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中圖分類號: U25 文獻標識碼: A 文章編號:
鐵路建設的主要構筑物之一就是隧道工程,高風險地質(zhì)復雜的隧道是安全最敏感、控制工期的關鍵工程,對于提升鐵路建設水平,保證隧道工程質(zhì)量和隧道施工安全,對于保質(zhì)保量進行鐵路建設具有極為重要的現(xiàn)實意義。
一、產(chǎn)生隧道工程事故的原因
軟巖隧道塌方、巖溶隧道突水突泥多會引發(fā)隧道安全事故,損失和危害極大。下文對隧道安全事故發(fā)生的原因進行了分析。
(一)隧道發(fā)生坍方的原因
有很多因素都可能會引起隧道發(fā)生坍方,總結起來主要有以下幾方面因素:
(1)工程因素
水文地質(zhì)條件和工程地質(zhì)由于施工的因素引起的變化。
(2)自然因素
水文地質(zhì)和工程地質(zhì)條件以及發(fā)生的變化。
(3)人為因素
施工方法、工程設計、管理措施等的不適當和不合理。
施工工法選擇不適當、措施不到位、設計不當、施工安全敏感性不強、工序銜接不當、工藝不到位等也是主要原因,此外,設備不配套等因素,都是造成坍方的重要原因。
(二)突水突泥事故發(fā)生的主要原因
(1)施工方面
如注漿壓力不夠、掌子面封閉不及時、注漿效果檢查不夠認真、小導管或管棚數(shù)量不足、爆破參數(shù)不認真設計以及不能及時的根據(jù)圍巖情況做出適當?shù)恼{(diào)整、初噴不及時且厚度不足、初期支護滯后不能及時封閉等施工工藝工法不到位、不規(guī)范,操作人員水平不高、缺乏經(jīng)驗,超前地質(zhì)預報不能夠認真對待,隧道監(jiān)控量測不及時和連續(xù)。逃生報警系統(tǒng)不夠完善,洞內(nèi)的一個作業(yè)點發(fā)生險情或事故時,其他的作業(yè)點不能同步收到警報;有一些隧道施工中對洞內(nèi)的各作業(yè)點隧道外不能進行全方位的指揮和監(jiān)控,洞內(nèi)有多少作業(yè)人員和多少個作業(yè)點搞不清楚;搶險救援逃生設施不到位或不配套,不定期進行安全事故逃生演練、不落實應急預案。
(2)勘察設計方面
對隧道通過的斷層破碎帶、巖溶等沒有明確的提示,判識水平不高,勘探的深度不夠,對熔巖的規(guī)模、富水程度、范圍、充填物判識不夠準確,沒有對物探異常區(qū)進行加深勘察。沒有針對性的對復雜巖溶隧道的預案和措施,在設計上巖溶富水地區(qū)隧道長段落反坡,變更設計不及時,現(xiàn)場配合施工不到位,對工程措施的及時性造成了影響。
二、加強隧道質(zhì)量技術管理和施工安全
當前,在鐵路建設中隧道的長度長、數(shù)量大,且大部分隧道的地質(zhì)環(huán)境都比較復雜,這就給鐵路隧道的施工質(zhì)量和安全帶來了巨大的壓力。我們應該高度重視隧道施工的質(zhì)量和安全,精心組織、精心施工、精心管理、精心設計,狠抓隧道施工質(zhì)量和安全的技術管理工作。
(一)確??辈煸O計的深度
(1)要在現(xiàn)有的基礎上提高設計的水平,并且要對設計方案不斷進行優(yōu)化。應盡量避開涌水量大、地質(zhì)災害大的地段,要有針對安全的專項設計以面對艱險、復雜、施工安全風險大的隧道。為了確保工程措施的及時性,設計通知書要及時下達,要根據(jù)地質(zhì)條件的變化在施工過程中及時對設計參數(shù)進行修正。
(2)提高對巖溶、巖溶規(guī)模、巖溶充填物、巖溶范圍、巖溶富水程度、圍巖級別、斷層破碎帶等的判識準確性和水平,提高地質(zhì)勘查的深度,加強對隧道位置的沖溝、水塘、地形地貌、水庫以及陷穴等的調(diào)查,并且要提出明確的要求。
(3)要將報警逃生和風險管理系統(tǒng)措施納入設計當中。
(二)確保工程技術方案的正確性
(1)要充分聽取施工單位對隧道具體施工工法和工藝的不同意見,要充分發(fā)揮施工單位的主觀能動性和豐富的施工經(jīng)驗,制定切實可行的施工工法和施工工藝,在必要時可以組織技術方案論證會,要讓方案更加具有針對性。
(2)在初期的設計中就要保證技術方案的適應性和正確性,建設單位要介入其中,對于單洞雙線和雙洞單線要認真進行分析比較后確定,對于高風險、長大的隧道要給予高度的重視;要督促設計單位將工程措施、地勘深度以及安全措施等納入到設計當中;要盡量避免富水隧道設置單面坡,如果條件允許要盡可能采用人字坡。
(三)隧道安全施工的主體——施工單位
(1)制定風險隧道的逃生預案、安全保證措施、施工工藝、施工作業(yè)指導書等,整理出風險隧道的風險源及其合理有效的應對措施,并進行演練和培訓,一旦發(fā)現(xiàn)地質(zhì)突變或地質(zhì)情況與設計不符等情況,一定要立即停工,及時上報,冷靜果斷地采取相應措施。
(2)為減少事故帶來的損失,避免災害事故,要改善作業(yè)環(huán)境和作業(yè)條件,配備必要的設備,采用先進的機械化施工。影響超前鉆探技術的主要因素就是鉆孔機械設備的性能,低效鉆機鉆進能力大約為每小時一到五米,高效鉆機鉆進能力為每小時十到十五米,有著很大的差距。如果采用低效的鉆機進行超前鉆探,那么施工有著很大的影響,由于效率較低會影響施工人員的工作熱情,埋下安全隱患。目前仍有很大一部分隧道采用人工風鉆打眼的方法,不但沒有向前發(fā)展,反而退步了。基本上采用人工配合簡易棧橋、建議機械施作,防水板鋪設、鋼拱架架設以及仰拱施工等,不但工效低,勞動強度大,還存在著較大的安全隱患?;炷恋膰娚涔ぷ骱苌俨捎脟娚錂C械手臂噴射,基本采用人工抱噴槍噴射,還有部分單位采用干噴或的方法。不配套小型機械,大型機械在分步開挖時用不上,完全靠人工。
(3)施工技術方案的制定要根據(jù)隧道地質(zhì)水文等具體情況來確定,為了確保技術方案的正確性和針對性,要認真聽取施工、咨詢、設計、監(jiān)理單位和有關專家的意見,必要時建設單位還要組織研究審定。
(4)嚴格按照有關管理標準、設計文件、工法工藝的要求施工,以保證質(zhì)量安全,保證施工措施的正確性。當前,有的隧道未嚴格按照施工工法的要求去做或者是選擇的施工工法不恰當;如庫內(nèi)物資混放、火工品管理存在漏洞,剩余火工品退庫入庫沒有記錄等,施工管理和組織不當;還有的初期支護、超前支護、掌子面封閉施工不及時、不到位,以及承載力不足;信息反饋不及時、監(jiān)控量測做的不夠規(guī)范甚至于不做。
總結:除了上述幾點外,為了加強隧道質(zhì)量技術管理和施工安全,還要加強安全專項監(jiān)控,要對關鍵部位進行復核,為了確保施工安全,要配合并督促進行現(xiàn)場設計變更。
參考文獻:
[1]鐵道部經(jīng)濟規(guī)劃研究院.客運專線鐵路隧道工程施工技術指南[M].北京:中國鐵道出版社,2005.
