地鐵隧道工程范文
時間:2023-12-21 17:36:49
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篇1
一、地鐵隧道施工常用的施工方法
1、明挖法。明挖法是從地面由上而下深挖,從地面上一直挖到地下的標高為止,然后從基層標高的位置由下而上進行徹筑施工,完成地鐵隧道的主體施工,保證地鐵隧道的結構強度滿足實際使用需求。
2、暗挖法。暗挖法是在特定條件下,不挖開地面,全部在地下進行開挖和修筑襯砌結構的隧道施工方法。主要包括盾構法、淺埋暗挖法等。
(1)盾構法。盾構法是以盾構施工機械在地面以下暗挖隧道的一種施工方法,盾構法已經成為地鐵隧道施工的主要方法之一,在地鐵隧道施工中發揮著越來越重要的作用。
(2)淺埋暗挖法。淺埋暗挖法是一種在離地表很近的地下進行各種類型地下洞室暗挖施工的方法。在明挖法、盾構法不適應的條件下,淺埋暗挖法顯示了巨大的優越性。
二、地鐵隧道施工過程中易出現的問題及防治
1、地表沉降。施工引起的沉降主要表現在兩個方面,開挖進尺長度和初期支護的施工速度。開挖進尺長則臨空面大,產生沉降和發生坍塌的可能性大;開挖后初期支護施工完成的時間長,則開挖面無支護的時間長,產生的沉降就越大。
為減小和防止地面沉降。在盾構掘進中,要盡快的脫出盾構后的襯砌背面的環形建筑,空隙中充填足量的漿液材料。
2、盾構機掘進偏移
地鐵隧道地層巖面起伏較大,斷面內出現風化或洞體填充物的處理與周邊巖面差異較大,在此情況下,刀盤工作條件惡化,受力不均,掘進速度不均,姿態不易控制,易出現盾構機頭下垂、機頭向上的過量蛇形、偏離軸線等情況。為了防止這種情況的發生,盾構機推進時,派專人檢查、監測盾構機推進情況,主要檢查管片隆起情況,盾構機前休下部與導臺的結合情況以及盾構機底回填料是否飽滿,同時監測人員與盾構操控手要緊密配合,使盾構沿導臺中心推進。
3、防水施工過程。初支未補平即進行防水板鋪設。防水板保護不到位。縱向中埋式止水帶未居中埋設,二襯端部環向中埋式止水帶與縱向中埋式止水帶未有效連接。環向止水帶不居中,防水板搭接縫與二襯環向施工縫錯開距離小于1m。
4、二襯滲漏。縱向水平施工縫浮漿、雜物未消除。邊墻二襯鋼筋預埋偏位,鋼筋套筒連接頭處于“同一連接區段”;鋼筋保護層墊塊數量不足且無強度檢測報告;二襯鋼筋排距不滿足設計要求;二襯邊墻鋼筋違規采用焊接。
三、地鐵隧道施工過程管理
1、地鐵隧道工程管理的核心是實施有效的質量管理與過程控制,在對隧道施工過程做出正確的評價之后,對于偏差大于規定標準的狀態參數必須進行調整,作出最優控制策略,進而通過一定的組織機構,運用控制和調節的機制,保證決策方案的有效實施。
2、加強技術文件分析與探討,完善地鐵工程施工管理體系。作為地鐵工程施工管理的基礎,施工管理體系的完善是保障施工質量的基礎與關鍵。現代地鐵工程建設施工企業應在工程中標后加強對技術文件的分析與探討,結合地質勘探報告明確地鐵施工難點與質量控制要點。在此基礎上對施工管理體系進行完善,以施工管理體系的完善確保地鐵工程施工質量,促進工程施工建設質量管理工作的開展。
四、地鐵隧道施工風險管理
地鐵隧道工程作為一項大型工程項目,存在著大量的不確定性風險因素,這些不確定性風險因素加大了地鐵施工技術的難度,嚴重地影響著地鐵隧道工程建設目標的實現。風險管理是地鐵隧道工程項目管理中至關重要的一部分,且涉及面廣,問題復雜,工作量大。
1、地鐵隧道施工風險管理的基本內部。地鐵隧道工程項目是一個投資比較大、工期比較長、涉及面廣的復雜系統,在這些項目的建設過程中還會存在許多的不確定性和不可預見的因素,因而隧道工程建設中存在較大、較多風險因素。為使各風險因素對工程項目造成的不利影響降至最低,有必要在地鐵隧道工程施工中實施合理有效的風險管理。通過風險規劃、風險分析和風險監控,科學合理地使用管理方法、技術手段對項目涉及的風險實施有效控制,主動系統地對項目風險進行全過程管理及監控,達到降低項目風險,妥善處理風險事故不利后果的目的。
2、地鐵隧道工程的風險辨識
風險辨識是進行風險分析時要首先進行的重要工作,但多被人忽視,因此防礙了對問題作長遠、全面的考慮。當進行地鐵隧道工程建設時,能引起風險的因素很多,后果嚴重程度各異,遺漏主要因素是不對的,但每個因素都考慮也會使問題復雜化,風險辨識就是要合理地縮小這種不確定性。
五、地鐵隧道信息化管理
在地鐵工程建設施工中,施工全過程的信息化管理有助于地鐵工程施工的監控、有助于對施工現場各項參數與地質情況的監測。以信息化技術在地鐵施工中的應用使企業能夠及時了解施工現場情況、優化支護參數、監測地表移動變形等問題,進而及時調整施工方案、保障施工安全與施工質量。利用信息化管理技術提高施工質量、保障施工監測工作的開展,促進地鐵工程施工管理工作的開展。
動態化控制促使建設各方高度關注客觀條件的變化,是及時優化設計、施工方案的有效手段。但應把握兩個要點:一是在工程量調整中必須采用配套的合同管理模式,才能避免違背招標要約和合同原則的問題;二是在隧道的勘察設計中,必須加深前期地質工作,確保初始施工組織設計的合理性,以減小動態調整的幅度。對于隧道的進度控制,應該廣泛運用網絡技術,摸清影響進度的關鍵工序和關鍵環節,以便有針對地采取措施,提高進度控制力度。
六、地鐵隧道施工企業質量管理
強化施工企業質量管理意識,促進地鐵工程施工質量管理工作的開展。在現代地鐵工程建設施工中,施工企業質量意識的強化對地鐵施工質量管理工作的開展、相關制度的完善都有著重要的意義。針對施工技術簡單、施工企業經驗豐富造成的質量意識薄弱問題,地鐵工程施工企業應加強自身質量管理意識的強化。通過全員施工質量控制與管理意識的樹立,為施工過程中各項質量控制管理工作的開展奠定基礎,保障工程施工質量。
1、完善管理網絡,把質量、安全職責落到實處
從源頭上控制質量和安全生產風險。建立人、財、物等資源向優秀經營管理者集聚的機制,充分發揮生產要素的作用;成立項目評審機構,剔除營利水平低、施工管理難度大、質量和安全生產風險高、工程款支付能力差的施工企業。
2、強化現場管理,實行動態監控
要進行質量安全生產專項整治工作,統一思想、有序布置,排查反思、檢查督辦,才能很到良好的效果。專項檢查中檢查出來的隱患,能現場整改的整改,不能現場整改的落實專人整改。專項整治及隱患排查期間,實現現場動態管理。
3、廣泛動員,全員參與,積極開展質量安全宣傳教育活動
安全教育以內部和外部培訓相結合的原則,及時組織項目經理、安全員參加考核培訓。組織學習安全生產法律法規。對安全員、生產骨干應具備的素質和條件,以及安全員職責和工作任務都提出明確的要求;通過培訓學習,在思想上認識到從“要你安全,變我要安全”的觀念。進一步提高全員的安全意識。
4、加強質量安全隊伍自身建設
加強隊伍自身建設,認真學習國家相關法律法規、施工規范。
篇2
關鍵詞 地鐵隧道;火災;防火
中圖分類號 U231 文獻標識碼 A 文章編號 1673-9671-(2012)012-0170-01
1 城市地鐵隧道工程火災特點
1.1 煙、熱危害嚴重
因地鐵出入口少,空氣流通不暢,通風不足,氧氣供應量不足,發生不完全燃燒,致使一氧化碳、二氧化碳等有毒氣體的濃度迅速升高,高溫煙氣的擴散流動,不僅使所到之處的可燃物蔓延燃燒,更嚴重的是導致疏散通道能見距離降低,即使在強力照明條件下能見度也只在1.0 m以內,影響人員疏散和消防隊員撲救火災。由于地鐵的內部空間比較封閉,發生火災后,煙、熱不能及時排出去,使熱量集聚,內部空間溫度上升很快,發生“轟燃”的時間也比較短,但發生“轟燃”后,由于通風量的限制,轟燃之后的燃燒速度比地面建筑慢,而且燃燒產物中的毒性成分、一氧化碳等濃度較高,散熱慢,由煙、熱造成的危害更大。
1.2 人員疏散困難
地鐵疏散由于受到條件限制,出入口少,疏散的距離較長;火災時,人員疏散只能步行通過出入口或聯絡通道,地面建筑火災時使用的云梯車之類的消防救助工具對地下的人員疏散就無能為力。最重要的是火災時,平時的出入口在沒有排煙設施或排煙設施效果較差時,將成為噴煙口,高溫的濃煙的流動方向與人員逃生的方向一致,都是從下至上,而煙氣的擴散流動速度比人群的疏散逃生速度快的多,人們就在高溫濃煙的籠罩下逃生,能見度大大降低,使人群心理更加恐慌,同時煙氣中的有些氣體,如氨氣、氟化氫和二氧化硫等的刺激使人的眼睛睜不開,使人心理極度恐懼,可能會癱倒在地或盲目逃跑,造成不必要的傷亡。
1.3 撲救困難
地下建筑的火災比地面建筑的火災撲救要困難得多。我國地下建筑發生的數起大火中,最長的一次延燒時間為41天。這次火災共邀請了28個單位540名專家研究滅火方案,救火人員死亡4人,80多人受傷;搶救和滅火工作十分艱苦。地鐵發生火災時究竟發生在哪個部位,無法直觀火場,需要詳細詢問和研究工程圖,分析可能發生火災的部位和可出現的情況和危險,才能作出滅火方案。而且由于滅火線路少,出入口又經常是火災時的冒煙口,消防隊員在高溫濃煙的情況下很難接近著火點
1.4 火災蔓延快
隧道內一旦起火,由于煙囪效應,溫度和煙氣會迅速傳播,大部分能量被用去加熱通風的空氣。此時,順風側空氣的溫度可達到1 000℃以上,熾熱的空氣在流經途中可把它的熱量傳遞到任何可燃的材料上,這樣火可以從一個燃料火源跳躍一個長度引燃下一個著火點。這個跳躍的長度約為隧道直徑的50倍。由于地鐵相對封閉,和外界的聯系只有出入口和換風口,故煙、熱不能及時排出,使熱量聚集,內部空間溫度上升很快,地鐵工程火災具有減光性。當煙氣彌漫時,可見光因受到煙粒子的遮蔽而減弱能見度大大降低,同時煙氣中的有些氣體如氨氣、氟化氫、二氧化硫等的刺激使人的眼睛睜不開從而妨礙人員的疏散。火災時的濃煙滾滾使人們的心理產生恐怖感,有的失去活動能力癱倒在地,有的失去理智盲目逃跑造成不必要的傷亡。正因為地鐵隧道的這些特點使得在地鐵隧道內消防措施應該采用最技術先進、行之有效的方法。
