李德增
摘 要:結(jié)合G0711烏魯木齊至尉犁高速公路天山勝利隧道施工,通過隧道開挖支護(hù)施工特點(diǎn)、支護(hù)結(jié)構(gòu)發(fā)展、開挖支護(hù)技術(shù)分析和研究,進(jìn)而掌握隧道開挖支護(hù)施工技術(shù)要點(diǎn)。在隧道施工時(shí),應(yīng)當(dāng)對(duì)隧址區(qū)地形、地貌與地質(zhì)進(jìn)行全面考慮,一定要將超前地質(zhì)預(yù)報(bào)和監(jiān)控量測(cè)工作做到位,以此來提升隧道的施工質(zhì)量和安全。應(yīng)對(duì)隧道施工的每一道工序質(zhì)量進(jìn)行嚴(yán)格控制,進(jìn)而確保隧道工程施工的順利進(jìn)行。
關(guān)鍵詞:烏尉高速公路;隧道開挖支護(hù);施工技術(shù)
中圖分類號(hào):TU74 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號(hào):2096-6903(2023)02-0040-03
0 引言
烏尉高速公路天山勝利隧道是一座超長(zhǎng)高速公路隧道,位于新疆烏魯木齊市西南側(cè)天山腹地,穿越天格爾峰。隧道進(jìn)口位于G216國(guó)道望峰道班附近,為烏魯木齊河谷底部斜坡,高程2 772 m。穿越天山勝利達(dá)坂后,隧道出口位于烏拉斯臺(tái)村南疆鐵路烏斯托火車站東側(cè)下方緩坡處,高程2 897 m。隧道全長(zhǎng)22 105 m,最大埋深1 102 m,按照雙向四車道高速公路標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì),隧道主洞采用鉆爆法施工。
隧道屬于地下隱蔽工程施工作業(yè),存在極高的復(fù)雜性、風(fēng)險(xiǎn)性,極易造成施工過程的危險(xiǎn)事故。所以,要想進(jìn)一步提升工程施工的安全性,就應(yīng)當(dāng)對(duì)洞口和洞身施工根據(jù)實(shí)際情況選擇合適的開挖和支護(hù)施工工藝。也可以根據(jù)超前地質(zhì)預(yù)報(bào),來采取不同方式相結(jié)合的方法施工,對(duì)施工技術(shù)要點(diǎn)進(jìn)行嚴(yán)格管控,進(jìn)而推動(dòng)隧道工程施工的順利開展[1]。
1 隧道施工特點(diǎn)
隧道施工具有極強(qiáng)的多變性,施工現(xiàn)場(chǎng)的地質(zhì)條件與工程建設(shè)的順利開展有著十分緊密的聯(lián)系。一些施工現(xiàn)場(chǎng)經(jīng)常性存在許多不良地質(zhì)現(xiàn)象,例如逆流、突泥、涌水、斷層破碎帶、溶洞等,若未進(jìn)行充分勘察就進(jìn)行施工作業(yè),非常容易引發(fā)施工事故。工程建設(shè)所在區(qū)域的地質(zhì)情況也會(huì)不斷變化,部分區(qū)域表面看上去屬于正常的地質(zhì)狀況,很可能會(huì)存在不良的地質(zhì)夾層,為工程施工埋下了安全隱患,嚴(yán)重影響了工程施工的安全性。
在開展隧道施工時(shí),各環(huán)節(jié)之間有著較強(qiáng)的連續(xù)性,要想開展二次修復(fù)工作困難較大。隧道工程經(jīng)常會(huì)在河流、溶洞以及溝壑等位置施工,在這些位置用水用電都十分困難,因此需要在施工中做好充分準(zhǔn)備,才可以確保后續(xù)施工的順利進(jìn)行。
通常情況下,隧道施工現(xiàn)場(chǎng)的作業(yè)空間都非常小,且施工場(chǎng)地粉塵多,能見度比較低,施工過程中噪聲過大,會(huì)造成工作人員聽覺上的不適。操作環(huán)境潮濕陰暗、場(chǎng)地過小將很難使用大型的機(jī)械設(shè)備等[2]。隧道凈空斷面尺寸的問題,導(dǎo)致很多施工的環(huán)節(jié)在操作工序上都出現(xiàn)了干擾,使得多道施工無法同時(shí)進(jìn)行。
