1隧道工程渗漏水问题产生的原因
针对当前我国的隧道工程项目进行分析可以发现,无论是设计中存在的问题还是施工中出现的事故都会很容易造成渗漏水问题的出现,尤其是对于一些隧道施工现场施工环境比较恶劣的一些工程来说,其出现渗漏水问题的原因更是多方面的,常见的渗漏水问题产生的原因主要有以下几点:
首先,当前的隧道工程大部分都是采用混凝土材料进行施工建设,而对于混凝土工程施工建设而言,其存在很多的问题会导致渗漏水问题的出现,尤其是混凝土裂缝问题的出现更是隧道工程中渗漏水问题出现的最基本的影响因素,而在混凝土施工过程中,出现混凝土裂缝问题的现象是比较常见的,其形成因素也是多种多样的,比如混凝土本身材料存在问题会影响到混凝土的密实度,进而可能产生裂缝,即使不会出现裂缝也会因为其密实度较低而导致渗漏问题的出现,当然,对于混凝土浇筑过程中因为操作不当所出现的一些温度应力等问题也是形成隧道工程渗漏水问题的重要原因。
其次,对于隧道工程的拱墙施工而言是极为关键的,其不仅仅能够在一定程度上保障隧道工程的安全,还能够有效促进隧道工程的防渗漏能力,相反,一旦其施工出现问题也会很容易造成渗漏水问题的出现,尤其是在一些连接位置更是渗漏水问题出现的关键点。
再次,在隧道工程施工过程中所预留的一些孔洞也是导致渗漏水问题出现的关键因素,一般而言,针对这些孔洞都是需要进行恰当的处理以预防渗漏水问题的出现,而当前很多的隧道工程中都会出现处理不当或者是忘记处理的现象,进而形成渗漏水问题出现的重要隐患。
最后,一些不良的外界环境因素也是影响隧道工程渗漏水问题出现的关键点,尤其是隧道工程周围的地质问题以及施工过程中所遭遇的一些雷雨等特殊天气等都会造成渗漏水问题的出现,当然,地震也是该问题的一个重要影响因素。
2隧道工程渗漏水问题的防治措施
2.1加强勘察测量工作的强度因为隧道工程施工的复杂性和特殊性,前期的勘察测量工作是极为重要的,尤其是对于渗漏水问题的防治来说,这种勘察测量的结果能够提供最为有效的依据,保障渗漏水问题防治的效果,具体来说,这种勘察测量工作应该包括以下几方面的内容:首先,对于隧道工程周围的土壤地质进行勘察是必不可少的,除了能够切实保障隧道工程施工的质量和安全之外,还能够避免一些因为地质问题造成的渗漏水病害,针对勘察结果中的一些不良地质,如破碎带地质、溶洞、岩爆区以及暗河等特殊状况在后期的设计施工中加强控制就会起到较强的渗漏水预防作用;其次,水文问题也是需要勘察测量的一个重点,尤其是对于地下水状况必须加强勘测;最后,还应该针对施工过程中可能会遇到的一些特殊气候问题进行预测,必须加深对于隧道工程所在地气候条件的分析和了解。
2.2提高隧道工程的设计水平对于隧道工程的设计环节来说,为了更好地保障防渗漏的效果,应该全面加强设计的有效性,提高设计的水平,在设计过程中应该重点注意以下几点:首先,加强对于隧道结构的设计,尤其是对于施工缝的设计必须进行慎重的思考,确保设计的合理性;其次,加强对于隧道工程的衬砌设计水平,尤其是对于其中所需要的配筋和受力状况进行严格的把关;最后,加强对于混凝土施工的设计,重点加强其收缩问题的设计,避免出现收缩以及沉降等问题而造成渗漏水问题的出现。
2.3加强对于隧道工程施工质量的控制因为很多渗漏问题都是因为施工质量问题导致的,因此,在具体的施工过程中应该加强对于施工质量的控制和管理,具体来说,首先,应该针对混凝土的施工进行严格控制和把关,重点加强混凝土的施工质量控制;另外,还应该做好相应的防渗漏施工技术的实施,确保防渗漏的效果。
2.4加强对于隧道工程的监理监理工作对于隧道工程施工质量的保障作用是不容忽视的,而这种质量的保障作用也就能够有效地预防渗漏水问题的出现,对于监理工作而言,其最为主要的就是要加强对于设计以及施工标准化和规范化的研究,切实保障隧道工程的质量。
2.5加强对于渗漏水问题的治理对于隧道工程中的渗漏水问题而言,其最为主要的虽然是预防工作,但是对于渗漏水事故的治理也是不可或缺的,也是降低隧道工程渗漏水问题不良影响的重要举措,具体而言,针对隧道工程的渗漏水问题主要采取的治理措施有截、堵、排等,其中排是最为核心的内容,因为只有把隧道工程内的水排出,才能够避免其产生更大的危害,一旦渗漏水在隧道内大量堆积的话就会造成极为严重的后果,影响隧道工程的施工质量以及安全。
3结语
【关键词】监测;公路隧道;房地产;稳定
一.监控量测在公路隧道建设中的重要意义
公路大断面隧道监控量测是通过对现场实测数据的分析处理,向施工、监理和业主等关联方及时提供资料,为设计施工方案的修正调整提供依据,以便更好地进行指导现场施工,提高安全性。由于岩石的生成条件、地质作用等较为复杂,要确保在大断面隧道构筑过程中,能正确得到影响岩体状态开挖、支护方式及刚度等因素对结构稳定性的正确反映,就必须要借助于监控测量,它的应用犹如隧道项目设计施工的眼睛,帮助施工现场了解掌握到支护结构在不同施工状况下受力状态和应力分布结构,是保障隧道建设成功的重要手段。
尽管多年来国内外通常采用地下工程围岩的监控量测,来监视围岩变形和支护的稳定性,但隧道工程受力特征极其复杂,加之施工程序、管理缺泛科学性,致使公路隧道变形过大,不断酿成安全事故,因此,分析研究隧道施工变形的监测,进一步深化理论研究提供原始依据,为以后优化设计提供类比依据等具有不可忽视的作用和意义。
二.公路隧道建设监控测量的项目和主要内容