2 地鐵工程的防火手段與發展
我國地鐵工程現有的消防設施系統主要有消火栓滅火系統,化學滅火設施,自動報警系統,自動噴水滅火系統,防火防煙分區,防排煙系統,安全疏散和結構耐火的設計。而現在“消”方面在隧道區間主要采用的仍是比較傳統的自動報警+消火栓滅火系統,只有在設有商業網點的車站站廳才設自動噴水滅火系統,在車站管理用房和設備用房內,因其設備的特殊性通常采用化學滅火設施。
2.1 消火栓滅火系
消火栓滅火系統目前仍是地鐵消防設計中采用的主要滅火工具,因其價格便宜,安裝方便而被普遍采用。消火栓用水量按全線同一時間發生一次火災考慮,消火栓的布置要保證任何位置失火,都能同時有兩股水柱到達。
2.2 自動噴水滅火系統
自動噴水滅火系統具有很高的滅火、控火率,且不污染環境,應該有很廣闊的應用前景。但目前在地鐵工程消防的設計中應用的很少,只有在設有商業網點開發的車站才設自動噴水滅火系統,原因是多方面的。不采用的原因經濟上是因為費用太高,在滅火效果上的原因是認為使用自動噴水會使煙氣層高度降低,擾亂煙氣層的流動規律,不利于排煙和疏散。但是,自動噴水也有很多優點。
1)可撲滅初期火災,消火栓滅火系統滅火要經歷發現火災、報警、然后消防員去救火。等到消防員趕到出事地點時可能火災已經發展到無法控制的地步,錯失了滅火的良機。而且地鐵內著火外部很難發現具體的著火點,又給撲救帶來了困難。
2)采用細水霧,可降低煙氣濃度,且用水量少。
3)可靠性更高。
2.3 防火分區和防排煙系統
車站每一個防火分區最大允許使用面積不大于1 500 m2,采用水幕保護的防火卷簾。防煙分區面積最大為750 m2。發生火災時,人員的傷亡絕大多數是被煙氣熏倒、中毒、窒息所致。因此,地鐵工程中的防排煙系統就特別重要。以免影響疏散。安全疏散系統:車站內設最高優先權的防災廣播。且確保車站乘客在6 s內疏散完畢,即列車遠期高峰小時滿載的乘客和站臺上候車的乘客以及工作人員在內全部安全撤離,設計時確保下車乘客至就近通道和樓梯間的最大距離不超過50 m。
2.4 結構耐火設計與性能化防火
地鐵的地下工程及出入口、風亭、地面車站均應按一級耐火等級設計,裝修材料按一級防火要求。采用鋼筋混凝土結構,且要對鋼結構進行防火保護處理。地鐵工程火災的防護應嚴格執行地下工程防火規范,貫徹“預防為主,防消結合”的方針,進一步完善人防工程防火設計及施工規范,盡快組織專家編寫地下工程的消防設計規范和施工技術規范。隨著社會經濟的飛速發展和建筑科技的長足進步,新型建筑的大量出現使性能化防火設計成為一種新型的防火設計方法。
3 結論
傳統的處方式設計己經不能滿足新型建筑的防火需要。但在地鐵防火設計中,性能化防火設計采用的還很少,在我國,性能化防火設計方法已受到越來越多的人們的重視,發展與采用性能化防火設計已成為人們的共識,制定性能化防火設計規范也成為許多學者和設計人員談論的重要話題。
參考文獻
篇3
關鍵詞:地鐵隧道,防水注漿,技術應用
1案例地鐵隧道工程基本概況
某地鐵隧道長1697m,沿線地形起伏陡峭,線路高程4555m,埋深3-106m,所在區域年平均降水量220.9mm,周圍地質以三疊系板巖夾片巖為主,山坡廣泛分布洪積碎石土和坡積角礫土,因此工程施工時需考慮到板巖和片巖的節理、裂隙發育等,另外勘察資料顯示隧道周圍地表水來自附近溝床季節性流水和地面降水,而地下水來自于基巖裂隙水,水源非常豐富。在施工時發現隧道襯砌結構背后的圍巖具有良好滲透性,地表水和地下水滲透到襯砌結構后郁積其中,導致防水層的局部破壞,再加上其他因素的影響,最終出現嚴重滲漏水問題。為解決工程的滲漏水問題,本工程參照《地下工程防水技術規范》和《隧道排放水技術規范》的相關要求,采取“防、排、截、堵”相結合的施工方式,借助注漿、噴涂等方法,旨在減少圍巖變形和加強混凝土薄弱位置,保證地下水排放量達標。與此同時,本工程還參照《地下防水工程質量驗收標準》,將工程防水等級列為4級,驗收時檢查是否存在漏水點、流線和漏泥砂現象,而且需將工程平均漏水量控制在2L/?d之內,在隧道內任何位置100范圍內的防水面積,平均漏水量不得大于4L/?d。
2案例地鐵隧道工程防水注漿技術的應用方法
在了解案例地鐵隧道工程施工背景概況的基礎上,可以看出該地鐵隧道工程滲漏水問題解決的迫切性,而防水注漿技術,在相關工程當中表現出優良的適用性,在此分別對本隧道圍巖、結構縫、襯砌背后進行防水注漿施工:
2.1圍巖防水注漿方法
本隧道圍巖掌子面位置,涌水問題頗為嚴重,直接威脅開挖面的穩定性,需對該位置的防水注漿,具體施工方法如下:
(1)注漿準備。在注漿之前,將砼噴射于掌子面之上,在噴射厚度約15cm之后,檢查掌子面是否完全嵌入初支里面,目的是避免掌子面注漿期間出現泡漿現象,與此同時,于掌子面放線和標出注漿孔位置,依次擺放和調試鉆孔機具,對準標注好的孔位鉆孔。鉆孔期間,外插角必須調整,同時觀察地層變化狀況,以此判斷鉆孔位置是否準確和作為注漿效果分析依據。每鉆完一個注漿孔,立刻將注漿管插入其中,留出約10cm連接輸漿管,同時將速凝砂漿注入注漿管與注漿孔之間的縫隙。
(2)注漿施工。圍巖防水注漿所需的漿液,借助漩流式攪拌機均勻攪拌而成,期間同時放水和投入外摻劑,在攪拌溶解后,投入水泥攪拌約5min,然后將攪拌好的漿液,過濾后倒入儲漿桶。注漿時,壓水試驗管路密封性程度和注漿泵運轉情況,視情況控制注漿的高度、速度和水灰比,以及觀察注漿壓力、孔口、掌子面的情況,如果發現異常,譬如掌子面跑漿,需進行及時處理。每個孔注漿后2小時內,檢查各個孔的出水量,并與標準滲漏水設計量比對分析,如果大于該設計量,則需要重新掃孔、鉆孔、注漿,直至出水量合格,同時記錄好注漿期間流量、壓力等變化情況,作為判斷注漿成效的依據,并在注漿結束后,清洗干凈管路、設備等,以免殘留的漿液堵塞管路而影響設備正常使用。
2.2結構縫鉆孔化學注漿方法
結構縫需采用鉆孔化學注漿方式,即在確認裂縫位置后,標注孔位、鉆孔和利用壓力水沖洗裂縫,再進行化學注漿,其施工方法如下:
(1)裂縫位置確認。本地鐵隧道結構縫確認,需清除干凈襯砌表面,找準和標記好裂縫位置,然后圍繞裂縫,在其環向10cm的襯砌表面范圍內,利用雙快水泥封堵裂縫,并在裂縫位置預留檢查孔,其中檢查孔需與注漿孔保持約2倍的距離。
(2)孔位標注和鉆孔??v向裂縫鉆孔位置的標注,必須位于裂縫之上,并且與裂縫保持30cm的縱向距離,而環向裂縫鉆孔位置以交錯的方式,于裂縫左右側布置,其中鉆孔的間距,結合裂縫寬度而定,裂縫寬度小于1mm時,鉆孔間距30cm;裂縫寬度在1mm-3mm之間時,鉆孔間距40cm;裂縫寬度不小于3mm時,鉆孔間距50cm。鉆孔時,選用規格φ12.6mm的鉆頭,同時借助坡度尺嚴格調節鉆孔的傾角,縱向裂縫與環向裂縫的鉆孔,孔深控制在32cm,孔口距離裂縫垂直距離為16cm,傾角為36.03°,鉆進時保持沖擊力度的均勻和孔洞的順直,盡可能減少對孔口混凝土的擾動。
(3)壓水沖洗裂縫。鉆孔后,將風管插入孔底,以高壓風將孔內的粉塵等清除干凈,然后插入注漿嘴代替風管,以2-13Mpa的水壓,通過注漿嘴往孔內壓入清水,目的是徹底清除裂縫中的灰塵和潤濕裂縫,達到標定估算流水量后,即可停止壓水,時間大約在0.5-1min之間,期間如果發現壓水時間太長,而且水壓回落速度緩慢,則說明鉆孔與裂縫沒有相交,應加深或者重新鉆孔,最后再利用高壓風將孔內積水吹干。
2.3襯砌背后回填注漿方法
襯砌背后采用回填注漿方式,需要在標注孔位的基礎上,進行鉆孔、清縫、封縫、安裝注漿管,然后進行回填注漿,其施工方法如下:
(1)標注孔位。分別在拱頂中心、拱頂兩側拱腳、拱腳距離水溝蓋板1.8m位置,標出孔位,然后對每個孔進行編號,其中除了拱頂中心的孔位保持3m間距,其他位置的孔位,均以2m為標準間距。所標注的孔位,與環向縫保持至少50cm的距離,以免鉆孔時加劇環向裂縫的開裂。
(2)鉆孔、清縫、封縫和安裝注漿管。根據標注的孔位編號,先鉆奇數編號孔,然后再鉆偶數編號孔。其中成孔直徑與注漿管大小一致,即40mm,孔深則需要超過兩層防水板。鉆孔后,按照結構縫鉆孔化學注漿的方式清孔和封孔,再將準備好的PVC材料注漿管插至孔底,固定好之后將注漿管閥門關閉。
(3)回填注漿。奇數編號孔選用普通硅酸鹽水泥漿液,其中摻入約水泥重量9%的抗裂膨脹劑,而偶數編號孔選用GRM水泥漿液。注漿時,先注漿奇數編號孔,按照從下而上的順序,分別注漿邊墻孔、拱腳孔、拱頂孔,注漿壓力控制在0.6-0.8MPa范圍內,每次在壓力達到設計值后,需要穩壓5分鐘左右,等到壓力下降,再繼續壓漿,直至結束注漿,而偶數編號孔注漿壓力控制在0.8MPa,其他注漿工藝一致。注漿期間,要密切觀察襯砌結構的變化情況,檢查是否存在漏漿、漿液滲出等問題,并及時采取措施解決。
3結束語
文章通過研究,基本明確了案例地鐵隧道工程圍巖防水注漿、結構縫鉆孔化學注漿、襯砌背后回填注漿技術應用的方法,考慮到其他地鐵隧道工程防水注漿施工要求和條件的差異性,以上方法在其他工程中應用時,還需要結合具體工程的施工情況,進行靈活參考借鑒。
參考文獻
[1]王清江,王悅.地鐵隧道襯砌背后注漿防水及裂縫滲水整治技術研究[J].國防交通工程與技術,2012,(1):72-74.
