如何防坍是隧道施工安全的关键环节.docx
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如何防坍是隧道施工安全的关键环节
如何防坍是隧道施工安全的关键环节
(呼和浩特铁路局建设管理处,内蒙古呼和浩特010050)
摘要:
文章介绍了隧道施工中的关键环节是防坍,施工中应提早做好防坍预防措施,采用安全合理的施工方法和正确、经济的施工支护手段,确保隧道施工安全和工程质量。
关键词:
隧道施工安全;防坍措施;施工方法
中图分类号:
U455文献标识码:
B文章编号:
1007—6921(XX)
隧道施工安全是一个复杂的系统工程,任何一个方面、一个阶段、一个环节的工作没有做好都可能酿成事故。
开挖工作是隧道施工的第一流程,开挖工作直接影响隧道施工的安全、质量和效益,可以减少对围岩的扰动,减少应力集中,有利于自然拱的形成,便于喷砼工艺。
开挖中最重要的一点就是防坍。
山岭隧道施工绝大部分采用传统的施工方法—钻爆法施工。
钻爆法施工的山岭隧道由于受炸药爆破震动的影响,破坏了原有岩体内部受力平衡,当施工方法不当或支护不力时,围岩就会因失稳而发生坍塌。
因此,如何防止坍方是确保隧道施工安全和工程质量的关键环节。
1易发生坍方的地形和部位
在山区修建隧道,由于隧道穿越地区工程地质和水文地质的复杂多变,决定了山岭隧道的施工难度。
下面列举容易发生塌方的地段和部位,以便遇到类似情况时能引起高度重视。
1.1容易发生塌方的地段
1.1.1埋深较浅地段:
山岭隧道埋深在200m以下时,围岩由于受到地表水侵蚀,岩层风化严重,如施工不当易发生塌方。
1.1.2断层破碎带及断层影响带:
因其围岩破碎,自稳能力差,并含有大量的填充物和地下水,如施工不当易发生塌方。
1.1.3岩层接触带:
因其岩层不同,且大多伴有小构造,如重视不够可能会发生塌方。
1.1.4高应力地段:
在软质围岩中,由于受到高地应力的影响,围岩变形较大,若支护不力极易发生坍方。
1.1.5在高水位富水地段:
岩溶呈不规律性分布,随时遇到意想不到的溶洞,若防备不及,溶洞内的填充物涌出或坍塌,也会给工程造成不利的影响。
1.2容易发生坍方的部位
1.2.1隧道洞口:
隧道洞口集埋深浅、石质较差、受力结构复杂等不利因素于一体,处理不当极易发生坍方。
1.2.2隧道拱脚:
当采用台阶法施工开挖下半断面时,若拱脚支护不力,极易造成坍方。
1.2.3隧道墙脚:
当进行检底施工时,措施不当墙脚悬空时,致使边墙失稳而发生偏帮。
1.2.4隧道拱部:
地质条件较差,拱部变形较大,支护强度不足时,易发生拱部坍塌。
1.2.5隧道与隧道的交叉部位,即主洞与支洞交叉的部位,也就是通常所说的交叉三角区,如果处理不当,支护不力,极易发生坍方。
1.2.6在水平岩层或近似水平岩层中,拱部易发生掉顶;在垂直岩层或近似垂直岩层中,边墙易发生偏帮。
2防止出现坍方的预防措施
在山岭隧道施工中,如果施工方法及支护手段使用不当,不仅不能加快施工进度,而且也不能保证工程质量和施工安全,易造成坍方。
为此,特别强调:
2.1选择合适的施工方法
隧道施工过程和方法是多种多样的,目前在我们经常采用的矿山法中大致有全断面法、台阶法和分部开挖法三大类。
在当前的施工实践中,采用最多的方法是台阶法,其次是全断面法。
选择施工方法,并不完全决定于地质条件。
地质条件仅仅是选择施工方法的一个因素,而更应强调的是:
施工方法必须符合快速、安全、质量及环境的要求。
其中环境因素有时成为选择施工方法的决定性因素。
选择施工方法时需考虑的基本因素大体上可归纳为:
2.1.1施工条件:
实践证实,施工条件是决定施工方法的最基本因素,它包括一个施工队伍所具备的施工能力、素质以及管理水平。
目前我集团隧道施工队伍的素质和施工装备水平,有高有低,参差不齐,因此,在选择施工方法时,不能不考虑这个因素的影响。
2.1.2围岩条件:
也就是地质条件,其中包括围岩级别、地下水及不良地质现象等。
围岩级别是对围岩工程性质的综合判定,对施工方法的选择起着重要的甚至决定性的作用。
2.1.3隧道断面积:
隧道尺寸和形状,对施工方法选择也有一定的影响。
目前隧道断面有向大断面方向发展的趋势,如公路隧道已开始修建3车道甚至4车道的大断面,水电工程中的大断面洞室,更是屡见不鲜。
在这种情况下,施工方法必须适应其发展。
在单线和双线的铁路隧道中,越来越多地采用了全断面法及台阶法;而在更大断面的隧道工程中,先采用各种方法修小断面的导坑,再扩大形成全断面的施工方法极为盛行。
2.1.4埋深:
隧道埋深与围岩的初始应力场及多种因素有关,通常将埋深分为浅埋和深埋两类,有时将浅埋又分为超浅埋和浅埋两类。
在同样地质条件下,由于埋深的不同,施工方法也将有很大差异。
2.1.5工期:
作为设计条件之一的施工工期,在一定程度上会影响基本施工方法的选择。
因为工期决定了在均衡生产的条件下,对开挖、运输等综合生产能力的基本要求,即对施工均衡速度、机械化水平和管理模式的要求。
2.1.6环境条件:
当隧道施工对周围环境产生如爆破振动、地表下沉、噪声、地下水条件的变化等不良影响时,环境条件也应成为选择隧道施工方法的重要因素之一,在城市条件下,甚至会成为选择施工方法的决定性因素。
2.2各种施工方法在不同围岩和隧道中适用情况
2.2.1全断面法。
适用于单线铁路隧道Ⅰ~Ⅲ级围岩、铁路双线隧道及公路隧道Ⅰ~Ⅱ级围岩地段。
通常采用全断面钻孔一次起爆方法。
为控制好开挖轮廓,减少超欠挖,提高光面爆破效果,可推广预留光爆层的开挖方法。
2.2.2台阶法。
适用于单线铁路隧道Ⅲ、Ⅳ级围岩、铁路双线隧道及公路隧道Ⅲ级围岩地段。
台阶数量和长度,要根据围岩条件而定。
Ⅲ级围岩一般采用两台阶法;Ⅳ级围岩及Ⅲ级偏弱围岩,可改用三台阶法。
台阶法施工的循环进尺,要根据开挖跨度和围岩类别、自稳时间严格控制,并与初期支护钢架设计间距相对应。
上部断面开挖视围岩自稳条件,可采用一次开挖成形和环形导坑预留核心土开挖法,该法适用于单线铁路隧道Ⅳ、Ⅴ级围岩、铁路双线隧道及公路隧道Ⅲ、Ⅳ级围岩地段。
当围岩自稳性很差时,必须采用小导管或锚杆(注浆)等超前支护措施;土质隧道还可采用人工预切槽,槽内嵌设钢架,喷混凝土预支护后再开挖的方法。
下部断面(中、下层台阶)是开挖作业的重要环节。
近年来,在下部开挖中,因方法欠妥,作业不慎引起初期支护失稳造成的重大坍方事故已有多起,必须引起高度重视。
在开挖顺序上,宜采用先挖侧槽、左右错开向前推进的做法,不宜采用拉中槽挖马口的方法。
侧槽开挖长度,靠近边墙范围应采用风钻、风镐手工开挖,人工清壁扒碴,严禁使用重型机械开挖和装碴,以免对围岩过大扰动、破坏围岩和初期支护系统的整体稳定性。
2.2.3分部开挖法。
分部开挖法主要有双侧壁导坑法、中隔法或交叉中壁法。
这些施工方法也适用于对地表沉降有严格限制的城市公路隧道。
双侧壁导坑法在控制地中和地表下沉方面,优于其他施工方法。
此外,由于两侧导坑先行,能提前排放隧道拱部和中部土体中的部分地下水,为后续施工创造条件。
因此城市浅埋、软弱、大跨公路隧道和山岭软弱破碎、地下水发育的大跨隧道可优先选用双侧壁导坑法。
2.2.4进洞方法。
进洞施工方法要根据洞口段地形、地貌和围岩条件而定。
