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一、概述
對(duì)重要的公路、鐵路實(shí)現(xiàn)全線覆蓋是運(yùn)營(yíng)商提高網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量的一個(gè)重要環(huán)節(jié),是提高綜合競(jìng)爭(zhēng)力的一個(gè)有力手段。從交通角度來看,目前大多數(shù)隧道的目的是覆蓋盲區(qū),因此需要結(jié)合交通線路的覆蓋設(shè)計(jì)來制訂專門的隧道覆蓋解決方案。
隧道覆蓋主要分為鐵路隧道、公路隧道、地鐵隧道等,每種隧道具有不同的特點(diǎn),一般來說公路隧道比較寬敞,對(duì)隧道里面的覆蓋狀況,有車通過與無車通過時(shí)差別不大。車輛通過時(shí),隧道內(nèi)剩余空間較大,可根據(jù)實(shí)際情況選擇尺寸大一些的天線,以獲取較高的增益,使覆蓋范圍更大。而鐵路隧道一般來說要狹窄一些,特別是當(dāng)火車經(jīng)過時(shí),被火車填充后所剩余的空間很小,火車對(duì)隧道的填充會(huì)對(duì)信號(hào)的傳播產(chǎn)生較大的影響,且天線系統(tǒng)的安裝空間有限,使天線的尺寸和增益受到很大的限制。另外,不管是哪種隧道,都存在長(zhǎng)短不一的狀況,短的隧道只有幾百米,而長(zhǎng)的隧道有十幾公里。在解決短隧道覆蓋時(shí),可采用靈活經(jīng)濟(jì)的手段,如在隧道口附近用普通的天線向隧道里進(jìn)行覆蓋。但是,這些手段可能在解決長(zhǎng)隧道覆蓋時(shí)不起作用,對(duì)于長(zhǎng)隧道的覆蓋必須采取其它一些手段。因此,對(duì)于每段隧道的解決方案可能都會(huì)有所區(qū)別,必須根據(jù)實(shí)際情況來選定覆蓋解決方案。
在進(jìn)行隧道覆蓋規(guī)劃之前,一般需要知道以下數(shù)據(jù):
隧道長(zhǎng)度、隧道寬度、隧道孔數(shù)(1、2)、覆蓋概率(50%、90%、95%、98%、99%)、隧道結(jié)構(gòu)(金屬、混凝土)、載頻數(shù)目、隧道中最小接收電平(一般為-85dBm到-102dBm)、隧道孔間距、AC/DC是否可用、墻壁能否打孔、隧道入口處的信號(hào)電平、隧道內(nèi)部已有信號(hào)電平等。
二、隧道覆蓋的信號(hào)源選擇
為了提供隧道覆蓋,一個(gè)GSM信號(hào)源與一套分布式系統(tǒng)是必要的。信號(hào)源的選擇,需要根據(jù)隧道附近的無線覆蓋狀況和傳輸、話務(wù)、現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)設(shè)備等情況來決定。隧道覆蓋所采用的信號(hào)源包括宏蜂窩基站、微蜂窩基站、直放站等。
對(duì)于鐵路、公路隧道覆蓋來說,由于其話務(wù)量小,宏蜂窩基站作為信號(hào)源較為少用。但是,在城市地鐵隧道中,人流量大,話務(wù)量也高,這種場(chǎng)合不僅要覆蓋站臺(tái),而且還要覆蓋鐵路系統(tǒng)出口等地方,可采用容量較大的宏蜂窩基站。
使用宏蜂窩基站的優(yōu)點(diǎn)是可以提供更多的信道資源、擴(kuò)容較為容易、單個(gè)基站覆蓋能力強(qiáng);缺點(diǎn)是需要用電纜從BTS設(shè)備所在的機(jī)房引入信號(hào)覆蓋隧道、增加了饋線損耗、需要較大的機(jī)房等配套設(shè)備、總的投資費(fèi)用高。
對(duì)容量要求不是很高的隧道覆蓋,可采用微峰窩基站。使用微蜂窩基站的優(yōu)點(diǎn)是所需設(shè)備空間小、所需配套設(shè)備少、總的投資費(fèi)用低。
如果附近有信號(hào)源可以利用,則可采用無線直放站來作為隧道覆蓋的信號(hào)源。采用直放站往往是網(wǎng)絡(luò)拓展的第一步,在網(wǎng)絡(luò)容量上升后再用GSM基站來替換。采用直放站作為信號(hào)源的優(yōu)點(diǎn)包括:無需傳輸、綜合成本低、可將遠(yuǎn)處的話務(wù)帶給施主小區(qū),使小區(qū)的信道利用率更高、安裝速度快等。無線直放站有寬帶直放站和選頻直放站兩種,采用無線直放站會(huì)使得網(wǎng)絡(luò)管理復(fù)雜度增加,不便維護(hù),另外在采用選頻直放站時(shí),施主小區(qū)的頻率發(fā)生變更后,直放站的頻率也要進(jìn)行調(diào)整,不利于整網(wǎng)規(guī)劃和優(yōu)化,施主天線和重發(fā)天線需要有足夠的隔離度,造成安裝空間上有些困難等缺點(diǎn)。除采用無線直放站以之外,也可采用光纖直放站作為信號(hào)源對(duì)隧道進(jìn)行覆蓋。
在實(shí)際工程之中,必須根據(jù)隧道長(zhǎng)度、隧道附近的覆蓋狀況、基站分布、話務(wù)分布、建站條件等因素選擇信號(hào)源,微蜂窩基站和直放站是隧道覆蓋建設(shè)常用的信號(hào)源。
三、隧道覆蓋的天饋系統(tǒng)選擇
在選擇好了GSM信號(hào)源之后,則必須根據(jù)實(shí)際情況配置天饋系統(tǒng),對(duì)隧道進(jìn)行覆蓋。通常有三種不同配置的天饋系統(tǒng):同軸饋電無源分布式天線、光纖饋電有源分布式天線、泄漏電纜。
1、同軸饋電無源分布式天線
這種覆蓋方案的設(shè)計(jì)比較靈活、價(jià)格相對(duì)低、安裝較方便。同軸電纜的饋管衰減較小,天線增益的選擇主要取決于安裝條件,在條件許可的情況下,可選用增益相對(duì)較高的天線,來提高覆蓋范圍。該方案的簡(jiǎn)化版就是采用單根天線對(duì)隧道進(jìn)行覆蓋,對(duì)于較短的隧道來說,這種方案確實(shí)是一種低成本解決方案。
2、光纖饋電有源分布式天線系統(tǒng)
在某些復(fù)雜的隧道覆蓋環(huán)境中,可采用光纖饋電有源分布式天線系統(tǒng)來替代同軸饋電無源分布式天線系統(tǒng)。它更適用于覆蓋地下隧道(地鐵隧道)和站臺(tái)。采用光纖饋電有源分布式天線系統(tǒng)的主要好處包括在室內(nèi)安裝的電纜數(shù)減少、可適用更細(xì)的電纜、采用光纜可降低電磁干擾、在復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)中設(shè)計(jì)更靈活等,缺點(diǎn)是成本高。
3、泄露電纜
采用泄漏電纜進(jìn)行隧道覆蓋,是一種最為常用的方法,這種方法的好處在于:
可減小信號(hào)陰影和遮擋,在復(fù)雜的隧道中采用分布式天線,手機(jī)與某特定天線之間可能會(huì)受到遮擋,導(dǎo)致覆蓋不好;
信號(hào)波動(dòng)范圍減少,與其它天線系統(tǒng)相比,隧道內(nèi)信號(hào)覆蓋均勻;
可對(duì)多種服務(wù)同時(shí)提供覆蓋,泄漏電纜本質(zhì)上是寬帶系統(tǒng),多種不同的無線系統(tǒng)可以共享同一泄漏電纜,考慮到在隧道中經(jīng)常使用某些無線系統(tǒng)(尋呼系統(tǒng)、告警系統(tǒng)、廣播等),采用共享一條泄漏電纜的方法,可省去架設(shè)多條天線的工程。
泄漏電纜覆蓋設(shè)計(jì)是一項(xiàng)非常成熟的技術(shù),其設(shè)計(jì)方案相對(duì)簡(jiǎn)單,本文不作重點(diǎn)分析。下面重點(diǎn)分析采用普通同軸饋電無源分布式天線進(jìn)行隧道覆蓋的設(shè)計(jì)方案。
四、隧道的無線傳播
無線電波在隧道中傳播時(shí)具有隧道效應(yīng),信號(hào)傳播是墻壁反射與直射的結(jié)果,其中直射為主要分量。華為公司基于ITU-R建議,根據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)傳播模型進(jìn)行了修正,得出一簡(jiǎn)單實(shí)用的隧道傳播模型,用于進(jìn)行隧道覆蓋設(shè)計(jì),該傳播模型為:
Lpath=20lgf+30lgd―8dB
1)因?yàn)閲鷰r要參與整個(gè)結(jié)構(gòu)的承載,應(yīng)盡量減少對(duì)圍巖的擾動(dòng),充分保護(hù)巖體。
2)為充分發(fā)揮圍巖承載能力,應(yīng)允許并控制巖體的變形。施工中應(yīng)采用能與圍巖密貼、及時(shí)筑砌又能隨時(shí)加強(qiáng)的柔性支護(hù)結(jié)構(gòu),就能通過調(diào)整支護(hù)結(jié)構(gòu)來控制巖體的變形。
3)開口不利于結(jié)構(gòu)形成整體的受力結(jié)構(gòu),為此,在施工過程中應(yīng)使襯砌盡早封閉成整環(huán)。
4)利用信息化施工技術(shù),合理布置監(jiān)測(cè)點(diǎn),及時(shí)掌握圍巖及支護(hù)結(jié)構(gòu)的應(yīng)力和變形,通過監(jiān)測(cè)信息的反饋及時(shí)調(diào)整支護(hù)參數(shù)。
5)多采用噴錨式初襯外加現(xiàn)澆混凝土二襯的復(fù)合式襯砌結(jié)構(gòu)。二次襯砌等初襯施工完成、圍巖基本穩(wěn)定之后再施作。二次襯砌可以用來承擔(dān)圍巖流變等引起的后續(xù)荷載。基于上述描述,新奧法的精髓可以概括為十二字方針,即“少擾動(dòng)、早噴錨、勤量測(cè)、快封閉”。新奧法自創(chuàng)立以來,在我國(guó)的諸多軟弱破碎圍巖中也得到了廣泛而成功的應(yīng)用,目前已經(jīng)發(fā)展為山嶺隧道及地下工程施工的一種重要方法。金雞嶺隧道所處地層圍巖穩(wěn)定性差,故采用新奧法修建,在修建過程中克服多種施工中的難題,取得了較大的成功。本文將對(duì)該隧道的施工技術(shù)進(jìn)行系統(tǒng)地分析。
2工程概況