2 隧道支護(hù)結(jié)構(gòu)的發(fā)展歷程
傳統(tǒng)的地下建筑基本都會(huì)通過磚石材料來實(shí)現(xiàn)支護(hù),一般為拱形結(jié)構(gòu)?;炷梁弯摬脑诮ㄖ袠I(yè)被大量使用,錨桿支護(hù)技術(shù)得到了廣泛應(yīng)用,混凝土噴射技術(shù)得到了推廣,同時(shí)和錨桿支護(hù)技術(shù)融合,變?yōu)橐环N新型支護(hù)技術(shù),并在隧道的初期支護(hù)當(dāng)中得到了普遍應(yīng)用。該技術(shù)主要是以錨桿和噴射混凝土組合在一起,將作為主要支護(hù)手段的一種施工方法,可以使圍巖自穩(wěn)能力得到進(jìn)一步改善和提升。在施工初期,該技術(shù)會(huì)在表面鋪設(shè)防水層,而最內(nèi)層會(huì)通過混凝土結(jié)構(gòu)來進(jìn)行支護(hù)。通過初期的支護(hù)可以使施工過程中的安全性以及結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性得到保障,而最內(nèi)層的混凝土結(jié)構(gòu)可以進(jìn)一步提升隧道使用過程中的安全性。
3 開挖支護(hù)技術(shù)重要性
3.1 提升隧道開挖的安全
對(duì)于隧道工程來說,大部分施工現(xiàn)場(chǎng)都處于山區(qū)地下位置,施工環(huán)境十分復(fù)雜,很多工程還會(huì)在山體當(dāng)中進(jìn)行施工,甚至在巖石上施工,難以確保工程施工的安全性。因此在開展隧道開挖作業(yè)時(shí),應(yīng)當(dāng)利用支護(hù)的方式來有效加固隧道圍巖結(jié)構(gòu),以此來提升隧道結(jié)構(gòu)的安全性,確保隧道工程施工作業(yè)安全、順利進(jìn)行。
3.2 提升圍巖穩(wěn)定性
在對(duì)隧道開挖支護(hù)進(jìn)行施工,不僅可以使隧道施工的安全性得到不斷加強(qiáng),還可以進(jìn)一步提升隧道周圍巖體的牢固性。大部分隧道工程,施工周期較長(zhǎng),在開展開挖作業(yè)以后,隧道周圍的圍巖應(yīng)力將會(huì)重新分配,影響巖體穩(wěn)定性,給施工安全埋下隱患。通過隧道初期支護(hù)加強(qiáng)圍巖穩(wěn)定性,可以有效降低周圍環(huán)境對(duì)隧道巖體的影響,保障圍巖穩(wěn)定,提升施工安全。
4 隧道支護(hù)結(jié)構(gòu)分析
4.1 襯砌支護(hù)結(jié)構(gòu)
襯砌支護(hù)結(jié)構(gòu)主要是通過與隧道圍巖進(jìn)行緊密貼合,在襯砌和周圍巖體接觸以后產(chǎn)生作用,利用協(xié)調(diào)松動(dòng)巖體的變形來保證圍巖的穩(wěn)定性。襯砌支護(hù)結(jié)構(gòu)主要是拱形、閉合環(huán)形的一種結(jié)構(gòu)形式,這種結(jié)構(gòu)自身具備極強(qiáng)的柔韌性和整體性,能夠?qū)鷰r的應(yīng)力狀態(tài)進(jìn)行良好的改善,通過釋放局部集中的應(yīng)力來對(duì)圍巖的變形進(jìn)行控制。襯砌支護(hù)結(jié)構(gòu)能夠通過其閉合式的結(jié)構(gòu),對(duì)圍巖整體起到支撐作用。在完成支護(hù)結(jié)構(gòu)施工以后,能夠?qū)鷰r的應(yīng)力進(jìn)行再次分配,使其應(yīng)力狀態(tài)產(chǎn)生變化,通過與隧道周圍巖體進(jìn)行緊密貼合來協(xié)調(diào)圍巖變形。對(duì)于襯砌所約束的巖體來講,其變形量的大小主要取決于隧道周圍巖體和支護(hù)結(jié)構(gòu)之間的相互作用力,支護(hù)結(jié)構(gòu)可以阻止其發(fā)生變形或位移。
