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摘要随着国民经济的稳步发展,我国的公路隧道建设也在突飞猛进地发展,为国民经济做出了重要贡献。根据多年的施工经验及体会,对隧道施工的关键要点提出一些看法,以供参考。
关键词隧道;开挖;支护;通风;道路;衬砌
中图分类号TU746 文献标识码A文章编号1673-9671-(2010)051-0098-01
我国的基础建设工程领域不断扩大,近十年的土木建设工程中地下工程的比例居高不下,并且向长大隧道发展,以避开不良地质,缩短运距,提高运力。总体来说,地下工程的建设技术已日臻成熟,新技术、新材料、新工艺、新设备的不断涌现为地下工程的建设提供了更为科学的保证措施。
1隧道工程施工的关键要点
隧道施工的终极目的是“贯通”,因此,不论采取何种方案都局限在“凿岩出渣、衬砌”这个范围内,施工方案确定后,开挖、支护、通风、道路和衬砌等各工序工艺是否科学,直接影响到施工的安全、质量和经济效益。
1.1开挖
1)TBM刀具的破岩机理。滚刀在刀盘上以一定的刀间距分布,掘进时刀盘在驱动装置的带动下匀速旋转,同时启动推进油缸使滚刀以一定的力作用在开挖面的岩面上。滚刀随刀盘的旋转在岩石摩擦作用下在开挖面滚动,当滚刀作用在岩石上的压力大于岩石的强度时,岩石被破坏剥落。岩石在滚刀正应力破坏的同时刀刃沿部分的岩石在应变时产生龟裂,刀盘进一步顶压,使得滚刀更加深入岩层,从而在岩层表面部分产生张力,导致龟裂向更深更远处进一步的增加,使相邻刀具作用轨迹之间的岩石剥落,从而实现TBM 的开挖掘进。
2)盾构的工作原理。现在较常用的盾构为组合盾构,其特点是自身能前进,不需要以衬砌环作后座,不用支配式的衬砌管片,可以用现浇的钢筋混凝土衬砌。它吸取了自进和任意组合灵活性好的优点,克服了体积大、推进较难等缺点。它的工作原理是:滑动护板宽约(坑道的横向)0.8 m～1.2m,长约(坑道的纵向)7m,与护板座组合成基本单元体,护板与护板座只能前后伸缩滑动,根据坑道的形状和大小的需要沿着坑道边界布置,护板座连成一个整体,组成为滑动护板自进盾构体。它是通过每个滑动护板逐个前进而向前推进,当全部护板前进完毕后,再将护板座拉向前进,至此使整个滑动护板盾构体前进一个进程。在它的保护下前部可以挖土并将土运走,而掘进后的尾部空间,此时滑动护板的尾部又是一个外模板,可以在它的保护下绑扎钢筋、立内模和端模并浇筑混凝土。机械掘进速度快、质量好,但成本高,对操作人员及地质条件要求高,其发展前景广泛;目前在我国隧道施工中钻爆法仍占主导地位。
3)钻爆法开挖。隧道钻爆法开挖关键是光面爆破的控制,光爆控制好,可以减少超欠挖,减少对岩体的扰动,减少混凝土回填,节约成本;光爆效果控制的好坏和开挖方式、钻孔设备及爆破参数的设计等因素有关。控制好光爆效果重点应从以下几方面着手。①选择性能良好的钻孔设备;②根据围岩级别综合考虑围岩状况、岩石整体性好坏、节理裂隙发育规律等多方面因素,精确合理设计爆破参数;③对操作人员进行岗前培训。
1.2支护
支护是安全的保证。隧道支护应根据不同的围岩类别及地质状况进行施作,对洞口存在堆积体、滑坡体、浅埋及软弱地层等不良地质隧道,如某隧道采用了大管棚、小导管注浆超前支护,地表注浆加固及地面旋喷桩加固等措施。部分隧道洞口设置抗滑桩保证坡体的整体稳定,进洞后尽快施作洞门,确保进洞洞口安全;洞内软弱地层地段以锚、喷、网为主要支护手段,必要时加格栅钢架,强化支护措施,同时减少对岩体的扰动,抑制围岩过度松弛变形,确保洞内施工安全。
1.3通风
1)独头通风。独头通风方式是目前采用的主要通风方式,独头通风又分为压出式通风和压入式通风。①压出式通风(抽出式) 。某隧道引水洞的施工过程中采用了压出式通风。本引水洞全长4000余米,单口长2000余米,无平导,当时采用1m直径的硬质通风管,通风设备采用2×55km 的日产通风机,通风机安装在洞口,爆破后废气从通风管抽出洞外,新鲜空气流经全洞,效果很理想,通风时间由原来的(软质通风管Ф100)210min缩短到30min,不论从施工进度或经济效益方面都取得了满意的效果,仅因通风时间的缩短而节约的电费和软质通风管的费用即可满足购置硬质通风管,同时硬质通风管也有其不便的因素,即制作及安装较困难。②压入式通风。是隧道施工中常用的方式,优点是掌子面空气新鲜,有利于施工人员工作,其关键是计算好通风量及风管、设备等。