篇4
關鍵詞:地質鉆探技術;鐵路隧道工程;應用措施
1地質鉆探技術的特點分析
開展鐵路隧道工程前,施工單位要對施工區域實際情況進行有效調查,根據工程施工特點明確具體的施工位置,同時需要為地質鉆探技術應用做好準備工作。在地質鉆探時,需要完成地質探測目標,根據工程施工實際情況,科學、合理規劃工程線,開展有效的地質鉆探的施工作業式。由于鐵路隧道工程特殊要求不多,在實際控制階段,可充分運用鉆探法,在特殊地段鉆探階段,需要根據鉆探目標合理改善調整工作計劃。此外需要結合鐵路隧道工程特征,合理選擇鉆孔工具,需要針對巖石情況和圖紙條件,開展地質鉆探工作[1]。
2鐵路隧道工程中地質鉆探技術存在的問題
當前我國勘察市場缺乏科學化管理,并且逐漸減少投資量,在工程地質鉆探過程中主要是利用勘察資料完成相關工作,因此鐵路隧道工程比較特殊,一些機構為了獲取較多的經濟效益,因此增加了弄虛作假的問題,影響到勘察市場的秩序,無法獲取預期工作目標。我國不斷擴大鐵路隧道工程規模,同時不斷提高投資力度,雖然具有國家政策支持,但是我國地質勘察地質鉆探技術工程水平仍舊較低。對比國外的勘察機構,我國地質勘察隊伍存在飽和問題,國家并未終端地質勘察工程的資金鏈,同時相應的政策。但是在實際勘探工作中,勘察隊伍不符合國家發展需要,在地質鉆探技術和研發工作中也面臨相似問題,在一定程度上限制我國地質鉆探工作發展[2]。
3地質鉆探技術的具體分析
3.1繩索取芯技術
該技術在運用時,不用反復操作,將巖心取出,如果工具有堵塞可以落實打探的工作,學入其中取出巖心就可以有效完成工作任務。繩索取芯鉆探技術操作難度比較低,可以提高整體鉆探效率,使整體工作效率水平不斷提升。當前在鐵路隧道工程中廣泛利用繩索取芯技術,因為這項技術具有較低的鉆探深度,可以獲取完整的巖心。此外具有較高的鉆孔效率,可以有效縮短操作時間,促使工作人員投入更多的精力處理意外事故,延長鉆頭整體使用壽命。此外可以降低工作人員的勞動成本,因此在未來將會進一步拓展這項技術的應用范圍。
3.2液動潛孔錘
使用該技術需要加入沖洗液有效運行,有力推進鉆探工作,通過反復運動,向鉆頭傳遞一定的作用動力,完成工作目標。在反復運動過程中產生一定的沖擊力,并有效掌握工作的節奏。當前在復雜地質中更多的利用液動潛孔錘鉆探技術,在使用之前工作人員需要全面檢查設備,保障設備緊固效果,因此液動潛孔錘鉆探工作中震動頻率比較大,通過緊固設備,可以提高工作的穩定性,優化整體工作性能。液動潛孔錘鉆探技術進一步改進和完善常規鉆探技術,可以提高鉆探效率和質量,如果巖土層具有較高的硬度,也可以利用液動潛孔錘鉆探技術,利用這項技術可以提高整體工作效率,同時可以節省鉆探成本。工作人員在利用這項技術可以解決復雜巖層問題。當前不斷發展新型鉆探技術,也不斷擴大液動潛孔垂鉆探技,在實際應用階段也存在不完善之處,例如因此長期用于高強度工作環境當中,很容易損壞鉆頭,因此工作人員需要加大維護力度,進一步優化鉆頭工作性能,延長鉆頭的使用壽命[3]。
3.3反循環鉆探技術
循環介質直接影響到反循環鉆探技術,如果在實際工作中利用水利作用,通過鉆頭的鉆探作用,把巖心取出。該技術數據準確,并且可以在無水環境下,重要使用此技術,但是在實際應用中存在技術方面的限制,需要施工單位根據工程實際情況酌情考慮應用。反循環鉆探技術可以根據介質特征分為兩種形式,第一種介質是水,第二種介質是空氣。利用空氣反循環鉆探技術,首先需要壓縮空氣,利用雙壁鉆桿外管降壓縮空氣,并且向鉆孔底部輸送空氣,通過空氣膨脹箱巖石上傳遞作用力,最終利用壓縮的空氣作用力向地表運輸巖石碎屑,因此獲取巖土樣本,并且需要化驗巖土樣本。水利反循環系統的工作原理和空氣鉆探具有一致性,二者的不同之處在于水利反循環的介質是泥沙或者誰,因此獲取巖心。對比二者,空氣反循環的鉆探效率比較高,可以降低經濟成本和勞動成本,在干旱缺水地區更加適用,利用水循環鉆探技術可以獲取更加精確的信息,同時可以輔助化驗人員明確地質構造信息,減少工作時間,同時可以降低整體勞動成本,但是這種方式耗能比較大。一些地區的地質具有松軟的特征,很容易發生坍塌問題,可以利用兩種鉆探技術[4]。
3.4組合鉆探工藝
當前應用的最為廣泛的地質鉆探技術為組合鉆探工藝,可以綜合設備的各種功能,根據不同工具的性能,優化整體工作效果,因此保障地質鉆探工作效果。組合鉆探工藝具有很強的綜合性,通過結合繩索取心和反循環取樣技術,提高整體工作效率,降低人工成本,因為組合鉆探工藝具有廣闊的適用范圍,工作人員可以結合工程施工需求,合理選擇鉆探手段。
3.5空氣泡沫鉆進技術
空氣泡沫鉆主要是混合氣體和液體以及發泡劑,因此形成泡沫流體,可以用來沖洗介質。在工程勘探工作中遇到空巷等底層,利用傳統鉆進技術無法獲取準確的資料,甚至會引發工程事故。利用空氣泡沫鉆進技術可以避免發生鉆孔漏失問題,使地質鉆探效率因此提高[5]。
3.6其它新材料技術
除去上述的地質鉆探技術,當前在鐵路隧道工程中開始利用一些新型材料,例如在干旱地區可以利用節水鉆探技術,在研究鉆頭的過程中,利用超聲波技術制作出金剛石鉆頭,根據這些地質鉆探技術的特性,在不同的地質環境中利用,工作人員需要經過實地考察合理選擇地質鉆探技術,有效節省鉆探成本,同時進一步提高地質鉆探工作效率。
3.7在地質勘查中全面應用鉆探技術
地質鉆探技術在地質勘察工作中廣泛利用,在各個地質勘察階段都可以利用,因為不同的地質鉆探技術具有不同的優缺點,在實際應用階段需要綜合考慮自然因素和人為因素,把握鉆進深度和鉆孔目的,合理選擇鉆進方法。在選擇地質鉆探技術的過程中,工作人員需要根據不同的情況合理選擇鉆探方式,高效獲取巖心。在勘察地下水文的過程中,工作人員需要結合鉆孔結構含水層的要求,在土層鉆探過程中,主要是利用干鉆,同時需要盡量縮短鉆探工作路程。因為我國地質鉆探工作已經發展一段時間,因此已經形成了完整的技術體系,勘察人員在勘察階段,需要嚴格遵守工作規定,掌握各種專業知識,嚴格遵守具體的操作流程,順利開展勘察工作。此外需要根據鐵路隧道工程的需要,制定出科學的規定,在地質勘察過程中,鉆探人員需要合理選擇取土方式和鉆土類型,使鉆探工作效率進一步提高。
4鉆探技術設備的應用方法
4.1擊入法
在各種地質條件中都可以利用擊入法,在取料階段,工作人員需要利用輕錘多次沖擊鉆孔外側,此外也可以可利用重錘少量沖擊鉆孔內部,在硬質土層中擊入法應用效果比較好,結合可靠性數據,利用孔內重錘法,可以提高整體工作效率,優化工作效果[6]。
4.2壓入法
針對軟土地質,在取樣階段需要利用壓入法,在實際工作中利用連續性壓入法,因此獲取土層樣品,工作人員需要利用專業的按壓裝置按壓提取目標土層,如果土層比較復雜,可以利用斷續壓入法,在工作過程中不會擾動土層,為后續工作奠定基礎。
5鐵路隧道工程地質鉆探技術未來發展趨勢
5.1技術的未來發展
使用地質鉆探,其范式和模式具有單一性的特點,所以在應用時有明顯的問題。我們國家不斷開拓地質的鉆探技術,在地質鉆探過程中,要充分運用智能化的設備,開展深入的工作研究工作。所以在開展鉆探方式,需要對新技術加以研究、分析,在實際工作過程中,充分運用各技術設備開展工作。
5.2設備的未來發展
當前,我們國家的地質鉆探技術在不斷發展,鐵路隧道工程不斷發展,利用傳統的地質鉆探設備很難滿足工程要求,未來滿足工程施工要求,需要加大力度研究地質鉆探設備。由于設備非常多元化,在設計中如果一味只用單一的設備,可能會造成工序復雜、操作機械等問題,所以在實際工程開展情況下,需要使用具有多功能的設備進行工作[7]。在地質鉆探過程中,為了提高巖心采取率,工作人員需要合理選擇鉆心和取芯工具。在地質鉆探工作過程中,工作人員可以選用金剛石鉆頭,金剛石鉆頭主要包括高溫燒結和低溫電鍍兩種類型,電鍍金剛石鉆頭具有良好的性能,嚴格根據標準選擇電鍍鉆頭,使地質鉆探的巖心采取率因此提高。
5.3地質鉆探工藝發展
在在地質鉆探過程中,鉆探工藝直接影響到巖心采取率,因此工作人員需要合理選擇鉆探工藝。在砂層鉆井過程中,需要設置泥漿護壁,利用階梯式肋骨硬質合金鉆頭,實現循環式鉆進過程,在礫砂中選用方柱狀的硬質合金鉆頭。在鉆進破碎石階段,工作人員可以利用雙管鉆具,循環開展雙管鉆工作,使巖心采取率因此提高,順利開展地質鉆探工作[8]。
5.4發展建議
科學技術不斷發展,也進一步發展了我國地質鉆探技術,但是我國鉆探設備還不夠先進,需要進一步提高自動化程度,影響到地質鉆探工作效率。此外在地質鉆探過程中,因為缺乏完善的管理制度,需求高素質技術人員,影響到該行業的發展。為有效提高我們國家地質鉆探技術的水平,一是需進一步發展我國地質鉆探技術,加強研究鉆探設備,積極學習和引進國外先進技術,使我國地質鉆探設備的自動化水平因此提高。另一方面在開展地質鉆探工作的過程中,需要提高操作人員的安全意識,完善各項工作制度以及有關工作。在開展相關工作時結合人員的專業特點,有效提升地質鉆探的工作質量。在開展地質鉆探工作時,需要利用各種新方法和新技術,因此研發新技術和新方法需要經歷較長的時間,因此為了更好的利用新技術,需要加大力度宣傳新技術和新方法,落實現場演示工作,有效應用新技術,進一步發展我國的地質鉆探技術。
6結束語
本文分析了地質鉆探技術在鐵路隧道工程中的應用,為了發揮出地質鉆探技術的作用,在實際工作中,需要加強創新和優化,優化地質鉆探技術應用效果,同時可以提高鉆探效率,為鐵路隧道工程施工奠定基礎。
參考文獻
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篇5
【關鍵詞】地鐵 區間隧道 盾構機
成都市地鐵一期工程為規劃地鐵一號線的紅花堰至世紀廣場段,正線全長15.15km,其中地下線長11.92km,高架及過渡段長3.23km。計有車站13座,車輛段及綜合基地1處,控制中心1座,主變電所1座。
1 環境條件
成都市地鐵一期工程位于成都市中心南北主軸線和主要客運交通走廊內,沿線建筑物密集,商貿繁榮,交通十分緊張。線路途經火車北站、騾馬市、市體育中心、天府廣場、省體育館、火車南站、行政廣場、世紀廣場等交通樞紐和主要客流集散點以及待開發的城南市級副中心和高新技術產業開發區。
2 地質情況
成都市地鐵一期工程沿線第四系地層廣布,基巖埋藏較深,由北向南第四系地層厚度逐漸變薄.其厚度36.5-15m,自上而下有下列各層:
2.1 人工填筑層(Q4ml)
2.2 第四系全新統沖積層(Q4al)
上部為可塑粘土或粉質粘土、粉土,厚0.6~4.1m,北薄南厚。下部為卵石土,濕~飽和,稍密-
密實,厚2~10m。卵石成份為巖漿巖質、變質巖質,呈圓形、亞圓形,多為微風化,少為中等風化。卵石粒徑一般為4-9cm,部分大于12cm,含少量粒徑大于20cm的漂石。
2.3 第四系上更新統冰水沉積、沖積層(Q3fgl+a1)