公路隧道不同类别的围岩,尽管保持与铁路隧道或地下工程有许多共同点,但同时也具有自己的独特。因此,监控测量要充分考虑到公路工艺等方面的限制,根据实际情况来制定出贴近于实际的工作方案,做好确定对隧道现场监测项目布置测点和内容的选择;采集监测数据的变化;分析与施工状态的量测关系;准确及时反馈量测的信息,指导设计、施工和支护参数的修改,保证隧道施工安全,预防隧道坍塌。
1.测量人员要对每次爆破后的开挖及初期支护进行断面后布置量测,使用工具为地质罗盘、规尺等,主要是观察或描述围岩特性、支护的裂缝和变形及掌子面结构现状。
2.测量人员主要针对是大断面隧道洞内的变形收敛,测量出净空收敛、围岩内部位移、拱顶下沉及地质描述,以此来保持洞室的稳定状态与评价隧道变形的特征值。
3.测量人员首先选择好隧道周边水平位移、拱顶下沉监测量点的布置,在做好初期支护后,先用风钻凿出直径为40mm、深度为200mm的孔[1],用1∶1砂浆填满凿孔,待砂浆凝固好插入其上的测点固定杆时即可使用收敛计、水平仪及水平尺进行量测工作。要注意到施工时对观测点的损毁,发现一旦测点出现情况,应尽快重新设置来确保数据的不中断。对拱顶下沉量测点应设置大小适中的测点,将固定杆埋设在风钻打眼内并外露杆头设挂钩。测量间隔时间为:半月内每天1至2次,半月至一个月2天1次,一个月至三个月每周一次[2],3月以后每月2次。
4.测量人员采用应变计、盒与测力计等监测工具,对拱架、支撑、锚杆和衬砌受力变形情况的测量,从而对支护效果做出有效地检验与评价。其中,对锚杆的测量,可设置成10米一个断面,每一断面不小于3根。
三.公路隧道施工监控中存在的问题及几点认知
1.关于地表下沉。部分市内隧道由于建于铁路或高速公路下面,不能直接布点,只能使用一些特殊的测量标志,比如刻度尺等。
2.关于监测的定位问题。以前,公路隧道施工监控都由施工单位承担,但这种“球员兼裁判”的体制使得监控量测不可能真正发挥它应有的作用,加上一些选测项目难度较大,需要专门的设备和人才,使得施工监测逐步转由一些有监测资质的单位来承担,成为一种技术服务。这些单位凭借其理论优势,又不缺乏工程经验,并且与各方不存在利益冲突,因而能准确、客观、公正地进行监测。
3.关于接触压力。接触压力断面通常选择性地布置在围岩较差地段,围岩结构松散甚至较破碎。整体性较差,此时很容易出现超挖,而施工中要做到回填密实比较困难,围岩与初期支护之间常常存在孔隙,使得围岩与喷锚支护之间的压力和测得的数值偏小甚至出现负值。
4.关于控制变形。新奥法的关键之一是控制围岩的变形,其涉及二次衬砌的浇筑时间问题。对于V级、Ⅵ级围岩应及时施作二衬,防止围岩产生过大的变形,尽早形成支承环;对于Ⅳ级围岩,应待初支稳定后浇筑二衬,充分发挥围岩的自承能力。相当的施工单位甚至部分监理单位都错误地认为新
5.关于报警指标。一般情况下,拱顶下沉累计变形量不会超过30mm,变化率不会超过2mm/天。据此,认为实际监测中可以采用两个指标:a.连续多日日变化率较大(接近或超过2mm),且累计位移量较大(接近或超过30mm),或虽然日变化量不大,但累计变化量较大(超过30mm),且一直在增加,无稳定下来的趋势,此时应提出报警;b.周边收敛和拱顶下沉时程曲线出现“反弯”。
四.隧道对商业项目利好胜住宅
隧道对于住宅利好不及轨交明显,商业项目则反之。从中国现在各大城市现有隧道来看,并未对周边住宅市场带来太大波动,最主要的原因是,隧道面向的是开车一族,对于大部分选择公共交通出行的市民而言,轨道交通对他们的切身利益更为直接。商业项目则会享受隧道开通的利好,如人民路隧道开通,将原豫园商圈与陆家嘴商圈相联通,使得这两个商圈辐射范围相叠加。所以,随着新隧道的建成,除了原重点商圈将更加繁荣外,相信也会带动一批杨浦区商圈的人气。
隧道开通所带来的配套建设将对所在板块带来利好。隧道本身对于依赖公共交通出行的市民而言并无直接影响,但是隧道开通将带来一系列的道路、配套地面交通、整体规划的更新及完善,将对所处板块房地产市场带来间接利好。如相关配套的隧道交通线路、隧道出来区域规划的商业规模等,虽然目前这些相关配套还未出详细规划,但是凭借上海以往城市建设的经验,相信这一批隧道的开通将会给涉及板块的房地产市场带来利好。
五.结束语
目前,施工监测已受到重视,由于高速公路隧道工程具有特殊、复杂和隧道围岩的不确定,进行监控测量是保证隧道工程质量安全的重要手段。要通过对围岩位移及初期支护变形等监控测量,提供有关监控信息依据,科学的加以分析,为以后工程设计与施工积累资料,确保隧道现场施工的安全性、经济性。关于如何在相对粗糙的施工环境中周到、细致地开展监测工作,为工程安全、快速施工保驾护航,为施工力学研究提供真正有价值的第一手资料,提高施工监测的质量并借此推动岩石力学学科的发展值得探讨。
参考文献:
本文结合已有研究,针对黄土地区隧道的病害类型与机理、锚杆作用机制及黄土隧道中基底加固方法三个问题进行了讨论与总结。
关键词:黄土隧道;病害;锚杆作用机制;基底加固;
中图分类号:U45文献标识码:A
一、引言
近年来伴随着我国西部建设事业的蓬勃发展,黄土地区隧道数量不断增加,黄土本身的特殊性使得黄土隧道长久以来都是学术界与工程界关注的热点,然而针对黄土隧道的设计到施工至今仍未形成一套完整的理论体系,如果说基于新奥法理念之上的岩石隧道发展已逐渐处于成熟,那么对于黄土隧道的研究可以说仍处在初级阶段且需要大量的理论研究与工程实践,基于上述情况,本文结合已有研究成果对黄土隧道中三个问题进行了讨论与总结,以供参考交流。
