一、工程概况:
广西某高速公路位于广西西北高原边缘山区与邻贵州省隔水(南盘江)相望,起点黔桂两省交界的隆林县平板镇接贵州省内拟建的兴义至板坝高速公路,也是广西“4纵6横”高速公路网规划布局中第3横贺州至隆林高速公路的重要组成部分。
某高速公路国内支付路段共6座隧道(其中红少、开冲、委见、隆田、米花岭为5座主线隧道,宁猛坳隧道为隆林连接线单洞隧道),共22个进出口,米花岭隧道为全线最长隧道,全长为4290m(单洞),为全线三大工期控制性工程。主线隧道设计时速80km/h,为双向四车道,设计单线长度13006m,投资约4.266亿元,沿线出露基岩主要为三叠系中统、下第三系碎屑岩,岩性多为较硬砂岩、粉砂岩等夹杂软质泥岩、页岩、泥灰岩等,风化层厚度较大,沿线多为第四系浮土覆盖或全~强风化岩,岩石强度较低,少有弱~微风化基岩出露。
工程特点、重难点:
1、本路段隧道位于地形、地质复杂的山岭重丘区,隧道穿越夹层,冲沟、软基、滑移、塌方、涌水、涌泥、塌陷等不良地质地段,防坍任务重。
2、部分隧道进出洞口处于三面环山的洼地,施工期间排水困难,稍有不慎既可能发生洪水倒灌入洞内造成灾害。
3、施工难度大,施工场地狭小,施工条件差,土方及材料运输受极大限制、施工保障困难,工期紧、任务重。
二、隧道施工的质量、安全管理控制总体情况:
自2008年4月份开工以来,项目公司聘请隧道专家,成立了以专家牵头,
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以施工单位为主体,以设计、监理为监督指导小组,经常性的开展隧道专项讲座、现场技术培训活动,严格执行设计规范,坚决杜绝偷工减料的行为。在隧道施工中实施及时支护、及时封闭、及时量测、及时反馈、及时修正的隧道工程施工动态管理办法。并对施工中工艺精湛、质量好、规范化管理到位的项目,组织召开现场观摩学习,以便交流经验和全线推广,对提高全线工程质量起到了提升作用,确保了隧道施工安全和顺利掘进,如隧道光面爆破、初期支护等。同时项目公司在隧道施工过程中采取了一系列强有力的措施,周密部署,采取果断措施迅速解决制约工期的关键环节,以质量、安全为中心,以进度为重点,真抓实干,扎实有序推进,使项目建设安全快速向前推进。并以严格的管理,一流的施工组织,并在项目建设管理过程中,坚持“百年大计,质量第一”、施工生产、安全第一“的施工理念,优质、高效的完成了各项工作,通过全体参建人员一年多的艰苦鏖战,克服施工组织、百年不遇的雪灾等种种困难,安全穿过了夹层、软基、滑移、塌方、涌水、涌泥塌陷等不良地质地段,并使隧道施工进度、质量、安全处于受控状态。 隧道安全质量管理要点归纳如下:
2.1 紧抓隧道三条主要作业线施工安全质量管理和控制工作。
(1)出渣装运作业线;包括装载机、凿岩台车(架)、挖掘机、运输车、道路养护等。
(2)喷锚支护作业线:混凝土喷射机(湿喷)、强制式搅拌机、凿岩机、钢架加工机械、钢筋网片、砂、碎石、水泥等喷料,易损喷嘴配件等。
(3)二次衬砌作业线;模板台车、拌合站、混凝土运输车、混凝土泵、防水层中专用工具、射钉枪、热合机及排水管、止水带、止水条等材料。
2.2 隧道三条辅助生产作业线。
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(1)供风作业线:
低压风:轴流式风机、柔性拉链风管;
高压风:空气压缩机及φ80~φ100mm无缝钢管及高压软管(附件:闸阀、分风器)
(1) 供水排水作业线:
供水设备:贮水池、高压水箱、泵水房、清水泵、高压供水管、分水闸阀、 水管开关等。
排水设备:集水坑、污水泵、φ150mm无缝钢管及接头软管; (2) 供电及地面硬化:
发电机(远离电源设备)变压器、配电开关、配电箱,长大隧道采用三相 四线(6~10KV)动力机械电压供电380V;成洞地段照明用220V,未成洞段照明设36V低压变电器,用36V低压照明灯。
地面硬化:通常被忽略,长大隧道有时工期20~30个月,各种车辆长期碾 压,会破坏隧道基底,紧跟工作面封底不仅对隧道基底有好处,而且减少轮胎磨损及增加文明施工观感度。
三、施工过程中遇到的主要技术问题及解决措施:
3.1、针对施工场地狭窄,地处山区的工程特点,施工场地布局采取“一次规划,分期实施”,即边施工、边开创施工场地,同时兼顾相邻工程的需要合理布局,以节约场地、降低费用。
3.2、隧道洞口沿冲沟布设,隧基置于软泥之中,隧道进洞段处于浅埋、偏压地段,且位于小半径曲线上,仰坡为松散土质,极易滑动。且隧道有一段处在正在运营的南昆铁路隧道线路之上,直接影响着铁路运营安全。先天存在诸多的不安全隐患,对隧道施工安全、质量、管理是个挑战和考验。