當其上無全新統(Q4al)覆蓋時,一般具二元結構:上部為可塑粘土、粉質粘土,厚0.8~6.4m;下部為卵石土,飽和,—般中密—密實,少為稍密,厚7.0~15.om,北段沙河附近厚度大于25m,卵
石呈圓形、亞圓形,巖漿巖質、變質巖質,多為微風化,少為中等風化,卵石粒徑一般為5~8cm,部分大于15cm,由于冰水的攜帶作用,沉積了較多的大粒徑礫石,據試驗段地質詳勘報告和全線地質咨詢報告,現已發現最大粒徑達到670nllrl,試驗段卵石粒徑分析表示:漂石(>200mill):O~22.3%,卵石(20~200mm):45.6%-74.6%,礫石(2—20mm):3.1%-20.1%,砂粒(
2.4 第四系中更新統冰水沉積、沖積層(Q2fgl+al)
主要為卵石土,飽和,中密-密實。一般厚3~9m,最薄1.4m,局部大于15m,9陌成份為巖漿巖質、變質巖質,多為中等風化,具弱鈣質膠結,粒徑3-8cm,部分大于15cm,含少量大于20cm的漂石。
2.5 白堊系上統灌口組(K2g)
泥巖,紫紅色,泥質結構,中厚~厚層狀構造,節理裂隙較發育,巖面埋深14-37m。
地下水主要賦存在卵石土中,水量極其豐富,滲透系數K=12.53-27.4m/d,枯水期地下水位埋深3—5m,豐水期2-4m。
3 區間隧道施工方法的選擇
施工方法對結構型式的確定和工程造價有決定性影響。施工方法的選定,一方面受沿線工程地質和水文地質條件、環境條件等多種因素的制約,同時也會對工程的難易程度、工期、造價、運營效果等產生直接的影響。
成都市地鐵一期工程通過交通繁忙、客流集中、房屋密集、地下管線縱橫地帶,為減少地鐵施工對城市交通和市民正常生活的干擾,宜采用暗挖法施工。
3.1 礦山法
地鐵區間隧道采用礦山法施工,是近年來為適應城市淺埋隧道的需要而發展起來的一種施工方法,也稱淺埋暗挖法,目前在我國地鐵區間隧道建設中已廣泛采用。淺埋暗挖法施工工藝簡單、靈活,并可根據施工監控量測的信息反饋來驗證或修改設計和施工工藝,以達到安全、經濟的目的。
根據線路縱剖面設計,該段區間隧道全部位于飽水的砂卵石地層中,隧道施工前必須在沿線超前進行施工降水,并且由于砂卵石土層松散,無膠結,本身無自穩能力,因此開挖前必須在拱部采用管棚進行超前支護,控制圍巖的變形,防止隧道上方圍巖坍塌。并通過管棚對地層進行注漿加固,使拱部砂卵石層得到膠結,形成注漿加固圈,以提高砂卵石層的自穩能力。施工時原則上應少擾動圍巖,宜采用管超前、短臺階、短進尺,環形開挖留核心土,及時施作初期支護,并修建仰拱盡快形成封閉結構,勤量測及時反饋信息。并及時對初期支護背后進行回填注漿。
1992年施工的成都市順城街人防工程鹽市口地段,采用暗挖人行通道連接,其通道全長55.093m,開挖寬度5.8m,凈高5.6m,隧道基底埋置深度為15m,頂部覆蓋層厚度7.55m。其工程位于飽水、松散、無膠結的砂卵石地層中,施工中采用了松散圍巖淺埋暗挖法,包括大面積井點降水、大管棚注漿超前加固、密排小管棚超前預支護及格柵支撐和模噴混凝土等技術,取得了成功。
成都市順城街人防工程所處的地質條件及周邊環境類似地鐵暗挖區間隧道。因此,人行通道的建成是地鐵區間隧道采用礦山法施工的一次成功的嘗試,為地鐵工程提供了十分寶貴的經驗,也提出了工程中須解決的技術問題。人行通道施工時曾考慮了小導管超前注漿加固和長管棚超前注漿加固兩種方案。小導管施工簡單、靈活,無須大的鉆機設備,可加快施工進度,費用較低。但根據多組小導管成孔的試驗結果證明,在這種密實的的砂卵石地層中,用一般鐵路隧道常用的鑿巖機鉆孔,成孔困難,由于卵石卡鉆導致無法鉆進,也無法插入鋼管,故最終采用了潛孔錘沖擊旋轉跟管鉆進成孔工藝,邊鉆進邊跟管,形成旋轉鉆進,沖擊跟管,巖芯管攜出砂石之循環作業系統,采用大管套小管的長管棚方案,取得了成功。
成都市地鐵一期工程區間隧道大部分地段通過中密~密實的Q3砂卵石地層,其卵石含量高,且大粒徑卵石含量較多,經施工降水后,其地層較緊密,采用常規技術施作超前支護相當困難。因此,如何從設備及工藝上解決超前支護技術,并提高工效,降低造價是成都地鐵一期工程能否采用礦山法作為區間隧道主要施工方法的關鍵及風險所在。根據國內其他城市地鐵工程的經驗,由于礦山法施工條件所限,往往工程質量控制較難,工程竣工后,襯砌開裂及滲漏水比較普遍。成都地鐵區間隧道位于飽水的砂卵石地層,滲透系數大,地下水補給充足,因此,如何保證防水混凝土及防水板施工質量,避免地下水的滲漏,對于確保地鐵運營安全和保護周圍環境至關重要。
線路出紅花堰站后將下穿3棟7層樓住宅房屋(條形基礎),鐵路站場股道,隨著線路向南延伸,還將穿過房屋群、兩處河道段及火車南站站場股道。如前所述,采用礦山法施工必須在整個施工過程中實施降水,降水影響范圍達到500m左右,由于在粘性土之下或卵石土層中存在飽和狀的稍密-松散狀態的砂、粉細砂土,因此沲工降水引起上覆土層的固結沉降對兩側淺基礎房屋及地下管線將會帶來一定的影響。由于成都地鐵砂卵石土為松散、無膠結、無自穩能力的地層,因此暗挖沲工通過建筑物下方時,除要保證基礎與隧道頂部之間有一定距離外,最主要的是要采取有效措施減少圍巖變形,將其沉降量控制在不影響地面建筑物的安全和正常使用范圍內。線路通過府河、南河段,由于受鄰近車站埋深或既有建筑物的控制,隧道仍然在砂卵石中通過,因此在兩處河道段采用礦山法施工在技術經濟上是不現實的。
綜上所述,根據全線的工程地質和水文地質情況、周圍環境條件,目前推薦礦山法作為成都地鐵區間隧道主要施工方法條件不成熟,但在區間隧道聯絡通道或渡線地段可采用礦山法施工。
3.2盾構法
盾構法是暗挖隧道施工中一種先進的工法。盾構法施工不僅施工進度快,而且無噪音,無振動公害,對地面交通及沿線建筑物、地下管線和居民生活等影響較少。由于管片采用高精度廠制預制構件,機械化拼裝,因而質量易于控制。盾構技術的發展,尤其是泥水式、土壓平衡式盾構的開發、使之在松散的含水砂層、砂夾卵石層、高水壓地層等所有地層中進行開挖成為可能,所以當工程地質和水文地質條件以及周圍環境情況等難以用礦山法和明挖法施工時,盾構法是較好的選擇。上海地鐵及廣州地鐵盾構施工的區間隧道工程質量優良、對城市環境影響小,所取得的成就令人矚目。因此,地鐵區間隧道采用盾構技術已成為發展的必然趨勢。繼以上兩城市采用盾構技術之后,南京、北京、深圳地鐵區間隧道,均采用了盾構法施工,目前工程正在實施之中。
3.2.1盾構機類型的選擇
盾構施工法是“使用盾構機在地下掘進,邊防止開挖面土砂崩塌,邊在機內安全地進行開挖作業和襯砌作業,從而構筑成隧道的施工工法”,因此,盾構施工工法,是由穩定開挖面、盾構機挖掘和襯砌三大要素組成。選擇盾構施工方法時,在充分掌握各種施工方法特點的基礎上,根據工程的圍巖條件,選擇能保持開挖面穩定的機型,對于確保施工順利和安全可靠至關重要;成都地鐵通過地層為富水的松散、無自穩能力的砂卵石層,礫卵石含量高,且在隧道范圍內可能存在隨機分布的少量大粒徑漂石,因此,所選擇的盾構機,既要能確保開挖面的穩定,又能處理少量大粒徑漂石。據調查,目前世界上已有相當數量的工程實例及相應的盾構機設備。
如瑞士的Grauholz隧道是—座長5.5km的鐵路雙線隧道,內徑10.6m。通過地段地質十分復雜,由于冰河時代阿爾卑斯山的冰川匯人該地區,松散的土壤沉積物構成了該地區的整個地質構造:粘土、細砂、中砂及卵石,還可能遇到抗壓強度高達200MPa,尺寸超過幾米的大塊礫石。由于隧道兩端洞口區段由富含地下水的松散沉積物構成,中間段通過穩定巖層,盾構機選用直徑為11.6m的混合式盾構,在松散地層中采用泥漿盾構的開挖方式,利用錨固在刀盤上的刀具切割大礫石,在巖層地段采用敞開式掘進方式。又如德國漢堡4座易北河公路隧道,隧道長3.1km,內徑12.35m,隧道沿線遇砂、淤泥、冰河漂流物以及直徑大于2m的大塊漂石。隧道掘進采用直徑14.2m的混合式盾構機,以泥漿支護其開挖面,完成了其中2 561m地段的隧道工程。英國Fylde Coastal水利改建工程、加拿大Shcppald大街地鐵隧道,成功的采用盾構機刀盤上的滾刀處理了地層中卵石。在日本,由于地質條件復雜,位于山地河流帶多為砂卵石且含有大漂石地層。據不完全統計,在最大卵石粒徑>400mm的砂卵石地層中,采用盾構法施工的工程實例見表1。由此表明在日本采用土壓平衡式盾構或泥水式盾構在砂卵石且含有大粒徑卵石地層中進行盾構隧道施工已有相當多的工程實例。
在自穩性差的飽水砂卵石地層中,為了保持開挖面的穩定應選擇密封式盾構機,但究竟是選用泥水式盾構還是土壓平衡式盾構機呢?下面將從開挖面穩定、大粒徑漂石處理方式、排土設備、造價四個方面進行比較。
3.2.2開挖面的穩定
泥水式盾構是在盾構正面與支承環前面裝置隔板的密封倉中,注入適當壓力的泥漿,并與大刀盤切削下來的土體混合,經充分攪拌后形成高濃度的泥水,然后用排泥泵及管道輸送至地面。由于有一定壓力的高濃度泥水可在較短時間內使開挖面土體的表面形成透水性很低的泥膜,使泥水壓力通過泥膜向土層傳遞,形成地層土水壓力的平衡力。泥水盾構對地層擾動最小,地面沉降小(可控制在10mm),易于保護周圍環境,如廣州地鐵一號線黃沙—公園前地段,隧道通過飽水砂層、淤泥等軟弱地層,地面有密集的明末清初舊房,地鐵施工采用兩臺泥水式盾構,成功的完成了四個區間盾構隧道,地面沉降基本控制在10mm以內。因此采用泥水式盾構通過建筑和鐵路股道,安全性高。
土壓平衡式盾構是指在推進時靠由刀盤切削下來的土體使開挖面地層保持穩定的盾構。盾構的前端緊靠刀盤設置密封倉,盾構推進時,前端刀盤旋轉切削土體,切削下來的土體進人密封土倉,當土倉內的土體足夠多時,可與開挖面上的土、水壓力相抗衡,使開挖面地層保持穩定。盾構在砂卵石地層中掘進時,因土的摩阻力大,滲透系數高,地下水豐富,單靠掘削土提供的被動土壓力,常不足以抵抗開挖面的水、土壓力;此外,由于土體的流動性差,使在密封倉內充滿卵石土后,原有的盾構推力和刀盤扭矩常不足以維持正常推進切削的需要,密封倉內的碴土也不易于流人螺旋輸送機和排出地面。因此,應向開挖面、土倉內、螺旋輸送機內注人掭加劑(膨潤土或高效發泡劑),通過刀盤開挖攪拌作用,使注入的添加劑和開挖下來的土砂混合,而將泥土轉變為具有流動性好和不透水的泥土,及時充滿土倉和螺旋輸送機體內的全部空間,通過盾構千斤頂的推力使泥土受壓,與開挖面土壓和水壓平衡,以穩定開挖面。這類盾構稱為加泥式土壓平衡盾構。
由于土壓平衡式盾構,可通過控制排土量或進土量,較好的維持正面水土壓力的平衡,在水位高,含砂量大的地段,可加入添加劑,提高土砂的流動性和不透水性,以保持開挖面的穩定。由于它對不同的地層有較好的適應性,所以目前土壓平衡式盾構機已占絕對優勢,國內地鐵絕大多數選用土壓平衡式盾構機施工區間隧道,均取得了較好的效果。與泥水式盾構相比,在砂、礫石層中掘進時,只需加適當的添加劑,就能保持開挖面的穩定,但省去了分離設備,因而加泥式土壓平衡盾構的出現是盾構法技術的一大進步。