【關鍵詞】小間距隧道;模擬;思路構建
在隧道工程中,由于受到地質(zhì)地形或其他特殊條件的限制,往往采用綜合條件優(yōu)的小間距隧道。小間距隧道的建設與發(fā)展作為交通運輸界目前廣泛關注與大力研究的熱點問題之一,其不僅能提高交通運輸能力與效率,還能保護與利用自然環(huán)境。在我國經(jīng)濟社會的建設與發(fā)展中有重大的意義。小間距隧道在施工過程中需要面臨的最主要的問題是不同圍巖對隧道變形的影響。為了更好的進行不同圍巖類別小間距隧道施工,本文對不同圍巖類別小間距隧道施工過程模擬進行了前期思路構建。
1 小間距隧道及圍巖類別
1.1 小間距隧道
小間距隧道是一種特殊的隧道形式,主要是指雙洞隧道中兩洞之間最小凈間距小于1.5倍開挖洞徑的隧道。這種隧道是介于連拱隧道與雙洞分離式隧道之間的一種隧道結構。
1.2 圍巖及其類別
在工程地質(zhì)學中,圍巖是指在隧道周圍6R(R為洞室半徑)范圍內(nèi),對洞身穩(wěn)定有影響的巖體或土體。圍巖的分類方法目前很多,現(xiàn)在已經(jīng)被應用或提出的圍巖分類方法大約有50余種,但是其中大部分的分類方法仍只是定性描述或者是做經(jīng)驗判別,需要進一步的研究和優(yōu)化。工程應用中,巖體的分類一般是以巖體的穩(wěn)定性或者巖體的質(zhì)量評價為基礎,進行綜合性分類。目前主要考慮了如下三個方面的分類方法:即以地下水或地應力為指標的巖體賦存條件分類、以力學性質(zhì)為指標的巖石工程性質(zhì)分類和以巖體結構為主要指標的巖體后期改造分類。
2 不同圍巖類別小間距隧道施工過程模擬思路構建
為了保證工程質(zhì)量、節(jié)約成本,在一項工程最終確定施工方案前需要對整個施工過程進行模擬分析,并比較不同施工方案確定出最佳施工方案。在小間距隧道施工過程中,這項工作也是相當重要的,尤其是那些隧道所處地質(zhì)條件中,圍巖類別多,分布不均的施工地區(qū),對施工過程進行模擬,能節(jié)省大量的人力物力,能在模擬中發(fā)現(xiàn)施工中易出現(xiàn)的安全問題并及時對相關方案進行修改。
2.1 不同圍巖類別小間距隧道施工過程模擬中存在的問題
工程模擬雖然隨著我國建筑水平的提升取得了一定的成績,但是在工程施工模擬中,由于與真實場景存在一定的差異,導致模擬結果并不一定完全準確,存在一定程度的差距。為了使施工過程模擬的結果比較準確,應先對模擬中存在的問題進行分析。
2.1.1 模擬中最難確定的問題
在不同圍巖類別小間距隧道施工過程模擬中,最難確定的問題即是圍巖類別的變化與巖層厚度之間的關系。由于地形地貌的改變并沒有遵循一定的規(guī)律,在復雜變換的地質(zhì)過程中,圍巖類別與巖層厚度的準確關系并沒有隨著前期地質(zhì)分析過程而得出,我們并不能準確的確定施工過程中周圍的地質(zhì)條件,這給我們準確模擬施工過程帶來了不小的挑戰(zhàn)。
2.1.2 模擬中最有爭議的問題
在不同圍巖類別小間距隧道施工過程模擬中,最有爭議的問題是塑性區(qū)的模擬。在塑性區(qū)的模擬中,爭議的焦點是開挖施工的先后順序以及支撐問題。一般對于不同巖體的施工應采用不同的方法,而在真正的隧道施工中,應盡可能的采用相同的施工方式,這樣不僅能減少施工過程中設備機械的更換,還能優(yōu)化整個施工過程。
2.1.3 模擬中最為棘手的問題
在不同圍巖類別小間距隧道施工過程模擬中,最為棘手的問題是爆破方案的制定。在隧道施工中,經(jīng)常需要進行爆破,但是爆破所需炸藥的購買、保存以及使用均存在各種安全問題,并且在使用過程中,爆破力度既不能太小,這樣達不到爆破效果,又不能太大,爆破力太大,會對其他相連工程或者是已經(jīng)完工部分的隧道造成損害。
2.2 不同圍巖類別小間距隧道施工過程模擬中的建議
如何進行好不同圍巖類別小間距隧道施工過程的模擬,對將來的實際施工具有決定性的指導作用。為了更好的完成不同圍巖類別小間距隧道施工過程的模擬,筆者從以下三個方面提出建議:
2.2.1 對塑性區(qū)先進行模擬分析
在對塑性區(qū)進行分析時,應先繪制不同圍巖塑性區(qū)的分布圖,依據(jù)塑性區(qū)的分布規(guī)律,確定合適的開挖方式。由于Ⅰ類、Ⅱ類圍巖在整個分析過程中均無明顯的塑性區(qū),由相關知識可得出III類、IV類圍巖在小間距隧道中,洞室圍巖和中隔墻體是很穩(wěn)定的。在模擬時,對此類區(qū)域即可只進行簡單的模擬分析。對于III、IV類圍巖,尤其是IV類圍巖,模擬時應重點分析其中隔墻的塑性,依據(jù)中隔墻的塑性,確定開挖后是否需要進行臨時支護或者貫通錨桿支護。在小間距隧道施工過程中,臨時巖柱、中隔墻和隧道側(cè)壁均是重點關注的部位,所以在塑性區(qū)模擬中,這些部位也應特別重視。
2.2.2 對洞室周邊圍巖應力變化規(guī)律模擬
在圍巖應力變化規(guī)律的模擬過程中,應先熟知相關巖層的類別,并對大致的巖層厚度進行界定,在巖層厚度界定過程中,若是I類圍巖,則在判斷厚度時,取最小值;若是IV類圍巖,則在判定厚度時,取最大可能值。對相關巖層厚度進行判定之后,需要對不同圍巖開挖時邊界應力變化規(guī)律進行模擬研究。對于研究過程中出現(xiàn)的問題應進行認真細致的分析,特別是硬巖的高應力區(qū),要預防因隧道開挖而出現(xiàn)洞室周邊局部應力集中引起的巖崩事件。
2.2.3 對爆破過程進行模擬分析
在對爆破過程進行模擬研究時,應不斷分析,最終確定好爆破過程中需要的炸藥用量、炸藥的埋放地點和方式、起爆方式與各點位爆破時間差,使爆破取得最好的效果。在對爆破過程的模擬中,也要確定各種突發(fā)狀況發(fā)生后,對爆破工作帶來的影響,對施工人員和機械的危害,并采取切實有效的方式進行預防。
3 總結
如今,各種交通工程的大規(guī)模建設,加上交通建設項目對速度的追求,以及從保護能源的角度出發(fā),各種交通工程都不在設置坡度,一般優(yōu)先考慮同一水平面上建設交通工程。在山區(qū),要想達到上述目的,橋隧就成為了最好的選擇,為了更好的服務于這些建設項目,對在這些建設項目中廣泛使用的小間距隧道工程進行施工模擬,分析不同圍巖類別小間距隧道施工過程中存在的問題并給出解決方案,希望能更好的推動經(jīng)濟社會的發(fā)展。
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關鍵詞:公路工程;新技術;應用管理
昔陽至榆次高速公路施工標準化覆蓋率達到100%,數(shù)控鋼筋加工設備、智能預應力張拉壓漿設備配備率達到100%,大力推廣使用隧道工程先進施工設備;在建工程質(zhì)量通病治理取得明顯成效,工程耐久性得到持續(xù)提高,主要構件鋼筋保護層厚度合格率到達90%以上,主要受力構件不出現(xiàn)超限裂縫,這些成果的取得都依賴于新技術的正確應用與管理。
1強化落實舉措,全面推進固廢利用的工作
1.1加快科技研發(fā)進度,做好固廢利用專項策劃
工業(yè)固體廢物是指我國各工業(yè)領域在生產(chǎn)活動中年產(chǎn)生量在1000萬t以上,對環(huán)境和安全影響較大的固體廢物,主要包括尾礦、粉煤灰、煤矸石、冶煉廢渣、赤泥等。道路棄渣是指項目紅線范圍內(nèi)開挖出的石方、隧道洞渣及其他可用資源。1)結合項目實際,緊密配合,共同研究,堅持“先行先試、應試盡試”的原則,提早開展各類工業(yè)固廢的科技研發(fā)及現(xiàn)場試驗工作,加快成果轉(zhuǎn)化,成熟一項、一項、推廣一項,搶占綠色發(fā)展先機,實現(xiàn)新的利潤增長點[1]。2)以基礎目標為底線,結合項目實際,按照利用原則認真開展固廢利用專項策劃工作,與項目部對固廢材料分布、運輸距離、使用部位和范圍等,進行詳細的調(diào)研,合理運用經(jīng)濟對比手段,精準確定固廢成本。3)強化聯(lián)動監(jiān)督機制。加強過程監(jiān)督檢查機制,通過“以月保季、以季保年”確保固廢利用目標按期實現(xiàn)。項目公司作為固廢利用工作落實主體責任單位,必須進一步強化責任意識,明確分管領導、責任部門、落實責任人,建立聯(lián)動落實機制,合理分解應用目標,要把計量手段與固廢利用充分結合,實現(xiàn)固廢利用工作的穩(wěn)步推進。各項目部作為固廢資源使用的主體單位,要結合項目實際情況,以“因地制宜、應用盡用、應用必用、經(jīng)濟合理、質(zhì)量可靠”為原則,圍繞目標計劃,認真組織、科學安排、嚴格落實,合理有效開展二次經(jīng)營。
1.2固廢利用技術應用
固廢資源化利用工作是踐行清潔能源總體思路和要求的重要體現(xiàn),是落實《交通強國建設綱要》的重要抓手,是乘著轉(zhuǎn)型之風走出了路橋改革創(chuàng)新發(fā)展的一條新路。昔陽至榆次高速公路在行動上緊跟高質(zhì)量轉(zhuǎn)型發(fā)展的步伐,在“變廢為寶”的道路上,蹚出山西路橋?qū)崿F(xiàn)生態(tài)、經(jīng)濟、社會“三重效益”的一條新路。1.2.1臨建工程臨時便道、拌合站、鋼筋加工場、預制場、生活駐地等場地墊層及硬化部位,必須100%使用固廢。1.2.2路基工程1)用于處理采空區(qū)、軟基、填料改良、路床補強等部位,固廢用量不低于設計材料用量的80%。2)若條件許可,路基填筑盡量使用固廢材料。漿砌工程必須全部利用道路挖方棄渣及隧道洞渣加工片石、塊石等材料。3)所有項目的路基石方必須全部利用,要把石方作為項目部資產(chǎn)來管理,絕對不允許隨意棄石方。1.2.3混凝土工程1)全部利用雙摻混凝土,C40及以上混凝土中,粉煤灰及礦渣粉摻量不低于膠凝材料總量的20%,C40以下混凝土中,粉煤灰及礦渣粉摻量不低于膠凝材料總量的30%,具體摻量應在使用前通過試驗確定。2)非承重結構必須100%使用固廢,如:護面墻、排水溝、邊溝、路緣石、路邊石等工程。3)橋梁工程、隧道工程混凝土在符合規(guī)范要求的條件下使用道路棄渣;道路棄渣不足時,C30以下混凝土建議全部使用鐵尾礦作為集料,使用前應通過試驗確定配比。1.2.4路面工程1)路面基層、底基層、墊層在條件允許時,使用道路棄渣,道路棄渣不足時,可考慮使用工業(yè)固廢,如:煤矸石(建議用量占粗集料總量的50%)、煤氣化爐渣(建議粗集料全部采用)、CFB灰渣(建議集料全部采用)、鐵尾礦(建議集料全部采用)、鋼渣(建議粗集料全部采用),使用前應通過試驗確定配比。2)瀝青混凝土上面層粗集料利用鋼渣,中、下面層瀝青混凝土在技術經(jīng)濟合理的情況下,優(yōu)先使用固廢。1.2.5生態(tài)水泥道路基層、底基層、注漿充填、水泥土、小型構件、砌筑砂漿、臨建附屬工程、非承重混凝土使用的低標號水泥采用新型生態(tài)水泥。1.2.6道路棄渣1)C30及以下混凝土可使用砂巖、廢舊水泥混凝土。2)路面基層、底基層、墊層,可使用砂巖、風化巖、廢舊水泥混凝土及水穩(wěn)基層銑刨料,廢舊瀝青混凝土須全部再生利用。3)玄武巖、石灰?guī)r等優(yōu)質(zhì)石材須經(jīng)過二次加工,優(yōu)先用于結構工程混凝土,在經(jīng)濟合理、質(zhì)量可靠的前提下,優(yōu)先使用自加工機制砂。