4.2 超前管棚支護(hù)技術(shù)
超前管棚支護(hù)技術(shù)主要應(yīng)用在軟弱圍巖等不良地質(zhì)中,通過各管棚之間的搭接和連接形成具有搭扣形式的管棚結(jié)構(gòu)。在擬開挖隧道的外圍周邊隱形弧線上,先沿著開挖輪廓利用管棚鉆機(jī)進(jìn)行鉆孔,并打入鋼管。隨后在管內(nèi)注入水泥砂漿,以提升圍巖物理參數(shù),使其形成傘狀加固圈,以改善圍巖所處應(yīng)力場(chǎng)和掌子面應(yīng)力場(chǎng)。
該技術(shù)具有支護(hù)距離長(zhǎng)、加固技術(shù)好、經(jīng)濟(jì)成本低、施工便捷等優(yōu)勢(shì),是近些年新發(fā)展起來的一種隧道施工輔助技術(shù)。超前管棚支護(hù)技術(shù)主要設(shè)備和材料包括鋼管、管棚鉆機(jī)、夯管錘等。具體施工工序?yàn)椋菏┕?zhǔn)備→測(cè)量定位→施作套拱→鉆孔→插入鋼管→焊接外露段與鋼支撐→綜合檢查→注漿封孔。
在管棚支護(hù)施工中,主要利用鉆機(jī)進(jìn)行鉆孔作業(yè),在架設(shè)鉆機(jī)時(shí),確保與鉆進(jìn)線路中心線保持一定仰角,避免出現(xiàn)偏移或者傾斜問題,進(jìn)而導(dǎo)致管棚偏離,無法充分發(fā)揮管棚支護(hù)作用。為避免這一問題產(chǎn)生,應(yīng)采用水平導(dǎo)向跟管鉆進(jìn)法,用棚管替代鉆桿,管棚選用長(zhǎng)度10~40 m和管徑70~180 mm的熱軋無縫鋼管。在棚管頂端安裝導(dǎo)向鉆頭和角度傳感器,然后通過水平定向鉆機(jī)將棚管打入土體或巖體中[3]。在鉆進(jìn)過程中,角度傳感器持續(xù)傳出信號(hào),施工人員根據(jù)信號(hào)控制鉆進(jìn)角度,確保鉆進(jìn)角度和方向符合設(shè)計(jì)圖紙要求。管棚施作之后,利用鋼尺測(cè)距儀檢查每節(jié)鋼管的方向和長(zhǎng)度,確保準(zhǔn)確無誤。
4.3 鋼拱架支護(hù)結(jié)構(gòu)
鋼拱架支護(hù)結(jié)構(gòu)的力學(xué)模型主要是以拱形為主,在通過鋼拱架結(jié)構(gòu)進(jìn)行支護(hù)時(shí),需要充分分析巖體的應(yīng)力狀態(tài),明確鋼拱架模型。通過對(duì)鋼拱架進(jìn)行科學(xué)設(shè)計(jì),再加上對(duì)鋼拱架支護(hù)結(jié)構(gòu)和隧道圍巖接觸的位置進(jìn)行剛性連接,可以使鋼拱架支護(hù)結(jié)構(gòu)的受力更加穩(wěn)定。在實(shí)際施工過程中,鋼拱架和圍巖之間常會(huì)出現(xiàn)縫隙。針對(duì)這種情況,可通過木楔填塞的方式來解決。對(duì)于鋼拱架支護(hù)結(jié)構(gòu)而言,在支護(hù)的前期具有較高的強(qiáng)度及剛度,能夠有效地控制圍巖的變形,并且它可以與襯砌配合起來共同作用,有效地?cái)U(kuò)寬支護(hù)體系整體的承載范圍。
5 隧道工程開挖支護(hù)施工技術(shù)研究
5.1 超前地質(zhì)預(yù)報(bào)
超前地質(zhì)預(yù)報(bào)能夠?qū)λ淼朗┕さ幕A(chǔ)工作提供很大幫助,為管理人員提供準(zhǔn)確的地質(zhì)預(yù)報(bào)信息,以此來提升現(xiàn)場(chǎng)施工管理工作。對(duì)于隧道開挖作業(yè)而言,應(yīng)當(dāng)在施工之前結(jié)合地質(zhì)勘察與超前地質(zhì)預(yù)報(bào)的一系列信息,來選擇合適的開挖支護(hù)方法,制定合理的施工進(jìn)度計(jì)劃,施行全過程、無縫隙監(jiān)測(cè)?,F(xiàn)場(chǎng)施工管理人員應(yīng)與地質(zhì)預(yù)測(cè)、預(yù)報(bào)等部門進(jìn)行充分溝通,以此來及時(shí)調(diào)整施工工藝和進(jìn)度計(jì)劃,保證工程施工作業(yè)的順利開展。