3.2.3大粒徑漂石處理力式
成都地鐵區間隧道主要通過Q3,砂卵石地層,根據試驗段地質詳勘資料分析及全線地質咨詢報告,漂石占0-22.3%(重量比),已發現最大漂石粒徑670mm,在局部地段大粒徑漂石富集成群,因此,無論選用何種盾構機,都有大粒徑漂石破碎問題。
(1)泥水式盾構
由于泥水式盾構是采用排泥管和排泥泵進行出土,—般可以連續輸送的礫石長徑應小于排泥管直徑的1/3。通常排泥管直徑為100-200mm,因此被排除的礫石直徑最多為50-70mm。試驗段地質詳勘資料表明,在Q3層中粒徑大于80~60mm的漂卵石,達到了2.4-75.7%(平均達31.61%),也就是說,在排泥管之前有較多數量的石塊需進行破碎,從目前掌握的資料可有兩種處理力式。
①工作面破碎+機內破碎
在工作面利用刀盤上布置的滾動刀將大粒徑的漂石破碎至300-400mm,然后通過刀盤上的開口將卵石土放進機內進行第二次破碎,其破碎設備可放在壓力倉內,也可設在后方排泥管之前,將礫石再次破碎后,才進入排泥管。
②工作面破碎+礫石分級
工作面刀盤上的滾刀將大粒徑漂石進行第一次破碎之后,利用在壓力倉與排泥管之間設置的旋轉式分級器進行礫石分級處理,將粒徑大于50—70mm的礫石分離出來,采用斗車等運輸工具運至洞外。
因此,在含有大粒徑砂卵石地層中采用泥水式盾構,需要對礫石進行兩次處理,出土效率必然降低。
(2)加泥式土壓平衡盾構
加泥式土壓平衡盾構是采用螺旋輸送器進行排土,由于配備的螺旋機直徑受到盾構機尺寸的限制,所以可能排除的卵石直鋤;受到限制,如中軸式螺旋輸送器直徑為700mm時,通過最大礫石粒徑為250mm,采用帶式螺旋輸送器雖然可以連續排除礫石的粒徑要大得多,但是對于少見>600mm的漂石輸送亦有困難,所以仍需利用刀盤上的滾刀將大粒徑的漂石破碎至300~400mm左占,然后通過刀盤上的開口放進機內后采用帶式螺旋輸送器排土,所以采用加泥式土壓平衡盾構只進行一次破碎,且破碎的數量較少,出土效率高
3.2.4 排土設備
(1)泥水式盾構
泥水式盾構是通過排泥管和排泥泵將土石送至地面泥漿處理場,經分離后的泥漿再通過送泥管輸送至工作面。由于開挖下來的石土為砂卵、碎土石,對排泥管和泵的摩耗較大。在管路彎曲部位或盾構機不可能更換的部位,應采取厚管壁管道等措施。排泥泵的能力必須能確保所需的流量和揚程,還必須確保碴土中的固體物能夠順利通過。
(2)加泥式土壓平衡盾構
排土設備可選擇中軸式螺旋輸送器或帶式螺旋輸送器。中軸式螺旋輸送器可連續排除石塊的粒徑受限,但是止水性和耐壓陛較好。帶式螺旋輸送器可排除400mm石塊,但止水性差。為解決帶式螺旋輸送器產生土砂噴發現象,除加人添加劑外,可在輸送器上加設滑動閘門、錐閥等止水裝置,或采用兩段帶式螺旋輸送器來解決。
3.2.5設備費用
泥水式盾構需配置龐大的泥漿分離設備,費用高,占地面積大。成都地鐵擬定的盾構始發井地段難以找到其場地。加泥式土壓平衡盾構開挖出來的含部分添加劑的土石如不進行處理,則可省去大筆分離設備費用和場地。兩者相比較加泥式土壓平衡盾構機設備費用低。
3.2.6推薦采用的盾構機類型
(1)技術經濟比較
以下從十一個方面對泥水式盾構和加泥式土壓平衡盾構進行比較(表2)
表2 泥水式盾構與加泥式土壓平衡盾構優缺點比較
(2)類似工程經驗
表1表明在日本含大粒徑漂石的砂卵石地層中多采用土壓平衡式盾構機施工。另外《隧道標準規范(盾構篇)及解說》(日本1996年)中對盾構施工現狀問卷調查表明,目前在日本類似成都地質條件地層中加泥式土壓平衡盾構使用的工程范圍遠大于泥水式盾構。(注:泥水加壓式盾構即為泥水式盾構,泥土壓式盾構即為加泥式土壓平衡盾構)成都市地鐵一期工程區間隧道可采用泥水式盾構或加泥式土壓平衡式盾構,但經以上技術、經濟比較及參考類似工程經驗,推薦加泥式土壓平衡盾構。
篇6
關鍵詞:地鐵隧道,盾構法施工,成本
1 工程與地質概況
1.1 工程概況
北京地鐵十號線(含奧運支線)十一標段,包括麥子店西路站~亮馬河站和亮馬河站~農展館兩個區間,使用兩臺盾構同向推進。先后從麥子店西路盾構始發井,分別掘進左、右線至亮馬河站北端頭井,然后轉至農展館;再從農展館出發,掘進至亮馬河南端頭井結束,前后依次掘進長度為2121.6m和697m,施工流程如圖1。
區間隧道為單圓隧道,圓形區間隧道的內徑為5400mm,外徑為6000mm。采用有一定接頭剛度的單層襯砌。襯砌環全環由三塊標準塊、兩塊鄰接塊及一塊封頂塊構成。襯砌環環寬為1200mm,采用錯縫拼裝。
1.2 地質概況
北京地鐵十號線(含奧運支線)十一標段隧道穿越粉質粘土③1層、粉質粘土④層、粘土④1層、粉土④2層、粉細砂④3層、卵石圓礫⑤層、中粗砂⑤1層、粉細砂⑤2層、粉質粘土⑥層、粘土⑥1層、粉土⑥2層、細中砂⑥3層、中粗砂⑦1層等土層,地層交錯混雜。
隧道沿線地下水包括:上層滯水(水位埋深為2.30~7.70m)、潛水層、承壓水,地下水對混凝土結構無腐蝕性,對鋼結構具弱腐蝕性,在干濕交替環境下對鋼筋混凝土中的鋼筋具弱腐蝕性,在長期浸水條件下對鋼筋混凝土中的鋼筋無腐蝕性。
2 地鐵隧道盾構法施工成本的主要影響因素
2.1 盾構的選型
盾構選型主要包括:盾構類型的選擇,如泥水式還是土壓式;盾構具體結構的選擇,如刀盤形式、刀頭配置、開口位置及開口率、推進千斤頂的推進行程等。盾構選型不僅直接關系到設備的購置費,更與造價的合理性有關。不合理的選型,一方面會因為設備的預留儲備過多,設備的利用率低,從而造成設備購置費用占整個工程造價的比重過高,形成不必要的浪費;另一方面,如果所選盾構不具有很好的地層適應性,不僅會造成高能耗低產出,而且會造成工期的延誤,從而最終導致工程造價的劇增[2]。
因此,合理而科學的盾構選型應結合擬建隧道的功能、總長度、埋深、地質條件、沿線地面建筑物、地下構筑物和管線等環境條件,以及對地表變形的控制要求等做綜合的分析后決定,從而使得所選盾構產生最大的費效比。
土壓平衡盾構能夠適應從砂、粘土到卵石的各種地層。對于地層中有較大粒徑的卵石,在盾構刀盤的設計上應采用合適的刀盤開口率及開口口徑;為保證開挖下來的卵石、土的流動性、可排性,有效地穩定開挖面,可在密封倉內加入添加材料(如泥漿,專用泡沫等),螺旋輸送器也應保證大粒徑卵石的排出;針對施工中的承壓水,為防止在出碴過程中出現噴涌現象,盾構機的出土裝置應能應付較大的地下水壓力。另外,進一步對泥水式平衡盾構和加泥式土壓平衡盾構的主要特性進行了比較,其內容與結果詳見表1.
根據表1[1]的兩種機型技術特性的比較結果可以看出,對于北京市地鐵十號線十一標隧道盾構法施工,加泥式土壓平衡盾構的技術經濟比較合理,建議為首選機型,概略圖如圖2。
2.2 土的工程地質性質
北京地鐵十號線(含奧運支線)十一標段沿線多種地層并存,交錯混雜。根據隧道穿越的不同地層,沿線可劃分為3個地質段,分別為粉質粘土、粘土、粉土地質段;粉質粘土、粉細砂、中粗砂、細中砂、粉土地質段;粉細砂、卵石圓礫地質段。
2.2.1 粉質粘土、粘土、粉土地質段
該地質段的地層土體密實度高,土中粘粒成分較多,而隧道下部已進入承壓水中,土體遇水粘度大,因此土體有很好的自穩能力。開挖面平衡以及有效的地表沉降控制均較易實現,沿線同步注漿壓力及注漿量較恒定。刀具磨損小。但粘性土較易附著于刀盤表面及靠近中心區域的刀盤開口,有時泥土層會越積越厚,形成大“泥餅”,阻礙施工的正常進行,造成切削效率降低,刀盤扭矩增大;切削土體進入土倉后也易附著于倉板表面,常發生螺旋輸送機的粘附堵塞,盾構不能正常掘進,導致工期延長,施工費用增加。
因此,有必要進行土體改良,采用泡沫、膨潤土等外加劑來改善土體的流塑性和滲透性,在增加土體流動性的同時降低其附著性,防止土體附著于刀盤或土倉內壁,效果十分顯著。并根據出土的情況、盾構掘進速度、刀盤扭矩等參數合理調整泡沫在注入管路分配和注入位置,使刀盤前方、土倉內和螺旋輸送機內都能夠有適量的泡沫注入,使土體改良效果達到最佳,從而提高盾構掘進效率,降低工程造價。
由于泡沫、油脂等材料消耗較少、同步注漿壓力及注漿量較恒定、刀具磨損小等因素,相對來說,施工成本較低。
2.2.2 粉質粘土、粉細砂、中粗砂、細中砂、粉土地質段
在該地質段隧道已進入潛水位。隧道中部為粉細砂、中粗砂,土層較厚;頂板為粉質粘土,土層較薄;底板為粉質粘土、粉土,局部為中粗砂。粉細砂、中粗砂為潛水含水層,易發生涌砂。
該地質段隧道側壁圍巖土體自穩能力差,同時受地下水的影響,一旦被擾動極易發生坍塌、地下水突涌等現象。地層較難在長時間內維持穩定的土倉壓力,地表沉降控制難度大,操作不當會產生開挖面上方的局部坍塌。砂性土中含個別礫石,石英含量較大,刀具磨損較嚴重。沿線同步注漿壓力及注漿量比粉質粘土、粘土層有所增加。這些加大了施工難度,影響工程造價。
針對以上問題,在施工中的土體改良添加材料,采用泡沫與泥漿配合使用,改善了土體的和易性、流動性和止水性。隧道上部為粉質粘土,下部為粉細砂、中粗砂、細中砂,屬于上軟下硬地層,為防止盾構“抬頭”,要保持下俯姿態(即傾角為負)。
由于泡沫、泥漿、同步注漿量、油脂等材料消耗增加,刀盤扭矩增大,刀具磨損較嚴重等因素,導致施工成本比粉質粘土、粘土層要高。
2.2.3 粉細砂、卵石圓礫地質段
隧道斷面經過的地層以粉細砂、卵石圓礫層為主,上覆地層為主要為粉細砂,部分為粉質粘土。隧道已進入潛水位,粉細砂、卵石圓礫層為潛水含水層,施工中易發生流砂、涌水等工程問題,是施工中控制難度最大的地段。
根據地質勘察報告,卵石圓礫層屬低壓縮性土,最大粒徑105mm,一般粒徑10~30mm,粒徑大于2mm顆粒含量約為總質量的55%,土體自穩能力差。切削下來的土體較易堆積在土倉下部而難以充滿整個土倉,維持土壓平衡的難度增加;大粒徑卵石不但切削或破碎困難,而且切削下來的渣土經螺旋輸送機向外排出也十分困難;刀盤和螺旋輸送機以及密封艙內壁磨損嚴重,而且盾構掘進過程中產生的震動和噪音對周邊環境影響較大;刀盤扭矩明顯增大,掘進速度慢,刀具磨損快;停止掘進時土壓力消散快,再啟動困難;砂、卵石圓礫層的滲透性較大,土倉內壓力消散較快,維持開挖面穩定有一定困難。