2混凝土質(zhì)量控制措施
昔陽至榆次高速公路高度重視混凝土外觀質(zhì)量分級管理工作,強化百年品質(zhì)工程質(zhì)量意識,堅守工程質(zhì)量安全紅線,加強組織領導,履行管理職責,嚴格落實組織機構、人員隊伍、教育培訓、資金設施等要素全方位保障,對標規(guī)范守著干,發(fā)動群眾一起干,把任務分解到項目部,把責任壓實到班組長,把措施交底到施工員,精心安排,周密部署,確保任務到崗、責任到人、工作落地。1)組織混凝土外觀質(zhì)量提升攻關,重點加強大面積混凝土表面色差、錯臺、蜂窩、麻面等外觀缺陷和構造物結構尺寸、位置偏差和高程的控制,以及成品、半成品的保護工作。按照“嚴把五關,嚴格三檢,四級管控”原則,嚴把原材料進場關、模板驗收關、混凝土配合比驗證關、工藝控制關和現(xiàn)場管控關,嚴格落實和執(zhí)行“自檢、交接檢和專檢”制度,對混凝土外觀質(zhì)量實行分級管理。加強路基壓實度、邊坡坡度、防護工程結構尺寸和涵洞沉降縫等控制,重點加強“三背”回填部、填挖結合部和高填路基的不均勻沉降控制。嚴選路基填料,嚴控填料強度、最大粒徑、攤鋪碾壓工藝;采用合適的小型機具對橋臺、涵臺、擋墻等邊角部位進行壓實度補強;優(yōu)先組織高填方路基施工,留有足夠的施工沉降穩(wěn)定期;強化防排水系統(tǒng)的動態(tài)設計,早規(guī)劃、早施工,避免路基沖刷水毀。2)積極組織技術力量對所屬工程項目進行全面檢查,對已完工程外露混凝土外觀質(zhì)量進行分級評價,根據(jù)評價結果嚴格落實分級管理。評級單元劃分:墩柱以每一澆筑節(jié)段為單元,蓋梁(含支座墊石及擋塊)以座為單元,梁、板以片為單元,主梁、主塔、隧道二襯、混凝土擋墻等現(xiàn)澆混凝土以每一澆筑段為單元,防撞護欄以單幅跨為單元。各單位應結合工程實際,認真組織,持續(xù)開展,確保工程實體品質(zhì),提升結構外觀質(zhì)量,總結提煉切實可行、技術可靠的工藝、工法、管控措施,各單位之間應互相溝通、交流,合力建立完善施工工藝技術標準體系,提高技術及管理水平,預防和消除施工質(zhì)量通病。對評為優(yōu)良的:認真總結工藝、工法、管理經(jīng)驗,召開現(xiàn)場會,在本單位全面推廣,對相關管理人員、施工班組進行表彰;對評為一般的:及時修復缺陷構件,認真分析問題原因,對管理人員和施工班組重新組織技術交底,重新組織首件認證;對評為較差的:立即進行返工處理,追溯問題原因,改進技術措施,加強組織管理,對相關失職管理人員和施工班組進行批評、教育和處罰,重新組織技術交底,重新組織首件認證。水泥混凝土結構的外觀質(zhì)量不應有嚴重缺陷,對已經(jīng)存在的影響到結構性能、使用功能或耐久性的嚴重缺陷,應制定技術處理方案,監(jiān)理單位認可、建設單位備案后進行處理;對裂縫、孔洞等影響結構安全的嚴重缺陷,技術處理方案還應經(jīng)設計單位認可[2]。
3“GIS+BIM數(shù)字公路管控”數(shù)字平臺的應用
3.1搭建信息化平臺,實現(xiàn)數(shù)字智能網(wǎng)絡
一是依托“山西公路智慧監(jiān)管指揮調(diào)度平臺”“GIS+BIM數(shù)字公路管控”等數(shù)字平臺,加強建設、施工項目現(xiàn)場管理視頻監(jiān)督。二是深度開發(fā)“山西路橋工程建設質(zhì)量管控平臺”系統(tǒng),抓“首件產(chǎn)品認證”。建設單位應強化完善項目首件產(chǎn)品認證制度,明確首件認證的組織形式、流程,加強施工項目部間的橫向聯(lián)系,充分挖掘推廣好的管理辦法和施工經(jīng)驗,適時組織召開現(xiàn)場觀摩會,規(guī)范施工工藝,統(tǒng)一操作流程,充分發(fā)揮首件工程示范效應,促進項目管理水平整體提升。施工單位應認真組織首件產(chǎn)品的生產(chǎn),及時對首件產(chǎn)品進行總結,確定施工工藝、操作標準、管理標準,現(xiàn)場進行公示,便于后續(xù)同類工程施工對照糾偏,將首件標準引領轉(zhuǎn)化成為持續(xù)的標準習慣。未經(jīng)首件產(chǎn)品認證不得開工,誰簽字、誰負責。
3.2推動管理數(shù)字化轉(zhuǎn)型,全方位構建信息化生態(tài)系統(tǒng)
1)嚴把原材料管理關。優(yōu)選材質(zhì)好、生產(chǎn)穩(wěn)定的料源,加強原材料進場檢驗,嚴格落實儲料場地面硬化、搭棚遮蓋、分倉堆放。2)嚴把模板驗收關。模板要設計合理,剛度可靠,舊模板要加強除銹、打磨和整修,保證模板平整、拼接嚴密;脫模劑應涂刷均勻、色澤一致、隔離效果好;模板支撐要牢固,接縫應平整。3)嚴把混凝土配合比關。做好混凝土和易性、坍落度、外加劑匹配性和最佳摻量驗證試驗,選擇最優(yōu)配比[3]。4)嚴把工藝控制關。精心編制施工方案,嚴格做好首件認證,認真總結混凝土拌和、運輸、澆筑、振搗、拆模、養(yǎng)生等一系列工藝參數(shù)。5)嚴把現(xiàn)場管控關。做好三級技術交底,嚴格技術員旁站管理,嚴控模板拆除,及時覆蓋養(yǎng)生,全面、全員、全過程嚴格控制。
4結束語
昔陽至榆次高速公路全面推廣“三集中”施工要求,推廣成熟的施工工藝、施工方法,進一步健全項目技術保證體系和技術管理體系并有效運作,提高了項目集約化、機械化、智能化、信息化施工控制水平。
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【關鍵詞】隧道滲漏水;構造防水;防水材料
前言
滲漏水是隧道工程中常見的病害之一,是長期以來困擾工程師和專家們的一個頭痛問題。根據(jù)鐵道部統(tǒng)計分析顯示:我國鐵路隧道28.4%都有其嚴重滲漏水病害。根據(jù)交通部有關部門統(tǒng)計分析顯示:我國公路隧道約 30%的都有其嚴重滲漏水。在日本,地下工程相對來說比較發(fā)達,據(jù)調(diào)查滲漏水也達到30%以上。滲漏水的發(fā)生造成了隧道內(nèi)路面濕滑,嚴重威脅隧道安全;在寒區(qū)滲漏水發(fā)生引發(fā)了隧道的各種凍害,進一步惡化隧道運營環(huán)境。因此,滲漏水已成為嚴重影響了隧道質(zhì)量和安全主要因素,引起了大家的廣泛關注。由于隧道工程自身特點所限,在隧道施工前針對隧道滲漏的研究較少,導致隧道滲漏出現(xiàn)“亡羊補牢”的現(xiàn)狀,其研究多集中在施工階段防滲治理技術方面[1]。
1 隧道滲漏水的主要形式及原因分析
1.1隧道滲漏水的形式和危害
滲漏水病害的表現(xiàn)形式主要有拱頂滲水、滴水,拱腳處滲水、淌水,伸縮縫部位滲水、淌水,側(cè)墻的滲水、淌水、局部涌水、涌泥,道床積水等,在冬天則表現(xiàn)為頂部形成冰掛,側(cè)墻形成冰柱,在道床形成冰堆、冰坡等[2]。
滲漏水促進混凝土襯砌風化、剝蝕,造成襯砌機構破壞;滲漏水還會軟化圍巖,引起圍巖變形;有些隧道滲水中含有侵蝕性介質(zhì),造成一般的襯砌混凝土和砌筑砂漿腐蝕破壞,降低襯砌的承受能力;在寒冷和嚴寒地區(qū),隧道漏水會造成邊墻結冰,侵入隧道建筑限界,還會造成襯砌凍脹裂損壞。
水害引發(fā)路基下沉、基底裂損、翻漿冒泥等病害,導致鐵路線路規(guī)矩水平變形超限,凍脹引發(fā)洞內(nèi)線路起伏不平,以及洞內(nèi)漏水潮濕降低輪軌粘著力,均會影響行車安全;水害使電絕緣失效、短路、跳閘,影響安全運營,引發(fā)漏電傷人事故;少數(shù)隧道暴雨后隧道鋪底破損涌水,造成淹沒軌道,沖空道床,影響行車安全。
1.2 隧道滲漏水的原因分析
隧道的修建,破壞了山體原始的水系統(tǒng)平衡,隧道成為所穿過山體附近地下水集聚的通道。當隧道圍巖與含水地層連通,而襯砌的防水及排水設施、方法不完善時,就必然要發(fā)生隧道水害。由于水的可流動性和水壓的傳遞性,隧道的襯砌結構往往都要承受較高的水頭壓力,在這樣的條件下,襯砌中的任何缺陷和病害都可能成為滲漏水的通道。反過來,滲漏水又會加速各類病害的發(fā)生和發(fā)展,影響隧道的使用性能和使用壽命。因此,隧道滲漏水實際上是隧道各種病害的綜合反映[2]??梢詫⑺淼浪w結為客觀和主觀兩方面的原因。
1)開挖隧道對地下水的影響,是隧道發(fā)生滲漏水的客觀因素。根據(jù)水力學和水文地質(zhì)學原理,地下水從高壓水位向低壓水位流動,有其固定的流線,由于隧道的開挖,形成臨空面的低水壓區(qū),改變了圍巖的力學特性和地下水涇流路線,使周圍地下水向隧道內(nèi)匯集和積聚,給襯砌及底部滲漏水留下隱患。隧道開挖影響范圍的大小與地層的滲透系數(shù)、水位高低、過水斷面大小有關,此外還受大氣降水、隧道進深及隧道周圍溶洞、泉眼、水庫或江、河、湖泊的影響[3]。