2)巷道通风。利用平行导坑作主要回风道,如图1所示。巷道式通风的最大优点是在最短的时间内使正洞空气清新,采用这种方式通风应注意两个问题:①横通道应随导坑的前进及时封闭,一般保留不超过3个。②平行导坑口应设两道风门,横通道设一道风门,风门应保持密封,尽量做到不漏风。渝怀铁路枳城隧道出口采用巷道式通风,效果比较理想。
图1巷道式通风示意图
1.4道路
道路造环境。仰拱和铺底超前施作可以有效地改善隧道施工环境。首先,可以防止围岩过度松弛变形,对保证施工安全、消除安全隐患起到重要作用;其次,极大地改善了洞内环境,提高了洞内文明施工程度。在施工隧道仰拱和铺底时,铺设10m～12m跳板过渡,既保证了仰拱和铺底的施工质量,又不影响洞内其他工序施工。仰拱和铺底超前是值得推广的施工方案,关键是采取合适的方案避开与其他工序的干扰。
1.5衬砌
衬砌树形象。衬砌是隧道内最重要的结构。隧道衬砌质量的好坏直接关系到隧道施工安全及运营安全,也是一个单位的形象代表。隧道衬砌根据隧道长度、围岩状况及不良地质存在的情况等因素采用了整体式衬砌、复合式衬砌、抗水压衬砌等多种形式,同时注重施工质量,做到“内实外美,不渗不漏”。衬砌质量和原材料、混凝土配合比、搅拌、运输、浇筑、振捣、模板台车的安装就位等工艺控制及相关参数有关。即衬砌施工以距掌子面不超过200m为限。仰拱超前、衬砌紧跟能在洞内迅速形成闭合环,防止围岩过度松弛变形,保证了施工安全,在软弱地层段其作用更为显著。
2结语
以上对隧道施工中的关键要点进行了初步探讨,隧道施工的方法在不断发展,人类对隧道安全、快速的施工方法在不断探索,文中所论述的隧道施工的关键要素不可能一一概全,难免有遗漏之处,但对于具体的预防和改善需要在工程实践中多观察、多比较,对于出现的问题多分析、多总结,结合多种预防处理措施,才能起到更好的作用。
参考文献
[1]JTJ 04221994.公路隧道施工技术规范[S] .
[2]关书敏.公路隧道技术研究取得重大突破[N].中国交通报,2002.
[3]关宝树.隧道工程施工要点集[M].北京:人民交通出版社,2003.
关键词隧道;开挖;支护;通风;道路;衬砌
中图分类号TU746 文献标识码A文章编号1673-9671-(2010)051-0098-01
我国的基础建设工程领域不断扩大,近十年的土木建设工程中地下工程的比例居高不下,并且向长大隧道发展,以避开不良地质,缩短运距,提高运力。总体来说,地下工程的建设技术已日臻成熟,新技术、新材料、新工艺、新设备的不断涌现为地下工程的建设提供了更为科学的保证措施。
1隧道工程施工的关键要点
隧道施工的终极目的是“贯通”,因此,不论采取何种方案都局限在“凿岩出渣、衬砌”这个范围内,施工方案确定后,开挖、支护、通风、道路和衬砌等各工序工艺是否科学,直接影响到施工的安全、质量和经济效益。
1.1开挖
1)TBM刀具的破岩机理。滚刀在刀盘上以一定的刀间距分布,掘进时刀盘在驱动装置的带动下匀速旋转,同时启动推进油缸使滚刀以一定的力作用在开挖面的岩面上。滚刀随刀盘的旋转在岩石摩擦作用下在开挖面滚动,当滚刀作用在岩石上的压力大于岩石的强度时,岩石被破坏剥落。岩石在滚刀正应力破坏的同时刀刃沿部分的岩石在应变时产生龟裂,刀盘进一步顶压,使得滚刀更加深入岩层,从而在岩层表面部分产生张力,导致龟裂向更深更远处进一步的增加,使相邻刀具作用轨迹之间的岩石剥落,从而实现TBM 的开挖掘进。
2)盾构的工作原理。现在较常用的盾构为组合盾构,其特点是自身能前进,不需要以衬砌环作后座,不用支配式的衬砌管片,可以用现浇的钢筋混凝土衬砌。它吸取了自进和任意组合灵活性好的优点,克服了体积大、推进较难等缺点。它的工作原理是:滑动护板宽约(坑道的横向)0.8 m～1.2m,长约(坑道的纵向)7m,与护板座组合成基本单元体,护板与护板座只能前后伸缩滑动,根据坑道的形状和大小的需要沿着坑道边界布置,护板座连成一个整体,组成为滑动护板自进盾构体。它是通过每个滑动护板逐个前进而向前推进,当全部护板前进完毕后,再将护板座拉向前进,至此使整个滑动护板盾构体前进一个进程。在它的保护下前部可以挖土并将土运走,而掘进后的尾部空间,此时滑动护板的尾部又是一个外模板,可以在它的保护下绑扎钢筋、立内模和端模并浇筑混凝土。机械掘进速度快、质量好,但成本高,对操作人员及地质条件要求高,其发展前景广泛;目前在我国隧道施工中钻爆法仍占主导地位。