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3.2.1、组织工程技术人员对施工图纸进行会审,提出许多意见,针对各施工段情况制定出安全质量管理措施,积极协调设计院对洞口段及仰坡进行变更加固,处理措施如下:
(1)洞口段靠山侧边坡,从侧墙底进行卸载适当放缓边坡,仰边坡分别采用加长到4.5m、6.0m注浆小导管加固;
(2)明洞基础软基加固处理:采用小导管竖向注浆加固及表层碎石或卵石换填的方式;
(3)暗洞口段基底处理:对左右洞口段15m衬砌初期支护进行仰拱封闭通过变更加固处理(参见原设计并与其比较),既提高隧道施工质量,又避免高 边坡切脚回填不安全因素,保证了今后隧道施工及运营的安全。
3.2.2、2008年8月正逢雨季,部分进洞口沿沟而设置,仰坡洞脸一直挂不起,挖多少塌多少,只得延长明洞,此时部分边仰坡出现开裂直接威胁着洞口施工安全。我们采用了井点降水的措施,即在洞口的前方正洞开挖轮廓线外2.5m、纵向10m左侧挖两口,右侧挖一口直径1.5m的降水井,深度低于洞底2m。这样冲沟的水都集中到降水井,被抽出洞外,降低了地下水位。洞口仰坡无水,可挂洞脸,开挖喷护无水,易喷锚挂网,确保了工程质量,施工安全度也大幅度提升。当开挖进入洞内约10m后,降水井作用基本失效,两边侧边坡出现了裂纹和滑动,对降水井孔及时用钢筋混凝土进行回填,使其形成抗滑桩作用,它达到了支挡土体滑动,起到了稳定和加固该处滑体。既保证了无水时正洞开挖初期支护的质量;又起到稳定山体确保施工安全的作用。
3.2.3、2008年7月隧道洞口已完成套拱施作,已具备进洞条件,然而由于基础置于软土之中,在进行上台阶留核心土环形开挖时,扰动土体,引起仰坡开裂套拱下沉。使已开挖初期支护的型钢拱架扭曲变形,向左下沉偏移位移达
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10cm,拱顶下沉20cm,已侵入隧道净空。最先具备进洞条件洞口变为进度最慢难度最大的洞口。面对滑动的山体不敢冒险进行洞内施工。
针对右洞进口出现的意外情况,我们采取以下安全质量处理措施: (1)洞外从裂纹处从上向下卸载,按坡率1:0.75在坡度10m处留下坪台新边坡5m外做好截水。仰边坡打设长3.5mφ42mm的注浆小导管,间距及行距100×100cm梅花型布置C20喷射混凝土厚10cm挂φ6.5mm钢筋网,网格25×25cm,坪台打竖直长4mφ42mm注浆小导管,间距与排距80×80cmC20喷射混凝土厚度10cm挂φ6.5mm钢筋网格25×25cm。
(2)施作明洞二衬,使明洞衬砌直接与洞口套拱顶死,防止仰坡推力使其向前移动。
(3)对拱顶下沉侵入隧道净空约16m侵入段,洞内采用16#工字钢加固,经量测确认已经稳定后,在不影响前面掘进和衬砌的情况下,搭设活动脚手架,用少量、有经验的施工人员以蚂蚁啃骨头的精神,进行反挑顶初支替换变形钢架,直至净空达到设计要求后再衬砌。前后历经数月时间,终于在2009年7月在确保安全核质量的情况下完成反挑顶任务。
3.2.4、为了解除出口隧道洼地排水困难,各项目部组织劳力从洞口沿路基高边坡开凿一条长达数百米排水沟,并与洞顶的截水沟相连,形成洞口排水系统,彻底解除洪水倒灌隧道的后患。
3.2.5、隧道出口线路曲率半径较小,为施工安全,设计院在左右洞洞口分别设40m和30m长的大管棚,大管棚施打范围为180°,具体见下图:
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经计算若按设计在隧道洞口段R=513m的半径上沿隧道外轮廓线施打40m大管棚,如果一次性施打40m大管棚将在隧道曲线外侧偏严重偏离,曲线内侧将侵入隧道开挖轮廓内较多,因此一次性施打无法保证大管棚质量,为了确保大管棚施工质量,必须分两次施打,中间增加一个工作室,大大增加了施工成本,同时也大大降低了施工进度和增加了施工难度。经综合考虑并征得设计代表同意,在洞口段先施打20m的大管棚,并适当调整大管棚外插角,使其贴近隧道开挖轮廓线;余下20m采用密集型φ42mm超前注浆小导管代替,同时采取了先开挖左洞,掘进完成40m小净距后,并用小导管加固中间岩墙等措施,再施工右洞口,安全顺利地通过洞口小净距段。 3.2.6确保南昆铁路运营安全措施