二、黄土隧道病害类型与产生机理
2.1塌方
塌方是黄土隧道施工过程中危害最严重的病害之一,塌方一旦发生,施工进度将会受到严重影响。塌方主要发生在隧道进出口浅埋段与地质条件突变处(黄土与基岩、泥质夹心交界处),其中浅埋段塌方多贯通到地表形成大型漏斗,而深埋处的隧道塌方一般为局部塌落。
机理分析:一方面,黄土自身强度低,开挖后由于施工的扰动在一定范围内形成松弛区,随着松弛区的扩大围岩整体性不断下降、围岩压力增大,从而松动围岩形成脱离体掉落并在新的截面形成新的松弛区导致恶性循环,最终导致大面积塌方;另一方面,黄土垂直节理发育,垂直方向渗透性强,从而地表水快速下渗,在黄土深处形成饱水区造成湿陷,一旦隧道经过饱水层,围岩即失去下部支撑而塌陷。
2.2渗水漏水
隧道渗水漏水也是黄土隧道中较为普遍的病害,其多发生在含水率较大或降水较多的黄土隧道中,在部分隧道内表现为开挖过程中的大量涌水,也有的黄土隧道在修建过程中无水却在运营一段时间后发生渗漏。渗漏对于隧道的危害是多方面的,主要表现为对围岩结构的破坏、对衬砌的腐蚀、对洞内用电设备的干扰以及对路面的破坏造成的交通隐患等。
机理分析:前已述及,黄土本身多空隙或大孔隙骨架式的结构类型与垂直节理发育的构造形式使得垂直方向的透水性很大,地表水可以很快深入到黄土内部并富集于二元结构界面上,在隧道上方形成汇水区;从开挖扰动的角度分析,黄土隧道地层在开挖前为一封闭水环境、地下水基本处于天然的平衡状态,开挖成洞后在开挖出形成新的渗流边界、原有的平衡被打破,而有分析表明黄土隧道在开挖后其周围水力传导系数在距洞壁1m范围内明显增大,因此可以认为在隧道开挖后在其上方形成一条汇水走廊,加速了渗水漏水的发生。
2.3衬砌开裂
该种病害在施工期间与运营过程中均有发生,多存在于进出口段,其主要表现形式为二次衬砌环向开裂或初期支护的开裂变形,部分还产生拱顶、边墙或路面的开裂。
机理分析:黄土地区隧道多表现出浅埋特征,加之黄土隧道的特殊性,作用于衬砌体上的围岩压力主要来自上覆土体的自重力,而由于黄土垂直节理发育的特点导致其水平侧压较小,从隧道结构力学的角度分析:竖向围岩压力越大,侧压力越小,则衬砌各个截面处的弯矩越大、轴力越小,从而衬砌更容易由压控制转变为受拉控制,造成开裂;同时,隧道上方富集的大量地下水所施加的附加水压力也进一步增大了衬砌上方竖直压力,加速了这一过程。
三、黄土隧道中锚杆作用机制
黄土地区隧道的锚杆作用问题曾在很长一段时间内成为学术界和工程界争论的热点,部分人认为黄土隧道中设置锚杆起不到预定作用,而另一部分人则持相反观点,相关学者基于大量工程经验、通过理论分析和现场测试相结合的方法后得出黄土隧道中无需设置系统锚杆、但有必要设置拱脚锚杆的结论,这也逐渐成为学术界和工程界较为认同的观点。
研究黄土隧道中锚杆的作用首先应分析锚杆产生作用的两个条件:①锚杆一端嵌入深处稳定岩体形成锚固段;②与塑性区围岩之间产生足够的粘结力。而在黄土隧道特殊的围岩条件线能否满足上述两个基本条件便成为问题的关键点,在此分析的基础上相关学者在某黄土隧道的3个断面中埋设多根测力锚杆并进行了现场受力测试,分析结果后得出以下规律:
①拱部锚杆大多数受压,只有少数截面受拉且应力较小;
②拱脚锚杆以手拉为主;
③拱脚锚杆应力大于拱部锚杆应力;
此规律说明取消系统锚杆代以锁脚锚杆是合理的。
在现场测试结论的基础上进一步分析其内因:首先,黄土隧道开挖后对围岩扰动较大,有测试表明两车道公路黄土隧道开挖后仅边墙处塑性区深度都达到3m;其次,黄土隧道多表现浅埋性质,现场调查发现即使在埋深40m的黄土隧道地表也会产生沉降裂缝,也就是说其拱部土体发生的是整体沉降,其中的锚杆不会发生相对变形;另外现场的锚杆拉拔试验表明黄土中锚杆拉拔力仅有30KN左右,远远达不到设计要求;综上,从必须有锚固段和在破碎岩体中形成粘结力两方面黄土隧道都无法满足系统锚杆产生作用所需要的条件。
三、湿陷性黄土隧道基地加固方式
黄土地层结构特殊、受力性能差的特点使得黄土隧道基地产生过量的压缩变形与湿陷变形,不但不能满足如今高速行车对于路面沉降的高标准要求,还会影响隧道结构体的受力方式,带来安全隐患。与地面工程中对于湿陷黄土基地的处理方式相比,隧道内施工空间小与围岩对振动敏感性高的特点限制了黄土隧道中基底处理方法的选择。本文主要介绍以下两种多用于黄土隧道基底加固的方式:
(1)旋喷桩:即利用钻机将注浆管钻至预定深度,以高压设备将浆液旋转喷出,同时提升钻杆,在地基深处将土与浆液强制搅拌达到改善其性能的目的。旋喷桩加固机理主要为高压喷射流对土体的破坏作用、混合搅拌作用、置换作用、充填渗透固结作用及对桩间土的压密作用。其优点在于施工作业、设备简单,工期易于控制。
(2)树根桩:为一种小型钻孔灌注桩,其特点在于布桩方式较灵活,可采用垂直、倾斜设置,也可采用网状布置,这种桩的优点在于承载力高,沉降量低,对于围岩的扰动小,施工简单,经济性高等,但由于其在近几年才开始尝试用于黄土隧道,目前理论研究落后于实际。
无论用上述方式还是其它基底处理方式,在实际应用中都应具体情况具体分析,根据工程实际合理的选择加固方式并确定设计参数,对此本文不再过多讨论。
四、结语