金雞嶺隧道位于鄂州市新廟鎮(zhèn)月陂村,為雙向四車道,非獨(dú)立式雙連拱隧道。隧道穿越的山體的最高海拔約為98.5m,隧道最大埋深約為40.7m。隧道起訖樁號(hào)為K37+870~K38+215,全長(zhǎng)345m。進(jìn)口隧道設(shè)計(jì)標(biāo)高為左洞57.493m,右洞57.483m;出口隧道設(shè)計(jì)標(biāo)高分別為左洞56.757m,右洞56.747m。隧道進(jìn)口、出口采用端墻式洞門。隧道地段進(jìn)出口及淺埋地段上覆巖體比較薄,風(fēng)化相對(duì)更強(qiáng)烈,圍巖變形模量較小、穩(wěn)定性較差。隧道地段以層次多、結(jié)構(gòu)較松散的軟質(zhì)、較軟質(zhì)巖石為多,有軟弱的炭質(zhì)層存在,巖石強(qiáng)度及穩(wěn)定性較差,洞壁開挖容易產(chǎn)生較大不良變形,產(chǎn)生掉塊、坍塌。
3施工技術(shù)方案
根據(jù)隧道的長(zhǎng)度、現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)條件及工期要求等因素,本隧道采用從進(jìn)口單口掘進(jìn)的施工方案。
3.1洞口施工
洞口工程主要施工流程如圖1所示。因洞口圍巖風(fēng)化強(qiáng)烈、穩(wěn)定性差,為保證其穩(wěn)定性,在洞門表土開挖施工過程中,利用挖掘機(jī)而采用不爆破或弱爆破方式挖掘洞門土石方。為增加洞口穩(wěn)定性及安全,采用強(qiáng)支護(hù)處理。在洞口邊坡及影響范圍內(nèi)的仰坡上打設(shè)錨桿,為增強(qiáng)圍巖的整體性和錨桿支護(hù)效果,錨桿打入方向應(yīng)垂直于巖面。錨桿打入深度為4m。同時(shí)布置25cm×25cm的鋼筋掛網(wǎng),鋼筋直徑6.5mm,在鋼筋掛網(wǎng)上噴射混凝土,形成錨噴支護(hù)。
3.2超前管棚注漿施工
為防止巖層坍塌和地表下沉,保證掘進(jìn)和后續(xù)支護(hù)工藝安全,本工程洞口設(shè)置有22m長(zhǎng)超前管棚作為臨時(shí)超前支護(hù)。管棚采用φ127×4.5mm的鋼管,鋼管長(zhǎng)24m,管棚與4榀I20b做成的拱架連接在一起,并用C25混凝土澆注,形成一個(gè)模擬的洞門,在臨時(shí)洞門的防護(hù)下進(jìn)行洞身開挖。長(zhǎng)管棚內(nèi)注漿采用水泥單液漿。水泥漿水灰比0.9∶1,注漿初壓0.5~1.0MPa,終壓2.0MPa。
3.3隧道段開挖
根據(jù)不同的地質(zhì)斷面,選擇不同的開挖和支護(hù)方式。V類和Ⅳ類圍巖地段采用三導(dǎo)洞超短臺(tái)階式開挖,施工時(shí)采用預(yù)裂爆破,上下臺(tái)階分開,采用短進(jìn)尺,弱爆破。對(duì)于Ⅲ類圍巖洞身開挖,采用全斷面開挖,施工時(shí)采用光面爆破,循環(huán)進(jìn)尺3.0m。中導(dǎo)洞的斷面形式為圓頂直墻,整個(gè)斷面全部開挖。采用光面爆破進(jìn)行全斷面開挖,爆破前用鑿巖機(jī)鉆眼掏槽。中導(dǎo)坑開挖完畢之后,對(duì)整個(gè)中導(dǎo)坑底板進(jìn)行標(biāo)高復(fù)核,用低標(biāo)號(hào)砂漿鋪底平整,然后進(jìn)行底部錨桿施工。鋼筋安裝好后,分為基礎(chǔ)及墻身兩部分混凝土澆筑;基礎(chǔ)采用普通拼裝模板,墻身采用8m長(zhǎng)模襯臺(tái)車、滑模施工工藝進(jìn)行施工。左右導(dǎo)洞采用全斷面法開挖,左右正洞采用上下臺(tái)階法開挖,進(jìn)洞口、出洞口8m范圍內(nèi)掘進(jìn)進(jìn)尺為0.5~1.0m,其余位置掘進(jìn)進(jìn)尺為1m(Ⅴ級(jí)圍巖)或2m(Ⅳ級(jí)圍巖)。
3.4初期支護(hù)
巖體開挖后須及時(shí)進(jìn)行支護(hù),以維持圍巖穩(wěn)定,保障后續(xù)施工有安全的工作空間。金雞嶺隧道施工中,采用中空注漿錨桿、砂漿錨桿、鋼拱架、鋼筋網(wǎng)、噴錨支護(hù)緊跟開挖面及時(shí)施作,以減少圍巖暴露時(shí)間,抑制圍巖變形,防止圍巖在短期內(nèi)松弛。各區(qū)段采用的初期支護(hù)參數(shù)如表3所示。
3.4.1砂漿錨桿
本工程選用20MnSiφ22砂漿錨桿,利用自制鑿巖臺(tái)架,風(fēng)動(dòng)鑿巖機(jī)鉆孔,孔深、孔位、外插角偏差應(yīng)符合設(shè)計(jì)和規(guī)范要求。錨桿采用φ25鋼筋按設(shè)計(jì)長(zhǎng)度加工而成,按不同圍巖的設(shè)計(jì)間距梅花形布置。砂漿錨桿的砂漿應(yīng)拌制均勻并防止石塊或其它雜物混入,隨拌隨用,初凝前必須用完畢。
3.4.2中空注漿錨桿
1)施工方法在隧洞的頂部采用中空注漿錨桿,型號(hào)采用D25型。首先需要使用風(fēng)槍進(jìn)行鉆孔,然后使用注漿泵完成注漿工藝。2)注漿施工要點(diǎn)注漿壓力控制是注漿施工關(guān)鍵,根據(jù)工程經(jīng)驗(yàn)可取為地下水壓的2~3倍。另外,還需根據(jù)圍巖自身的裂隙阻力進(jìn)行調(diào)整,最大壓力值理論上不宜大于0.4MPa。而注漿的范圍一般根據(jù)經(jīng)驗(yàn)類比法或者現(xiàn)場(chǎng)注漿試驗(yàn)來進(jìn)行確定,注漿量一般通過注漿壓力達(dá)到0.3MPa來進(jìn)行控制,單孔注漿量一般不超過1t。
3.4.3鋼拱架支護(hù)
1)設(shè)置方法
鋼拱架先在洞外分段加工,在端部設(shè)置法蘭。安設(shè)前由運(yùn)輸車運(yùn)至洞內(nèi),用人工進(jìn)行螺栓連接和拼裝。拼裝完成之后,掛網(wǎng)噴漿。
2)施工要點(diǎn)
首先,在鋼拱架架設(shè)之前應(yīng)認(rèn)真檢查鋼拱架的加工質(zhì)量;在架設(shè)時(shí),先清除底腳浮渣;如果遇到超挖的情況,尚應(yīng)加設(shè)墊塊,而中間部位的接頭板應(yīng)用砂或土體埋住,防止噴射混凝土堵住接頭板上已經(jīng)打好的螺栓孔。然后,按照設(shè)計(jì)要求,焊接系筋和縱筋,段與段之間設(shè)置墊片并確保螺栓被擰緊,以保證鋼架的受力性能。同時(shí)要校核拱架中線的標(biāo)高和尺寸。而拱架和圍巖面之間尚需安設(shè)鞍形的墊塊,使鋼拱架與巖面之間貼實(shí)、壓緊。
3.4.4鋼筋網(wǎng)
按設(shè)計(jì)要求加工鋼筋網(wǎng),隨受噴面起伏鋪設(shè),同定位錨桿焊接或綁扎固定牢固,鋼筋網(wǎng)與受噴面的間隙以3cm左右為宜,混凝土保護(hù)層大于2cm。
3.4.5噴射混凝土
按設(shè)計(jì)要求的厚度在掛網(wǎng)上噴射混凝土,為保證施工質(zhì)量,噴混凝土應(yīng)當(dāng)分段、分塊。施工順序上先噴墻、后噴拱頂,從下往上噴。為保證噴射混凝土的密實(shí)度,混凝土噴嘴應(yīng)做直徑為20cm~30cm的螺旋路徑移動(dòng),反復(fù)緩慢地進(jìn)行噴射。控制水壓、壓縮空氣的風(fēng)壓,掌握好噴射距離,避免過多的回彈。如果設(shè)計(jì)厚度大于5cm,應(yīng)分兩層進(jìn)行噴射,第二層需在第一層終凝一個(gè)小時(shí)之后進(jìn)行,同時(shí)有必要對(duì)第一層的混凝土面層進(jìn)行沖洗。
3.5二次襯砌
二襯的施工一般要等圍巖變形穩(wěn)定之后才能進(jìn)行,而圍巖穩(wěn)定的判斷要依據(jù)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析,等變形數(shù)據(jù)趨于收斂時(shí)方可。在本隧道的施工中,襯砌距離開挖面約為30m~40m之間,一方面能使各工序在空間上互不沖突,同時(shí)能保證圍巖在開挖后無支護(hù)暴露的時(shí)間控制在合理的范圍之內(nèi)。隧道邊墻及拱部二次襯砌的澆筑采用移動(dòng)式液壓模板臺(tái)車和泵送混凝土整體澆筑,以保證二次襯砌的密實(shí),超挖部分采用同級(jí)混凝土回填。每模襯砌混凝土連續(xù)澆筑,一次完成。二次襯砌施作時(shí)先澆筑仰拱和矮邊墻,再立模進(jìn)行拱部混凝土澆筑。
3.6施工監(jiān)測(cè)
現(xiàn)場(chǎng)施工監(jiān)測(cè)和監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的及時(shí)分析和反饋是及時(shí)了解圍巖狀況和隧道安全狀況的基本手段,也是現(xiàn)代隧道施工的重要部分,是新奧法的核心之一。根據(jù)圍巖情況,合理地選擇監(jiān)測(cè)斷面、布置監(jiān)測(cè)元件,合理頻率的動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè),實(shí)時(shí)分析監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù),判斷圍巖狀況,分析初襯和二襯是否達(dá)到隧道設(shè)計(jì)要求,并及時(shí)地反饋,從而使工程設(shè)計(jì)人員和施工人員能夠及時(shí)調(diào)整設(shè)計(jì)和施工方案。
在施工之前主要開展的工作為可行性研究和勘察設(shè)計(jì),以及施工前開展的招投標(biāo)工作。前者涉及的內(nèi)外聯(lián)關(guān)系主要是隧道方案與整個(gè)路線工程,以及與自然和社會(huì)的相互作用,主要體現(xiàn)為方案與具體設(shè)計(jì)的合理性和科學(xué)性。后者主要涉及建設(shè)方與施工方的相互關(guān)系,即建設(shè)方與施工方的合同關(guān)系建立過程,其中關(guān)鍵因素是中標(biāo)價(jià)格。
2)施工中的內(nèi)外聯(lián)關(guān)系。