5.2 全斷面開挖法
全斷面開挖法主要是按照設(shè)計(jì)斷面一次基本開挖成形的施工方法。它需要通過全方位支護(hù)來進(jìn)行施工。應(yīng)用該技術(shù)進(jìn)行施工,對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)的巖層條件有一定要求,要求圍巖必須達(dá)到I-IV級(jí)。以IV級(jí)圍巖為例,要想通過全斷面開挖法進(jìn)行施工,圍巖就一定要具有從開挖初期到支護(hù)完成整個(gè)階段保持穩(wěn)定狀態(tài)的條件,這樣才能保證施工安全。在經(jīng)濟(jì)層面,大型機(jī)械設(shè)備投入到施工當(dāng)中會(huì)嚴(yán)重增加施工成本。除此之外,還應(yīng)當(dāng)確保機(jī)械設(shè)備的配套性,以此來提升施工效率以及施工質(zhì)量和安全[4]。全斷面施工技術(shù)的優(yōu)勢(shì)十分明顯,那就是作業(yè)面的空間相對(duì)較大,能夠通過大型機(jī)械設(shè)備進(jìn)行施工,進(jìn)而降低施工作業(yè)人員的勞動(dòng)強(qiáng)度。同時(shí),全斷面開挖法的工序也非常簡(jiǎn)單,對(duì)于周圍圍巖的干擾非常小,施工管理十分方便,可以有效確保工程施工的質(zhì)量和進(jìn)度。不過該方法也存在一定的局限性,并且施工時(shí)機(jī)械化程度較高,要求施工組織十分嚴(yán)密[5]。
5.3 爆破控制
對(duì)于隧道施工來說,爆破是一項(xiàng)非常重要的作業(yè)環(huán)節(jié),通過爆破技術(shù)可以有效提升隧道工程施工的效率,保障工期。不過,這種高效率的施工技術(shù)可能會(huì)在工程施工時(shí)引發(fā)安全事故。爆破技術(shù)雖然進(jìn)一步提升了施工效率,但由于其威力巨大,若是無法對(duì)其作業(yè)范圍進(jìn)行控制,就會(huì)對(duì)整個(gè)施工流程產(chǎn)生較大影響,嚴(yán)重的還會(huì)引發(fā)塌方事故[6]。因此,在開展爆破作業(yè)之前,應(yīng)當(dāng)對(duì)爆破作業(yè)開展科學(xué)爆破設(shè)計(jì),完善爆破方案,防止由于爆破而引發(fā)安全和質(zhì)量事故。應(yīng)準(zhǔn)確計(jì)算爆破裝藥量,對(duì)炮孔布設(shè)進(jìn)行準(zhǔn)確計(jì)算,降低爆破對(duì)于周圍產(chǎn)生的影響,提升工程施工的安全性。
5.4 變形控制
要想進(jìn)一步提升隧道的穩(wěn)定性,就需要通過更加先進(jìn)的技術(shù),來增強(qiáng)隧道的抗塌方以及變形能力。這就要求對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)的地質(zhì)情況予以全面掌握,將前期的地質(zhì)勘察工作做到位,并對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)出現(xiàn)坍塌事故的概率進(jìn)行深入研究,明確事故發(fā)生率相對(duì)較大的位置,制定相應(yīng)的預(yù)防措施。施工人員需要通過超前支護(hù)和錨桿支護(hù)等方式來避免隧道圍巖出現(xiàn)變形,規(guī)避塌方事故,進(jìn)一步增強(qiáng)工程的施工質(zhì)量以及安全性[7]。