黄土隧道的设计与施工时目前隧道建设中的一个问题集中点,解决其中的问题首先应该充分了解黄土的特性,并理论结合实际,只有如此才可以逐渐形成黄土隧道的完整理论体系,使我国的隧道建设事业更加完善。
参考文献
[1]来弘鹏,杨晓华.黄土隧道病害类型及机理探讨[J].公路交通科技(应用技术版),2006(3)
【关键词】:铁路隧道施工特点风险控制
一、前言
随着中国经济的快速发展,铁路十二五规划新线建设和投资,未来铁路建设将以高速铁路为主骨架的快速铁路网按三个速度等级来建设。当前中国建成的铁路隧道总长度已经超过7000km,在建铁路隧道总长约4600km到2022年前,规划建设5000座隧道,长度超过9000km,总量已经远远超过世界其他国家,目前大量的铁路工程建设向西部等山岭高原地区延伸,而由于隧道工程与其他工程相比具有其隐蔽性施工周期长,施工技术复杂性地层条件不可预见性周围环境的不确定性等特点,加大了隧道施工技术的难度,再加上工期紧任务重,技术和管理力量不能充分保证,风险管理不到位,从而增加了施工过程中的风险性,如何提高铁路隧道施工的安全风险管理水平,建立可操作性强又符合施工实际的应急抢险救援体系,是广大铁路建设者面对的课题,也是必须迅速解决的课题,这样才能保证人民生命财产安全,才能适应中国铁路规模大发展快的要求。
二、隧道施工安全风险管理的特点
(1)由于隧道开挖围岩性质工程水文地质条件复杂,隧道施工的风险是客观存在的;
(2)由于勘察设计资料有限,设计计算理论不完善和在隧道施工中会不可避免地遇到一些突发偶然事件等原因,使得隧道施工的风险具有发生的偶然性和大量发生的必然性;
(3)在隧道施工过程中,由于试验数据离散性大,勘察报告提供的场地性质资料有限,地下情况的不可预知性,施工风险的可变性就更加明显;
(4)由于隧道施工对场地周围土体的扰动大,造成了对场地周围建(构)筑物地下管网(线)居民生活和环境的影响,除本身的技术因素影响外,隧道施工还不得不与外部环境发生关系,这样使得隧道施工风险不但具有内部因素的多样性,而且还具有鲜明的层次性,同时也使得隧道工程风险更加复杂化。
三、软弱围岩隧道施工安全风险控制要点
软弱围岩一般是指岩质软弱承载力低节理裂隙发育结构破碎的围岩,工程地质特点有:岩体破碎松散粘结力差;围岩强度低遇水易软化;岩体结构面软弱易滑塌而高速铁路大断面隧道较以往普通铁路单线或双线隧道开挖跨度大,高度更高受当前勘察技术手段限制,开挖前难以准确判定隧道(特别是长大或特长隧道)的地质条件和围岩特性。因此,为保证软弱围岩地质隧道施工安全,在隧道施工中必须牢固树立施工安全风险管理理念。
3.1软弱围岩隧道施工风险控制技术要点
(1)施工方案确定根据现场洞口地质地貌和开挖掌子面暴露出地质情况,详细进行地质勘察水文调查及环境调查,并作出正确的施工方案和加固方案,选择科学合理的工程措施。
(2)超前地质预报技术通过地质分析法超前水平钻孔法物探法及特殊灾害地质预测方法和手段判明掌子面前方的水文地质情况,并根据判断和预报结果提出相应的预防和处理措施。
(3)围岩监控量测按照现行铁路隧道监控量测技术规程(TB10121-2007)的规定和要求设置围岩量测点,准确掌握洞内水平收敛拱顶沉降和洞顶地表沉降的数值和速率,建立等级管理信息反馈和报告制度。
3.2软弱围岩隧道塌方风险预防与控制要点
如何提高软弱围岩隧道施工水平,预防变形和坍方,确保施工安全,其核心是抓住软弱围岩隧道工程特点。同时提出三超前四到位一加强施工技术关键环节即:三超前:超前预报超前加固超前支护;四到位:工法选择到位支护措施到位快速封闭到位衬砌跟进到位;一强化:强化量测预防隧道坍塌从以下几个方面进行加强:
(1)工程地质方面:软弱不良地质隧道施工,应首先核对设计文件,详细调查工程地质及水文地质情况,做好相应的准备,采取与之相适应的施工控制措施。
(2)采取正确的支护手段和方法:软弱围岩隧道施工本着宁强勿弱的原则,必须严格按照设计的初期支护参数进行施工,初期支护必须在隧道开挖后及时施作,及时封闭成环;特别是下部(边墙)开挖后钢架及时落底接长,及时封闭成环隧道内施工当断面围岩发生突变时,围岩必须提高一级处理,设计单位对衬期支护参数要发生相应调整。
(3)采取严格的现场管理措施:现场工程技术人员首先要掌握领会图纸设计意图,熟悉施工技术规范和设计标准,正确指导施工严格要求每个作业人员遵守操作规程,按标准作业,规化施工同时,对于不良地质特殊岩土浅埋软弱隧道施工过程中可能出现的重大地质灾害等开展专项风险评估,并依据专项评估意见完善施工技术方案,改进和加强安全生产及防范风险的具体技术措施,制订风险防范及突发安全事故应急预案等。
四、隧道施工应急救援技术
4.1应急救援预案的编制
由于隧道施工本身不可预见因素多,一旦发生重大事故,往往造成惨重的生命财产损失和环境破坏通过编制隧道施工风险事故基本应急预案,可保证应急预案足够灵活,对那些事先无法预料到的突发事件或事故,也可以起到基本的应急指导作用,成为开展应急救援的底线应急救援预案经项目施工单位评审后,报建设单位和监理单位核查,并经项目第一负责人签署。
4.2应急救援体系的建立和工作程序