施工階段的和諧性是評(píng)價(jià)城市隧道工程建設(shè)和諧度的最主要內(nèi)容。這一階段整個(gè)工程建設(shè)過程的內(nèi)外聯(lián)關(guān)系可以劃分為實(shí)體工程、機(jī)構(gòu)人員和資金流轉(zhuǎn)三個(gè)方面。實(shí)體工程方面:工程建設(shè)活動(dòng)需要開挖巖土體、擾動(dòng)地下水環(huán)境,隧道結(jié)構(gòu)與巖土體發(fā)生相互作用;施工過程各部分、各工序發(fā)生相互作用;工程建設(shè)從外部環(huán)境獲取大量的各類材料,又向環(huán)境輸出廢棄材料、廢氣和污水。機(jī)構(gòu)人員方面:參與工程建設(shè)的業(yè)主、施工、監(jiān)理、設(shè)計(jì)和監(jiān)測(cè)檢測(cè)等單位及其員工需要開展大量的互動(dòng)工作,這些工作有管理與被管理、監(jiān)督與被監(jiān)督,以及相互協(xié)作等不同的角色關(guān)系。參與工程建設(shè)的單位還與社會(huì)其他單位或個(gè)人因材料采購(gòu)、廢棄物處置、污染物排放、共用其他社會(huì)資源等原因發(fā)生互動(dòng)關(guān)系。資金流轉(zhuǎn)方面:主要表現(xiàn)為承包商向監(jiān)理、業(yè)主單位的資金申報(bào)審批,以及業(yè)主向承包商、承包商向材料供應(yīng)商、服務(wù)提供商和勞務(wù)人員提供的資金撥付。資金流轉(zhuǎn)的正確性、合理性和及時(shí)性,對(duì)工程建設(shè)活動(dòng)的順利運(yùn)轉(zhuǎn)也十分重要。
3)施工后的內(nèi)外聯(lián)關(guān)系。
施工后的內(nèi)外聯(lián)關(guān)系主要體現(xiàn)為隧道工程為社會(huì)提供服務(wù),以及運(yùn)營(yíng)者對(duì)隧道進(jìn)行的管理維修。隧道工程為社會(huì)提供服務(wù):隧道方案越合理、自身狀況越好,可以為社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展提供的服務(wù)就越好,經(jīng)濟(jì)社會(huì)效益越明顯。隧道工程的管理維護(hù):管理維護(hù)一方面有利于保持隧道的健康狀態(tài)和服務(wù)水平;另一方面需要花費(fèi)一定的成本、對(duì)隧道運(yùn)營(yíng)產(chǎn)生一定的影響。過多、過頻繁的維護(hù)和病害治理,說明隧道工程本身的建設(shè)質(zhì)量存在不足。
2城市隧道和諧性的表現(xiàn)形式及影響因素
城市隧道工程建設(shè)的和諧性可以從技術(shù)、經(jīng)濟(jì)、社會(huì)和環(huán)境等四個(gè)系統(tǒng)得以體現(xiàn),不同系統(tǒng)中又可細(xì)分為若干個(gè)方面,每個(gè)方面和諧性的影響因素不盡相同,相互之間可能存在重疊。
2.1城市隧道和諧性的表現(xiàn)形式
1)技術(shù)系統(tǒng)的和諧主要表現(xiàn)為安全、質(zhì)量和進(jìn)度三方面有保障。
安全方面包括不發(fā)生各種形式的安全事故,不因安全事故造成財(cái)產(chǎn)損失和人員傷亡;質(zhì)量方面包括不出現(xiàn)各種類型的質(zhì)量問題,工程各部分功能正常、系統(tǒng)相互協(xié)調(diào);進(jìn)度方面包括工程總進(jìn)度得以保障,各分項(xiàng)或分部工程得到協(xié)調(diào)一致的推進(jìn)。
2)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)的和諧性主要體現(xiàn)為業(yè)主(代表政府或社會(huì))、承包商(機(jī)構(gòu))和參與建設(shè)的員工在經(jīng)濟(jì)上取得好的效益。
業(yè)主方面主要為獲得合理最大化的投資回報(bào),按時(shí)據(jù)實(shí)向承包商支付各項(xiàng)費(fèi)用,不因安全、質(zhì)量或進(jìn)度等問題產(chǎn)生額外費(fèi)用;承包商方面主要體現(xiàn)為在保證安全、質(zhì)量的前提下獲得最大的經(jīng)濟(jì)效益,不因安全、質(zhì)量和進(jìn)度問題額外增加成本;員工方面主要體現(xiàn)為按時(shí)獲得與付出勞動(dòng)相對(duì)應(yīng)、與區(qū)域或行業(yè)收入水平相協(xié)調(diào)的勞動(dòng)報(bào)酬,不因窩工、違規(guī)作業(yè)、工傷事故等造成不必要的損失。
3)社會(huì)系統(tǒng)的和諧性主要體現(xiàn)為外聯(lián)關(guān)系、機(jī)構(gòu)關(guān)系協(xié)調(diào)和員工關(guān)系等三方面處于協(xié)調(diào)、順暢狀態(tài)。
外聯(lián)關(guān)系方面體現(xiàn)為工程建設(shè)有效避免對(duì)外部單位與個(gè)人的干擾、破壞,能夠獲得外部單位與個(gè)人的支持。機(jī)構(gòu)關(guān)系方面體現(xiàn)為所有參建單位恪守本職工作,相互合作與支持,不因相互協(xié)調(diào)不暢導(dǎo)致正常施工中斷、延誤問題的正常處理等。員工關(guān)系方面體現(xiàn)為所有參與建設(shè)的管理者、技術(shù)人員和工人互相尊重、理解和支持,相互交流溝通順暢,能夠和諧共處。
4)環(huán)境系統(tǒng)的和諧性主要體現(xiàn)為資源消耗水平低、污染物得到有效控制和處理、施工環(huán)境擾動(dòng)得到控制。
在資源消耗水平方面主要體現(xiàn)為工程建設(shè)消耗的各類建筑材料較少、能耗和用水量較低;在污染控制水平方面主要體現(xiàn)為產(chǎn)生的污染較少,并得到及時(shí)有效的處置,由于工程建設(shè)參數(shù)的廢棄物較少等。施工擾動(dòng)控制水平和諧性在施工擾民控制方面主要體現(xiàn)為施工產(chǎn)生的振動(dòng)、噪聲等對(duì)周邊居民及單位的影響得到有效控制,對(duì)周邊景觀的破壞得以控制并及時(shí)得到修復(fù)。
2.2城市隧道和諧性的影響因素
通過城市隧道工程建設(shè)內(nèi)外聯(lián)關(guān)系的分析,城市隧道和諧性的影響因素可以歸納為以下15個(gè)方面:方案社會(huì)評(píng)價(jià)水平(C1)、施工中標(biāo)價(jià)格水平(C2)、參建機(jī)構(gòu)資信水平(C3)、安全事故控制水平(C4)、質(zhì)量缺陷控制水平(C5)、設(shè)計(jì)變更控制水平(C6)、施工工期控制水平(C7)、反饋決策順暢水平(C8)、企業(yè)財(cái)務(wù)健康水平(C9)、員工薪酬發(fā)放水平(C10)、內(nèi)聯(lián)關(guān)系協(xié)調(diào)水平(C11)、外聯(lián)關(guān)系協(xié)調(diào)水平(C12)、廢棄物處置水平(C13)、污染物處置水平(C14)、景觀修復(fù)營(yíng)造水平(C15)。
3城市隧道和諧度的層次分析法評(píng)價(jià)
城市隧道工程建設(shè)和諧度的評(píng)價(jià)是一個(gè)多指標(biāo)綜合評(píng)價(jià)問題,可以采取層次分析法、模糊數(shù)學(xué)法等方法進(jìn)行評(píng)價(jià),本文采取層次分析法進(jìn)行分析。層次分析法的基本思想是將復(fù)雜的問題分解為若干個(gè)層次,在比原來系統(tǒng)簡(jiǎn)單很多的層次上逐步分析。通過比較若干因素對(duì)同一目標(biāo)的影響,把決策者的主觀判斷用數(shù)量的形式表達(dá)和處理,從而確定它在目標(biāo)中的比重。層次分析法的主要流程為:明確問題建立層次結(jié)構(gòu)模型利用成對(duì)比較法構(gòu)造判斷矩陣進(jìn)行層次排序,獲得權(quán)向量進(jìn)行一致性檢驗(yàn)完成層次總排序以及一致性檢驗(yàn)獲得最優(yōu)系統(tǒng)方案。
3.1遞階層次模型的構(gòu)建
根據(jù)層次分析法理論,構(gòu)建四個(gè)層階的遞階層次模型分析模型。城市隧道工程建設(shè)的綜合和諧度為第一階(最終目標(biāo)層H),并將其分為技術(shù)(HT)、經(jīng)濟(jì)(HC)、社會(huì)(HS)和環(huán)境(HN)四個(gè)二階目標(biāo)層。第三層為指標(biāo)層,共包括12個(gè)方面的準(zhǔn)則(T1~C9),即安全管理指標(biāo)、質(zhì)量管理指標(biāo)、進(jìn)度管理指標(biāo)、業(yè)主經(jīng)濟(jì)指標(biāo)、施工經(jīng)濟(jì)指標(biāo)、員工經(jīng)濟(jì)指標(biāo)、外聯(lián)關(guān)系指標(biāo)、機(jī)構(gòu)關(guān)系指標(biāo)、員工關(guān)系指標(biāo)、資源消耗指標(biāo)、污染控制指標(biāo)、擾民控制指標(biāo)。指標(biāo)層為影響城市隧道工程建設(shè)和諧度的15種影響因素(C1~C15)。
3.2指標(biāo)層權(quán)重的確定
應(yīng)用層次分析法確定指標(biāo)權(quán)重的方法為:利用分級(jí)比較標(biāo)度方法,列出上層指標(biāo)與下層相關(guān)性,由被調(diào)查者采取兩兩比較的方法,給出判斷矩陣。然后求出判斷矩陣的特征向量和特征值,進(jìn)行一致性檢驗(yàn)。
3.3和諧度等級(jí)的確定