主要措施:①研究土體改良外加材料的選用以及地層處理效果的改善,除泡沫、膨潤土以外增加了壓縮空氣、泥漿配合使用,有利于實現土壓平衡,加強了刀具的、冷卻,改善了工作狀態,提高了切削效率,大大降低了刀具磨損速度,同時改善了土體的和易性、流動性、止水性和可排性;②向土倉內注入泥漿并充分攪拌,改善土倉內土體的性質,防止土壓力的快速消散,保持開挖面的穩定;③為克服刀盤再次啟動的困難,用泡沫注入開挖面以利于刀具切削,泥漿注入倉內以降低倉內土體的摩阻力,為刀盤轉動提供有利條件;④在掘進操作本身,在保持土壓平衡的前提下,通過合理調節排土機構與推進千斤頂,使刀盤順利啟動;⑤由于砂、卵石圓礫層的滲透性較好,卵石粒徑較大,土體與管片圓環間的“建筑空隙”加大,注漿壓力增大,實際同步注漿量應大于理論計算量,以確保填滿全部建筑空隙。必要時,調整砂漿的配合比,增加水泥用量,縮短砂漿的初凝時間,加快管片周圍土體的固結,避免地面沉降超限。根據實際情況,為彌補同步注漿的不足,可以考慮采用管片背后二次注漿作為補充,必須保證管片背后空隙充填密實。在本地質段,每環注漿量在“建筑空隙”的160%~180%;⑥砂、卵石圓礫層的滲透性較好,富含地下水,加強盾尾油脂的壓注工作,加大盾構的密封功能。
由于刀盤扭矩增大、刀具磨損嚴重、掘進速度降低、切削效率降低、泡沫、泥漿、膨潤土、壓縮空氣等外加劑使用量和油脂、注漿量增加、設備折舊費和掘進費用增加以及施工監測費用增加等因素影響,致使該地質段成為工程造價最高的地質段。
3 結語
文章主要從盾構的選型和土的工程地質性質兩個方面論述了對地鐵隧道盾構法施工成本的影響。尤其是通過對土的工程地質性質的分析,得出盾構在粉質粘土、粘土、粉土層中施工成本較低,在砂土、卵石圓礫層中施工控制難度最大,施工成本最高。
篇7
關鍵詞:地鐵暗挖隧道;全斷面注漿;效果檢驗
1 工程概況
某地鐵車站有4個出入口通道,由于受深南大道及眾多市政地下管線的影響,車站出入口通道采用暗挖礦山法結合明挖順作法施工。暗挖段采用復合式襯砌結構,暗挖長度為35m~40m,斷面型式為拱頂直墻斷面,開挖面積43m2,結構厚度為:初期支護300mm,二次襯砌500mm。車站4個通道情況基本相同,本文就1號通道的施工來進行介紹。
2 工程地質及水文地質
根據地質詳勘圖和車站施工所揭示的地質情況來看,1號暗挖通道從地面向下依次為3.5m的素填土,拱部約4m厚的砂層,洞身中部約有1m后的粉質粘土,下部為圓礫或砂層。
本工程地下水按賦存條件主要分為孔隙潛水及基巖裂隙水。
孔隙潛水主要賦存在第四系砂層、圓礫及粘性土、殘積層和全風化花崗巖中,局部地段略具承壓性。基巖裂隙水主要賦存在花崗巖強風化層~中等風化層中,具承壓性。本次勘察期間地下水位埋深0.70~3.60m,水位變幅0.5~2.0m。通過通道明挖段施工,由于施工點緊靠河流,地下水具有流動性。
3 設計輔助措施
由于暗挖通道埋深僅為4m,洞身處于砂層,地下水位高且比較豐富,通道上方為車流繁忙的深南大道,還有眾多的地下管線(有φ200燃氣管和φ800給水管)。為避免通道暗挖施工對上部管線和深南大道交通造成較大影響,拱頂除采用大管棚和超前小導管注漿輔助措施外,還采取了全斷面(開挖輪廓線外1m范圍)注漿加固地層,形成止水帷幕,以確保施工安全。
4 全斷面注漿的施工
4.1 全斷面注漿情況
根據本工程特點和地層狀況,以及以往相似工程的實際經驗,本工程選用TGRM前進式分段深孔注漿工藝。TGRM是該注漿工藝中采用的特殊注漿材料的名稱,該注漿材料是專為地下工程注漿施工而發明的。
TGRM前進式深孔注漿工藝由于其漿液的獨特性,工藝特別適合城市隧道下穿道路、管線及既有構筑物的超前加固施工。
由于隧道開挖時對道路和管線(給水管和燃氣管)下沉控制的嚴格要求,注漿材料采用TGRM水泥基特種灌漿料,因為該漿液具有以下幾個特點,能有效的控制地表的下沉。
(1)耐久性:該注漿材料主要成分為無機的硫鋁酸巖水泥,外加多種特種外加劑組成,為永久性注漿加固漿液,可滿足工程10年的使用壽命要求。能有效的控制地表在隧道開挖過后的繼續下沉問題。
(2)早強性:該種漿液在水灰比1∶1的使用條件下,漿液2h的強度可達到2MPa,24h的強度可達到10MPa以上,使隧道被注漿加固后,幾乎不需要時間等待漿液的強度即可實現開挖施工,有效的提高到了施工效率。
(3)微膨脹性:與普通水泥漿液凝結固化體積收縮相比,該種漿液在注入地層固化的過程中漿塊具有1%~2%的膨脹率,能有效的填補隧道在開挖過程中對土體的擾動而引起的地表下沉。
(4)抗分散性:漿材在生產過程中被加入了適當的絮凝劑,使漿液具有一定的抗分散性,該性能的特點是能有效的防止地下水流對漿液的沖散,控制注漿范圍,節省注漿材料,對地下水位較高和水流較強的地層具有較好的適用性。
(5)與其他漿液的對比:TGRM漿液同時具有耐久性和早強性的特點,解決了雙重管使用的雙液漿(WSS和CS漿)性能不耐久(僅3~7d)和漿塊強度過低的缺點,進而也解決了使用雙液漿加固開挖后的隧道,開挖通過后地表持續下沉的問題(隨著雙液漿強度喪失,漿液從隧道周圍土層滲出,地表持續下沉,時間長達3~4個月,累計下沉量很大)。
(6)與其他漿液的對比:TGRM漿液微膨脹性和抗分散性的特點,解決了普通水泥漿在固化時漿塊收縮進而引起地表下沉和地下水位偏高時漿液擴散無法有效控制的問題。同時也克服了水泥漿固化時間較長,注漿后需等待時間開挖,浪費功效問題。
4.2 全斷面注漿參數
注漿參數主要根據地層實際情況進行試驗確認,并在現場施工中不斷完善調整,注漿過程中,結合注漿壓力變化情況,現場動態調整優化注漿參數。本次結合砂層和粉質粘土特性,設定注漿參數見下表1。
4.3 全斷面注漿的施工
(1)注漿工藝
TGRM前進式分段深孔注漿工藝具體過程是:首先采用水平地質鉆機成孔,開孔后安裝孔口管,在孔口管內分段向前鉆注施工。每一循環進尺控制在2~3m,成孔后退出鉆桿,安裝法蘭盤及注漿管進行注漿,待漿液凝固后拆除法蘭盤,再進行鉆孔……如此循環,直到鉆進深度達到設計要求(見下圖1)。
(2)工藝流程圖
(3)施工方法及工藝要求
1)注漿范圍 TGRM前進式深孔注漿每循環施做長度為14米,開挖12米,留2米作為下一循環施工的止漿巖盤。注漿施工前掌子面需噴射50cm的網噴混凝土封閉。
每斷面加固范圍為初支結構外1m(如下圖2)。根據加固要求,設計鉆孔共分8排,總計鉆孔數78個。
2)鉆孔施工 鉆孔施工前必須封閉掌子面,施工止漿墻,以防止在注漿時漏漿。施工鉆孔在掌子面范圍內進行布設,根據漿液擴散范圍確定其角度及長度。
施工順序:①定孔位:按照圖紙要求,在掌子面標示出孔口位置。鉆孔角度根據現場具體情況調整;定孔位偏差不得大于20mm,鉆孔角度偏差不得大于1°。在鑿孔定點上,施工人員要嚴格按照輻射角度要求進行鉆孔注漿;鉆孔深度和角度根據技術交底現場確定。
②鉆機就位:參照設計圖紙要求,嚴格掌握鉆桿深度,要慢速運轉,掌握地層對鉆機的影響情況,以確定該地層條件下的鉆進參數。密切觀察溢水出水情況,出現大量溢水時,應立即停鉆,分析清楚實際原因后方可繼續施工。
③提升鉆桿:嚴格控制提升速度,每次回退出長度不大于20cm,勻速上升。回退出孔的鉆桿應及時清洗,以備后用。
④漿液配比:采用計量準確的計量工具,按照設計配方配料。
⑤注漿:根據要求,嚴格控制每孔注漿量、提升速度、注漿壓力,將壓力控制在0.15-0.75MPa-之間(可以根據現場情況進行調整)。注漿還應密切關注漿液流量,當壓力突然上升、下降,漿液溢出時,應立即停止注漿。必須查明異常原因,采取必要的措施(調節注漿參數、移位、打斜孔等方式)方可繼續注漿。
施工機械:根據施工要求及現場施工條件限制,使用能夠傾斜和偏移角度的ZDK-5水平工程地質分體式液壓鉆機。
4.4 全斷面注漿效果的檢驗
全斷面注漿完成后,在通道正式開挖前,需進行鉆芯取樣測定抗壓強度,加固后的土體強度需達到1.5Mpa以上,如未達要求,需補充注漿。
5 注漿實際效果
1號通道經3個循環全斷面注漿后,經鉆芯取9個芯樣,只有2個芯樣抗壓強度為1.0Mpa和1.1Mpa,其他均大于1.5Mpa,經補鉆注漿后,進行開挖作業,注漿作業每循環用時10天,共用時30天。由于采取了超前大管棚,同時全斷面注漿效果較好,開挖支護作業施工正常,40m暗挖通道經3個循環施工,共用時45天。經監測,通道開挖道路沉降最大量25mm,人行道管線最大沉降20mm。滿足設計及規范要求。
篇8
關鍵詞:施工技巧 單一、分離式隔墻技術 連拱隧道修建
1.前言
城市地下鐵之間的連接線路繁瑣復雜,其結構形式也是多種多樣,但都是由不同的三連拱、單連拱隧道連拱組合而成,在施工作業上,由于隧道的斷面較多,加大了施工工序的難度,對此分別提出了針對三連拱與單連拱隧道的施工技術方案,并且達到了快速施工、節約成本的目的,是一個優質的施工方案。
2.地下鐵路連拱隧道群施工技術分析
(1)地下鐵路連拱隧道群包括三連拱隧道與單連拱隧道,針對三連拱隧道,可以直接進行右線的插入,支撐隧道的支柱參考數可以保持不變,隧道保護的安全格柵進行環狀的安置,并且全部都是采用混泥土噴灑,保持其不被腐蝕,在隧道中墻地段,固定中心墻拱的錨要加強其承受力,設置位置要相對的固定在拱墻的頂端,要在墻拱安全格柵處安置上一座縱向的安全梁,增加施工作業的安全性跟穩定性;在進行隧道開挖時,要嚴格按照施工方案的循環開挖尺度,格柵之間的距離最好保持在0.6米;在遇到中墻開挖無法進行人工作業時,可以相對應的使用弱爆破技術,如果在經濟允許的條件下可以使用靜態爆破,這樣就可以減輕爆破時震動對巖層的干擾;開挖作業完工后,就是第二次的襯砌,在中墻空隙的地方進行支柱的回填,做好采用千斤頂作為支柱,其固定性好,不會出現空隙的余留;中墻施工分為兩側進行,不可兩側同時進行,等兩側的中墻都施工完畢了,最后再進行中間巖體的開鑿與襯砌[1]。三連拱在施工過程中要注意墻體的結構是否穩固,如果出現墻體巖層變形或者泥土散落、巖層收斂不足的現象,就要及時進行墻體的加固,必要的時候還要停止施工,在對巖體進行加固穩定后,再繼續工程的施工。在國內還沒有有效的對三連拱中斷分離的施工技術案例,對于其預先的隧道結構分析以及隧道施工安全性的檢測尤為重要,三連拱隧道的修建也要提前做好各項準備,保證施工工程的有序安全進行。
(2) 地鐵隧道還有一種隧道模式就是雙連拱隧道對于其施工可以采取右線內折穿過雙連拱隧道,使用單一式的施工方案進行施工,在右線穿過隧道小洞口的側面可以開鑿出一條臨時的的通道口,在進行中墻拱頂的固定支撐錨設置,跟三連拱的錨設置一樣,可以三連拱雙連拱一起進行,施工過程中要防止出現偏倒,兩邊的重要要均衡;中墻施工完后,就進行右線施工,右線施工要按照順序進行,先從右線比較大的開始,最后再到小的,要保證整條右線是一個環狀體,不可出現縫隙;中墻施工與雙連拱施工要在右線中墻施工后進行,當中墻施工與雙連拱施工進行時,右線施工要停止工作,一直到中墻施工完工為止;單一式的中墻施工技術雖然在雙連拱隧道上能得到很好的質量施工,但是其也有很大的弊端,因為連拱隧道內的長度只有二十幾米,在進行隧道中期支柱與二次襯砌的次數頻繁出現,轉換的效率太高,其防水層由于被多次轉換在遇到雨水天氣,就容易滲水,防水裝置不緊密,還有模板,混泥土的噴灑也要多次進行,加長了施工的作業時間,不利于施工的質量保障,中墻施工后期襯砌所需的材料數量多,提高了工程的成本,總體經濟大幅度降低,不利于工程的進展[2]。比這一施工方案更好的就是分離式中墻施工,這種工程是按單線進行施工,折線施工是按照相反的方向進行環繞折線,減少施工工序,降低材料成本,不僅具有良好的防水功能,而且能很好的解決隧道結構復雜施工技術問題,提高經濟效益。