严格遵守有关安全生产的法律法规和规章制度,建立安全生产保障体系,落实各项安全生产措施,加强和改进安全生产管理,成立安全应急救援组织机构,配备应急救援人员器材设备,一旦隧道施工现场灾害事故发生后,应立即按规定启动现场应急预案,成立现场救援指挥部并及时按程序上报现场救援抢险指挥部,建立应急救援指挥领导小组,由现场救援小组施救方案组量测监控。围绕救援方案和总策划的要求,开展相关工作。
五、安全风险管理措施
(1)建立隧道重大危险源管理台帐,与施工进展同步实施施工风险动态管理在监控台帐中明确风险危害程度预控措施各级管理责任人,注重现场施工管理,严格执行各项风险管理制度同时在每座隧道洞口树立隧道施工风险告示,主要向现场作业告知各种风险描述应急预案现场紧急处置联系责任人。
(2)建立风险监测和现场巡视机制根据风险评估报告,隧道超前地质预报工作主要针对软弱地质及特殊地质灾害突发地段进行全隧随时探测预报实施方案是:掌子面的地质素描;长距离TSP203距离120m;超前水平钻孔,不小于距离30m,超长炮眼3~5孔,距离4~6m;异常处富水断层及岩溶发育层面增加地质雷达或红外探水对于软弱围岩地质的隧道,监控量测工作必须紧跟开挖支护作业进行布点和监测使用徕卡全站仪可以精确测量变形参数,测量人员可以利用计算机快速对数据进行处理,指导现场施工此外,通过现场技术人员每天巡视检查作业面地质情况,与风险监测结果相印证,提前识别和预测地质风险因素,保证施工安全。
(3)及时做好隧道优化设计工作由于地质条件的复杂性和不确定性,根据风险监控量测工作,准确分析量测数据,判定风险等级,做到岩变我变并及时上报围岩变更。由于隧道地质情况复杂多变,工法转换频繁,且设计图中地质资料与现场实际存在一定偏差,项目因地制宜采取了根据掌子面围岩超前地质预报情况及监控量测情况等因素及时进行工法变更,采取最适合现有地质情况下的工法进行施工,保证施工安全和施工进度。
六、几点结论
(1)结合软弱围岩隧道施工管理的特点和工程实例,对软弱围岩隧道施工安全风险管理技术理论和关键技术进行了深入的研究和论述,在工程实践中采取风险控制和应急管理等技术措施和管理措施,主要是按照设计规范施工,技术措施工序工艺机械配置各种保障手段等要坚决做到位;不得擅自改变施工过程的开挖支护方式;严格认真做好超前地质预报工作和围岩量测评估工作,从而降低了隧道施工安全风险。
(2)建立专家治理机制,隧道施工风险管理涉及面广,包括施工安全风险识别、安全风险评估、安全风险管控等多方面在隧道施工中出现复杂重大的安全风险问题时,施工单位应该邀请科研院校工程技术专家组织评审,通过现场查看进行咨询评估。落实施工期间的安全措施,既保证了隧道安全,又提高了风险控制管理水平。
(3)建议进一步增强工程保险与隧道施工过程的结合,铁路隧道工程施工总是处于多种风险的环境之中,诸多的不确定性事件都会对工程预期目标产生影响和危害,并可能导致生命财产的损失。目前铁路工程保险已经列入铁路施工总价承包工招标文件中,施工单位通过花费高额购买工程保险,目的就是在施工过程中所发生的各种意外风险能得到保险保障,减少对施工企业的损失,当意外发生时将部分风险损失转移给保险公司承担。虽然隧道施工建设中实行了强制性保险,但是并不能意味着购买了保险,施工安全风险就降低了工程保险还具有不确定性,仍要经常注意各种潜在的风险征兆,如社会负面影响工期延误善后处理等其他风险,所以不能全部依赖保险公司进行全部经济损失理赔,项目仍然要采取各种有力措施,防止事故和灾害的发生,并阻止受灾后损失的继续扩大,所以工程技术管理人员要熟悉和运用保险合同条款风险索赔的程序,争取在工程理赔中取得更大的风险效益。
参考文献:
[1]杨秀权,平正杰.复杂地质条件下长大隧道施工安全管理对策探讨[J].
关键词:四面山隧道软硬互层围岩变形支护
中图分类号:U451文献标识码:A文章编号:1672-3791(2017)04(b)-0061-05
目前,重庆市西南区域和贵州北部交通落后,高速公路网相对较不完善,为改善地区间交通条件,促进地方经济社会发展,因此建设重庆江津至贵州习水高速公路。四面山隧道是重庆江津至贵州习水高速公路中的一段,隧道左洞长为4880m,右洞长为4875.35m,属于特长隧道,该隧道建设对区域经济及交通的发展发挥了重要的作用。为了更加科学地对四面山隧道进行施工,且保证施工过程中各类防治措施的有效实施,因此,针对该隧道地质特性进行分析并研究其围岩变形规律显得尤为重要。
1隧道工程地质特性
1.1地理位置及地形地貌
隧址区属中低山地貌区。隧道进洞口段位于斜坡地带,高程约540~570m,隧道进口与斜坡坡向呈切向相交进洞。隧道进洞口段为一处顺向坡,斜坡坡角15°~25°,局部较陡达35°,上覆土体。隧道出洞口段位于缓坡与陡崖过渡带,高程570~650m,拟建隧道出口延伸方向200°,隧道出洞口斜坡坡向约195°,隧道走向与斜坡坡向基本一致,斜坡坡角25°~30°,局部较达35°,上覆土体。
隧址区斜穿石龙峡背斜轴部,隧址区内最高点位于左线中部LZK2+280山脊线上,标高1197.10m,最低标高点位于隧道左线进洞口LZK0+190,标高540.747m,相对高差达656.353m,隧道最大埋深614.79m。
1.2地层岩性
隧址区分布地层主要为第四系(Q4)残坡积层、崩坡积层、滑坡堆积层、白垩纪(K)上统夹关组及侏罗系(J)上统蓬莱镇组。
1.3地质构造
隧址区斜穿石龙峡背斜轴部,其中北东翼岩层产状:70°~90°∠10°~13°;轴部岩层产状近水平;南西翼岩层产状:185°~272°∠8°~10°,未见次级褶曲和断层,构造简单。