2)隧道防水的設計依據(jù)不充分。設計時由于對地下水的運動規(guī)律認識不足,工程防水標高確定不合理,再加上忽視上層滯水和壅水的危害,該設防的未予設防,從而造成工程漏水;對鋼筋混凝土結構自防水功能的認識片面,認為混凝土或鋼筋混凝土是防水的,不了解混凝土或鋼筋混凝土是一種非勻質(zhì)性材料,體內(nèi)布有許多孔隙,通常是滲水的[4]。新建隧道襯砌防水、排水設施不全;混凝土襯砌施工質(zhì)量差,蜂窩、孔隙、裂縫多,自身防水能力差;防水層(內(nèi)貼式、外貼式或中間夾層)施工質(zhì)量不良或材質(zhì)耐久性差,經(jīng)使用數(shù)年后失效;混凝土的工作縫、伸縮縫、沉降縫等未做好防水處理;襯砌變形后,產(chǎn)生的裂縫滲漏水;既有排水設施,如襯砌背后的暗溝、盲溝,無襯砌的輔助坑道、排水孔、暗槽等,年久失修阻塞。隧道建設是一個過程,分為勘測與設計、施工、驗收等階段,在每個階段或材料供應等關鍵環(huán)節(jié)出現(xiàn)問題,都可能引發(fā)隧道水害。
2 隧道滲漏水的防水形式和做法
隧道防水設計既無國家標準,又無專業(yè)規(guī)范,直到1986年7月1日才開始施行鐵道部標《鐵路隧道設計規(guī)范》(TBJ-85)。該規(guī)范中規(guī)定,隧道防水應遵循“防、排、截、堵結合,因地制宜,綜合治理”的原則。 從防水設計、施工指導思想上能把防水一次作好,即可實現(xiàn)以防為主,不留后患。
2.1隧道滲漏水的防水形式
防水技術大體上可分為三種類型:其一是從圍巖結構和附加防水層著手,拒水于工程之外,稱為水密型;其二是從疏水泄水著手,將地下水有意識地導入工程內(nèi)部的排水系統(tǒng),使之不破壞結構本身,即泄水型;其三是兩者結合起來,在同一工程中既有泄水的一面,又有水密的一面,稱之為混合型。
2.2隧道滲漏水的防水做法
防水做法按其采取的措施和手段的不同,可分為材料防水和構造防水兩大類。材料防水是靠建筑材料阻斷水的通路,以達到防水的目的或增強抗?jié)B漏的能力, 國內(nèi)常用的附加防水層有:SBS改性瀝青油氈、三元乙炳(EPDM)橡膠防水片材、氯化聚乙烯(CPE)防水片材、丁基橡膠防水片材和焦油聚氨酯防水涂料等。構造防水是采用合適的構造形式,阻斷水的通路,以達到防水的目的。任何一種防水做法都依附于(或立足于)混凝土結構的自防水效能,即防水混凝土的質(zhì)量。除有正確的設計和精心施工外,選擇應用具有抗裂、防滲2種功能的混凝土外加劑也十分重要。如底板設置盲溝排水系統(tǒng)(倒濾層)、離壁式襯砌等,北京地鐵選用防裂型防水劑或U型膨脹劑即取得了較好的效果[5]。解決混凝土施工縫防水,日本開發(fā)的丁基橡膠(中夾鋼片)止水板材料先進,使用可靠。
3總結
隧道的滲漏水問題是隧道的常見病害,也是影響隧道安全的重大問題。本文對隧道滲漏水的形式及原因進行了分析,提出了預防隧道滲漏水的若干辦法、措施和建議。總之,只有科學設計、合理選材和精心施工才能避免隧道滲漏水的發(fā)生。
參考文獻
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作者簡介:1.李國彬、男、漢族、生于1987年3月、蘭州交通大學土木工程學院 橋梁與隧道工程專業(yè)碩士研究生
Abstract: In this paper, environmental protection and landscape concept in highway design was summarized, and countermeasures for environmentally sensitive point were analyzed. Secondly, waterproofing of pavement, environmental design principle of bridge tunnel were introduced. Finally, reasonable proposals were put forward to the landscape design concept, principle, the technique of expression for the whole project, and environmental protection measures in the construction and operation period, in order to achieve the purpose of guiding the design of similar projects.
關鍵詞: 公路設計;環(huán)境保護;景觀設計
Key words: highway design;environmental protection;landscape design
中圖分類號:U41 文獻標識碼:A 文章編號:1006-4311(2012)30-0092-02
0 引言
在人類進入21世紀之后,人類對環(huán)境問題越來越重視,對于公路工程的環(huán)境保護也有了更高的要求。過去,公路工程的環(huán)境保護只是在修建完成后,在路基邊坡上種植一些樹木,作出一點綠化,在一些景觀點位置作出一些裝飾,但是隨著人們生活水平的提高,該作法已不能滿足人們的需要。目前,人們已經(jīng)開始轉(zhuǎn)向在設計理念和設計做法上,充分考慮環(huán)保意識,從對環(huán)境保護不利因素著手進行全方位的考慮,公路在前期設計工作中就從總體上選線階段開始注重與方案結合,考慮其合理性,本著“以人為本,自然和諧、可持續(xù)發(fā)展”的戰(zhàn)略思想,對路線設計范圍內(nèi)的生態(tài)環(huán)境進行全方位考察,包括環(huán)境的保護和修復,水土的保持,道路兩側(cè)的居民生活點、所在區(qū)域內(nèi)的生活飲用水以及生態(tài)水等方面,都要采取綜合性的環(huán)境保護措施,并從美學角度、藝術角度對公路進行相關的景觀規(guī)劃,全力打造自然、生態(tài)、和諧的公路路域景觀。
1 現(xiàn)階段公路設計中環(huán)保與景觀概念
根據(jù)相關規(guī)范要求,環(huán)境保護和景觀設計旨在對建設中被破壞的生態(tài)環(huán)境進行有效的保護和恢復,對可能產(chǎn)生的水和噪聲污染進行有效的防治,對產(chǎn)生的水土流失進行治理,并從營造優(yōu)美、和諧、自然的景觀出發(fā),打造具有本項目自然、人文特色的公路景觀。具體的設計內(nèi)容為:“路線布設階段生態(tài)環(huán)境的保護性設計,施工運營期大氣、水、聲環(huán)境的污染防治工程設計,公路邊坡、施工場地、取棄土場等水土保持工程設計,路基兩側(cè)的綠化景觀設計?!?/p>
根據(jù)本項目的定位、功能,結合沿線環(huán)境和地質(zhì)地形條件,總體上以交通部提倡的“六個堅持、六個樹立”設計新理念為指導思想,將社會環(huán)境保護和生態(tài)環(huán)境保護貫穿于路線線位的布設以及公路各分項工程的形式選擇和設計的全過程中,最終使本公路工程達到安全、環(huán)保、舒適、和諧的目的。
2 公路設計中的環(huán)境敏感點分析及對策措施
首先,經(jīng)實地勘測和資料收集,在路線所經(jīng)區(qū)域有無自然保護區(qū)、水資源保護區(qū)等生態(tài)環(huán)境敏感區(qū),路線區(qū)域內(nèi)有無福利院和衛(wèi)生院等聲環(huán)境和大氣環(huán)境敏感區(qū),在路基用地范圍內(nèi)有無正在使用的水井等。
其次,還應注意路線路線附近有無對噪音要求較高的學校等。設計中應對施工期噪音做出專門規(guī)定,并要求在運營期,公路管理部門加強該處的噪音監(jiān)測,如超過國家相關法規(guī)規(guī)定,需修建隔音墻。
路線區(qū)域沿線占地類型主要有水田、旱地和山林地等,公路建設對農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)和林業(yè)生態(tài)系統(tǒng)將造成一定程度的影響,但不能對系統(tǒng)的穩(wěn)定性和完整性造成破壞。公路選線盡量少占農(nóng)田,在棄土場的選址上亦考慮到盡量占用山林地,為節(jié)約土地資源再設置取土場時也需謹慎考慮,棄土場及施工臨時用地在施工完成后,應要求利用提前收集的種植土復耕。
3 橋隧等其他情況
3.1 橋涵 在設置橋涵時,充分尊重農(nóng)村路網(wǎng)、河流、小溪、農(nóng)用灌溉及自然的排水系統(tǒng)的原始自然狀態(tài),適橋設橋、適涵設涵,不刻意通過壓縮原始溝渠、河流、水系的過水斷面和改移道路、溝渠來減少橋涵工程量,盡量保持原有生態(tài)系統(tǒng)的秩序。
3.2 隧道 從安全、環(huán)保、占用土地資源等方面考慮,在高挖方地區(qū)應設置隧道。隧道設計時,采取早進洞、晚出洞,洞頂都是零填挖進洞,沒有洞頂仰坡;根據(jù)地質(zhì)、地形情況合理選擇洞門形式,隧道排水應考慮潔污分離措施,設置沉砂池沉淀污水后再排放等。
3.3 平面交叉 總體設計、路線布設都應充分考慮了沿線居民的出行問題,將該區(qū)域內(nèi)農(nóng)村公路網(wǎng)與路線交叉的地方按照一定的間距設置平交,確保沿線居民都能快捷通達,營造和諧融洽的社會環(huán)境氛圍。平面交叉的設置,應滿足當?shù)芈肪W(wǎng)與本項目道路的銜接,滿足通達、集散的功能,為當?shù)鼐用駝?chuàng)造了良好的出行條件和發(fā)展經(jīng)濟的條件。
3.4 其他工程 為保證原有農(nóng)村路網(wǎng)、農(nóng)用灌溉、自然水系不中斷,對部分被占用的灌溉溝渠、農(nóng)村公路進行了改移恢復,將公路建設對環(huán)境的影響降低到最小。
4 景觀設計理念、原則及表現(xiàn)手法
4.1 設計理念 景觀設計應以環(huán)保、自然、文明、和諧為理念。在環(huán)保的基礎上,以自然植被的恢復為主,力求彰顯人類文明的同時弱化人工痕跡,勾勒出一幅人、車、路及周邊環(huán)境融為一體的美麗畫卷。
4.2 設計原則
4.2.1 因地制宜原則:結合道路的實際情況,在滿通安全、相關法律和技術規(guī)范的前提下,在樹種的選擇上考慮因地制宜、適地適樹,盡可能地選用鄉(xiāng)土樹種,并兼顧短期和長期的綠化效果。
4.2.2 師法自然原則:以景觀生態(tài)學理論為依據(jù),模擬自然植物群落結構和自然生態(tài)系統(tǒng),減少人工痕跡,采用不同的綠化手法協(xié)調(diào)、彌補和美化道路建筑對環(huán)境的破壞和不利影響。