3)钻爆法开挖。隧道钻爆法开挖关键是光面爆破的控制,光爆控制好,可以减少超欠挖,减少对岩体的扰动,减少混凝土回填,节约成本;光爆效果控制的好坏和开挖方式、钻孔设备及爆破参数的设计等因素有关。控制好光爆效果重点应从以下几方面着手。①选择性能良好的钻孔设备;②根据围岩级别综合考虑围岩状况、岩石整体性好坏、节理裂隙发育规律等多方面因素,精确合理设计爆破参数;③对操作人员进行岗前培训。
1.2支护
支护是安全的保证。隧道支护应根据不同的围岩类别及地质状况进行施作,对洞口存在堆积体、滑坡体、浅埋及软弱地层等不良地质隧道,如某隧道采用了大管棚、小导管注浆超前支护,地表注浆加固及地面旋喷桩加固等措施。部分隧道洞口设置抗滑桩保证坡体的整体稳定,进洞后尽快施作洞门,确保进洞洞口安全;洞内软弱地层地段以锚、喷、网为主要支护手段,必要时加格栅钢架,强化支护措施,同时减少对岩体的扰动,抑制围岩过度松弛变形,确保洞内施工安全。
1.3通风
1)独头通风。独头通风方式是目前采用的主要通风方式,独头通风又分为压出式通风和压入式通风。①压出式通风(抽出式) 。某隧道引水洞的施工过程中采用了压出式通风。本引水洞全长4000余米,单口长2000余米,无平导,当时采用1m直径的硬质通风管,通风设备采用2×55km 的日产通风机,通风机安装在洞口,爆破后废气从通风管抽出洞外,新鲜空气流经全洞,效果很理想,通风时间由原来的(软质通风管Ф100)210min缩短到30min,不论从施工进度或经济效益方面都取得了满意的效果,仅因通风时间的缩短而节约的电费和软质通风管的费用即可满足购置硬质通风管,同时硬质通风管也有其不便的因素,即制作及安装较困难。②压入式通风。是隧道施工中常用的方式,优点是掌子面空气新鲜,有利于施工人员工作,其关键是计算好通风量及风管、设备等。
2)巷道通风。利用平行导坑作主要回风道,如图1所示。巷道式通风的最大优点是在最短的时间内使正洞空气清新,采用这种方式通风应注意两个问题:①横通道应随导坑的前进及时封闭,一般保留不超过3个。②平行导坑口应设两道风门,横通道设一道风门,风门应保持密封,尽量做到不漏风。渝怀铁路枳城隧道出口采用巷道式通风,效果比较理想。
图1巷道式通风示意图
1.4道路
道路造环境。仰拱和铺底超前施作可以有效地改善隧道施工环境。首先,可以防止围岩过度松弛变形,对保证施工安全、消除安全隐患起到重要作用;其次,极大地改善了洞内环境,提高了洞内文明施工程度。在施工隧道仰拱和铺底时,铺设10m～12m跳板过渡,既保证了仰拱和铺底的施工质量,又不影响洞内其他工序施工。仰拱和铺底超前是值得推广的施工方案,关键是采取合适的方案避开与其他工序的干扰。
1.5衬砌
衬砌树形象。衬砌是隧道内最重要的结构。隧道衬砌质量的好坏直接关系到隧道施工安全及运营安全,也是一个单位的形象代表。隧道衬砌根据隧道长度、围岩状况及不良地质存在的情况等因素采用了整体式衬砌、复合式衬砌、抗水压衬砌等多种形式,同时注重施工质量,做到“内实外美,不渗不漏”。衬砌质量和原材料、混凝土配合比、搅拌、运输、浇筑、振捣、模板台车的安装就位等工艺控制及相关参数有关。即衬砌施工以距掌子面不超过200m为限。仰拱超前、衬砌紧跟能在洞内迅速形成闭合环,防止围岩过度松弛变形,保证了施工安全,在软弱地层段其作用更为显著。
2结语
以上对隧道施工中的关键要点进行了初步探讨,隧道施工的方法在不断发展,人类对隧道安全、快速的施工方法在不断探索,文中所论述的隧道施工的关键要素不可能一一概全,难免有遗漏之处,但对于具体的预防和改善需要在工程实践中多观察、多比较,对于出现的问题多分析、多总结,结合多种预防处理措施,才能起到更好的作用。
参考文献
[1]JTJ 04221994.公路隧道施工技术规范[S] .
[2]关书敏.公路隧道技术研究取得重大突破[N].中国交通报,2002.
[3]关宝树.隧道工程施工要点集[M].北京:人民交通出版社,2003.