1.4不良地质现象
隧址区存在的主要不良地质现象为进口段顺向坡、进口段崩塌堆积体、沙河1#崩坡积体、下烂坝滑坡、蔡伦屋基不稳定斜坡、隧道出口段崩坡积体。
(1)进口段顺向坡。
隧道LZK0+190~LZK0+385段为一处顺向坡,斜坡坡向45°~55°,坡角16°~22°,局部可达50°,岩层产状为70°∠13°,斜坡坡角大于岩层倾角,但该段斜坡岩层产状平缓,自稳能力好,该段斜坡基岩未见变形、滑动痕迹,斜坡基岩整体稳定。
(2)进口段崩塌堆积体。
该崩塌堆积体分布里程LZK0+190~LZK0+385,崩塌堆积体所处斜坡坡向约45°~55°。崩坡积体厚度约1.2~11.2m,主要物质组成为粉质粘土夹砂泥岩块石,岩土界面平缓,地表未见裂隙等变形特征,崩坡积体现状处于稳定~基本稳定状态,隧道左洞进口约50m(暗洞30m)、右洞进口约20m(基本为明洞)隧道上部处于崩坡积体内。
(3)沙河1#崩坡积体。
平面形态呈喇叭状,纵长3.3km,横宽1.9km,整个崩坡积体分布最高高程1000m,最低高程290m,最大高差约710m,整体呈斜坡地形,坡面形态总体平直,总体坡向约54°~67°,坡角一般10°~13°,斜坡底部局部稍陡,可达25°。隧道路线LZK0+435~LZK2+240段自东北向西南方向斜穿崩坡积体下方基岩,隧道的设计标高为545.192~573.992m,地面标高622.436~972.925m,高差约77~399m。
(4)下烂坝滑坡。
位于斜坡顶部、沙河1#崩坡积体内,为2012年全市地质灾害排查所圈定的滑坡,据前人资料,该滑坡主滑方向63°,纵长约850m,横宽380m,面积32.3×104m2,滑体厚4~9m,均厚6m,体积194×104m3。滑坡坡面形态总体平直,局部微突,斜坡总体坡角10°~11°。通过现场调查及访问,该滑坡地表未见变形迹象,仅局部土房墙体开裂。拟建隧道LZK1+100~LZK1+550段斜穿该滑坡,隧道的设计标高为555.752~563.112m,地面标高为749.748~834.911m,高差约193.996~271.799m。
(5)蔡伦屋基不稳定斜坡。
主滑方向209°,纵长约957m,横宽249m,面积23.8×104m2,滑体厚3~9m,均厚6m,体积142.8×104m3。该坡面形态总体平直,局部微突,斜坡总体坡角17°~25°。现场调查该滑坡地表未见变形迹象,仅局部土房墙体开裂。拟建隧道洞身段LZK2+800~LZK3+000在其北西侧200m通过,该斜坡基本稳定,对拟建隧道基本无影响。
(6)隧道出口段崩坡积体。
该崩塌堆积体分布里程LZK4+900~LZK5+080,崩塌堆积体所处斜坡坡向约195°。崩坡积体厚度约3.1~8.3m,主要物质组成为粉质粘土夹砂泥岩块石,地表未见裂隙等变形特征,岩土界面平缓,崩坡积体现状处于稳定状态。
2隧道水文地质条件
隧址区主要为侏罗系上统蓬莱镇组泥岩、砂岩。地下水主要赋存于砂岩裂隙中,为浅层地下水,泥岩为相对隔水层。该地区砂岩中风化岩体较完整,裂隙不发育,渗透系数小,且由于砂泥岩互层,上部泥岩阻隔地下水渗入下部砂岩,因此总体水量较小。隧道区未发现有泉水出露,该类型地表泉水稀少,泉流量多小于0.05L/s,并多呈季节性,泉井均为久晴即干,地面多呈贫水状,故富水性弱,地下水贫乏。
大气降水为地下水的主要补给源,隧道起点位于斜坡地带,地下水排泄条件好,但雨季该地带存在临时汇水条件,隧道在该段埋深约0~30m,处于浅埋段,雨季地表水可能通过基岩裂隙补给隧道。隧道洞身LZK2+500~LZK4+100段地表地形较陡,地下水排泄条件较好。LZK4+100~隧道终点段多穿越山脊斜坡地带,地下水多顺坡向作短途径流后排向地势低洼的东北侧的沟谷及茶坝河内。
综上,地下水的季节性明显,隧道所处地形地质条件决定隧址区地下水较贫乏,赋存少量裂隙水。取样分析结果表明,区内地表水类型为HCO3-・SO42--Ca2+型。区内地表水及地下水对砼微腐蚀性。
3四面山隧道围岩变形规律研究
3.1工程稳定性分析
隧址区斜穿石龙峡背斜轴部,其中北东翼岩层产状:70°~90°∠10°~13°;轴部岩层产状近水平;南西翼岩层产状:200°~272°∠8°~10°,产状较稳定,未见次级褶曲和断层,构造简单。洞身地面山体稳定,地层分布连续,无断层破碎带,区域地质整体稳定性较好。穿越地层主要为侏罗系上统蓬莱镇组砂岩、泥岩,隧道最大埋深左线614.7m,右线608.5m。根据区域资料,隧址区内无高地应力存在,根据区域资料,隧址区内无高地应力存在。隧址区内无煤层分布,无有毒有害气体,无采空区及岩溶现象,不会发生突水突泥。
根据地勘资料,隧址区内岩体为由砂岩和泥岩组成的近水平层状围岩,且对于隧道围岩及其相应施工方案进行了总结归类[1],具体如表1所示。
3.2模型建立
根据《四面山隧道施工设计说明》及相关地勘资料,对砂泥互层V级围岩段隧道进行开挖模拟,隧道断面为三心拱形,其尺寸如图1所示模拟过程中以平面应变模型进行处理分析,并建立几何模型如图2所示。所模拟围岩范围宽300m,高118m,尺寸⑹远大于开挖半径。此时隧道开挖与模型边界相互无明显影响。岩层自上而下为泥岩(34m)―砂岩(31m)―泥岩(12m)―砂岩(9m)―泥岩(9m)―砂岩(23m),其中,泥岩为软岩,砂岩为较软岩。用杆单元Link1模拟锚杆,梁单元Beam3模拟喷射混凝土,平面单元Plane42模拟岩体,数值模拟所需力学参数如表2所示。