4.2.3 崇尚文明原則:隨著社會的進步,景觀協(xié)調(diào)、美化、香化已成為公路的綠化水平、檔次和文明程度的重要評價指標,本項目應適當利用當?shù)匾M馴化的外來樹種的優(yōu)勢,豐富公路綠化物種的選擇范圍。
4.2.4 經(jīng)濟可行原則:設計過程考慮其經(jīng)濟性,以便于后期人工養(yǎng)護,盡量少維護甚至不維護,實現(xiàn)綠化景觀工程的經(jīng)濟性。
4.3 表現(xiàn)手法 結合道路周邊自然環(huán)境,在路幅范圍內(nèi)種植各種鄉(xiāng)土植物,采用“遮、露、透”等手法,兼顧本項目旅游需求,但不刻意造型,不做硬質(zhì)飾品,形成自然和諧的植物景觀長廊效果。
5 施工中及運營期環(huán)境保護措施及注意事項
在建設期間,公路建設方應根據(jù)設計文件的要求對施工單位進行監(jiān)督管理,以確保各項環(huán)保工程的落實。環(huán)保工程與土建工程應同步進行,路基的邊坡應同時開挖(填筑)、同時防護、同步綠化,防止水土流失。在運營期,公路管理部門應根據(jù)設計文件的要求加強監(jiān)測和管理,預防惡性環(huán)境污染事故發(fā)生,并應制定相關的環(huán)保應急預案。
5.1 自然環(huán)境保護 ①施工期間施工單位應盡量保護坡口線范圍內(nèi)的林木;一般情況不得隨意砍伐公路用地范圍線至坡口線之間的草、灌木和喬木,盡量保留原生態(tài)植被效果;嚴禁砍伐公路用地范圍外的林木。用地范圍內(nèi)的易于成活、可以移植的林木盡量移植在路外,待路域綠化時,作為綠化用植物。②臨時用地范圍內(nèi)的樹木盡量不砍或少砍,不準隨意砍伐水土保護林。加強施工人員的管理,不準砍伐征地以外的林木,盡量減少對作業(yè)區(qū)周圍草地、灌木叢的損壞。③為防止侵蝕而采用的坡面植草植樹措施是邊坡綠化工程的一部分,它是一次性營造人工植物群落的工程措施,以使坡面迅速覆蓋上植物,一方面在最短時間內(nèi)起到水土保持的作用,另一方面為其它當?shù)匚锓N營造天然的生長環(huán)境。施工單位進場后應根據(jù)設計建議的草種做現(xiàn)場試驗,如果發(fā)現(xiàn)草種長勢不好,可以重新選擇草種,選擇的草種應具有下列特點:發(fā)芽早,生長快,能盡量覆蓋坡面,根部連土性強,能防止表土侵蝕和流動,多年生,且能與周圍環(huán)境相協(xié)調(diào)。
5.2 水環(huán)境保護 ①橋梁施工中嚴格管理制度,對施工機械定期檢修,以免油料泄漏到河中污染水體,建筑材料沖洗的生產(chǎn)廢水不得直接排入水源,應設置沉淀池,沉淀后排放。②施工材料(如瀝青、油料、化學品)應盡可能遠離河流,妥善保管堆放,防止暴雨沖刷造成滲漏進入河流造成污染。部分施工用料若堆放在橋位附近,應在材料堆放場四周挖明溝,設沉沙井、擋墻等;各類材料應該備有防雨遮雨設施;拌和場、預制場應設置臨時排水系統(tǒng)和沉淀池。③現(xiàn)場施工人員的生活污水嚴禁直接排入水體,應嚴格要求各施工隊建立臨時化糞池、除油池進行集中處理,并測試其PH值達到中性后才能排放?;彝翑嚢鑸?、瀝青庫等生產(chǎn)廢水應除油、沉沙,并測試PH值達到中性后才能排放。④由于全線同時動工,進場人員多,施工時間長,施工隊生活產(chǎn)生的糞便及其他固體垃圾對環(huán)境污染大,從環(huán)保角度應該要求各施工隊與所在地鄉(xiāng)鎮(zhèn)、村取得協(xié)議及時清運,有用的生活垃圾可用于農(nóng)田施肥,其他不可利用的固體垃圾要服從當?shù)乩y(tǒng)一管理或取得地方同意后焚燒、填埋處理。⑤在運營期間,公路管理主體應加強管理,對路線經(jīng)過河流路段制定必要的風險應急措施。
5.3 聲環(huán)境保護 施工噪聲在夜間干擾施工區(qū)沿線居民的休息。在施工時,盡量采用低噪聲施工機械,強噪聲的施工機械夜間(22:00~6:00)在居民集中的路段應停止施工作業(yè),嚴禁夜間打樁作業(yè)。夜間運輸要采取減速緩行、禁止鳴笛等措施。
5.4 大氣環(huán)境保護 ①灰土拌和站是施工期的主要固定污染源,在不加任何防止措施的條件下,其對環(huán)境空氣質(zhì)量的影響主要集中在下風向150m范圍內(nèi)(濃度為2.0mg/m3),因此,對拌和設備應進行較好的密封,并加裝二級除塵裝置,對從業(yè)人員必須加強勞動保護。站址應選在遠離居民區(qū)或敏感點300m以上。②水泥、粉煤灰和石灰散裝物料運輸和臨時存放,應采取防風遮擋措施,以減少起塵量。③全線施工配備灑水車,對環(huán)境敏感點路段內(nèi)的施工道路或臨時道路應經(jīng)常進行灑水處理,以減少揚塵污染。
6 結論
①總結了現(xiàn)階段公路設計中環(huán)保與景觀概念。②分析了公路設計中對于環(huán)境敏感點的對策措施。③提出了對路基路面的防水,橋梁隧道等結構物的環(huán)境設計原則。④對于整個工程的景觀設計理念、原則、表現(xiàn)手法進行了總結。⑤對施工中及運營期環(huán)境保護措施及注意事項提出了合理的建議。
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關鍵詞 隧道;施工;風險;原則;管理;工藝;對策;
中圖分類號:U45文獻標識碼: A 文章編號:
引言
根據(jù)國家《“十二五”綜合交通運輸體系規(guī)劃》的規(guī)劃,今后我國仍將會建設大量的公路、地鐵及高速鐵路,最終形成立體交叉的交通網(wǎng)絡。在這些工程的建設過程中,隧道占規(guī)劃線路長度的比例將越來越大,不良地質(zhì)、風險隧道也將越來越多,比如隧道地處山區(qū)淺埋、斷層、礦區(qū)、穿越建(構)筑物、溝谷、河道、巖溶、富含地下水等不良地質(zhì)地段,同時要增強對環(huán)境保護和水土保持、次生地質(zhì)災害防范控制。因此,在施工過程中,對隧道風險管理及及其預控措施提出了更高的要求。
一、隧道風險管理概述
伴隨著我國經(jīng)濟以及世界經(jīng)濟發(fā)展進程的不斷加快,我國的社會發(fā)展也在以前所未有的速度向前發(fā)展,國與國、地區(qū)與地區(qū)、城市與城市連接更加緊密,除了高科技網(wǎng)絡化連接、直接連接方式還有四通八達的交通線。尤其是在十二五期間我國的高速公路鐵路以及最新興起的城際交通軌道和市內(nèi)交通軌道的興建也正在以前所未有的速度快速發(fā)展,我們已經(jīng)興建和正在興建的隧道工程數(shù)目正在不斷增加。但是,從技術上與理論上來講,隧道工程都是一種具有獨特之處的工程形式,因為隧道工程不但具有一般的道路施工所具有的基本特點,還具有極強的隱蔽性施工的極端復雜特性,同時還會受到地層條件以及周圍環(huán)境不確定性的顯著影響,這些基本的特點都從很大程度上加大了隧道工程施工的難度,也給隧道工程的施工帶來了更多的風險,因此就從更大程度上對隧道工程施工現(xiàn)場的風險管理提出了各種要求。
風險管理是一項系統(tǒng)過程,風險評估與管理必須貫穿于隧道設計階段和施工全過程,并對風險事件進行的全程動態(tài)監(jiān)測,參與工程建設的各方通過風險分析識別、風險評估、風險應對和風險監(jiān)控,以降低和規(guī)避風險的影響,以較低合理的成本獲得最大安全保障的管理行為。風險管理可以對未來潛在損失的不定性,通過風險識別、風險評估、風險應對措施規(guī)劃和措施執(zhí)行進行控制。風險管理是通過對項目影響因素的系統(tǒng)分析,全面而整體地確定風險因素,從而做好預防工作及應對措施,力求避免和防止風險的發(fā)生,并糾正工程發(fā)展的不正確方向。通過預警機制、救生機制可以把風險所產(chǎn)生的影響降到最低。風險管理是把風險具體化的過程,它能讓管理者形象地看到風險因素,對主要危險因素有全面的了解,而這些是傳統(tǒng)的質(zhì)量管理方法無法做到的。
二、隧道施工工藝技術現(xiàn)狀及設想
目前隨著我國公路、鐵路隧道大規(guī)模開工建設,先進生產(chǎn)工藝、技術措施的不斷出現(xiàn),隧道的規(guī)模 ( 長度和斷面 ) 越來越大,技術質(zhì)量標準越來越高,特別是高速公路和客運專線隧道,已形成了一套較為完善的標準和規(guī)范 ;但是對于國道、省道和低等級公路隧道,由于各種條件所限,目前施工管理水平普遍較低,規(guī)范較亂,施工工藝技術水平和機械化水平還比較落后,技術工人主要是熟練技能不高、安全意識較弱的農(nóng)村務工人員,爆破開挖基本處于人工風槍打眼裝藥爆破的水平,施工過程中存在或發(fā)生質(zhì)量、安全事故的風險更高,大大增加了規(guī)避施工風險的難度。
三、隧道施工風險分析
隧道施工風險主要有以下幾個方面(如表 1 所示):
表1規(guī)避隧道施工風險的對策及措施表
四、隧道施工應遵循的原則
隧道施工應遵循的原則主要包括以下幾個方面 :
a)因為圍巖是隧道的主要承載單元,所以在施工中要充分保護原有圍巖狀態(tài) ;
b)為了充分發(fā)揮圍巖的結構作用,應允許圍巖有可控制的變形能力;
c)變形的控制主要是通過支護阻力的效應達到,因此加強超前預支護和初期支護質(zhì)量控制至關重要 ;
d)施工中,必須重視監(jiān)控量測工作,及時提供可靠的、足夠數(shù)量的量測信息,以指導施工和變更設計 ;
e)在任何情況下,保證隧道支護結構能在較短時間內(nèi)閉合是極為重要的 ;
f)為保證二次襯砌的質(zhì)量和整體性,在任何情況下,都宜優(yōu)先采用先墻后拱的施工順序(全斷面開挖除外);
g)隧道施工必須重視通風、照明和除塵措施,確保作業(yè)安全。
隧道施工過程是一個動態(tài)控制的過程,因此必須建立“施工圖設計―地質(zhì)核對―施工檢驗―量測反饋―參數(shù)修正”的一體化施工管理系統(tǒng),以不斷提高和完善隧道施工技術。
五、規(guī)避隧道施工風險的對策