根據(jù)和諧度的評(píng)價(jià)值,按照表1確定其評(píng)價(jià)等級(jí)。具體實(shí)施時(shí),可以由政府或其他主管單位研究提出對(duì)工程最后的和諧度指標(biāo)和等級(jí)要求進(jìn)行明確,確定經(jīng)濟(jì)和行政獎(jiǎng)懲方案,形成有據(jù)可查的文件。或由建設(shè)單位在施工招標(biāo)和合同談判中對(duì)工程最后的和諧度指標(biāo)和等級(jí)要求進(jìn)行明確(此時(shí)需要修正一些與施工單位無關(guān)的指標(biāo)),確定經(jīng)濟(jì)和行政獎(jiǎng)懲方案,作為合同條款的一部分。
4某城市隧道和諧度評(píng)價(jià)實(shí)例
1)工程概況。
某城市隧道全長(zhǎng)1823m(左線913m,右線910m),隧道進(jìn)出口位于不設(shè)超高的大曲線半徑上,左右設(shè)計(jì)線相距約30m~50m,屬于間距較小的分離式隧道。隧道按城市Ⅱ級(jí)快速干道設(shè)計(jì);雙向四車道,單向行車,設(shè)非機(jī)動(dòng)車道及人行道;設(shè)計(jì)時(shí)速40km/h,設(shè)計(jì)荷載:公路—Ⅰ級(jí);隧道凈寬14.50m,凈高5.0m。
2)指標(biāo)權(quán)重的調(diào)查分析。
為確定城市隧道工程建設(shè)和諧度的指標(biāo)權(quán)重,邀請(qǐng)上級(jí)主管單位和全體參建單位對(duì)和諧城市隧道建設(shè)工作進(jìn)行了分析。與會(huì)25位代表(上級(jí)主管單位6名,業(yè)主6名,施工單位6名,監(jiān)理和設(shè)計(jì)單位各3名,監(jiān)測(cè)檢測(cè)單位1名)參加了各因素重要程度的調(diào)查。與會(huì)人員分別填寫了各層指標(biāo)重要性調(diào)查表,其中準(zhǔn)則層與措施層的關(guān)系采取開放形式,即每一個(gè)準(zhǔn)則元素與哪些措施元素相關(guān),由被調(diào)查者自己確定,在數(shù)據(jù)分析時(shí),最多計(jì)入6種排位靠前的因素。通過對(duì)上述調(diào)查進(jìn)行分析,得到了各指標(biāo)對(duì)總目標(biāo)的權(quán)重。
3)和諧度評(píng)價(jià)。
該隧道建設(shè)完成之后,項(xiàng)目建設(shè)單位對(duì)各方面工作進(jìn)行總結(jié),召開和諧隧道建設(shè)總結(jié)評(píng)估會(huì)議。上級(jí)管理單位、參與建設(shè)單位、周邊企業(yè)和市民代表等35人參與了總結(jié)評(píng)估。根據(jù)和諧度與和諧度等級(jí)的對(duì)應(yīng)關(guān)系,該隧道工程建設(shè)評(píng)定為“和諧”。
1.2鋼筋銹蝕。很多施工人員對(duì)于鋼筋的保護(hù)意識(shí)比較淡薄,沒有采取相應(yīng)措施對(duì)鋼筋進(jìn)行保護(hù),在鋼筋暴露在空氣中的時(shí)候沒有對(duì)鋼筋進(jìn)行涂層操作,或者是涂層操作的規(guī)范性比較差,鋼筋暴露在空氣中容易與空氣中的氧氣和水發(fā)生反應(yīng),容易造成鋼筋的腐蝕。另一方面,在施工人員按照要求對(duì)鋼筋采取保護(hù)措施的情況下也不能完全保證鋼筋不會(huì)受到腐蝕。鋼筋在很多過程中都會(huì)發(fā)生不可預(yù)知的損傷,例如:儲(chǔ)藏和運(yùn)輸中發(fā)生磕碰現(xiàn)象都會(huì)對(duì)土層造成一定的破壞。
1.3裂縫。道路橋梁隧道施工中一個(gè)重要的施工材料是混凝土,混凝土結(jié)構(gòu)中裂縫是非常常見的,這個(gè)現(xiàn)象會(huì)對(duì)施工的質(zhì)量產(chǎn)生不良的影響。如果混凝土質(zhì)量不達(dá)標(biāo)或者是施工人員沒有嚴(yán)格按照施工規(guī)范進(jìn)行操作都會(huì)使混凝土出現(xiàn)裂縫。當(dāng)然,混凝土出現(xiàn)裂縫的原因也有很多,例如:施工人員對(duì)混凝土施工強(qiáng)度沒有清晰的認(rèn)識(shí),這樣會(huì)造成混凝土在空氣中暴露的時(shí)間過長(zhǎng),在對(duì)混凝土進(jìn)行配料時(shí)沒有按照相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行配制,澆灌時(shí)用力不合理,后期的管理和養(yǎng)護(hù)不是很到位等都是造成混凝土裂縫的主要原因。
1.4安全風(fēng)險(xiǎn)。施工人員對(duì)施工安全的概念認(rèn)識(shí)不清,施工安全知識(shí)掌握程度較差,因此在施工過程中經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)違規(guī)操作的現(xiàn)象。安全管理制度的建設(shè)仍然存在著很多需要完善的部分。對(duì)材料的管理工作不能嚴(yán)格按照相關(guān)的規(guī)定去執(zhí)行,施工人員的管理力度和機(jī)器設(shè)備的正確使用等都存在著一些需要改進(jìn)的問題。因此施工管理的安全性很難得到保障。
二、問題應(yīng)對(duì)策略
2.1采取有效措施避免發(fā)生鋪裝層脫落現(xiàn)象。施工人員在進(jìn)行施工的過程中一定要準(zhǔn)確掌握鋪裝層的厚度,然后依據(jù)具體的施工情況選擇材質(zhì)比較好的材料,這樣可以避免鋪裝層發(fā)生斷裂現(xiàn)象,在對(duì)鋪裝層施工的過程中一定要對(duì)防水材料進(jìn)行合理地使用,這樣才能更好地防止?jié)B水現(xiàn)象的發(fā)生,這樣做不但可以提高鋪裝層的質(zhì)量,還能夠延長(zhǎng)鋪裝層的使用年限,另外,地理位置也會(huì)對(duì)鋪裝層的質(zhì)量產(chǎn)生非常大的影響,在整個(gè)施工過程中一定要根據(jù)所處的地理位置的地形、地勢(shì)、地貌對(duì)其進(jìn)行相應(yīng)的處理,這樣可以大大減少鋪裝層裂縫情況的產(chǎn)生。
2.2采取有效的鋼筋銹蝕防御措施。在施工過程中對(duì)鋼筋進(jìn)行涂層處理能夠非常有效的避免鋼筋腐蝕狀況的發(fā)生,在涂層操作結(jié)束后還要采取相應(yīng)的保護(hù)措施,盡量防止鋼筋在儲(chǔ)存和運(yùn)輸時(shí)因發(fā)生碰撞而出現(xiàn)掉層的現(xiàn)象。如果鋼筋已經(jīng)出現(xiàn)了銹蝕現(xiàn)象可以采取措施對(duì)銹蝕的部分進(jìn)行處理,也可以直接取出生銹部分的混凝土。2.3嚴(yán)格控制隧道裂縫。進(jìn)行混凝土的配合比設(shè)計(jì)和施工時(shí)必須嚴(yán)格按照相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn),施工人員必須在施工過程中驗(yàn)算裂縫情況,不同位置的混凝土構(gòu)件需要配合不同的強(qiáng)度等級(jí)。在進(jìn)行混凝土配筋率計(jì)算時(shí)必須保證計(jì)算公式的準(zhǔn)確性和計(jì)算結(jié)果的精確性,同時(shí)還需要嚴(yán)格控制水泥用量和水灰比,根據(jù)混凝土的強(qiáng)度適當(dāng)添加摻和料和外加劑。企業(yè)還需要重視施工人員的施工方面的培訓(xùn),使混凝土裂縫得到有效控制,從而使施工質(zhì)量獲得有效提高。
2.4確保原材料質(zhì)量。優(yōu)質(zhì)原材料使提高和完善工程質(zhì)量的重要前提,施工企業(yè)必須加大對(duì)材料采購(gòu)工作的重視力度,對(duì)供應(yīng)商資質(zhì)以及信用情況進(jìn)行嚴(yán)格調(diào)查,在保證材料質(zhì)量的基礎(chǔ)上降低材料價(jià)格以提高企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。嚴(yán)格把控材料的進(jìn)場(chǎng)檢驗(yàn)共組,認(rèn)真進(jìn)行報(bào)告單填寫工作,若出現(xiàn)瑕疵等質(zhì)量問題需要立即將材料清出施工現(xiàn)場(chǎng),此外,為了使原材料的質(zhì)量獲得保證,還需要不定期進(jìn)行抽檢,遠(yuǎn)隔審核混凝土和鋼筋等材料的出廠合格證,安排施工人員做好儲(chǔ)存工作,防止受損。
2.5加大安全管理力度。施工人員安全觀念以及意識(shí)的強(qiáng)弱對(duì)施工能否順利繼續(xù)具有非常重要的影響,因此,企業(yè)必須通過培訓(xùn)等形式不斷強(qiáng)化施工人員的安全意識(shí)。推動(dòng)安全管理制度的建立和完善,嚴(yán)格規(guī)范工作人員的施工行為,使施工安全系數(shù)得到有效提高。
2.6確保勘查設(shè)計(jì)工作合理有序進(jìn)行。為了推動(dòng)工程建設(shè)的順利進(jìn)行,降低施工質(zhì)量不良事件以及意外事故等的發(fā)生率,必須于工程建設(shè)前加強(qiáng)勘查設(shè)計(jì)工作,盡量避開存在復(fù)雜地質(zhì)地形條件的地段,確保隧道的穩(wěn)固性,若所在區(qū)域定制條件穩(wěn)定性較差需要及時(shí)采取相應(yīng)的加固措施。嚴(yán)格按照施工圖紙進(jìn)行設(shè)計(jì)施工,盡量應(yīng)用具有成熟技術(shù)和可靠性能的結(jié)構(gòu)。