米花岭隧道有一段线路在正运营的南昆铁路隧道上方,南宁铁路局要求隧道停止施工。我们派专人前往协商、论证,最终形成会议纪要,并且与南昆铁路局百色工务段签订了施工安全协议。我们保证采用爆破减振措施,限制雷管最大段装药量。目前米花岭隧道开挖衬砌已安全通过南昆铁路运营线路段,达到了公路隧道和路基施工质量进度与铁路运营安全双赢的目的。 3.3、针对围岩复杂及小净距、连拱隧道爆破施工安全质量管理
隧道爆破施工必须遵守国家《爆破安全规程》(GB 6722-2003)规定的一切条款。隧道爆破开挖直接影响隧道施工的安全、质量和效益。为了减少对围岩的扰动,减少应力集中,有利于自然拱的形成,便于喷锚支护工艺,因此,隧道施工安全的关键是爆破开完。
3.3.1 请有资格的隧道爆破人员进行隧道“光面爆破设计”。 (3) 爆破设计原则:
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(a)地面(或地下)建筑物基至爆破中心
R=(K)1/V.
3Q,Qmax=R()3/;爆
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VK破使锚喷支护不掉块、不开裂为限,经计算米花岭隧道单段最大装药量为20kg;
(b)优化隧道光面爆破:
施工中为保证隧道洞身开挖质量和合理的计划进度,减小对围岩的扰动,减少局部超欠挖过大,使周边炮眼痕迹保存率较大,真正实现“新奥法”施工,经对光面爆破开挖分析研究,主要调整周边眼装药量、周边眼最小抵抗线间距、炮眼方向等。并结合存在问题,对光面爆破设计进行优化,提高了光爆效果,优化后光面爆破参数如下表:
优化后光面爆破参数表
岩石分类GB6722-2003 单轴抗压极限强度MPa 岩体分级GB50218 连续装药周边周边眼距最小抵抗密集系数E/W 周边眼线性装药㎏/m 眼不偶合系数 离E(㎝) 线W(㎝) 硬岩 中岩 软岩 >60 30~60 ≤30 Ⅰ、Ⅱ Ⅱ、Ⅲ Ⅳ、Ⅴ 1.5 1.6~1.8 1.8~2.0 55~65 45~55 35~45 75~90 60~75 50~60 0.7~0.8 0.65~0.8 0.60~0.8 0.30~0.35 0.20~0.30 0.08~0.20 (c)采取多段雷管进行微差爆破,雷管间隔时差大于50ms; (d)尽量采用复式斜眼大掏槽,雷管跳段使用掏槽在断面中心偏下; (e)掏槽周边至光爆层次序不少于三圈;
(f)起爆次序:掏槽眼→扩槽眼→掘进眼→周边眼→底板眼。 (2)使用零氧平衡的环保炸药。乳化炸药,2#岩石炸药。 (3)爆破器材设专人管理,严格领发制度,剩余炸药退库存放。 3.4、隧道施工中的防坍措施。
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隧道开挖中最重要的一点就是防塌。防坍是保证隧道施工安全的最重要环节。隧道施工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,采用钻爆法施工的隧道如何防止坍方是确保隧道施工安全和工程质量的关键。 3.4.1.易发生坍方的地形和部位 (1)容易发生塌方的地段
a.埋深较浅地段、 b.断层破碎带及断层影响带、c.岩层接触带、d.高应力地段、e.在高水位富水地段。 (2)容易发生坍方的部位
a.隧道洞口、b.隧道拱脚、c.隧道拱部、d.隧道与隧道的交叉部位。 3.4.2.防止出现坍方的预防措施
在长隧道施工中,由于地质情况复杂,如果开挖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:
(1)选择合适的开挖施工方法
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(含环形开挖预留核心土法),其次是全断面法。在大断面隧道中,中隔壁法(CD法)、交叉中隔壁法(CRD法)和双侧壁导坑法采用较多。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。
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(2)各种施工开挖方法在不同围岩和隧道中适用情况 a.全断面法:适用一般适用于隧道Ⅰ~Ⅲ级围岩。
b.台阶法:适用于隧道Ⅲ、Ⅳ级围岩。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。
c.分部开挖法:分部开挖法主要有双侧壁导坑法(适用于隧道Ⅴ、Ⅵ级围岩)、中隔法(适用于隧道Ⅴ级围岩、浅埋隧道)或CRD法(适用于Ⅴ、Ⅵ级围岩及浅埋隧道、洞口加强段)。