為進一步提高規(guī)避隧道施工風險的能力,保證隧道施工又好又快進行,當前急需解決以下幾個問題。
5.1 重視企業(yè)自有技術人才尤其是技術工人的培養(yǎng)和儲備,重要工序應由有施工經(jīng)驗、責任心強的工程師擔任質(zhì)檢工程師,確保規(guī)范施工。
5.2 加大現(xiàn)場先進檢測設備(如手持式數(shù)顯混凝土測溫儀、混凝土強度回彈儀、混凝土雷達掃描儀等)投入力度的同時,要求承包商加大先進施工設備的投入,尤其是全自動混凝土濕噴機、全自動液壓鑿巖臺車、隧道激光斷面儀、防水板熱焊機等先進儀器設備的投入,只有控制手段先進了,功效才有保證,質(zhì)量、安全才有保障。
5.3 隧道防排水系統(tǒng)應以排為主,以防為輔,防排結合。二襯背后的裂隙水最好通過邊溝排出,而不應由地下中央排水溝排出,以減小排出壓力,從而保證盲管排水順暢。
5.4 二襯結束,待混凝土達到 7 天以上強度后,拱頂及中隔墻頂應進行壓漿填實處理。特別是連拱隧道,中隔墻頂處如不進行壓漿填實處理,應力釋放過程中容易發(fā)生圍巖沉降,造成二襯混凝土受壓開裂和滲漏水。
5.5 對于隧道斷層破碎帶的判斷應采取兩種以上地質(zhì)超前預報法(如 TSP 地震反射分析儀法、地質(zhì)雷達法)綜合分析(如圖 1、圖 2 所示),其結果才比較準確,直觀的方法是采用超前水平鉆孔法。通過鉆孔鉆進速度測試和所采取的鉆孔巖芯的觀察及相關試驗獲取隧道掌子面前方巖石(體)的強度指標、可鉆性指標、地層巖性資料、巖體完整程度指標及地下水狀況等方面的直接資料。
5.6 隧道混凝土養(yǎng)護應推廣應用新技術新工藝,如噴涂養(yǎng)護劑。傳統(tǒng)的噴水養(yǎng)護難于控制,且對施工環(huán)境造成污染。
5.7 為保護防水板不被鋼筋刺破,建議在安裝鋼筋綁扎時兩端用橡膠套套住。
5.8 復合式襯砌的隧道必須把錨噴支護放在最關鍵的位置來抓。噴射混凝土結構對于開挖和二襯施工起承上啟下的作用,前期可抵抗圍巖沉降變形速度及位移量,起到加強圍巖穩(wěn)定的作用,后期起到保護防水層和混凝土的作用,因此錨噴支護非常關鍵。噴射混凝土的強度、厚度、平整度、與圍巖密貼程度等各項指標都應嚴格控制好,這樣將更加容易控制隧道的二襯混凝土和防滲漏水質(zhì)量。
結束語
在隧道工程施工的實踐中我們應該進行不斷的研究與不斷的總結,進一步的認識風險管理在隧道工程施工中的重要意義,爭取形成一套具有完整性、系統(tǒng)性、科學性與綜合性的風險管理體系,為提高建設質(zhì)量和效益保駕護航。
參考文獻
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Abstract: Taking the Six Blocks Huashi tunnel of the new Lanzhou-Chongqing railway as an example and combined with the drawbacks and improvement of existing ventilation methods, the proper ventilation design of this tunnel is simply analyzed in this paper, and the ventilation selection of the same type of tunnel is summarized on this basis.
關鍵詞: 長距離隧道;壓入式通風;混合式通風
Key words: long distance tunnel;forced ventilation;hybrid ventilation
中圖分類號:U455.1 文獻標識碼:A 文章編號:1006-4311(2014)03-0121-02
0 引言
現(xiàn)有的隧道的通風的方式主要有壓入式通風、抽出式通風、長壓短抽式通風、長抽短壓式通風,以及輔助通風井通風,前四種是鐵路隧道的主要通風形式,尤其以壓入式通風為主,輔助通風井通風在礦山隧道中應用廣泛,在鐵路隧道中應用較少(瓦斯隧道常見)。通風方式一旦選型不合適就會造成通風不順,不僅僅會影響測量、施工安全環(huán)境,導致生產(chǎn)效率不高影響工期,還要承擔后續(xù)改進的經(jīng)濟損失等一系列問題。
1 工程概況
新建蘭渝鐵路六標段花石入口隧道穿行于摩天嶺中山區(qū),山坡較陡峻,村莊散落,植被發(fā)育,地形西高東低,起伏較大。地面高程約在615~1284m,相對高差約669m左右,隧道最大埋深約630m。隧道進口位于四川省廣元市朝天區(qū)花石鄉(xiāng)小灣子頭村,施工里程為DK478+765~DK481+750,長度為2985m,縱坡依次為6‰、13‰、12.8‰的單面下坡。
本區(qū)出露的地層巖性主要是志留系千枚巖及板巖,千枚巖巖石巖體風化嚴重,節(jié)理裂隙發(fā)育,有利于地下水的滲入以及儲存。隧道區(qū)的地下水分布主要有風化裂隙水以及基巖裂隙水,風化裂隙水主要儲存于構造節(jié)理裂隙、巖層接觸帶以及節(jié)理密集帶中。因此隧道區(qū)的地下水儲存場所具有典型的均勻各項異性,水文地質(zhì)條件復雜,地下水的分布規(guī)律性差。炭質(zhì)千枚巖粉化嚴重,在爆破以及出渣和噴漿時造成粉塵嚴重,對通風的要求較高。
2 現(xiàn)有的通風設計及的主要缺點
現(xiàn)有的通風設計是壓入式通風。采用西安交大SDDY-Ⅲ型隧道專用對旋雙速軸流通風機。主要以需風量計算設計,通風量為3501.26m3/min。
隧道最需要通風的時候是掌子面爆破完出渣時,此時洞內(nèi)粉塵尤為嚴重。特別是在隧道施工到1000m以上時,隧道出現(xiàn)曲線、二襯臺車以及出渣車輛等直接導致風阻過大,同時出渣車、施工機械在洞內(nèi)的工作時間越長,就會出現(xiàn)風能損耗越大,廢氣量增加,出風口風速小等一系列問題。隧道內(nèi)環(huán)境問題主要體現(xiàn)在:
①掌子面空氣混濁,排煙、排塵速度慢。
②隧道內(nèi)溫度中間低,兩頭高,相對濕度兩頭低,中間高。
③隨著隧道施工越長,埋深較深裂隙水發(fā)育,隧道內(nèi)多處容易積水產(chǎn)生水汽,并且與車輛在洞內(nèi)行駛排出尾氣、粉塵混合,形成濃煙聚集區(qū),不易排除。
④隨著掘進的長度加大,風筒的長度加長,維護不及時,導致多處出現(xiàn)褶皺、損壞漏風、角度變化過大的問題,嚴重的影響了出筒的風速和風量。
⑤各種參數(shù)考慮不全,隧道內(nèi)的最小風速驗算不準確,出風緩慢。
解決措施:因為現(xiàn)在施工已經(jīng)過大半,增加抽出式通風已經(jīng)不大現(xiàn)實,現(xiàn)在通風的主要任務是滿足掌子面的最低通風需求,保證中間區(qū)段的空氣的質(zhì)量并且達到一定的能見度。
① 增加中間段的照明,這樣可以增加中間區(qū)段的可見度,滿足測量通視的需求。同時可以提高中間區(qū)段的溫度,利于排氣,減輕水蒸氣的霧化現(xiàn)象。
②增加風機在掌子面無人時段排煙工作時間,并依據(jù)環(huán)境現(xiàn)狀適時調(diào)整。
3 隧道通風選型的主要原則和其他問題
①隧道通風特別是長距離的雙線鐵路隧道通風不是一成不變的,通風也需要根據(jù)隧道的開進里程進行相對應的改變。根據(jù)新建蘭渝鐵路六標段4條長距離隧道的施工經(jīng)驗,當采取壓入式通風時在1000m以內(nèi)完全滿足施工要求。(附規(guī)范規(guī)定當隧道單頭掘進的尺度小于150可以不采用通風機通風),所以隧道通風也是一個動態(tài)調(diào)整的過程。
②需要采取混合式通風的條件是隧道中的尾氣以及水汽無法再壓入式通風的情況下快速排出。
③當隧道的長度達到1000m及以上時特別是1500m以上時,僅僅采用壓入式通風不能滿足其要求,一味的增加通風量效果并不明顯,需要采取混合式通風的方式。
④當隧道長度達到1500m及其以上時(瓦斯隧道除外),采取長壓短抽式還是長抽短壓式時建議采用長壓短抽式。因為抽出式風量小,工作面排污風所需時間長、速度慢。而隧道通風主要是滿足掌子面施工需要,以及滿足水溝電纜槽及測量等輔助工作的施做。并且壓入式通風可用柔性風筒,其成本低、重量輕,便于運輸,而抽出式通風的風筒承受負壓作用,必須使用剛性或帶剛性骨架的可伸縮風筒,成本高,重量大,運輸不便。
⑤含有瓦斯的鐵路隧道應該采用長抽短壓式通風,工作面的污風由壓入式風筒壓入的新風予以沖淡和稀釋,由抽出式主風筒排出。如果采用長壓短抽式通風則降低了壓入式與抽出式兩列風筒重疊段巷道內(nèi)的風量,當掘進巷道斷面大時,風速就更小,則此段巷道頂板附近易形成瓦斯層狀積聚。
⑥在隧道通風不適合安裝通風機的時候,開打豎向通風井效果十分明顯?;ㄊ淼赖囊粋?cè)是王家河隧道出口,分三段施工中間段的斜井打通后雖然整條隧道還未打通,但是通風效果十分明顯,即使是不采用通風機的情況下,最低風速依然滿足要求。隧道施工人員很容易見到這樣的現(xiàn)象南北向直線或曲度不大的的隧道一旦打通隧道在沒有開啟通風機的情況下通風情況十分的好。所以采取擴孔爆破的方式打通風井是對隧道通風補救的一種經(jīng)濟的可行的備選措施。
⑦不論是何種通風方式,都要保證風筒的平順,不能出現(xiàn)漏風、風筒角度變化過大、風筒褶皺等問題,盡可能的減少風阻。
⑧要重視通風工作,風機停運時,不得采取爆破和噴漿作業(yè),尤其是在瓦斯隧道內(nèi)。
參考文獻:
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【關鍵詞】寶蘭客專;黃土隧道;七步臺階開挖法;優(yōu)化
一、前言
黃土隧道施工因其難度大、進度慢、安全風險高成為焦點。如何解決隧道開挖斷面大,黃土承載力低,蠕變時間長的特點,如何控制隧底工后沉降,確保工程質(zhì)量及施工安全,是隧道施工的關鍵技術難題。一般來說,Ⅳ、Ⅴ級軟弱圍巖段隧道設計建議采用三臺階法、雙側(cè)壁導坑法、中隔壁法(CD)、交叉中隔壁法(CRD)法等工法施工。目前,國內(nèi)在大斷面隧道修建技術上也積累了大量經(jīng)驗。我國修建了很多大斷面鐵路隧道(表1)。