2.7對(duì)施工檢驗(yàn)工作進(jìn)行強(qiáng)化和完善。施工單位必須加強(qiáng)工程質(zhì)量檢驗(yàn)力度,定時(shí)或不定式進(jìn)行自檢,自檢合格后向監(jiān)理工程師報(bào)告檢驗(yàn)結(jié)果,若在檢驗(yàn)過程中發(fā)現(xiàn)不規(guī)范施工行為以及質(zhì)量不達(dá)標(biāo)等問題需要立即采取糾正措施。監(jiān)理單位必須加強(qiáng)施工進(jìn)度一起施工質(zhì)量的管理和監(jiān)督,全面監(jiān)控施工的重要環(huán)節(jié)和工序,保證施工的有序進(jìn)行。除此之外,還需要進(jìn)行質(zhì)量評(píng)定和抽檢工作,使道路橋梁隧道工程的施工質(zhì)量獲得有效保證。
1.1排水過程不具順暢性
對(duì)于隧道的設(shè)計(jì)施工,將新奧法原理理論作為參考依據(jù),在設(shè)計(jì)過程中,把隧道周邊巖體滲水經(jīng)過襯砌之后的倒水設(shè)備,進(jìn)一步往集水溝引入,繼爾往隧道排除。如果存在某些排水設(shè)備系統(tǒng)不能夠正常運(yùn)行,將水往隧道排出,便會(huì)基于襯砌后期形成難以解決的集水現(xiàn)象。在此位置的水充滿空隙的狀況下,襯砌會(huì)受到和地下水位高度相同靜水的壓力,而并不是基于設(shè)計(jì)當(dāng)中的無水壓,也不是折減水壓。同時(shí),在滲流的動(dòng)水壓力的影響下,襯砌承受的壓力會(huì)在在很大程度上高于此前設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn),進(jìn)而造成襯砌涌水開裂的破損情況。因?yàn)樗淼冷伒鼗骈L(zhǎng)期浸泡在積水當(dāng)中,到列車動(dòng)力的催動(dòng)之下,便會(huì)引發(fā)底部吊空現(xiàn)象,列車經(jīng)過時(shí)產(chǎn)生呼吸作用把碎石排空,也把砂子排空,知識(shí)行車產(chǎn)生限速,并且會(huì)引發(fā)斷軌等諸多情況。在排水系統(tǒng)不夠順暢的情況下,便會(huì)進(jìn)一步造成雨季積水等不良狀況。
1.2防水設(shè)施劣質(zhì)
在隧道和外部水環(huán)境之間,防水層是極其重要的部件,能夠在隧道與外部水環(huán)境分隔中發(fā)揮重要作用。基于隧道工程當(dāng)中,具備兩種防水層:其一是柔性防水層;其二為剛性防水層。對(duì)于柔性防水層來說,其效果與材質(zhì)及施工質(zhì)量存在很大的聯(lián)系。若防水材料劣質(zhì),沒有足夠的耐久性,便非常容易在運(yùn)營(yíng)一段時(shí)間后,將防水能力喪失。對(duì)于剛性防水層,由于它的功能和混凝土的性能之間具備一定的聯(lián)系性,如果防水混凝土的襯砌施工質(zhì)量比較差,在收縮大的作用下便會(huì)呈現(xiàn)孔隙及裂縫等一系列情況,進(jìn)而使得防水層的防水能力大大降低。
2隧道工程影響作用分析
2.1案例分析
隧道工程在建設(shè)過程中,也會(huì)對(duì)水環(huán)境構(gòu)成極大的影響。隧道工程將地下水滲流原有擁有的平衡破壞,在長(zhǎng)期疏干的作用之下,使?jié)B流場(chǎng)產(chǎn)生了極大的變化,進(jìn)而對(duì)地下水正常循環(huán)造成了非常大的影響,最后惡化了自然生態(tài)環(huán)境。以某隧道工程作為案例,該隧道工程全長(zhǎng)為15.365千米,洞頂埋深為100米~910米,洞中部屬于斑古坳地區(qū),地表面植被非常茂密,年平均氣溫維持在20攝氏度,年均降雨量為1500mm。此隧道的主要問題是滲漏水現(xiàn)象嚴(yán)重,通過多次整治之后,問題仍舊沒有得到有效解決。在長(zhǎng)期排水的作用下,致使地下水位呈現(xiàn)下降的現(xiàn)象,井水干涸,并且正常的農(nóng)業(yè)灌溉也受到了非常大的影響。另外,因?yàn)榈孛娉两抵率狗课莓a(chǎn)生變形及開裂情況,使當(dāng)?shù)剞r(nóng)業(yè)及生活均無法正常開展,該地區(qū)居民只能外遷,從而損失了很大一筆經(jīng)濟(jì)費(fèi)用。對(duì)于此隧道工程,對(duì)地下水環(huán)境的主要影響包括兩方面的內(nèi)容:一方面為疏干地下水;另一方面為滲流場(chǎng)變化使巖土應(yīng)力發(fā)生變化。
2.2疏干地下水造成自然環(huán)境災(zāi)害最主要的原因
為隧道長(zhǎng)期排水。隧道挖掘之后,把水循環(huán)系統(tǒng)破壞,例如知識(shí)地下水資源被很大程度的流失。在隧道積水與匯水的作用下,使形成地下水運(yùn)動(dòng)的方向發(fā)生較為的改變。在長(zhǎng)期排水的情況下,位于隧道中的地下水系統(tǒng)漸漸將地下水排出。將有關(guān)理論當(dāng)作參考標(biāo)準(zhǔn),地下水的補(bǔ)給量不能讓其排水量得到充分滿足,于是其水位便會(huì)發(fā)生持續(xù)下降的現(xiàn)象。在地下水位慢慢減弱的狀況下,地下水和地表水徑流間都會(huì)產(chǎn)生一定程度的變化,以直接的方式導(dǎo)致巖溶泉發(fā)生出水量極少的情況。與此同時(shí),也可能造成地表的取水井水位下降及水井干涸等現(xiàn)象,進(jìn)一步知識(shí)居民生活用水尤為匱乏。另外,地下水位下降會(huì)知識(shí)原農(nóng)田土壤的含水量大大減退,尤其對(duì)水稻區(qū)域的影響更為嚴(yán)峻,可能引發(fā)無法繼續(xù)種植的情況,最終對(duì)農(nóng)業(yè)的正常運(yùn)作產(chǎn)生了非常大的影響。
2.3滲流場(chǎng)變化使巖土應(yīng)力發(fā)生變化
首先,由于隧道讓許多地下水疏干,進(jìn)一步讓水位產(chǎn)生下降情況,而飽和巖土層當(dāng)中空隙的水壓力則會(huì)呈現(xiàn)減弱的趨勢(shì),不飽和區(qū)域負(fù)水壓力區(qū)變大,在總應(yīng)力不發(fā)生變化的狀況之下,有效的應(yīng)力便會(huì)得到進(jìn)一步的上升。其次,應(yīng)滲流場(chǎng)發(fā)生明顯改變,地下水滲流的方向也會(huì)隨著發(fā)生改變,變成在新水力梯度的狀況下,便可能朝著隧道中心發(fā)生流動(dòng),此時(shí)方向?yàn)橄蛳路较颉A硗猓瑧?yīng)滲流方向發(fā)生明顯變化,地下水的滲流力也會(huì)隨之發(fā)生變化,從而讓豎直向下應(yīng)力加大,最終導(dǎo)致總應(yīng)力提升。在此狀況下,巖土便會(huì)產(chǎn)生新的沉降,直至達(dá)到新的動(dòng)態(tài)平衡狀態(tài)為止。土體沉陷則會(huì)讓隧址區(qū)的房屋產(chǎn)生傾斜現(xiàn)象,也會(huì)產(chǎn)生開裂現(xiàn)象,進(jìn)而導(dǎo)致不能繼續(xù)應(yīng)用,在土體沉陷對(duì)農(nóng)田造成嚴(yán)重影響的狀況之下,便在很大程度上增加了農(nóng)業(yè)耕種的難度。
2數(shù)據(jù)介紹
隧道主要應(yīng)用GPS進(jìn)行控制網(wǎng)布設(shè)進(jìn)行高程傳遞。對(duì)于控制點(diǎn)來說,由于需要進(jìn)行擬合處理,在這種情況下需要的數(shù)據(jù)比較少。以某一橋梁為例,采用20個(gè)公共點(diǎn)對(duì)三次樣條模型和移動(dòng)曲面進(jìn)行擬合分析,根據(jù)需要數(shù)據(jù)前四位省略,見表1所示。在數(shù)據(jù)類別方面,根據(jù)GPS高程擬合原理,可以將其分為起算數(shù)據(jù)、檢核數(shù)據(jù)。其中,起算數(shù)據(jù)中的點(diǎn)一方面包含大地高,另一方面包含正常高,同時(shí)以此為計(jì)算擬合模型中的參數(shù)。檢核數(shù)據(jù)是已知大地高,高程異常通過應(yīng)用擬合模型進(jìn)行計(jì)算,進(jìn)一步獲得正常高。本文中將11個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)作為起算數(shù)據(jù),9個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)作為檢核數(shù)據(jù),具體分配方案為起算數(shù)據(jù)13個(gè),分別為1、3、5、6、7、9、11、14、16、18、20點(diǎn),檢核數(shù)據(jù)9個(gè),分別為2、4、8、10、12、13、15、17、19。
3數(shù)據(jù)解算結(jié)果及分析
分別對(duì)三次樣條擬合和移動(dòng)曲面擬合兩種模型根據(jù)分配好方案進(jìn)行數(shù)據(jù)擬合,三次樣條擬合法比移動(dòng)曲面擬合法效果更好一些,兩種方法得到擬合結(jié)果值與已知各點(diǎn)高程異常值關(guān)系如圖1。當(dāng)多跨橋梁長(zhǎng)度、隧道長(zhǎng)度分別小于3000m、6000m時(shí),通過移動(dòng)曲面擬合法可以滿足精度要求。對(duì)于三次樣條曲線擬合,在應(yīng)用過程中,需要注意X分量、Y分量對(duì)擬合結(jié)果產(chǎn)生的影響,在某些情況下,三次樣條擬合出高程異常面會(huì)出現(xiàn)失真現(xiàn)象。對(duì)于多跨橋梁、隧道來說,當(dāng)其長(zhǎng)度分別超過3000m、6000m時(shí),在這種情況下,通過移動(dòng)曲面擬合法獲取高程數(shù)據(jù),在精度方面早已不能滿足要求。對(duì)測(cè)區(qū)內(nèi)一塊寬1000m,長(zhǎng)5000m區(qū)域采用三次樣條擬合法和移動(dòng)曲面擬合法進(jìn)行高程異常擬合,結(jié)果如圖2所示。通過對(duì)比分析兩種擬合方法所得結(jié)果及擬合圖形,同時(shí)結(jié)合三次樣條和移動(dòng)曲面擬合原理,可知三次樣條擬合法存在一定的局限性,三次樣條法擬合法與X分量或者Y分量密切相關(guān),擬合結(jié)果受X分量、Y分量的影響,進(jìn)而影響擬合結(jié)果的可靠性。
