隧道及地下工程

隧道及地下工程（精选十篇）

隧道及地下工程 篇1

1 浅埋暗挖法城市隧道及地下施工简介

隧道一般埋深较浅,但是由于地面交通量大,建筑结构复杂采用明挖方式仍会干扰居民生活,对周围环境也会造成一定伤害。采用暗挖法就会很好的降低上述危害。因为暗挖法利用超前的支护手段,可以提高稳定性,能够有效防止坍塌,在开挖时限制长度,加强埋深过浅地段的初级支护。施工时对围岩变形进行检测测量,掌握施工动态,及时记录反馈数据。为控制单一隧道地表沉降,一般采用:正台阶法、双侧壁导坑法、中隔壁法等[2]。浅埋暗挖法灵活度较高,不影响交通,隧道结构强度高能够适用于各种断面形式和变断面形式下的地质条件和地下水条件。存在的主要问题是:施工速度慢、施工步骤复杂、很难控制防水施工质量等。

2 造成地下工程风险的原因分析

浅埋深挖隧道工程施工过程中的安全风险具有突变性、不确定性等特点,主要安全因素有软土、岩溶、渗水等原因,另外新技术,新施工设备运用不娴熟也会给施工安全带来风险。

2.1 工程地质及水文地质因素的影响

地址条件和水文条件是是经过漫长年代形成的,具有随机性和离散性等特点,地层中会有大量水活动,这严重影响着地下工程的施工,对施工进度、安全和质量有很大要求,并且土质较弱,与老土层结合不紧密,填土层与拱顶的距离较小,极有可能造成隧道坍塌[3]。浅埋深挖短时间内内涂层会有一定的自稳能力,会采取适应的支护措施,但是这种情况下仍有风险,风险形成原因是多方面的:结构坍塌,在围岩条件差的地段,可能引起隧道周围土体的较大变形;对地面交通和建筑物造成不良影响,在含水较多的软弱地区,开挖的上层在经过人工干预回填土后,会降低地层的自稳能力;工作面的坍塌,在隔水层地段,开挖时的涌水状况,会延缓初级支护时间,造成严重变形。

2.2 地下管线的影响

城市隧道及地下施工时会对影响周围地面埋设的各种管线的正常使用,如果没有很好的解决管线问题就会造成严重后果,施工时要加强管理能力和工人的技术操作水平,详细了解底层、地下水和地下管线的情况。地下管线处理不当造成的风险主要有:在地下管线复杂的地方,管线交叉不便移动,施工机具工作困难,会增加施工难度降低施工效率;燃气管道和电缆破裂会引起漏电爆炸危害,给施工人员安全带来威胁,影响施工进度;过水管破裂会在施工场地留下积水,造成路面塌陷,破坏隧道结构的稳定性,上部水囊过水管破裂后会在施工场地留下积水,造成路面塌陷和隧道结构的稳定相破坏,被破坏的上部水囊会造成地面开裂,从而造成空洞和塌陷。

2.3 建设中施工设备、技术人员、技术方案等因素影响

由于施工现场地质资料准备不够齐全,对于工作面塌方、突涌水、施工用电、通讯及安全措施准备不到位,会对施工造成极大安全隐患。施工中,新技术、新设备操作不娴熟造成应用失败,施工中原材料和半成品数量、质量不达标,运输设备及新材料质量稳定性差,施工计划不具体,可操作性差。

2.4 工程建设决策、管理和组织方案的复杂性影响

隧道及地下工程具有隐蔽性、复杂性和不确定性等突出特点,所以投资风险很大。在工程建设选址、技术方案实施,减少对周围环境的不良影响,衡量工程建设的经济效益和社会效益,保持整个工程建设的可持续性,每一项都需要科学的管理和决策,如果处理不当,就会增加施工中的风险系数。

3 浅埋暗挖法城市隧道及地下工程施工风险分析中的对策研究

3.1 加强施工的安全性

优化施工方法,现行的浅埋深挖法主要有三种,分别是全断面法、台阶法和分布开挖法[4]。根据实际情况选择合理的施工方法,对于安全建设隧道,并将地表沉降控制在设计要求的合理范围内是影响工程成败的关键。

3.2 严格控制沉降

黄体底层土质疏松,干燥室坚硬,遇水会剥落、湿陷,为确保隧道施工安全,在每次开挖前都应提前做好预支护,使用合适的注浆材料,增大预支护的刚度,对围岩进行加固。随着低表达范围沉降要及时施作二次衬砌,及时进行回填压浆,严格控制通道发生沉降、变形事故。在此基础上要加快工作面的推进速度,缩短施工时间,有效控制底层应力。