3.3模拟结果及分析
图3、图4为隧道开探位移结果,模拟结果显示,四面山V级砂泥岩段隧道拱顶下沉相对水平收敛变形更为明显,图5、图6为隧道应力场结果。可见,隧道围岩应力最大值集中在隧道拱肩部分,且由衬砌受力(图7)及锚杆受力(图8),隧道拱肩处锚杆及衬砌受力最大,拱腰处锚杆受力很小,且拱脚处部分锚杆受压,可见目前四面山砂泥互层围岩段隧道常用的支护设计方案可行,但造成了很大程度的浪费,因此,针对四面山隧道可进一步提出类似隧道的施工设计建议。
4工程稳定性分析及施工设计建议
该隧道V级砂泥互层围岩分布在隧道进口、隧道出口以及隧道洞身部分围岩段,以隧道左洞为例,其具体围岩质量指标划分以及相应力学性质如表3所示。
综合以上隧道地质特性分析可知,隧道施工设计方案未针对性考虑围岩中层理效应等方面存在的影响。另外,对于近水平软硬互层围岩隧道稳定性及其支护作用特点所进行的工作相对不够,因此该文针对砂泥互层V级围岩隧道施工及其支护方案提出相应的建议,并对水平软硬互层围岩隧道在初期支护方面可进行相应的改善。
4.1隧道超前支护建议
四面山隧道V级砂泥互层围岩段砂岩为较软岩,泥岩为软岩,可见岩性较差。开挖前需采取相应的超前支护措施,对于超前支护手段,有超前锚杆方案和超前小导管方案可供选择,超前锚杆作用在于将隧道围岩锚固成整体,提高层间强度,但此方案对层状围岩水平方向影响较小。因此,建议采取超前小导管进行喷浆,可使围岩裂隙加固更能有效地保证围岩的稳定开挖。
4.2隧道开挖建议
当软硬互层围岩层理倾角为水平或者近水平时,隧道拱顶处最小主应力明显要小于隧道断面的其他部位,最大主应力则在拱腰处。由于隧道开挖后的围岩具有沿垂直层理方向的滑动、应力释放,变形特点表明水平软硬互层隧道的一大特点,即水平层理对于隧道拱顶及拱底稳定性不利,需时常注意拱顶及拱底的变形情况[2]。
由于岩质多软弱,以软岩为主,风化裂隙较发育,层间结合一般。无自稳能力,洞口浅埋段洞顶易坍塌,侧壁经常小坍塌,浅埋时易出现地表下沉(陷)或坍至地表,洞身段拱部及侧壁无支护时可产生坍塌、失稳。施工时应采用导洞或台阶分部开挖,同时采取二次复合支护。
4.3锚杆支护建议
水平软硬互层围岩隧道另一特点,即隧道水平收敛数值相对较小这一事实,进行围岩稳定性分析,并对层状围岩隧道而言,锚杆作用大都体现在锚固作用方面,即锚杆的作用主要在于提高层间强度。综合以上特点发现,锚杆对水平岩层层理影响较小,目前的支护方案相对更为保守,但在锚杆使用上却造成了很大的浪费,因此,对初期支护中的锚杆支护作用进行了分析。对锚杆支护,由于水平方向的锚杆受力很小,锚杆所产生的作用对隧道围岩稳定性基本无较大影响,针对此状况,可结合数值计算,验证其合理性[3]。将一定角度范围内的锚杆取消,不仅可获得良好的加固效果,锚杆受力更充分,并实现锚杆与围岩共同承载。此外,节省了锚杆支护数量,降低了支护材料消耗和支护成本[4]。且更好地应对开挖所产生的应力场变化和位移场的变化。
另外,对于拱肩锚杆受力较拱顶锚杆大的特点,需加强对锚杆支护作用的监控量测,与此同时,将拱顶锚杆稍移向拱肩也是可行的。
4.4初衬支护建议
水平层状围岩拱顶处松动圈范围大,拱腰处松动范围小,这与其他类型的隧道有着明显的差距。针对四面山隧道V级砂泥互层围岩特点,对初期支护采取钢筋混凝土结构,此类支护方案大有裨益,解决了后期支护开裂问题,也对二次衬砌后的隧道安全性、耐久性、承载能力等方面进行了完善。
4.5二衬支护建议
由于四面山砂泥互层V级围岩明显的层理作用,在保证安全规范地施工前提下,缩短二衬养护时间,不仅能更好地保证开挖i距规范化,还能保证隧道施工安全、高效的进行。
5结论
对四面山隧道进行地址特性分析,并对砂泥互层V级围岩隧道进行分析及施工设计建议,主要得到以下结论。
(1)对于四面山砂泥互层V级围岩隧道中出现明显层理作用的情况,在施工过程中必须时常注意拱顶及拱底处隧道围岩的稳定性。另外,对于拱肩锚杆作用大于拱顶锚杆的特点,需加强拱肩锚杆受力的监控量测。
(2)针对砂泥互层V级围岩隧道段并结合其特点,建议超前支护采取超前小导管对隧道围岩进行加固。
(3)四面山砂泥互层V级围岩段隧道由于围岩岩性较弱,建议采取台阶法或导洞法进行分步开挖。
(4)砂泥互层V级围岩段隧道拱腰部分锚杆支护作用较小,建议取消拱腰处一定角度的锚杆,并结合数值模拟方法进行进一步确认;另外,根据拱肩部分锚杆受力大于拱顶锚杆特点,可将拱顶部分锚杆移向拱肩,既保证了围岩的稳定,锚杆受力也更充分,也实现了锚杆围岩的共同承载,减少了锚杆浪费。
(5)根据四面山砂泥互层V级围岩松动圈范围,建议初期支护采取钢筋混凝土结构。
(6)建议四面山砂泥互层V级围岩段在保证安全规范地施工前提下,缩短二衬养护时间,规范开挖i距,保C隧道安全高效施工。
(7)四面山隧道砂泥互层V级围岩段开挖及支护设计建议适用于类似隧道施工,并具有一定的借鉴意义。
参考文献
[1]沈亮,曲福友,周闽江,等.礼让隧道工程地质水文及设计施工建议[J].西部资源,2015(6):13-15,18.
[2]姜伟,吴爱国.岩层层理产状与隧道稳定性的关系[J].华南港工,2008(3):61-64.