3.地下鐵路連拱隧道群施工運用
(1)地下鐵路連拱隧道群開鑿多半采用爆破式施工,由于隧道巖層比較密集,城市建筑物較多,為了不影響到城市各項活動的正常進行,最好采用微震爆破技術,在原有的光面層預留下一部分空隙,在爆破施工方案中要設置好爆破力度數值,控制在爆破震動間距的范圍內,保證人類的安全[3]。連拱隧道群處在巖層比較深的部分,對于爆破來說具有一定的難度,但是可以才爆破材料上下手,采用低震速乳化炸藥,嚴格安置炸藥的位置,控制在每循環0.8米到0.6米之間,引發炸藥的導線間隔0.4米,相對減少炸藥的裝藥量,保持其光面的爆炸效率;引發爆炸的裝置一般采用雷達管,這種技術是利用非電毫秒的不穩定性進行網絡的連接,網絡連接的不穩定性會震動炸藥的引爆點,實現微震動引爆爆破;在中層開挖,可預留1米的光層面,在周圍布置上空眼,同樣也不要裝置太多的炸藥,在進行預留面的第二次引爆后就直接進行人工開鑿;經過多次爆破,基本上可以進行巖漿的灌入,分別對中墻拱頂、仰拱處、進行巖漿的注入,巖漿壓力要保持在標準值內,中墻注漿完成后方可進行中墻夾層的注漿,每個工序都要按照制定好的方案進行施工。
(2)為了保障施工過程中的安全問題,在對小斷面隧道進行施工時,必須進行加固支撐處理,防止爆破時產生的震動感對隧道面進行損害[4]。巖層在爆破時會經受不住強大的震動力而變得松弛、變形,容易引發巖層倒塌,對施工人員造成生命威脅,因此要對隧道面中斷的頂孔進行支撐柱的加固,在支撐材料上的選擇要求其耐抗性強,例如 I20 型鋼,在兩端焊接時要焊接到兩端的格柵上,利用高強螺栓進行擰壓,提高其固定性,中墻的加強錨要設置在中墻的頂端兩邊,長度、中墻之間的厚度都要設置在規定值內,確保工程的質量。
4.結束語
城市地下鐵路連拱隧道群在施工中雖然難度較大,但是采用合理的單一式中墻施工以及三連拱段施工技術也能很好的做到工程質量的穩定,在經濟效益上也得到了提高,應廣泛的運用到城市地鐵隧道的施工中。
參考文獻:
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篇9
關鍵詞:深基坑;地鐵隧道;施工設計
城市發展過程中對于地下空間的利用越來越頻繁,地鐵系統作為其中一種重要的形式已經在大城市地下蔓延開來。而對于已經建成的地鐵隧道來說,后期地上建筑的建造免不了會出現距離地鐵區間隧道較近的現象,而在地基施工中需要開挖深基坑,這無論對地鐵隧道還是對深基坑工程和未來的建筑體自身都會有許多不利影響。傳統的基坑工程施工只需要或者大部分注意力在于保證基坑圍護體的穩定性和結構強度上,可想而知,已經不能適應當今的地下環境,所以,新型深基坑施工技術的提出和應用勢在必行。
一 地質條件
深基坑施工的地質條件對施工方案有很大影響,它在基坑邊坡穩定性分析和圍護設計上有著決定性作用,比如基本地質構造、水文地貌、地下水系等,這些都要在基坑施工設計中予以充分考慮,否則會直接影響建筑的質量和安全。比如,在軟土地基的條件下,基坑的穩定性就顯得極為重要,地基的負載能力、強度和穩定性等是否能夠達到建筑項目對于地基的規劃要求,是保證工程基礎質量的重中之重。
二 基坑圍護和挖土施工
現代城市中處于地鐵隧道旁的深基坑工程已經頗為常見,雖然深基坑屬于臨時性開挖,但施工技術卻相當復雜,如果施工過程處理不當,不僅會危害基坑自身安全,還會對臨近的地鐵隧道造成破壞。除此之外,深基坑施工方案的確定已經最大程度地考慮施工過程中的預期變化,但是實際情況總是難以預料,支護結構的強度、位置以及周圍巖土的變形等都會隨時產生變化,所以,針對這樣的現狀,在不斷總結施工經驗的基礎上,融合新技術的應用,優化施工方案,才能更好地達到施工效果?,F以某地緊鄰地鐵隧道的地下車庫深基坑工程為例試做分析:
由于該住宅樓項目中4號樓離地鐵最近,距離僅有15m,而依據當地市政部門地鐵規劃的要求,該棟樓的主體機構工程必須與規定期限內完成施工,及時封頂,保證地下隧道安全穩定。所以,按照常規施工順序,應該先完成地下車庫深基坑工程施工(地下車庫基礎底部標高-13.5m),而后對淺基礎住宅樓進行施工(4號樓基礎底板-6.2m)。然而為了縮短工期,在規定期限內完成4號住宅樓的施工,地下車庫結構基礎施工就必須在4號樓后完成后再進行,這樣的情況就增加了地下車庫基坑施工時圍護設計和土方施工的難度。
1.基坑圍護的要求
基坑工程主要包括基坑支護體系設計與施工、土方開挖等,它是一項綜合性很強的系統工程。為確保深基坑工程施工時緊鄰的地鐵區間隧道的安全,應該綜合考慮包括柱列式、板柱式、重力式擋墻、逆筑法等在內的深基坑圍護結構類型,尋找最佳的組合方案。但是,無論基坑支護如何設計都要滿足以下兩個方面的要求:
1.1 對基坑邊坡的控制要滿足變形要求,不能威脅基坑周圍特別是緊鄰地鐵側的巖土安全。
1.2 保障基坑順利開挖,對于含水較多的土質基坑,要進行及時的排水處理,最終為后續施工提供適用性強、穩定性高的空間。
2.挖土施工和圍護
由于此地下車庫基坑形狀相當不規則,開挖深度和面積相對都較大,所以土方施工是該深基坑工程的關鍵之處。按照一定的順序,盡量明挖土方,加快挖方速度,同時,在完成挖方以后,要實時順勢地設置鋼筋混凝土支撐系統。而在圍護方面,該深基坑工程中采用了較為成熟的水泥土攪拌樁和鉆孔灌注樁來分別進行擋水、擋土,同時在基坑內加筑鋼筋混凝土支撐體,通過這三者的綜合作用,形成一個完整獨立的圍護體系。
3.基坑周圍環境的保護
基坑周圍環境的保護應該遵循安全可靠、經濟合理的原則,通過主動防護的方式最大程度地減小支護結構形變。
3.1 基坑周圍管線的保護。
基坑圍護設計之前,對于周圍的管線分布一定要徹底排查,對于關鍵地方要適時監測,一些無法移動的大型管線采用隔斷處理,當其沉降程度不能滿足要求而水平位移滿足要求的情況下,可以采用注漿法進行及時處理,處理施工過程要嚴格謹慎,其加固深度最終應該大于基坑的影響邊界線。
3.2 基坑水對于周圍環境的影響。
通?;邮┕ぶ袝O置防水帷幕,比如注漿帷幕、旋噴樁、深層攪拌樁、素混凝土墻等,最大程度地控制降水的影響范圍。但與此同時,防水帷幕也有不足,其成本較高,施工難度較大,同時防水效果也一般,當地基土體發生較大位移的時候,由于防水帷幕自身剛度大、抗拉強度較低,容易出現破裂,降低防水效果。在這種情況下,回灌法就是緩解基坑降水比較經濟、實用的方法,它的主要原理是通過工程施工主動將水引入地下水,從而達到抬高和穩定基坑局部地下水水位的目的,防止基坑底部不均勻沉降的發生,而在實際施工中,通常采用井點灌注法對地下水位進行補給。
3.3 支護體系的加固。
基坑工程中比較多使用的圍護形式是攪拌樁重力擋墻,其加固成本較低,止水性能良好,施工時間短,但它也有自身的弱點,其變形較大,基坑影響范圍也大,在工程設計是可以采用綜合擋墻技術。若在重力擋墻實際支護中發現其變形過大,可以通過墻體自身補強技術的應用達到復合擋墻的要求。
3.4 環境監測。
理論情況下圍護方案會滿足一般條件下的施工要求,但是深基坑的圍護隱藏在地下,難以及時觀察,所以為了優化施工效果,對于周邊環境要進行及時的監測,對周圍管線和基坑周圍建筑的可能沉降、位移進行監測,如有特殊情況出現,及時發出警報,直至基坑回填完畢為止。
3.5 圍護內側土體加固。
地下車庫深基坑的跨度較大,又加之形狀不規則,從挖方開始到支護結構形成需要較長時間,而在此期間內又有多種意外因素的可能,所以為了控制此段基坑圍護的變形量,應該對跨度較大的圍護內側土體應力集中地區進行重點加固。
三 深基坑施工問題探析
1.緊鄰地鐵隧道的施工環境非常敏感,深基坑形狀呈現不規則狀態,土方挖掘深度已經大于10m,這種情況下宜采用鉆孔灌注樁和水泥土攪拌樁,同時與鋼筋混凝同作為圍護支撐,施工時要按照合理的順序,減少基坑無支撐的時間。
2. 施工過程中,基坑出現過土體滑坡現象,原因是降水措施未能達到預期效果,針對這樣的問題,如果能在實際施工中再增加降水點,將降水井點合理科學地進行布置,就能更加有效地控制降水。同時,在基坑開挖過程中,也可以有效地防治基坑底板隆起,凹凸不平,繼而更好地保證周邊環境不受影響,提高基坑施工質量。
3. 由于該處深基坑施工的特定施工順序,4號住宅樓與地下車庫基礎連接處,應該采用以水泥土攪拌樁擋土形式為主,結合其他支撐形式的組合模式,往往能達到比以往住宅樓基礎土體密注漿加固措施更好的效果。
4. 施工的關鍵之處在于挖土施工,它對后續基坑圍護變形、周圍建筑體沉降等有很大的影響,除此之外,土方開挖的速度也決定著圍護變形量,挖土速度越快,與圍護配合的越融洽,挖方對周圍環境的影響就越少、越小。
結論:
綜上所述,不規則深基坑工程越來越多,由于其開挖面積和深度都比較大的特點,施工過程對于基坑周圍環境會有較大影響,特別是緊鄰地鐵區間隧道的深基坑工程質,關系著地鐵運行安全。針對這些問題,通過合理選擇基坑圍護方式,加強對于圍護和基坑土體變形的控制,完善此種類型的挖方施工技術,強化基坑圍護,將開挖基坑的影響降到最低,保障地鐵隧道的穩定和安全,這對于以后相似條件下的深基坑施工有著直接實用的參考價值。
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篇10
關鍵詞:雙線鐵路隧道;坍方;原因;處理
一、工程和施工概況
尕布溝隧道是青藏鐵路西寧至格爾木增建第二線工程XGZHQ2標段上的一座雙線隧道,進口位于湟源縣尕布溝,出口位于湟源縣老虎溝,起止里程為DK23+640-DK26+356,全長2716.0m,進口段2336m位于直線上,其余位于R=6000m的曲線上,線路縱坡坡率為14.0‰的上坡。線路經過處山體起伏較大,在尕布溝至老虎溝之間山體走向與湟水河河道大致平行,隧道埋深最大約240m。隧道主要穿越震旦系的片巖及花崗巖,巖石受到地質風化作用和地質構造的影響,巖體破碎,巖層軟硬不均,自穩性差,局部固結程度較低的巖石在開挖過程中極易坍塌,節理多以順層剪切性質為主,節理密集發育段易發生崩塌、掉塊、側壁失穩等不良地質災害,危及隧道施工安全。
截至2008年12月1日,尕布溝隧道進口仰拱施工523.0m(里程DK23+640-DK24+163),二襯施工490.0m(里程DK23+640-DK24+130)。DK24+150-190段原設計為Ⅲ級圍巖,現DK24+150-170段變更為Ⅳ級圍巖,格柵鋼架,間距1榀/1.2m,DK24+180-190段變更為Ⅴ級圍巖,Ⅰ20b鋼架,間距3榀/2m 。DK24+170-180段維持原設計。DK24+130-142段防水板、鋼筋單層已完成。