洞口段为整体性好的Ⅰ、Ⅱ级硬岩时,路堑成型后,即可按全断面法直接进洞。
洞口段为浅埋、坡积、软弱的Ⅳ、Ⅴ级围岩时,宜采用台阶法进洞。
一般应结合洞口路堑施工分层开挖,到达暗洞进口里程前4m左右,沿设计开挖廓线外0.1m施作管棚(常用¢42mm小钢管,有条件的也可用¢89mm钢管)超前支护,而后按台阶法施工。
拱部要采用环形开挖留核心土法,下部视情况分一层或两层开挖。
为确保安全顺利进洞,暗洞前4m的初期支护通常做成套拱。
当暗洞掘进20m左右后,要及时施作仰拱和二次衬砌。
2.3采用正确的支护手段和方法
除了施工方法安全合理实用外,采用合理、经济的施工支护手段也是防止隧道坍方的关键。
隧道支护应根据不同的围岩级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,可采用大管棚、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,进洞后尽快施做洞门,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。
一次支护是主要受力结构,应按永久结构没计,且必须在其基本稳定后开始进行防水层和二次模筑衬砌,尚未稳定情况下,企图用模筑衬砌进行支护是不安全的,衬砌会产生开裂。
若采用铺底超前、仰拱超前的模筑衬砌的方法,是有利于地层稳定的。
一次支护由钢筋网、钢拱架、喷混凝土组成,钢拱架接头联结处设锁脚锚管(灌浆)。
二次衬砌为安全储备和承受部分流变荷载、地震力等。
二次衬砌由模筑混凝土、钢筋混凝土两种型式组成。
3施工中应注意以下问题
3.1浅埋或软弱围岩隧道正台阶施工不允许分长、中、微台阶,台阶长度为一倍洞径,第一个上台阶高度定为2.5m,有利于快速将顶部一次支护、网构钢架安装定位,有利于安全。
小导管长度应为台阶高度加1m。
所以,初期设置小导管长度3.5m是指台阶高度2.5m时的情况。
3.2大断面硬岩隧道宜采用小导洞超前爆破,可减震30%,取消预裂爆破。
也可采用小TBM超前,钻爆法扩大。
其优点为:
①可以超前预报;②爆破减振30%,炸药比全断面爆破减少5%~10%;③扩大爆破,炮眼利用率为100%,所以提高开挖速度2~3倍:
④炮眼半孔保仃率80%,线形超挖<10cm;⑤爆破碴堆、碴块均匀、集中,便于快速出碴;⑥纵向爆破冲击波小,对后部工序影响小。
3.3在任何情况下,使隧道断面能在较短时间内闭合是极为重要的。
3.4支护结构施工必须是一次支护从上向下施作,二次模筑衬砌必须从下向上施作。
3.5在软弱地层段隧道衬砌施工采取紧跟的原则:
即衬砌施工以距掌子面不超过150m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,保证施工安全的作用更为显著。
3.6实施性施工组织设计必须把安全方案作为重要内容,从技术工艺、设备器材、作业流程、风险应对等各个方面做好预控措施。
4结束语
隧道施工通常地质条件复杂,施工作业条件艰难,极易造成安全、质量事故,不同的围岩和隧道中采用合理、正确的施工方法及支护手段,做好隧道防坍工作,能够有效防止隧道施工事故的发生,确保工程质量和施工安全。
[参考文献]
[1]杨新安,吴德康.铁路隧道[M].西安:
西南交通大学出版社出版.
[2]铁路隧道设计规范[S].
[3]关宝树.隧道施工要点集[M].XX:
人民交通出版社出版.
[4]周爱国.隧道工程施工现场施工技术[M].XX:
人民交通出版社出版.
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