[关键词]隧道;机电安装;施工技术
中图分类号:U453文献标识码:A文章编号:1009-914X(2017)03-0198-01
1.前言
国民经济的发展,离不开对公路的建设与投入。公路的发展建设,能够极大地提高国家公路网的整体服务水平、优化交通运输结构,促进国家与各区域经济的发展与交流,因而近几年来我国经济发展对高速公路的依赖增大,所以国家对高速公路的发展也十分重视重点在公路的发展建设中,但公路隧道以其独有的特殊情况,所以隧道的建设也是公路建设中的重点。
2.隧道机电安装工程的特点
隧道机电安装主要是电与混凝土施工的交叉,强弱电管道的交叉,由于管道横纵向延伸,因此在钢筋绑好下铁后进行强、弱电管道延钢筋空隙进行施工。当多根强、弱电管道汇集到一起时,在保证穿线的情况下,尽量将管道叠加避开,在进行机电安装施工完成后应该根据设计要求,按照结构图纸进行检查,此部分由结构工程完成,机电专业进行复核。同时施工环境差,施工质量直接关系到隧道的工期与安全,保证设计与施工安全与施工质量。因为隧道机电安装工程具有工作周期短、工作铺开的线路长、资金投入具大、技术含量高、施工管理十分复杂和施工质量要求高等特点,综上述所隧道机电安装工程的是一项具有综合性与复杂性的机电安装工程。加之隧道的空间特点,在其内开展作业人员及车辆易受到隧道内环境的影响,如在施工过程中隧道空间漏水潮湿,交通工具及施工人员等频繁移到,从而造成隧道内施工复杂,施工管理错综复杂,安全风险增大。
3隧道机电安装工程施工技术
3.1工程概况
某高速公路隧道,全长约1720m,作业面相对较长,各种机械设备、原材料以及施工技术人员的运输量大,工程质量要求高且,隧道机电安装工程合同工期仅为165天,工期十分紧张。而隧道机电工程由配电系统、消防系统、防雷及接地系统及火灾检测与报警系统等系统设备共同组成。
3.2机电安装工程施工技术
3.2.1施工准备
隧道机电安装工程正式施工前,首先确定项目的施工总进度方案和各项安装工程的具体施工计划及时间安排表。在安排施工技术人员、现场管理人员组成项目管理部时,应从公司各部抽调在机电、消防、通风、通信及自动化等相关专业且具有相对丰富的施工经验和较高理论水平的工程技术人员,并且这些人员要有从事相关工作经验的人员组成。在安装施工所需的设备准备方面,应注意配备足够的运输工具(如叉车、工具车等)和高精度测控仪器(如光纤熔接器等)。针对该隧道机电工程项目设备及材料需求量大,设备质量要求高等特点,对于大部分重要的大型机械设备和材料选择采用国外进口的先进机械和优质材料,并根据各分部工程的具体工期进场,否则会对施工现场造成不必要的拥堵从而影响工期顺利进行。
3.2.2关键施工技术
(1)通风与消防系统施工
在隧道机电安装工程中,消防系y和通风系统设备是主要的大型机械系统设备。该隧道通风系统选用纵向射流风机通风方式,在隧道洞顶上分散均匀地安装了18台1250mm、功率为60kW的射流风机,风机采用预制钢支架进行固定;消防系统供水设备主要包括有3台潜水泵(型号为QXl0)和3台消防泵(型号为XBD6.4/5-65型),潜水泵安装设置在相应的集水井内,消防泵则设置在消防泵房内。上述设备的主要安装程序如下:预埋件荷载试验,基础质量验收,机械设备进场验收,安装就位,粗平、精平,安装,调校,单机试运行。在隧道洞顶上安装射流风机时,要求对每块预埋铁构件进行相应的额定载荷试验,每一块预埋构件的强度、稳定性要通过测试验证后才能进行安装,射流风机的钢吊架选材、预制、安装以及焊接施工我们都要充分考虑到通风机长期悬空吊挂持续运行的特殊情况,保证通射流风机的长期安全运行。
(2)安装消防管道施工
消防安全也是隧道施工中的重要组成部分,所以隧道消防管道(包括隧道外消防集水井进出水管),总管都用直径DN200的管材,支管根据具体情况选用,消防管道接头处采用沟槽式方式进行连接[2],其主要安装程序如下:现场测绘,绘制消防管道系统如:加工草图,管材预制,管道支架、吊架预制,支吊架热镀锌处理,支墩混凝土浇注施工,管道、消火栓铺装,设备接口连接,管道内杂物清除,消防系统测试。由于隧道内同时施工的工程较多,施工人员较多,同时还有放着大量正在使用或近期的机械设备和材料,这就要我们对运输车预留好相应的通道,所以施工空间就有限。为了提高工作效率,拓展隧道内施工作业作空间,这就要施工人员将管道切割加工、配件制作等工序安排在隧道外的场地上进行,等到隧道内管道支墩、支架等基础设施完工后再将预制管道构件直接运进隧道内进行安装,但运输中要防止管道管口等易损部位或构件压槽碰伤。在安装消防管道时,应按管道走向按顺序依次铺装,要遵循先总管后支管、先大管后小管的原则,各总管和支管的三通接口处也均采用沟槽式管接头进行连接处理。消防栓应嵌入隧道侧壁结构内进行安装。
(3)电气以及监控系统的安装
该隧道电气系统主要包括有1个12kV高压的配电所,3个12/0.4kV电压的变电所,隧道内通风机动力系统及照明系统,以及防雷接地系统等设备,隧道内的照明灯具主要吊挂在隧道洞顶纵向布置的桥架下方,部分侧壁上装了转向信号灯。隧道内监控系统主要包括有中央控制室内的计算机房能对隧道进行智能化管理、如:智能火灾探测器、消防报警系统、扬声器、车速测定仪、紧急求救电话、彩色摄像机等设备。而且在安装隧道洞顶部位的桥架时,隧道顶部沿水平方向相对较大的弯曲度,若直接在洞顶放线定位安装桥架时十分困难。通过组织项目部工程人员“头脑风爆法”经项目部门技术人员制定出方案上报项目工程师的批准,先在隧道路面上放线定位,然后再用线坠将桥架的设计点位返至洞顶。由于洞顶的桥架、灯具、电缆及其他监控设备的安装量大,根据这种情况,还特别改装研制了十多个移动式安装平台。从而提高了施工效率,保证工期提供了保障。
参考文献
[1]贾宝林.论高速公路隧道工程施工技术探讨[J].科技创新导报,2011(27).