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地铁隧道矿山法施工的安全与质量控制原理及要点

  
评论: 更新日期:2015年04月19日

        隧道洞身开挖质量控制有两个方面:
        (1)开挖断面规整程度的控制
        首先必须根据围岩类型选择合适的断面开挖方法,Ⅰ~Ⅲ级围岩可采用全断面法开挖;对于Ⅳ、Ⅴ级围岩可采用台阶法、单侧壁导洞法、双侧壁导洞法等进行全断面开挖或采用半断面开挖的方法。对于Ⅳ、Ⅴ级围岩采用全断面开挖时,各种方法均存在开挖与支护互相干扰的情况,要注意完善施工组织和管理,严格遵循“短进尺,弱爆破”的原则,减少对围岩及已施工的支护的扰动。当采用半断面开挖方法时,下半断面开挖厚度及用药量要严格控制,减小扰动,防止拱部围岩失稳。同时按设计及施工规范要求对水平收敛值、拱顶下沉值进行严格监控量测,并将量测结果及时反馈、指导施工。尤其对于不良地质地段,在开挖前必须用地质雷达、超前小导坑等方法做好超前地质预报工作,同时做好预加固、预支护等辅助施工措施。
        其次,隧道开挖一般采用钻爆法施工,应根据围岩类型选择合适的施工工艺。对于硬岩应采用光面爆破,注意以下几点:①放样准确,②打眼准确,③周边眼采用小直径或间隔装药,④全断面施工的微差控制爆破技术,⑤定期和及时检查断面,以便及时反馈、调整;对于软岩应采用预裂爆破,注意以下两个方面:(1)根据现场爆破成缝试验确定预裂孔间距﹑孔径和线装药密度 (即单位长度钻孔的装药量),及药卷直径小于孔径的不偶合装药方式的装药不耦合系数;(2)确定预裂爆破各参数后,要严格控制预裂孔的成孔质量①预裂孔的角度不能超过允许范围,否则需废孔移位重新开孔;②预裂孔的孔间距要满足爆破设计要求,若孔间距过大,则进行插孔处理;③预裂孔的孔深要满足爆破设计要求,末达规定深度须进行补钻。
        开挖轮廓面的规程程度要满足:岩面上不应存在明显的爆破裂缝,周边炮眼痕迹分布均匀、保存率应满足:硬岩≥80%、中硬岩≥70%、软岩≥50%;两茬炮的衔接台阶形误差不大于15cm;爆破石渣的破碎程度与装渣机械相适应。
        (2)断面尺寸及超欠挖的控制
        隧道开挖断面的尺寸要符合设计的要求,在围岩较软且围岩压力较大的情况下,围岩变形较大,应根据计算及实测施工数据预留变形量及支撑沉落量,防止出现净空不够的现象。
        《评定标准》根据围岩情况和部位确定了不同的超、欠挖规定值及允许偏差。需要强调的是,隧道的开挖质量检测不是仅对某一断面进行检验评价,而是在一个长度段内连续测量若干等距的断面,对所有实测数据综合计算分析,最后得出该段的开挖质量检测结果。在实际施工中,对超、欠挖的检测除了用水准仪、断面仪测量或尺量以外,还可通过比较实际出渣量与设计出渣量、实际衬砌混凝土量与设计衬砌混凝土量的方法来测定,如发现问题,及时查找原因并予以解决。
        3、支护质量控制
        按照新奥法理论,隧道开挖后要及时支护,限制围岩的变形,以减小支护承受的荷载并发挥围岩自承能力。目前公路隧道施工多采用锚喷支护,在围岩较差的地段可采用钢支撑,包括钢格栅及型钢支撑。
        钢支撑的施工质量控制重点为加工质量和安装质量。其中加工质量主要包括加工尺寸、钢支撑的强度和刚度以及焊接质量,钢筋格栅质量要求可按照钢筋骨架加工标准;安装质量主要包括安装尺寸,包括标高和间距;安装倾斜度,包括平面和纵面;钢架的连接与固定质量,钢架应有牢固的基础并与围岩密帖,同时与锚杆焊接牢固,形成一个承载整体。