2噴錨支護(hù)技術(shù)在隧道工程中的應(yīng)用
2.1準(zhǔn)備工作
2.1.1確定噴射混凝土原料的比例
確定噴射混凝土各項(xiàng)原料的比例時(shí),不僅需要達(dá)到設(shè)計(jì)要求的強(qiáng)度等級(jí),還需要充分考慮當(dāng)?shù)氐臍夂颦h(huán)境及地質(zhì)條件,應(yīng)保障混凝土的抗?jié)B性及早強(qiáng)性達(dá)到相應(yīng)的要求,避免出現(xiàn)混凝土的抗凍性不佳的情況,并降低回彈率及水化熱,低溫早強(qiáng)噴射混凝土的水灰比需要控制在0.4~0.5之間。一般情況下,每立方米所使用的水泥量保持在400~470之間。進(jìn)過反復(fù)的實(shí)驗(yàn),該隧道工程中的噴射混凝土施工使用的低溫早強(qiáng)噴射混凝土,其成分中的水泥、砂和碎石的比例確定為1∶2.35∶1.61。
2.1.2噴射混凝土原料配合比
混凝土的原材料包括水泥、細(xì)骨料及粗骨料及外加劑。在材料的等級(jí)、性質(zhì)、強(qiáng)度、質(zhì)量等方面均需要達(dá)到相應(yīng)的技術(shù)指標(biāo),具體情況如下:①水泥材料。水泥材料的等級(jí)需要超過32.5R,且是低堿普通硅酸鹽水泥或者硅酸鹽水泥。該項(xiàng)工程中更使用的是32.5R級(jí)普通硅酸鹽水泥,其主要技術(shù)指標(biāo)有細(xì)度小于4.1%,標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量為26.5%,安定性合格,初凝時(shí)間為1.5小時(shí),終凝時(shí)間為3.5小時(shí),標(biāo)準(zhǔn)情況下抗折強(qiáng)度為8.3,抗壓強(qiáng)度為45.2;②細(xì)骨料和粗骨料。細(xì)骨料需要使用非堿活性的河砂,并要求其硬度較大,沒有易凍裂或者容易受到氣候影響的礦物質(zhì),較為清潔,級(jí)配良好,而粗骨料則需要選擇非堿活性的碎石或者卵石混合物,要求其級(jí)配良好沒有凍結(jié)物,如冰雪等,其主要的技術(shù)指標(biāo)中含泥量為0.6%,泥塊含量為0,堅(jiān)固性為2.1%,壓碎指標(biāo)為5.1%至7.6%之間,沒有堿活性;③外加劑。根據(jù)低溫早強(qiáng)噴射混凝土的性質(zhì),該項(xiàng)速隧道工程開始使用的外加劑是多功能復(fù)合外加劑與速凝劑的聯(lián)合,多功能復(fù)合外加劑前能夠有效的降低混凝土在液相狀態(tài)的冰點(diǎn),使得噴射混凝土的早期強(qiáng)度得到優(yōu)化,有效的對(duì)抗各種惡劣的氣候環(huán)境;速凝劑則能夠讓混凝土的硬化速度加快,減少回彈的損失,使得混凝土能夠適應(yīng)含水量較大或者較為潮濕的巖層。
2.2施工過程分析該工程的特點(diǎn)后
施工方法選擇為上下斷面臺(tái)階法,初期支護(hù)使用的是錨桿掛網(wǎng)、噴射滬混凝土、鋼格柵等多種方式有機(jī)結(jié)合,主要施工過程如下所述。
2.2.1清理開挖面
圍巖隧道掌子面出現(xiàn)完全的出渣現(xiàn)象后既可以對(duì)其實(shí)施凈空量測(cè),做好測(cè)量標(biāo)志,并將不穩(wěn)定的巖石等進(jìn)行清理排除,并做好欠挖處理。需要注意在欠挖處理過程中,如果存在軟弱地段,需要選擇人工開挖的方式,而硬度較高的地段則可以使用補(bǔ)炮來進(jìn)行開挖,使得其凈空尺寸達(dá)到設(shè)計(jì)要求。
2.2.2噴射混凝土
進(jìn)行混凝土噴射之前,先使用水沖洗巖壁表面,清除雜物及粉塵,攪拌機(jī)將粗細(xì)骨料、水泥材料攪拌均勻,再根據(jù)配比添加質(zhì)量合格的水,數(shù)量需要保持在總量的20%左右,按照正常的程序進(jìn)行攪拌,并加入速凝劑,使用劑量需要保持在水泥重量的5%左右。該工程中所使用的混凝土噴射機(jī),壓力為0.2~0.4MPa,首次噴射混凝土?xí)r,一般選擇的方式,能夠有效的避免洞內(nèi)粉塵污染。在噴射過程中,需要將噴射面分為若干個(gè)片或者小段,每段額的長(zhǎng)度為5cm左右;噴頭需要呈螺旋形,和噴面之間的距離應(yīng)為0.5cm~1.0cm,噴射方向和巖面產(chǎn)生的夾角需要保持在10°以內(nèi),噴射厚度一般為3cm左右。
2.2.3設(shè)置錨桿及配套材料設(shè)置
錨桿之前,需要先加工相應(yīng)的材料進(jìn),對(duì)成型的F22螺紋鋼進(jìn)行切割;所使用的錨固劑的為8604型水泥錨固劑,其固化時(shí)間需要保持在5~10min之間,強(qiáng)度為52~56MPa。現(xiàn)在開挖面進(jìn)行鉆孔施工,使用高壓風(fēng)將孔內(nèi)的雜物清理干凈,錨固劑沾水濕潤(rùn),并將其置入孔內(nèi),填充到孔深度的2/3,在使用手風(fēng)槍把錨桿植入孔內(nèi),固定住,主要保障錨桿和錨固劑貼合的緊密度。鋼筋網(wǎng)片的規(guī)格為100cm×200cm,網(wǎng)片和錨桿牢固的焊接在一起,鋪設(shè)鋼筋網(wǎng)的過程中需要結(jié)合噴面的形狀來進(jìn)行,注意鋼筋網(wǎng)和噴面之間的縫隙應(yīng)保持在3cm以內(nèi)。格柵也屬于該配套的材料,其主要材料是F25鋼筋,數(shù)量一把為5根,牢固的焊接起來,尺寸一般為500cm,使用鋼板螺栓將格柵連接在一起。鋪設(shè)格柵時(shí),其間距保持在100cm左右,連接筋的長(zhǎng)度一般是為110cm,且需要個(gè)5根主筋焊接在一起,焊接方式為點(diǎn)焊。最后在格柵格柵拱腳架上安裝墊板,需要隧道中線保持垂直,其水平位置應(yīng)比導(dǎo)坑地面低25cm左右。
在建立大橋控制網(wǎng)時(shí),采用橋梁軸線建立坐標(biāo)系對(duì)所應(yīng)用的GPS技術(shù)進(jìn)行處理。在橋梁主軸線上,聯(lián)測(cè)或假定一個(gè)控制點(diǎn),并且以軸作為GPS控制網(wǎng)方位基準(zhǔn),由高精度測(cè)距儀測(cè)量主軸線兩端控制點(diǎn)間長(zhǎng)度確定網(wǎng)尺度基準(zhǔn)。在主橋高程面上選擇GPS橋梁控制網(wǎng)投影面。
1.2GPS在隧道控制測(cè)量中的應(yīng)用
在布設(shè)GPS隧道控制網(wǎng)時(shí),通常采用隧道工程坐標(biāo)系。在布設(shè)隧道工程坐標(biāo)系的過程中,其原點(diǎn)一般選擇隧道洞口控制點(diǎn),并且在方向上要求X軸指向與線路前進(jìn)方向一致,同時(shí)通過正交的方式,使得Y軸與X軸構(gòu)成右手系。在對(duì)GPS隧道控制網(wǎng)網(wǎng)點(diǎn)進(jìn)行選擇埋設(shè)時(shí),需要考慮GPS測(cè)量對(duì)點(diǎn)位的要求,以及隧道施工的要求。
2GPS高程擬合精度評(píng)定指標(biāo)
為了對(duì)GPS高程擬合精度進(jìn)行客觀的評(píng)論,需要對(duì)所有的GPS點(diǎn)進(jìn)行水準(zhǔn)聯(lián)測(cè),在全網(wǎng)上均勻分布起算點(diǎn),選擇其他點(diǎn)作為檢核點(diǎn)。在內(nèi)符合精度方面,根據(jù)參與擬合計(jì)算已知點(diǎn)高程異常與擬合出高程異常求擬合殘差;在外符合精度方面,根據(jù)檢核點(diǎn)高程異常與擬合出高程異常間差值,計(jì)算GPS高程擬合的外符合精度M;GPS水準(zhǔn)精度評(píng)定,根據(jù)檢核點(diǎn)與已知點(diǎn)距離L計(jì)算檢核點(diǎn)擬合殘差限值評(píng)定GPS擬合高程達(dá)到的精度。
3數(shù)據(jù)介紹隧道主要應(yīng)用
GPS進(jìn)行控制網(wǎng)布設(shè)進(jìn)行高程傳遞。對(duì)于控制點(diǎn)來說,由于需要進(jìn)行擬合處理,在這種情況下需要的數(shù)據(jù)比較少。以某一橋梁為例,采用20個(gè)公共點(diǎn)對(duì)三次樣條模型和移動(dòng)曲面進(jìn)行擬合分析,根據(jù)需要數(shù)據(jù)前四位省略,在數(shù)據(jù)類別方面,根據(jù)GPS高程擬合原理,可以將其分為起算數(shù)據(jù)、檢核數(shù)據(jù)。其中,起算數(shù)據(jù)中的點(diǎn)一方面包含大地高,另一方面包含正常高,同時(shí)以此為計(jì)算擬合模型中的參數(shù)。檢核數(shù)據(jù)是已知大地高,高程異常通過應(yīng)用擬合模型進(jìn)行計(jì)算,進(jìn)一步獲得正常高。本文中將11個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)作為起算數(shù)據(jù),9個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)作為檢核數(shù)據(jù),具體分配方案為起算數(shù)據(jù)13個(gè),分別為1、3、5、6、7、9、11、14、16、18、20點(diǎn),檢核數(shù)據(jù)9個(gè),分別為2、4、8、10、12、13、15、17、19。
4數(shù)據(jù)解算結(jié)果及分析