通過對安家莊隧道設計的三臺階施工法的試驗和總結,找出適合寶蘭客專黃土大斷面隧道的施工工法:
(1)通過對安家莊隧道綜合地層條件試驗段開挖,提出了優(yōu)化的七步臺階開挖法施工工藝和施工技術參數(shù)。
(2)通過施工現(xiàn)場監(jiān)控量測,分析了黃土地層七步臺階開挖施工圍巖與支護體系的變形特性,并對隧道支護結構進行了安全評價,說明優(yōu)化的七步臺階開挖法在黃土地層施工中的適用性。
二、安家莊隧道施工方法的選擇
2.1工程概況
寶蘭客專位于陜西、甘肅兩省。是國家鐵路“四縱四橫”快速客運網(wǎng)的重要組成部分,是橫貫西北地區(qū)與中、東部地區(qū)客運主通道,是一條高標準、高密度、大能力的客運專線。線路正線長度402.635公里,橋隧比例為91.58%。隧道62座,累計長度231.688km,其中長度>10km隧道6座。其中絕大部分為黃土隧道。
2.2隧道工程設計
2.4洞內(nèi)位移變化
2.4.1隧道洞內(nèi)位移監(jiān)測
隧道開挖過程中,及時進行洞內(nèi)拱頂下沉和周邊收斂量測,洞內(nèi)監(jiān)測點布置按照監(jiān)控量測規(guī)范要求布設。Ⅴ級圍巖拱頂沉降觀測標埋設5m一個斷面。
2.4.2隧道開挖對洞頂沉降的影響分析
為了分析隧道各部開挖對拱頂沉降的影響,對幾個典型的斷面觀測數(shù)據(jù)進行分析。
隧道在開挖過程中,由于各分部開挖銜接不及時、各分部步距不合理、初支不及時施做和仰拱封閉不及時都會引起隧道拱頂大的沉降
通過對安家莊隧道出口三臺階開挖拱頂下沉監(jiān)測及結果分析,得出以下主要結論:
(2)從上圖中得出仰拱開挖拱頂沉降發(fā)生突變主要是因為仰拱開挖過程中上部鋼拱架拱腳處于一種懸空的狀態(tài),從而造成整個拱頂沉降加劇。
(3)施工方法,試驗段三臺階開挖上導未留核心土,不能平衡掌子面外推土壓力。掌子面塑形變形整體外推,造成塑形變形區(qū)加大,引起掌子面土體壓力進一步增加,使得初期支護變形加劇。
三、七步臺階施工方法優(yōu)化
為了保證圍巖穩(wěn)定和施工安全,加快施工進度。通過對安家莊隧道出口試驗段開挖工藝以及變形等數(shù)據(jù)的分析研究,對該工法的施工工藝和施工技術參數(shù)進行了優(yōu)化調(diào)整。采用預留核心土七步開挖法的施工方法(圖8、9)。
第1步:拱部超前小導管施做,進行上導預留核心土開挖:頂部空間2.0m,兩側(cè)寬2.2m,開挖循環(huán)進尺為1榀鋼架間距。開挖后及時進行噴3~5cm混凝土進行掌子面封閉。架設鋼拱架并掛網(wǎng)復噴至設計厚度,形成較穩(wěn)定的承載拱。鎖腳錨桿采用φ42*3.5mm鋼花管,按兩根一組打設采用U型焊接在工字鋼上,鎖腳用的鋼花管必須進行注漿。下墊32槽鋼或5cm厚砼墊塊。
第2、3步:在承載拱的支護下,交錯開挖左右階邊墻,開挖循環(huán)進尺根據(jù)不同圍巖級別為1~2榀鋼拱架間距控制。
第4、5步:左右交錯開挖下臺階邊墻,開挖循環(huán)進尺根據(jù)不同圍巖級別為2~3榀鋼拱架間距控制,及時施作支護。
第6步:開挖中部上中下臺階預留核心土。
第7步:第5步初期支護做完后馬上開挖仰拱,盡快封閉成環(huán)。施做仰拱初支及混凝土按照3~5m控制。
(1)采用臺階七步開挖時,上臺階、階、下臺階、仰拱開挖四個時段會引起較大的拱頂沉降和位移。上導開挖后,拱頂短時間內(nèi)即發(fā)生沉降變形下沉20mm左右。在整個施工過程中,拱頂下沉最大值200mm,拱頂縱向位移最大值35mm,位移時態(tài)曲線顯示支護結構已處于基本穩(wěn)定狀態(tài)。在各分部開挖過程中,特別是上、階、仰拱開挖,應避免鋼拱架拱腳懸空,并采取鎖腳錨桿、鎖腳小導管以及擴大臨時拱腳等加強措施。隧道封閉成環(huán)后約兩周左右,鋼拱架受力基本穩(wěn)定。
(2)現(xiàn)場監(jiān)測結果表明,在初期支護不被人為破壞,拱腳不泡水懸空的情況下,最初2天內(nèi)拱頂下沉20mm左右,以后逐漸變小到5~6mm左右,每次落腿均有一次相對較大的沉降,中導和下導落腿分別為20~30mm左右,15天之內(nèi)封閉,總體拱頂下沉量在17cm左右,最大為20cm。
五、七步臺階開挖法的施工控制要點
通過安家莊隧道采用預留核心土七步開挖法的施工實踐,根據(jù)黃土隧道不同的圍巖、含水率、地基承載力等情況變化,各個工序施工過程中必須要控制做好以下幾點:
(1)上導開挖前必須做好超前小導管。嚴禁開挖面擴大挖除核心土,核心土縱向必須保留5~6m,寬度宜為隧道開挖寬度的1/3~1/2。
(2) 中、下導開挖采用單側(cè)或兩側(cè)開挖施工,開挖作業(yè)寬度0.6~
1.2m,中間暫留核心土,長度控制在3~5m,寬度宜為隧道開挖寬度的1/3~1/2。
(3)拱腳均采用大拱腳,拱腳加寬至40cm,拱腳墊32槽鋼形成縱向托梁。鎖腳錨管管應與水平向成45°施作,不能隨意施打,嚴禁排成水平向或向上打,施作后及時注漿。
(4)鋼拱架安裝時必須在同一斷面,垂直于水平。
(5)開挖仰拱,施工初支。每循環(huán)開挖3~5m,一次安裝4~6榀型,仰拱鋼支撐和墻下部鋼支撐通過連接板連接牢固,仰拱施工期間采用棧橋保持通行。
(6)施工期間嚴格控制每個臺階開挖步距,特別是仰拱開挖,一定要控制在3~5m左右。觀測掌子面位移,如掌子面出現(xiàn)大的掉塊、坍塌、推移、擠出現(xiàn)象,應及時采取插打鋼管、注漿等措施,控制掌子面位移,確保開挖是在掌子面穩(wěn)定的情況下進行。
(7)噴射混凝土必須與巖面緊密粘接,結合牢固,噴射厚度符合要求,不能有空洞,噴層內(nèi)不容許添加塊石等雜物。
(8)施工過程中,臺階長度不能短于臺階高度加4榀鋼支撐寬度,否則容易引起臺階失穩(wěn),要充分發(fā)揮監(jiān)控量測作用,重視臺階穩(wěn)定性,及時發(fā)現(xiàn)、解決險情。
六、結論
通過對安家莊隧道黃土地層七步臺階開挖施工的試驗與優(yōu)化,總結了采用七步臺階開挖法掘進大斷面隧道的施工技術。
(1)根據(jù)安家莊隧道黃土綜合地層條件,分析在試驗段發(fā)生大變形的原因,提出了有針對性優(yōu)化的七步臺階開挖法施工工藝和施工技術參數(shù)。
(2)根據(jù)安家莊隧道黃土地層優(yōu)化的七步臺階開挖施工特點,分析了黃土地層條件下七步臺階開挖施工圍巖變形特征,說明了優(yōu)化的七步臺階開挖法在黃土地層施工中的適用性。
(3)基于優(yōu)化的七步臺階開挖法在安家莊隧道黃土段的應用總結,提出了相應的黃土地層大斷面隧道施工技術指標。
(4)七步臺階開挖法在軟弱圍巖條件下的成功應用,充分發(fā)揮了仰拱緊跟、二襯緊跟,加強鎖腳,及時封閉成環(huán),盡快強化和發(fā)揮支護體系的空間效應的作用。同時與掌子面及其前方核心土體的穩(wěn)定有著直接的關系,因此有關掌子面前方核心土的預留等仍需要在以后的工程中深入分析,以進一步完善和推廣該工法。
參考文獻
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關鍵詞:TSP 隧道地震預報;隧道; 溶洞;
中圖分類號:U45文獻標識碼: A
Application of the TSP geological forecast method in Yuelongmen mountain tunnel
Gao Yong1
(1. China Railway nineteen Bureau Group seventh high-rise Co. Ltd., Zhu Hai, 519020,China)
Abstract: Hydrogeological and engineering geological conditions of tunnels, in karst-developed areas, are always highly changing and complex. In engineering investigation work, it is difficult to prove positions, sizes and properties of bad natural geological bodies, which may induce geological hazards in the course of construction. In order to avoid security accidents triggered or produced by rough construction such as water flush, mud ( sand) rush, collapse etc, it is urgent to do research on the predictions of bad natural geological bodies in the construction period. TSP can effectively predict positions, sizes and properties of bad natural geological bodies which are located 100~ 150 m ahead of the tunnel working face. Using TSP geological forecast technology to probe Yuelongmen tunnels, several TSP forecast examples of the railway tunnel in a karst zone were thoroughly analyzed, the exact responses of underground river and karst caves were established, and the distinguishing rule was obtained. Future work for similar geological forecasts could be guided to some extent.