5.5 隧道防排水施工
隧道防排水應(yīng)遵循“防、排、截、堵相結(jié)合,因地制宜,綜合治理”的原則,保證隧道結(jié)構(gòu)物和設(shè)備的正常使用和行車安全,并對(duì)地表水、地下水妥善處理,形成一個(gè)完整通暢的防排水系統(tǒng)[8]。
隧道內(nèi)部積水會(huì)對(duì)隧道耐久性和行車安全產(chǎn)非常大影響,防排水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和施工質(zhì)量控制相當(dāng)重要,必須第一時(shí)間排除隧道內(nèi)部積水。防排水施工進(jìn)行之前,應(yīng)當(dāng)通過噴射混凝土封閉隧道圍巖,以此來改善巖層裂縫問題,并利用邊溝排出低洼位置的積水。隧道開挖施工之前必須在洞口的上方設(shè)置截水溝,并按照設(shè)計(jì)要求組織施工,防止隧道上方坡面水流沖刷隧道邊仰坡,進(jìn)而對(duì)隧道安全造成安全隱患。對(duì)于邊坡坡面,應(yīng)按照設(shè)計(jì)要求或利用噴射混凝土予以防護(hù)施工,避免出現(xiàn)滲漏水的現(xiàn)象[9]。在止水帶、止水條施工的過程中,需要保證其具備較好的平順度,結(jié)合施工實(shí)際情況來對(duì)止水帶的長(zhǎng)度進(jìn)行設(shè)計(jì),并對(duì)接頭位置進(jìn)行密封處理。
6 結(jié)語
隧道施工本身就存在極高的安全風(fēng)險(xiǎn),這就要求嚴(yán)格控制每一道工序的施工質(zhì)量,并結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際地質(zhì)情況、施工機(jī)械設(shè)備、施工材料、勞動(dòng)力數(shù)量選擇合適的施工工藝進(jìn)行施工,確保工程施工的質(zhì)量和安全。
隨著時(shí)代的發(fā)展和社會(huì)的進(jìn)步,山區(qū)公路長(zhǎng)大隧道越來越多,社會(huì)各界對(duì)隧道工程施工質(zhì)量和安全的關(guān)注度越來越高,隧道施工技術(shù)也越來越先進(jìn),工作人員應(yīng)當(dāng)熟練掌握隧道開挖支護(hù)施工技術(shù),進(jìn)而不斷改進(jìn)和提高隧道施工水平,以滿足社會(huì)各界的需求。
參考文獻(xiàn)
[1] 李豐現(xiàn).水電站引水隧洞開挖與支護(hù)的施工技術(shù)[J].工程技術(shù)研究,2019,4(5):86-87.
[2] 趙淑紅.道路橋梁隧道工程開挖支護(hù)的施工要點(diǎn)研究[J].綠色環(huán)保建材,2021(7):109-110.
[3] 閻倩倩.隧洞工程開挖支護(hù)施工方法[J].河南水利與南水北調(diào),2020,49(5):41-42.
[4] 李書友,馮亞輝,職承杰.支護(hù)條件下隧洞圍巖穩(wěn)定性及支護(hù)結(jié)構(gòu)受力分析[J].水利科技與經(jīng)濟(jì),2022,28(1):77-81.
[5] 王月勇.公路隧道工程中二次襯砌技術(shù)探討[J]. 黑龍江交通科技,2021,(04):137-138.
[6] 張廷彪.公路隧道工程滲漏水防治設(shè)計(jì)優(yōu)化研究[J].工程技術(shù)研究,2021,(17):236-237.
[7] 沈桂基.公路隧道工程建設(shè)的開挖支護(hù)施工及其管理[J].城市建筑,2019,(36):163-164.
[8] 鄭云.公路隧道工程建設(shè)質(zhì)量管理研究[J].黑龍江交通科技, 2020,(06):241+243.
[9] 甘宇峰.公路隧道工程質(zhì)量控制過程中的關(guān)鍵問題分析[J].江西建材,2017,(17):131-132.