d.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,宜采用留核心土的台阶分部开挖法进洞。一般应结合洞口路堑施工分层开挖,为确保安全顺利进洞,先施工套拱,并沿设计开挖廓线外施作大管棚超前支护,而后按台阶法施工进洞。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当暗洞掘进20米左右后,要及时施作仰拱和二次衬砌进行封闭。 (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、型钢拱架,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。
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3.5、坚持动态设计、动态施工、动态管理
必须遵循信息化反馈设计、信息化施工、信息化动态原理。在隧道施工中,始终采用超前地质预报、监控量测技术等手段报隧道开挖前方工程地质和水文地质情况,及时将现场地质变化情况反馈至设计代表,设计人员及时修改支护参数,施工单位调整施工方法和支护手段,确保施工安全。某一分公司特聘隧道专家在现场组织牵头,以施工单位为主体的设计、监理动态管理小组,实现及时支护、及时封闭、及时量测、及时反馈、及时修正的隧道工程施工管理办法。
3.6.隧道施工效果初步评估
(1)目前隧道开挖基本完毕,左线已于2009年10月30日基本贯通,现在已全部双线贯通,横向误差较小,满足规范要求。
(2)光面爆破炮眼保存率在80%以上,平均超挖值小于10cm,达到公路隧道施工技术规范(JTJ 042-94)的要求。
(3)二次衬砌基本能做到内实外光,两模接头无明显错台,经过雨季的考验,衬砌无一漏水之处。
(4)自开工以来,未发生一次人员死亡事故。 四、隧道变更设计情况:
本项目隧道变更主要集中在以下几个方面:
4.1、实际地质情况与设计图纸有差异较大,需要对支护结构进行加强; 4.2、遇到软基、夹层、冲沟等意外地质情况,需进行不良地质特殊处理; 4.3、按设计施工,出现非人为因素引起的塌方、冒顶; 4.4 隧道洞口偏压,增加抗偏压措施。
4.5、施工过程中围岩变形量大于设计值,部分围岩出现开裂,需要采取加
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强的措施;
本项目由于上述五点引起的变更金额较大,全线六座隧道变更金额预计达六千万元。
五、隧道设计、施工、监理等方面存在的问题、原因分析及解决的建议:
5.1隧道设计、施工、监理等方面存在的问题:
5.1.1、设计方面存在的问题:①因为设计时参考的地质资料的钻孔数量有限,所以围岩级别定位不准,直接导致设计需要变更;②隧道洞口多数位于低洼、软弱地方。
5.1.2、施工方面存在的问题:①初期支护、二衬施工不能紧跟开挖掌子面;②试验管理、监控量测跟不上施工进度,造成了一定数量的返工;③工序安排不尽合理、作业队伍管理不力。
5.1.3、监理方面存在的问题:①对隧道关键部位、重要工序不能全过程旁站,致使部分质量问题不能及时发现;
5.2、解决建议:
应聘请隧道专家对隧道勘察、设计、施工等进行全过过监督、核查,确保隧道选址、围岩级别定位准确,减少隧道工程变更,同时确保隧道质量、安全处于受控状态。 六、隧道建设管理建议:
目前隧道施工已接近尾声,通过对隧道施工安全、质量、投资管理及控制进行了一些探索和研究,取得了一定的经验,但仍需结合公路建设自身的特点,进一步总结、研究,提出适应公路隧道要求的有效的安全、质量、投资管理及控制方法,形成一套系统的公路隧道安全质量控制体系,使隧道施工安全质量管理和控制更加规范化,程序化。隧道建设管理建议如下:
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(1)、为科学、有效地解决隧道建设中存在的技术问题,业主可成立专家组,专家可以直接聘任,也可以委托有资质的咨询单位派出,专家最好相对固定。 (2)、对隧道的重点难点技术问题,由业主牵头,组织设计、监理、施工三方面的技术专家,同时可联合科研院所组成技术攻关组,有针对性地进行技术攻关。并及时确定处理方案,避免因方案不能确定而延误施工时机。
(3)、应尽早从初步设计、勘察设计阶段进行管理,特别加强施工图设计阶段的管理,防止地质钻孔过少,无法探明隧址地质情况,围岩级别定位不准,而过大增加工程变更费用。
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