        锚喷施工支护必须紧跟开挖面实施,锚喷前要清除松动岩块和墙脚岩碴,用风或水清洗待喷面。锚喷支护施工质量控制重点是锚杆的加工质量、安装质量及喷射混凝土的原材料质量和喷射施工质量。
        (1)锚杆的加工质量包括锚杆材料质量,如抗拉强度和延展性与弹性;以及锚杆规格对长度、直径及锚杆车丝、热锻、焊接质量的要求;
        (2)锚杆安装质量主要包括锚杆间距、排距及钻孔的深度、角度、直径、孔形等项目,以及冲孔质量(是否将孔内岩粉全部冲洗出来)和吹孔质量(是否将孔内积水全部吹干净,无明水)及锚杆入孔深度;对于中空注浆锚杆还包括注浆管要按照《施工规范》要求插至距孔底5~10cm处,停止注浆时,孔口应溢出砂浆,并注意在砂浆终凝前,不得使锚杆受到碰撞;最后进行锚杆拉拔力测试、砂浆饱满程度测试;
        (3)关于锚杆要强调一点,锚杆是锚喷支护的核心,锚杆的施作质量直接关系到施工和运营的安全。过去许多已建隧道和在建隧道均大量使用普通砂浆锚杆,主要是因为它施工工艺简单,成本低廉。但是它存在致命弱点:大仰角插入锚杆时漏浆严重,砂浆难以饱满,达不到全长粘结要求;注浆时无压力或压力很小,砂浆不能进入围岩裂隙,对围岩的加固作用小;插入锚杆时不能准确的将锚杆杆体居中于锚杆孔,难以保证锚杆必要的砂浆保护层厚度。从长期效果看,锚杆易腐蚀、失效,从而在运营期间易出现衬砌开裂、漏水等病害。近年来,公路隧道中开始采用了中空注浆锚杆、自进式锚杆和水力膨胀式锚杆等新型式。从实际效果看:中空注浆锚杆可以有效地克服普通砂浆锚杆的缺点,同时还克服了自进式锚杆价格较高、难以推广的缺点,使用效果好。施工中必须严格按照设计要求选用锚杆型式,坚决杜绝以普通砂浆锚杆代替中空注浆锚杆的情况出现;
        (4)喷射混凝土的质量控制主要是保证混凝土的原材料质量满足设计要求,且配合比要满足规定的配合比要求;
        (5)混凝土喷射施工质量控制重点:①宜采用回弹率小、粉尘少、混凝土均匀性好的湿喷技术;②在喷射砼之前,检查喷射混凝土厚度的控制标志是否在系统锚杆上标出;受喷面是否冲洗干净并已通过验收;③严格控制喷头与受喷面的距离及喷头喷射方向与受喷面的夹角满足《施工规范》要求;④喷射作业要自下而上,分段分层进行,首次喷层厚度一般可控制为5cm;⑤初喷完成后,应及时清除坡面上的回弹混凝土,然后才能进行复喷到设计厚度,每次喷射厚度宜控制在5~6cm;⑥注意保证混凝土要及时养护,且养护时间应满足规范要求。若采用钢纤维喷射混凝土,则施工质量控制的重点除上述以外还有:①保证拌合料中钢纤维必须均匀,以确保喷射到受喷面上的砼中钢纤维均匀分布;②严格控制拌合料中钢纤维的比例满足设计要求。
        4、防排水系统质量控制
        公路隧道的防排水要求高,目前的公路隧道防排水系统多为采用夹在二次衬砌与初期支护之间的高分子防水卷材防水层,和沿隧道壁环向、纵向、横向设置的排水盲管,将渗水引排至纵向排水管集中排除。铁道系统已颁布了《铁路隧道防排水技术规范》(TB 10119-2000/J 72-2001),公路系统尚未出台专门的隧道防排水技术规范,公路隧道防排水系统的质量控制根据《检评标准》和《施工规范》的有关规定进行。
        (1)防水系统质量控制主要包括防水措施施工质量和防水层质量两个方面
        防水措施是在开挖或初期支护喷射砼后,对仍有渗、滴水的地段采用压浆措施,其施工质量控制重点是浆液的原材料质量和浆液配合比,压浆时要保证注浆压力和时间;局部出水严重的地点应安设引水盲沟,渗水量较大的地段应加密引水盲沟,盲沟与两侧排水沟连接妥当,安设后应进行专门的检查。