二、塌方情況
2008年12月2日凌晨,在進行下臺階左側DK24+166.6-DK24+169格柵拱架噴射混凝土作業時,發生DK24+163-180段突然從小里程往大里程方向的坍塌,2008年12月2日15點左右DK24+150-163段又出現塌方。現塌體范圍為DK24+150-184,拱頂以下碴石充滿,塌腔凈高17.0m左右,拱頂以上碴石厚度1.6m左右。同時,坍塌段DK24+150后方12m范圍拱頂出現裂縫,DK24+150-146拱頂侵限,DK24+142-139左邊墻侵限,O2基線處3榀拱架接頭向內鼓出且歪斜。坍塌段前方DK24+184-230段(46m)為塌方影響段,圍巖擾動大。塌方情況如圖1所示。
根據現場分析,造成本次隧道塌方的主要原因是地質實際情況與勘探設計的差別大,原設計圍巖為Ⅲ級,實際是Ⅴ級圍巖。
三、塌方處理方案
(一)塌方處理需解決的問題
1、塌方體后方已做支護開裂和侵限的處理
坍塌段DK24+150后方8m范圍拱頂出現裂縫,DK24+150-146(4m)拱頂侵限,DK24+142-24+139(3m)左邊墻侵限。
2、塌方體處理
坍塌體范圍長約30m,處理時間長,塌腔范圍存在繼續掉塊、坍塌現象,安全隱患大。
(二)塌方處理方案
1、加固塌體后方支護結構
為保證坍塌范圍不再向后方延伸,保證施工人員安全,首先對坍塌體DK24+150后方長20m范圍的初期支護進行摸查和加固。從已澆筑二次襯砌部位開始(DK23+130),拆除鋼筋、防水板,每次拆除2m范圍,初期支護無裂縫、無侵限部位不做處理。有裂縫、有侵限部位按下面方法進行加固。
(1)加固圍巖:DK24+130-142段(有防水板段)全斷面打φ42徑向錨管,錨管長度5m,間距1m×1m,有裂縫及侵限變形部位,錨管加密,加密范圍為在其周邊擴展3.0m,錨管間距0.5m×0.5m;注1:1水泥單液漿加固巖體,注漿壓力2.5MPa以上。DK24+142-150段(防水板至塌體外緣段)危險性大,全斷面斜向(朝前)45°打φ42放射向錨管,錨管長度5m,間距1m×1m,有裂縫及侵限變形部位,錨管加密,加密范圍為在其周邊擴展3.0m,錨管間距0.5m×0.5m;注1:1水泥單液漿加固巖體,注漿壓力2.5MPa以上。
(2)增設鎖腳錨管:在已完成初期支護O2基線以下,增設φ42mm鎖腳錨管,錨管長度5m,每榀12根(拱架兩側各6根),并與拱架焊接牢固,并注1:1水泥單液漿對圍巖進行加固。錨管前部鉆注漿孔,孔徑6-8mm,孔間距15cm,呈梅花型布置,尾部100cm不鉆孔做為止漿段。
(3)進行拱頂下沉、周邊收斂觀測,待圍巖確實穩定后,測量斷面,如邊墻侵限部位不能保證二次襯砌厚度在25cm以上,用風鎬將其鑿除,及時施做一板二襯。塌體后方初期支護斷面和加固情況(見圖2)。
2、塌方體處理
(1)封閉掌子面:在坍塌體后方回填碴石,達到形成三臺階作業條件。塌腔洞室邊緣(DK24+151)與塌體間頂部相連,但下部與塌體間有深3m左右的空腔,需回填。在塌體邊緣第一榀拱架(DK24+150)下方堆碼草袋,之后在空腔內泵送回填C20混凝土(見圖3)。
(2)超前預支護。穿越塌方體采用φ89×5大管棚加φ42小導管超前預支護(見圖4)。
大管棚:φ89×5大管棚長9m,入巖長8.5m左右,設在拱部120°范圍,環向間距40cm,縱向搭接長度不小于3m,外插角10°左右,注漿孔孔徑30mm、孔距15cm、梅花型布置。由于塌方體塊石多,孔隙大,先用混凝土泵泵入1:2水泥砂漿,用以填充石塊縫隙,砂漿注入以混凝土泵不能泵入為止;管棚端頭安裝法蘭盤,鋼板厚2cm,孔數、孔徑與泵管法蘭相配套。砂漿泵完后,即再用注漿泵注入1:1(體積比)水泥漿,大管棚端頭旁側焊接φ42小導管40cm長,用于與注漿泵管連接;注入水泥漿前,泵管端頭用鋼板焊死。大管棚管鉆進時如產生坍孔、卡鉆現象,可旁位重新鉆孔或采用導管與鉆頭同時鉆進的方法,導管前端安裝硬質鉆頭。
小導管:φ42小導管長5m,設在拱部120°范圍,環向間距30cm,縱向搭接長度不小于1.0m,外插角30°~45°,注1:1水泥單液漿,固結塌腔內的坍塌體。
根據小導管長度、打入角度、打入難易程度,結合地質超前預報結果推測上部碴石厚度,如碴石厚度小于3.0m,需先通入φ100泵管,管頂口高出拱頂線3m以上,泵入C20混凝土(塌落度180-220),再打小導管注漿加固松散碴石,保證拱頂以上固結碴石加混凝土厚度不小于3.0m。泵送混凝土可與坍塌體后方初支加固同時進行。
大管棚、小導管水泥漿液要充滿塌方體,注漿壓力2.5MPa以上。
(3)采用“三臺階七步平行流水作業法”掘進塌方體。“短臺階七步平行流水作業法”是采用三層短臺階,分步平行開挖,分步平行施作拱墻初期支護混凝土,混凝土仰拱超前施作及時閉合構成穩固的初支體系。上部碴體大管棚加小導管預注漿固結后,上部弧形導坑短開挖施作拱部初期支護,再左右錯位開挖及施做邊墻初期支護;混凝土仰拱緊跟下臺階并及時施做,盡早閉合成環構成支護受力體系。
第一,工藝流程?!叭_階七步平行流水作業法”的工藝流程可簡述如下:超前預支護――開挖上部弧形導坑,并施做初期支護――左右錯位開挖階并施作初期支護――左右錯位開挖下臺階并施作初期支護――施做混凝土仰拱使初期支護閉合成環――監控量測反饋,施做防水層,灌筑混凝土襯砌。
第二,開挖、支護。采用三臺階分步平行開挖法,施工順序如圖5所示。上半斷面環形部分采用人工風鎬開挖,其余各部分采用挖掘機開挖、裝碴。待注入坍塌體內漿液強度達到10MPa以上(一般注漿兩天后即可),圍巖穩定后,開始進行塌方段損壞初期支護恢復,采用三臺階開挖,從外向里一榀一榀施工,逐榀架設I20b型鋼拱架,間距50cm,在拱架內外側分別加設φ8雙層鋼筋網片、間距20×20cm,φ22雙層連接筋,環向間距50cm,拱架尺寸按Ⅴ級圍巖預留變形量加工安裝。上臺階高度2.5m-3.0m,拱腳以上1m范圍內兩側各打設4根φ42鎖腳小錨管,長5m,注1:1單液水泥漿,拱腳鋼板以下松散碴體也要注漿,保證拱腳穩固。拱架范圍噴射C25混凝土,與坍塌體間必須保證密實,不許有空洞。上臺階施做I20b臨時仰拱,及時封閉成環。
上臺階進尺5m后,施工中、下臺階,各級臺階錯臺長度5m左右。在施工鋼拱架時,要逐榀架設,每循環開挖進尺不得大于50cm。施工中,對邊墻部位打設φ42小導管注漿加固,小導管長5m、間距1.0×1.0m、梅花型布設,注1:1單液水泥漿。階也加設臨時仰拱,封閉成環。臨時仰拱待正式仰拱澆筑完畢后拆除。其他按Ⅴ級圍巖參數施工。
架設工鋼拱架時,在坍塌體部位及后方3m范圍視情況,分高度架設I20b豎撐(底部設鋼板,保證受力面),頂在拱中心線部位,增強整體剛度。
第三,拱部回填。在塌方段加固處理時,在拱頂留設φ100泵管,范圍在拱頂以上高5m,待二次襯砌施工完成達到強度后,在加固的護拱上方泵送水泥粉煤灰砂漿(水泥:粉煤灰=1:2,坍落度140-180)形成緩沖層(2.0m)厚。
3、塌方體前緣(DK24+150-146)拱部侵限部位處理
當二次襯砌最小厚度不能保證25cm時,需進行侵限處理,方法是進行換拱。換拱施工時,在拱部120°范圍打設φ42超前小導管預以保護。小導管長度5m,環向間距30cm,外插角5°-10°,注1:1水泥單液漿。同時,對侵限部位打徑向φ42錨管進行加固,錨管長5m、間距1.0×1.0m,之后進行換拱施工。換拱時,原拱架先不動,在侵限范圍內的兩榀拱架間進行切槽,拆除噴射混凝土和鋼筋網,安裝Ⅰ16工鋼拱架,每榀新換拱架拱腳1m范圍兩側各打設4根φ42注漿鎖腳錨管,與拱架焊牢。同時,拱架與徑向錨管也要焊接牢固。換拱要逐榀進行,穩扎穩打,步步為營。
4、監控量測原則
(1)量測斷面間距按5m考慮,每個量測斷面各布置一個拱頂下沉點和3條凈空水平收斂量測線(3個臺階各一條)。
(2)各測點盡量靠近開挖面布置(不大于2m),在開挖后24h內或下次開挖前,讀取初讀數。
(3)周邊收斂、拱頂下沉各測點應盡量集中斷面布設,以便量測成果的協調分析、綜合運用。
(4)當下半斷面開挖靠近上半量測斷面,量測頻率應適當增加。
5、技術控制要求
(1)技術員24h跟班作業,做好旁站記錄,尤其是注漿作業,部位、間距、錨管打入長度、注漿量、注漿壓力等要詳細記錄清楚。此項要求每日填寫表格,工區總工簽字確認,指揮部每日檢查,如有不實,追究相關人員責任。
(2)工字鋼拱架必須按設計圖紙尺寸加工,連接時對準中心、鋼板密貼(有間隙填加鋼板)、螺栓對位、螺絲擰緊。
(3)鎖腳錨管在拱腳處向下斜向打入,錨管必須注漿,與拱架焊接牢固。
(4)拱架要與圍巖(初噴混凝土)緊貼。鋼架與圍巖間的空隙,用噴射砼充填密實。當間隙過大時用混凝土楔塊頂緊,其支點間距不大于1m。嚴禁使用木材或片石回填。
(5)鋼架安裝在墻腳處長度不夠時,不得懸空,也不得用土石回填,必須采用鋼墊板或混凝土楔塊墊高頂緊。
(6)開挖中如發現塌體注漿效果不理想,須重新進行補注。
(7)噴層后面決不能有空洞,不得墊石棉瓦噴射混凝土,如超挖較大,可分層回填片石,片石間縫隙噴混凝土漿砌緊密。
(8)注漿時,如遇漿液溢流、長時間不能注滿時,可注水泥-水玻璃雙液漿。
6、安全控制要點
(1)領導跟班作業,提高整體協調能力。
(2)指揮部安全員、項目部安全員及技術員、旁站員、施工隊負責人必須現場值班,發現如下異常情況及時處理:開挖工作面的穩定狀態,頂板有無坍塌;噴混凝土有無裂隙或墊板脫離圍巖現象;鋼拱架有無被壓變形情況。
(3)坍方體后面圍巖加固沒有達到預期效果,不能向前推進。塌體段每循環掘進時,必須檢查碴體固結效果,特別是鋼架拱腳部位固結效果。
(4)在靠近塌腔已完初期支護拱頂、邊墻上建立觀測點,每天早、中、晚各進行一次觀測,密切注意拱頂下沉、周邊收斂情況,如數據異常,立即停止施工。
(5)所有作業過程必須有安全員現場值班僚望,隨時觀察周圍圍巖變化情況,如有異常情況及時組織人員撤離作業區。
(6)對塌體進行開挖前,必須待塌腔充填密實并能產生作用后進行。
(7)當塌體穿過后,對原巖進行開挖時,需精心組織,小心掘進,不能麻痹,更不能冒進,必須在確保安全的前提下進行施工。
四、結束語
經過業主、設計單位和施工企業共同審定,認為本文所述的塌方處理方案符合現場實際情況、安全性和操作性都有保障,再加上施工企業有處理類似隧道塌方的成功經驗,決定將本處理方案付諸實施。經過施工單位近兩個月的緊張施工,圓滿完成塌方處理工作,取得了顯著的社會和經濟效益,同時也為類似隧道塌方處理工程提供了技術參考。
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