分別對(duì)三次樣條擬合和移動(dòng)曲面擬合兩種模型根據(jù)分配好方案進(jìn)行數(shù)據(jù)擬合,三次樣條擬合法比移動(dòng)曲面擬合法效果更好一些,兩種方法得到擬合結(jié)果值與已知各點(diǎn)高程異常值關(guān)系。當(dāng)多跨橋梁長(zhǎng)度、隧道長(zhǎng)度分別小于3000m、6000m時(shí),通過移動(dòng)曲面擬合法可以滿足精度要求。對(duì)于三次樣條曲線擬合,在應(yīng)用過程中,需要注意X分量、Y分量對(duì)擬合結(jié)果產(chǎn)生的影響,在某些情況下,三次樣條擬合出高程異常面會(huì)出現(xiàn)失真現(xiàn)象。對(duì)于多跨橋梁、隧道來說,當(dāng)其長(zhǎng)度分別超過3000m、6000m時(shí),在這種情況下,通過移動(dòng)曲面擬合法獲取高程數(shù)據(jù),在精度方面早已不能滿足要求。對(duì)測(cè)區(qū)內(nèi)一塊寬1000m,長(zhǎng)5000m區(qū)域采用三次樣條擬合法和移動(dòng)曲面擬合法進(jìn)行高程異常擬合,通過對(duì)比分析兩種擬合方法所得結(jié)果及擬合圖形,同時(shí)結(jié)合三次樣條和移動(dòng)曲面擬合原理,可知三次樣條擬合法存在一定的局限性,三次樣條法擬合法與X分量或者Y分量密切相關(guān),擬合結(jié)果受X分量、Y分量的影響,進(jìn)而影響擬合結(jié)果的可靠性。
①微差爆破
微差爆破就是利用毫秒延時(shí)雷管達(dá)到延時(shí)爆破的爆破技術(shù)。它的主要優(yōu)點(diǎn)就是可以降低爆破地震效益所導(dǎo)致的沖擊作用;實(shí)現(xiàn)巖石碎塊的均勻度,使得爆破巖石碎片集中化,便于清理;降低爆破次數(shù)、提高爆破效果。
②擠壓爆破
擠壓爆破技術(shù)就是在爆區(qū)自由面前方人為預(yù)留巖渣,以此提高炸藥能量的利用率和改變破碎質(zhì)量。它的主要優(yōu)點(diǎn)就是增加了工時(shí)的利用率,降低了爆破頻率;通過擠壓爆破可以使巖石在擠壓過程中發(fā)生二次沖擊,提高了巖石破碎率,降低了二次爆破的工作量。
③光面爆破
就是在開挖的巖石中保證其表面光滑而且不受明顯破壞的爆破技術(shù)。光面爆破技術(shù)可以有效的保護(hù)開挖巖體的穩(wěn)定性,降低施工成本。光面爆破的原理就是采取在開挖巖體表面布置密集的小直徑炮眼,在這些炮眼中不耦合裝藥或者部分孔不裝,同時(shí)起爆形成平整的光面。
④預(yù)裂爆破
就是人為開挖制造一條裂縫,這條裂縫是保留圍巖與爆區(qū)的分裂線,有效的保護(hù)圍巖,降低爆破地震危害的控制爆破技術(shù)。預(yù)裂爆破的炮孔直徑一般越小,孔痕率就會(huì)越高,對(duì)爆破的效果就會(huì)產(chǎn)生巨大的影響。
2隧道控制爆破技術(shù)
為了更加準(zhǔn)確地說明隧道控制爆破技術(shù),本文選用“高石河隧道施工”實(shí)例對(duì)隧道控制爆破技術(shù)進(jìn)行綜合分析:
2.1高石河隧道爆破施工方案
高石河隧道工程以娟云母千枚巖為主,千枚巖遇水后會(huì)迅速的軟化,而且其地形非常復(fù)雜,經(jīng)過多方論證,最后采取地表注漿加固形式對(duì)滑坡進(jìn)行處理后進(jìn)行進(jìn)洞施工。基于高石河隧道地形比較復(fù)雜,隧道開挖面積要達(dá)到110m2,因此根據(jù)施工現(xiàn)場(chǎng)的環(huán)境以及施工設(shè)備可以采取上、下臺(tái)階法開挖,選擇2#的巖石乳化炸藥,鉆孔的直徑為42mm,采取并聯(lián)分段毫秒導(dǎo)爆管。上斷面開挖44m2,下斷面開挖56m2,它們都采取水平炮孔開挖方式。
2.2爆破參數(shù)的確定
根據(jù)以往的工作經(jīng)驗(yàn)以及爆破原理,本工程溝槽采取楔形溝槽法,炮孔則采取掏槽眼、輔助眼、周邊眼等多種布孔的方式,并且利用不同段別的毫秒雷管實(shí)現(xiàn)對(duì)光面控制爆破。
2.2.1炮孔的數(shù)量以及炮孔直徑
根據(jù)工程的實(shí)際環(huán)境以及巖石的堅(jiān)硬程度,并且結(jié)合爆破技術(shù)的原理,來確定在工程的掌子面確定炮孔的數(shù)量,一般我們?cè)诖_定炮孔數(shù)量時(shí)選擇的公式是:N=3.3(f•s2)13根據(jù)公式我們可以準(zhǔn)確的計(jì)算出該工程的炮孔數(shù)量應(yīng)該為160個(gè),其中:N———炮孔的數(shù)量(個(gè));s———掘進(jìn)斷面積(m2);f———巖石堅(jiān)固性系數(shù)。
2.2.2裝藥量的計(jì)算及分配
裝藥量的多少對(duì)爆破效果會(huì)產(chǎn)生重要的影響,藥量不足與過多都會(huì)影響工程的質(zhì)量,因此要合理的確定具體的裝藥容量,合理的藥量要根據(jù)炸藥的性能和質(zhì)量等多方面進(jìn)行確定,但是由于施工環(huán)境具有很多的不可計(jì)算的因素,因此我們?cè)诖_定炸藥容量時(shí)多根據(jù)以下公式進(jìn)行計(jì)算:Q=qV。在公式中:Q———爆破循環(huán)需要的炸藥量;q———爆破每立方米所需要的炸藥的消耗量(kg/m3);V———一個(gè)循環(huán)近尺所爆落巖石的總體積,即V=IS,m3。
2.2.3炮眼直徑對(duì)工程的影響
眾所周知,增加炮眼的直徑,加大裝藥量可以使爆破的威力更大,可以使爆破的效果發(fā)揮到最大程度,但是如果一味的增加炮眼的直徑就會(huì)造成鑿巖的下降速度,并且對(duì)巖石的碎片質(zhì)量以及圍巖的平整度產(chǎn)生巨大的負(fù)面影響,比如增加炮眼的直徑可能就會(huì)增加爆破的瞬間威力,但是巖石的碎片破碎程度就會(huì)下降,碎片的均勻程度也會(huì)出現(xiàn)巨大的反差,因此在設(shè)定炮眼時(shí)必須要根據(jù)施工環(huán)境以及施工設(shè)備、炸藥的性能等綜合因素進(jìn)行分析,科學(xué)的確定炮眼的孔徑。根據(jù)我們的工作經(jīng)驗(yàn),再結(jié)合本工程的實(shí)際情況,我們將炮眼的直徑確定為32mm-50mm之間,藥卷與眼壁之間的間隙為炮眼直徑的10%左右,基于此要求,上下斷面的開挖爆破應(yīng)該選用鉆頭為38mm的風(fēng)動(dòng)鑿巖機(jī)。
2.3爆破施工設(shè)計(jì)
2.3.1上臺(tái)階施工設(shè)計(jì)
①炮眼布置
炮眼的布置要嚴(yán)格按照控制爆破震動(dòng)原理進(jìn)行布置,首先從距底板的50cm處開始,沿隧道的中心線兩側(cè)對(duì)稱布置4對(duì)垂直楔形掏槽孔,它們的排列順序是:頭排的輔助孔與掏槽孔的距離要保持40cm,中間輔助孔的距離也為40cm,最外排的輔助孔與邊墻的距離為85cm左右;在隧道的拱部布置4排崩落孔,他們之間的排距為60cm,最外層的崩落孔與隧道邊界要保持65-80cm的相距距離;周邊的炮孔要與開挖邊界保持20cm,并且炮孔鉆眼要向外傾斜5°左右,底板孔直接布置在底部邊界上,并且向下傾斜10°左右進(jìn)行鉆孔,并且要保持孔距之間達(dá)到85cm。
②裝藥結(jié)構(gòu)與單孔裝藥量的確定
在確定好炮眼的數(shù)量以及大小位置后,就需要根據(jù)具體的工程要求科學(xué)的對(duì)炸藥使用量進(jìn)行確定,一般根據(jù)工程建設(shè)經(jīng)驗(yàn),除了在周圍孔選擇軸向間隔裝藥外,其余的炮孔需要采取連續(xù)裝藥的結(jié)構(gòu),不同的位置選擇的炸藥是不相同的,在拱部周圍孔之間要采取直徑為25mm、長(zhǎng)20cm、重100g的卷裝乳化炸藥;底板孔則使用直徑為32mm、長(zhǎng)20cm、重200g的乳化炸藥;其余的則選用直徑為32mm、長(zhǎng)20cm、重150g的卷狀2#巖石炸藥。
③起爆順序與方法
為了降低施工成本,實(shí)現(xiàn)爆破的預(yù)期效果,應(yīng)該將爆破所引起地表振動(dòng)的速度控制在2cm/s內(nèi),并且要盡量使各個(gè)炮孔同時(shí)起爆,具體的起爆順序是:掏槽孔、輔助孔、崩落孔、邊墻周邊孔、底板孔和拱部孔。起爆的方法是采取非電導(dǎo)爆管以此點(diǎn)火,孔內(nèi)毫秒延時(shí)起爆,采取并聯(lián)方式連接,主傳導(dǎo)爆管用電雷管引爆。
2.3.2下臺(tái)階施工設(shè)計(jì)
①炮孔布置
下斷面橫截面上應(yīng)該布置3排主爆孔,其中3個(gè)頭排爆孔的抵抗線為1.1m,隨后再布置2排主爆孔,其間距為0.8m左右,并且要保證每排要布置4個(gè)炮孔,孔距的間距為1.0m,同樣兩側(cè)的邊墻也要布置4個(gè)周邊孔,孔距為0.7m。
②裝藥結(jié)構(gòu)與單孔裝藥量
下端面的裝藥結(jié)構(gòu)與上斷面的裝藥結(jié)構(gòu)是相同的,除了底板孔使用單卷的重量為200g的乳化炸藥外,其余都是用單卷為150g的2的巖石炸藥。各炮孔的單孔裝藥量。半臺(tái)階炮孔示意圖
2地質(zhì)雷達(dá)檢測(cè)方法與檢測(cè)技術(shù)
隧道后期質(zhì)量檢測(cè)應(yīng)考慮隧洞結(jié)構(gòu)完整性要求,結(jié)合隧洞工程檢測(cè)目的與工程實(shí)際情況,檢測(cè)工作應(yīng)主要以測(cè)繪、裂隙調(diào)查等方法配合洞外地表與洞內(nèi)進(jìn)行地質(zhì)雷達(dá)探測(cè)的綜合無損檢測(cè)技術(shù)。在隧道混凝土襯砌施工質(zhì)量檢查過程中,由于其隱蔽性較強(qiáng),屬薄壁結(jié)構(gòu),施工困難,施工容易造成襯砌混凝土厚度不符合設(shè)計(jì)要求、襯砌混凝土與巖體結(jié)合不密實(shí)等質(zhì)量事故。在后期檢測(cè)過程中采用常規(guī)的檢驗(yàn)方法如局部開孔等,其方法效率低下且代表性較差,同時(shí)對(duì)襯砌混凝土結(jié)構(gòu)的整體性有較大影響。故采用在洞外地表與洞內(nèi)進(jìn)行地質(zhì)雷達(dá)探測(cè)的綜合無損檢測(cè)技術(shù),可以對(duì)隧道襯砌混凝土的結(jié)構(gòu)、裂縫分布及延展進(jìn)行檢測(cè),同時(shí)還可對(duì)淺部圍巖變形進(jìn)行檢測(cè)。