Key words: TSP; karst tunnel, karst caves;
0前言
隨著我國基礎建設的步步展開,作為基礎建設中的重中之重,鐵路隧道的數(shù)量正在迅速增加,施工的難度相應也越來越大。在山嶺隧道的施工經(jīng)常遇到危害主要表現(xiàn)在以下個方面: 突水、涌泥、洞穴充填物及坍塌、洞頂?shù)乇硭?。這些都與施工過程中遇到的不良地質(zhì)體有直接的聯(lián)系. 所以在巖溶區(qū)山嶺隧道的施工過程中,對于各種不良地質(zhì)體的預報對隧道安全施工有著舉足輕重的作用.縱觀隧道的修建歷史, 開挖可能遇到的施工地質(zhì)災害的超前預報和控制技術是制約長大隧道發(fā)展的關鍵因素之一[1]. 我國從80年代以來, 在大秦線軍都山隧道、京廣線大瑤山隧道、朔黃線長梁山隧道、南昆線米花嶺隧道、西康線秦嶺隧道, 渝懷線圓梁山隧道等工程中, 開展了超前地質(zhì)預報的研究工作, 積累了一定的經(jīng)驗, 預報準確度達到了70% ~90%[2]。目前國內(nèi)外, 長期超前地質(zhì)預報主要采用TSP 隧道地震法或淺層地震儀等儀器探測等方法,短期超前地質(zhì)預報主要采用地質(zhì)雷達探測和掌子面編錄預測法等方法[3]. 超前地質(zhì)預報作為隧道信息化動態(tài)設計和施工不可或缺的部分, 已經(jīng)得到了工程界的廣泛認同.
1TSP法基本原理簡介
TSP(Tunnel Seismic Prediction ahead)法,即隧道前方地震預報或超前地質(zhì)預報,它的基本原理如下:在隧道掌子面附近邊墻一定范圍內(nèi)布置激發(fā)孔,通過在孔中人工激發(fā)地震波,所產(chǎn)生的地震波以球面波的形式在隧道圍巖中傳播,當圍巖波阻抗發(fā)生變化時(例如遇巖溶、斷層或巖層的分界面),一部分地震波將會被反射回來,另一部分地震波將會繼續(xù)向前傳播。反射的地震波由高精度的接收器所接收并傳遞到主機形成地震波記錄。
圖1TSP法工作原理示意圖
地震波在巖層中傳播類似于幾何光學中光的傳播, 仿照幾何光學研究地震波運動學, 可以把光學中的惠更斯原理( 波前原理) 、費馬原理( 射線原理) 和斯奈爾定律( 反射一折射定律) 引用到地震勘探領域中來.。在成果解釋中, 以P 波資料為主對巖層進行劃分, 結合橫波資料對地質(zhì)現(xiàn)象進行解釋。縱波波速計算公式如下:
(1)
式中: L 1 為震源到傳感器的距離( m) ; T1 為直達縱波的傳播時間( s) .
已知地震波的傳播速度就可以通過測得的反射波傳播時間推導出反射事件與接收傳感器的距離以及與隧道開挖掌子面的距離, 即產(chǎn)生反射事件地質(zhì)體的位置, 反射波傳播時間計算公式如下:
(2)
式中: T2為反射波傳播時間( s) ;
L 2 為爆破孔到反射事件的距離( m) ; L 3 為傳感器到反射事件的距離( m)
接收到的地震信號包括入射波遇到反射界面返回傳感器的時間信息和反射系數(shù)等振幅信息. 通過對每個反射界面入射波、反射波和透射波的分析, 可以得出產(chǎn)生反射事件的地質(zhì)體的性質(zhì)和規(guī)模. 其中, 最主要的參數(shù)為反射事件的反射系數(shù)和透射系數(shù)如下:
(3)
(4)
式中: Ad 為入射波振幅; Ar 為反射波振幅;At 為透射波的振幅;R 為反射系數(shù);T 為透射系數(shù).
為了更好的為隧道建設服務, 降低地質(zhì)災害的發(fā)生概率, 減少損失, 在對前人研究成果不斷總結提煉的基礎上, 結合筆者具體的預報工作和判識經(jīng)驗,總結出TSP 對不良地質(zhì)的判識原則如下:
( 1) 2D 結果圖中橫波速度下降, 縱波速度略微上升或者下降;
( 2) 深度偏移圖中有較強的負反射, 而且反射面后一段距離內(nèi)反射面較少;
( 3) 對于未充填型干溶洞及儲運水溶洞, 兩側(cè)巖體強度較高和完整性較好的反應, 充填型溶洞需另加研究.
( 4) 對反射層瀏覽中溶洞壁反射信號的強度進行數(shù)據(jù)對比, 其橫波強度要大于縱波[4-6].
2應用實例
2.1工程概況
躍龍門隧道穿越安縣、茂縣兩個地區(qū),隧道進口位于安縣茶坪鄉(xiāng)金溪溝附近,隧道出口位于茂縣土門鄉(xiāng)土主廟附近。本隧為雙洞分修隧道,左、右線線間距為29.999~62.493m,設計為單面上坡,隧道最大埋深約1445m。隧道左線進口里程D2K91+004,出口里程DK110+985,左線全長19981m,其中進口段雙線車站隧道573m,車站隧道單雙線過渡段63m,單線隧道19345m;左線隧道軌面高程為981.482~1327.751m。右線進口里程YD2K90+999,出口里程YD2K111+041,右線全長20042m。
2.2儀器設備
TSP203 Plus儀器主要由三分量檢波器、記錄單元及起爆裝置組成。三分量檢波器用來接收地震波信號;記錄單元將接收到的地震波信號進行放大、模數(shù)轉(zhuǎn)換和數(shù)據(jù)記錄,同時還進行測量過程控制;起爆裝置則用于引爆電雷管和炸藥,人工激發(fā)地震波。
2.3觀測系統(tǒng)
在隧道右線正洞YD2K91+859的左邊墻和右邊墻位置分別布置一個地震波信息接收孔,孔徑為50mm,孔深均約1.8m,孔高約1.8m;在YD2K91+875~+909段的左邊墻,按約1.5m的間距布置24個激發(fā)孔分別激發(fā)地震波,孔徑約45mm,孔深約1.5m,每個激發(fā)孔向下傾斜約10º;每個激發(fā)孔裝填的藥量約100g。
2.3 預報結果及分析
表1超前地質(zhì)預報解釋成果表
躍龍門隧道1橫正洞右線大里程方向
設計里程范圍 設計地質(zhì)情況 預報圍巖級別 預報里程范圍預報 預報地質(zhì)情況 預報圍巖級別
YD2K91+914~
YD2K92+206 測區(qū)屬構造剝蝕中~高山地貌,隧道洞身穿越寒武系下統(tǒng)清平組粉砂巖、磷灰?guī)r、石炭系下統(tǒng)總長溝群灰?guī)r、二疊系下統(tǒng)灰?guī)r。巖體總體上比較破碎,節(jié)理裂隙發(fā)育,穩(wěn)定性差。段內(nèi)以富水可溶巖為主,水量大。 Ⅲ級 YD2K91+914~
+988 預報里程段圍巖較破碎,巖質(zhì)較硬,節(jié)理裂隙較發(fā)育,局部含泥砂質(zhì)夾層,局部含少量水,預報圍巖級別為Ⅳ級,其中結合TSP速度圖譜分析,D2K91+930~+965段圍巖條件相對變差,節(jié)理裂隙發(fā)育,溶蝕裂隙較發(fā)育,巖溶弱發(fā)育,含水(推測呈局部滴水狀)。受其影響該段圍巖穩(wěn)定性較差,提請施工時注意加強支護防止坍塌,并對D2K91+930~+965段采用鉆探法對圍巖破碎程度及含水量進行核實,雨季注意水量變化。 Ⅳ級
YD2K91+988~ YD2K92+206
預報里程段圍巖較完整~較破碎,巖質(zhì)硬,節(jié)理裂隙少量發(fā)育,無水或含少量水,應注意雨季水量變化。 Ⅲ級
整個預報里程段主要通過灰?guī)r段。段內(nèi)巖體較破碎,節(jié)理裂隙較發(fā)育,圍巖穩(wěn)定性較差,其中D2K91+930~+965段圍巖條件較差,圍巖含水,提請施工單位在該里程段施工過程中應特別注意該段圍巖情況,及時支護,以防止工程地質(zhì)災害的發(fā)生,并特別注意采用鉆探法對該段圍巖含水量進行核實。
整個預報里程段施工中易產(chǎn)生塌方、拱部掉塊等地質(zhì)災害(應特別注意D2K91+930~+965段圍巖情況)。施工過程中應采用超前鉆探和加深炮孔法作進一步的探測,同時應短進尺、多循環(huán)、弱爆破、加強支護防止坍方、沉陷及漏水等工程地質(zhì)問題發(fā)生,確保工程及施工安全。
圖2 TSP法反射層位及物理力學參數(shù)成果圖
3 結 論
本文應用TSP203超前地質(zhì)預報系統(tǒng)對隧道掌子面前方的圍巖進行了預報,從預報提取出的成果和實際開挖的地質(zhì)情況相對比發(fā)現(xiàn),預報的效果是比較理想的,主要得出以下結論:
(1)TSP隧道地震預報技術是目前最先進的物探方法之一,特別是在等長寬比很大的山嶺隧道中預報距離長,操作簡單,成果豐富,對施工影響小。
(2)TSP預報可以給施工帶來時間和空間的超前性,幫助施工人員對掌子面前方地質(zhì)有較準確地了解,從而有效的減少塌方,涌水,突泥等地質(zhì)災害的發(fā)生。
(3)TSP預報系統(tǒng)可以對隧道掌子面前方圍巖的工程地質(zhì)情況有比較準確的預報和探測,具體包括:①軟弱夾層的分布;②斷層及其影響帶;③破碎、裂隙發(fā)育帶;④含水情況;⑤巖溶;⑥圍巖類別及巖性變化等。
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