业环境,降低工程成本。
参考文献
[1]习仲伟. 我国交通隧道工程及施工技术进展[J]. 北京工业大学学报,2005,31(2):141-147.