探地雷達(dá)對(duì)地下目標(biāo)體的探測(cè)采用的是高頻電磁波,其在地下介質(zhì)中的傳播過程實(shí)際是一個(gè)褶積濾波過程,由于地下介質(zhì)的物性和幾何性質(zhì)的不均勻性及地下介質(zhì)的電性的不均一性,電磁波在地下介質(zhì)中的傳播相當(dāng)復(fù)雜,各種噪聲干擾嚴(yán)重,同時(shí),探地雷達(dá)在接收地下介質(zhì)的反射波的同時(shí),也會(huì)接收到地面以上的各種噪聲和干擾信號(hào)。因此,實(shí)際接收的探地雷達(dá)信號(hào)不再是發(fā)射信號(hào)的簡(jiǎn)單疊加,附帶了一些波形畸變的子波,這些子波都有不同尺度變化使得探地雷達(dá)信號(hào)具有非平穩(wěn)性,脈沖信號(hào)非線性衰減等特點(diǎn)。探地雷達(dá)回波信號(hào)不能直接準(zhǔn)確清晰地反映目標(biāo)體,必須經(jīng)過適當(dāng)?shù)臄?shù)據(jù)處理,以改善數(shù)據(jù)質(zhì)量,為圖像判釋和地質(zhì)解釋提供清晰的反射波信號(hào)。探地雷達(dá)數(shù)據(jù)處理的目的就是壓制各種噪聲和干擾,提高分辨率,使探地雷達(dá)圖像剖面上顯示最大分辨率的反射波,收集反射波的各種有用參數(shù)(包括電磁波速度,振幅和波形資料),以便對(duì)探地雷達(dá)圖像做出準(zhǔn)確可靠的地質(zhì)解釋。
3引水隧道襯砌檢測(cè)方法
引水隧洞質(zhì)量控制的關(guān)鍵是要控制好開挖及襯砌混凝土的質(zhì)量。襯砌混凝土施工首先應(yīng)對(duì)原材料、中間產(chǎn)品等的質(zhì)量進(jìn)行嚴(yán)格的檢測(cè)與控制,其次對(duì)關(guān)鍵工序的施工質(zhì)量進(jìn)行嚴(yán)格的過程控制。對(duì)于襯砌混凝土質(zhì)量的后期檢測(cè),根據(jù)以上分析,可優(yōu)先采用以測(cè)繪、裂隙調(diào)查等方法配合洞外地表與洞內(nèi)進(jìn)行地質(zhì)雷達(dá)探測(cè)的綜合無損檢測(cè)技術(shù)。隧道襯砌探地雷達(dá)檢測(cè)時(shí),應(yīng)先合理布置測(cè)線,測(cè)線可能布置在遠(yuǎn)離電纜線、金屬物等,一般采用縱向布線方式,在左右邊墻、左右拱腰及拱頂位置布置五條測(cè)線,特殊情況下可布置環(huán)向測(cè)線,以輔助縱向測(cè)線檢測(cè),初期支護(hù)厚度一般較薄,表明不平整,為滿足分辨率要求,保證探測(cè)數(shù)據(jù)質(zhì)量,一般用800MHz屏蔽天線,若800MHz屏蔽天線探測(cè)范圍不足以覆蓋初期支護(hù)后的缺陷時(shí)需換用500MHz屏蔽天線,對(duì)于二次襯砌,由于厚度相對(duì)較厚,一般采用500MHz屏蔽天線,初期支護(hù)檢測(cè)和二次襯砌檢測(cè)均按5m或10m一標(biāo)記打標(biāo)。探地雷達(dá)檢測(cè)過程需要注意以下幾點(diǎn):①檢測(cè)前應(yīng)全面了解檢測(cè)任務(wù),充分做好檢測(cè)前的準(zhǔn)備,如根據(jù)需要正確設(shè)置探測(cè)參數(shù)等。②嚴(yán)格控制測(cè)區(qū)內(nèi)的金屬構(gòu)件或無線電發(fā)射源等產(chǎn)生較強(qiáng)電磁波干擾設(shè)備。③應(yīng)選用絕緣材料為探測(cè)天線的支撐器材,天線操作人員不應(yīng)佩帶含有金屬成分的物件,注意人員和儀器安全。④檢測(cè)過程中,應(yīng)保持工作天線的平面與探測(cè)面密貼或基本平行,距離相對(duì)一致。⑤做好現(xiàn)場(chǎng)記錄,記錄標(biāo)記位置,測(cè)線范圍內(nèi)是否有障礙物、障礙物的確切位置,準(zhǔn)確的測(cè)線位置等。
4結(jié)論
1)地質(zhì)雷達(dá)應(yīng)用于淺埋深小斷面引水隧道具有極其廣闊的前景,地質(zhì)雷達(dá)技術(shù)可有效地對(duì)隧道混凝土的密實(shí)度、與巖體的接觸緊密度等進(jìn)行連續(xù)、全面、快速、精確的無損傷檢測(cè)。
2.新奧法在公路隧道工程中的應(yīng)用
2.1新奧法基本原理
新奧法是現(xiàn)代公路隧道工程中的一項(xiàng)標(biāo)志性的新技術(shù),新奧法的原理首先就是了解隧道結(jié)構(gòu)的主要部分,知道圍巖是其主要承載結(jié)構(gòu)部分;開挖后要加固圍巖,確保圍巖不會(huì)在開挖卸載后發(fā)生原有強(qiáng)度不在的情況;公路隧道圍巖時(shí),對(duì)圍巖的卸載位移的程度要降低;隧道圍巖支護(hù)工程中可以允許圍巖產(chǎn)生小范圍的變形,產(chǎn)生受力環(huán)區(qū),限制圍巖位移程度,避免變形產(chǎn)生松懈;初次支護(hù)主要是保持圍巖自承狀態(tài),避免松弛;適時(shí)建造初次支護(hù),選擇比較適宜的早晚時(shí)間,延遲圍巖的變形,讓支撐效果達(dá)到最佳;圍巖要注意對(duì)地質(zhì)條件的檢查,評(píng)定隧道洞周的位移變形;因?yàn)閲娚浠炷潦芰臁⑴c圍巖密貼等。
2.2應(yīng)用新奧法進(jìn)行隧道圍巖的支護(hù)
開挖工作進(jìn)行過程中,隧道圍巖的應(yīng)力開始重新分布,必須加固圍巖,使圍巖卸載后強(qiáng)度不會(huì)失去。結(jié)構(gòu)承載要盡量被滿足,當(dāng)圍巖周圍出現(xiàn)位移和變形,開挖曲面后,就形成拱模效應(yīng),進(jìn)而形成受力環(huán)區(qū),此外,對(duì)圍巖位移速度要進(jìn)行控制,防止變形松動(dòng)。所以,對(duì)公路隧道進(jìn)行支護(hù)要采用新奧法支護(hù)結(jié)構(gòu),支護(hù)時(shí)初期采用錨噴的方式,再次支護(hù)時(shí),進(jìn)行的復(fù)合襯砌采用的是模筑混凝土。噴射混凝土、鋼筋網(wǎng)噴射混凝土和錨桿共同組成錨噴支護(hù),是一種支護(hù)結(jié)構(gòu)。具有速凝劑的混凝土混合料是噴射混凝土的一種材料,將其混合高壓水和混凝土噴射機(jī),借用高壓空氣的作用,直接噴射至巖面,然后凝結(jié)成形狀。圍巖情況的好與壞決定支護(hù)使用混凝土的種類,圍巖情況好,則支護(hù)的主要方式是噴射混凝土,輔助工具是錨桿;如果圍巖情況不好,那么支護(hù)的主要方式則是錨桿,借用的材料是鋼筋網(wǎng)混凝土和噴射混凝土等其他混凝土,結(jié)合配合使用。新奧法的噴射支護(hù)技術(shù),作為圍巖的承載結(jié)構(gòu)的重要組成部分,被應(yīng)用在公路隧道支護(hù)中。所以,二次襯砌支付時(shí),新奧法支護(hù)技術(shù)是后期的圍巖飾面的承載力,要綜合評(píng)估圍巖的變形,評(píng)估初期支付和隧道的周邊情況。任何支護(hù)都需要薄型的柔性結(jié)構(gòu),使手受彎變形的情況和撓曲斷裂的情況減少。新奧法施工技術(shù)被應(yīng)用在公路隧道圍巖支護(hù)中,值得注意的是公路隧道巖石的軟硬問題,使用新奧法施工技術(shù),要區(qū)別硬巖隧道和軟巖隧道。軟巖地層的隧道是接近地表的,很難承受再次荷載,再有就是覆蓋土的重力作用大,很難控制其變形,然而在硬巖隧道中如果使用支護(hù)時(shí)柔性的,風(fēng)險(xiǎn)就是客觀存在的,釋放過度會(huì)導(dǎo)致坍塌。若圍巖中淺埋隧道式軟弱破碎的,新奧法原理就在這時(shí)起作用了,可以控制圍巖變形,但是不能采用一次性柔性支護(hù),應(yīng)該加固地層,高強(qiáng)度的預(yù)支護(hù),達(dá)到好的自承性能效果。
2.3應(yīng)用新奧法加強(qiáng)隧道施工監(jiān)測(cè)
作為公路隧道新奧法施工技術(shù)核心的公路隧道施工監(jiān)測(cè),監(jiān)測(cè)是圍巖穩(wěn)定性的保障,確保支護(hù)結(jié)構(gòu)的受力狀態(tài)的穩(wěn)定,科學(xué)合理的確定襯砌時(shí)間和支護(hù)時(shí)間,做出精細(xì)的施工設(shè)計(jì)。所以,開挖公路隧道后首先是及時(shí)支付圍巖,保證其穩(wěn)定性,噴射混凝土,加大噴射厚度,添加錨桿和鋼筋網(wǎng);然后是初期結(jié)束后加設(shè)模板,二次襯砌混凝土。采用新奧法施工技術(shù)施工監(jiān)測(cè),力學(xué)計(jì)算,融合整個(gè)設(shè)計(jì)、勘察和施工等環(huán)節(jié),所以初步調(diào)查地質(zhì)后使用數(shù)學(xué)計(jì)算進(jìn)行預(yù)設(shè)計(jì),確定好支護(hù)參數(shù),在施工中布置監(jiān)控測(cè)試系統(tǒng),全面了解支護(hù)過程和圍巖,通過信息的反饋,確定科學(xué)的開挖方案和支護(hù)參數(shù)。
2.4應(yīng)用新奧法進(jìn)行隧道的開挖施工
公路隧道開挖的方法很多。比如掘進(jìn)機(jī)法、礦山法等這些都離不開爆破手段,爆破是利用了巖石抗裂能力低的特點(diǎn),通過各種措施來減少圍巖周邊的損壞,達(dá)到更加好的效果。爆破還能使開挖受控制,襯砌混凝土量得以節(jié)省,施工進(jìn)度加快,成本降低。利用新奧法施工技術(shù),對(duì)公路隧道施工建設(shè)來說,不僅要利用爆破避免圍巖擾動(dòng),還要開挖輪廓線,保護(hù)圍巖,增強(qiáng)自承能力。