        防水层的质量控制包括材料质量与安装质量两部分。对于高分子防水卷材的质量要求主要是抵抗施工破坏的能力强、耐老化、耐酸碱、低温柔性好、寿命长等。施工中应对材料质量进行检测,包括长度、宽度和厚度检测,并需要按照规定的尺寸和形状裁出试件,进行拉伸强度、扯断伸长率、撕裂强度检测、耐老化检测和低温柔性试验等。防水层的安装质量包括防水层的接头质量与吊挂施工质量。接头质量控制重点:接头宽度应满足要求,采用粘接或焊接。采用热合机焊接时,搭接长度应不小于10cm,控制焊接温度和速度,避免漏焊和过焊。接头应牢固,强度不小于同质材料,不得有气泡、褶皱及空隙。焊缝宜采用双焊缝,中间留空腔以便充气检查。铺设防水层以前要清除初期支护表面外露的钢筋头、锚杆头和砼尖角,避免在施工时划破防水层。吊挂固定点间防水层不得绷紧,以使得防水层在混凝土灌注后与喷射砼支护面密帖。施工中应加强目测观察,用手托起防水层,看是否与喷射混凝土密帖,在拱顶呈水平状或下垂的范围不得超过1m2,并保证防水层无划破现象。
        (2)排水系统的质量控制也包括材料质量与安装质量两个方面
        材料的质量主要是保证排水管的材料质量、规格满足设计要求。环向及纵向排水管多采用软式弹簧透水管,必须保证其直径、外部所包裹的滤布应套紧、弹簧在横向压力下能够保持管径不变。横向排水管多采用硬质的PVC管,必须保证其直径、透水孔等规格,并检查其材料未出现老化变脆现象。中心排水管要保证管节预制质量满足设计要求。
        安装质量:环向排水管安装质量包括间距、排水管与围岩密帖程度、排水管安装的顺直度、以及与纵向排水管的衔接;纵向排水管的安装质量主要是保证安装的坡度、顺直度及防水卷材与管道的包裹衔接满足设计要求;隧道中心排水管施工质量主要是基础、管节安装质量,可参照管涵的施工质量标准控制。各种排水管要顺直连接。另外,要重视防水板背后的排水,在防水板背后每隔若干距离(如5m)环向铺设弹簧透水管,使附近的渗水汇集到透水管并通过透水管排入纵向排水管内,以减少或避免压力水的形成。
        (3)在隧道施工中要注意保证仰拱的施工质量,它将直接影响防排水系统质量。
        仰拱防水以抗渗混凝土自防水为主,若防水混凝土施工质量不良:①若采用了泌水性较大的矿渣水泥,水分从砼中析出时形成了排水通道;或采用特细砂作为细骨料,增加了水泥用量,导致混凝土出现干缩裂缝和因水化热量较大引起的内外温差收缩裂缝;②用水量超过设计水灰比,也会出现因水分析出而形成的排水通道;③混凝土拌制不均匀、振捣不良、模板变形和漏浆、施工缝处理不当等,都会使混凝土产生裂缝等缺陷;④隧道洞口地段空气通风情况一般较好,拆模后混凝土表面水分蒸发较快,若养护不良严重失水将导致混凝土因产生干缩裂缝。以上各种原因均会造成仰拱砼产生裂缝而发生渗漏水。
        其次仰拱回填砼施工中要注意保证横向引水管和中心排水管安装质量。安装固定横向引水管时控制好其高程,进水口要能暴露在混凝土外面,以便与纵向排水管顺利连接,出水口必须位于中心排水管上半部,且在混凝土浇筑过程中不得发生移位。中心排水管安装时必须保证其纵坡与隧道纵坡一致,使排水畅通;在浇筑仰拱回填砼时每隔若干距离(如100 m左右)设一中心排水管检查井。
       
       
                                         2010年5月31日
       

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