3.3 适当排放地下水

地下水的排放会增加隧道工程工作面附近地层的强度和刚度。但是会引起大范围的地表沉降。在保证工作面稳定、能正常开挖的情况下,应该尽量减少地下水的抽排,根据实际情况采取不同的方式,采用“防、截、排、堵”相结合的方式,合理建设防排水设施和结构物防排水工程。根据具体底层条件,及时进行防水板无损伤铺设或初期支护围岩、防水板的密贴。

3.4“诱导式”塌方的应用

“诱导式”塌方是近年在隧道工程建设中提出的一种较新的应急处理方法,主要是指在开挖过程中如果出现,围岩不稳定状态,洞内和地表已经不能进行有效的防护,在地面没有重要管线、建筑物并且能够保证设备和施工人员安全的情况下,会使得隧道局部坍塌,在开挖法范围内土层平衡后,尽快施工,以快速恢复施工[5]。

3.5 重视信息化施工和施工安全管理

信息化施工很有必要,在隧道施工过程中安装监测系统,监测地下水位、水质等情况,根据反馈的信息及时对方案进行调整。有利于决策科学化,提高了企业经济效益和竞争力。优化资源配置,提高施工效率,缩短施工期限。在施工过程中加强对工作人员的安全意识教育和技术操作教育,及时排出隧道内有害气体,做好通风措施,以免引起爆炸或火灾;做好安全管理,以免引起漏电。

综上所述,本世纪是隧道及地下工程建设的黄金季,铁路、公路、地铁隧道以及跨江、跨海通道建设都将进入高峰期。未来,隧道及地下工程建设将会面临重大机遇和挑战。我国的隧道及地下工程建设已经取得辉煌成就,随着我国经济不断发展,施工技术、方法和设备的不断进步,管理和各类规范不断完善,展望未来,我国城市隧道及地下工程事业将会得到很大进步及广阔的发展空间。

参考文献

[1]董延昭,肖昱,王腾.浅埋暗挖法地铁隧道施工安全风险管理分析[J].价值工程,2014,33(21):126-128.

[2]洪开荣.我国隧道及地下工程发展现状与展望[J].隧道建设,2015,35(02):95-107.

[3]李伟.浅埋暗挖隧道施工安全评价和风险分析研究[J].科技视界,2013,3(02):65+73.

[4]唐新权.浅埋暗挖大跨黄土隧道下穿地下行包通道沉降分析及对策[J].隧道建设,2016,36(01):80-85.

隧道及地下工程防水堵漏技术 篇2

2007-6-13

隧道及地下工程防水堵漏技术-江苏悦能

地下工程渗漏水的治理技术地下工程主要包括工业与民用建筑的地下室以及防护工程、山岭洞库、地下铁道、输水隧道等。在地下工程中，由于设计不周、构造处理不当、选材不良、施工质量不好、地基下沉以及人为或自然灾害等引起工程附近水文地质的改变等因素，导致正在施工或已竣工的工程，发生渗漏水的现象，是比较常见的。若不进行及时治理，必将影响工程进度、使用功能、甚至会影响到工程的结构的安全。地下工程渗漏水的危害:

1、地下工程渗漏水，会使钢筋混凝土内部存在的氢氧化钙溶失，PH值变小，容易导致混凝土结构中的钢筋发生锈蚀，并会加快结构混凝土的碱骨料反应，从而影响到结构安全，缩短了工程的使用年限。

2、地下工程渗漏水，会失去它的使用功能。如人员长期在潮湿的环境中工作或生活容易发生氡污染，将会影响到身体健康乃至丧失劳动能力；若用于储存物资，则会使物资受潮乃至腐烂变质或失效。

3、地下工程的渗漏，须常年采用机械排水和使用抽湿机或用吸湿剂除湿，均会造成能耗损失，成本飙升。

4、输水隧道发生渗漏，不但会使输水量流失，提高输水成本，而且会使隧道周围的土壤坍塌，形成空洞，危及输水隧道的结构安全。

因此，开展特种地下工程渗漏水治理技术的调研、分析、研究提出可行的实施方案，进行工程应用，是具有重大的现实意义的一项工作。在用盾构法施工中，由钢筋混凝土管片(衬砌)拼装而成的隧道，由于各种原因造成管片的渗漏水，为保证隧道工程的质量，就必须进行防水堵漏处理。隧道防水堵漏工法，从理论和实践上总结了近30年来隧道堵漏经验。该工法在上海地铁一号线区间隧道、延安东路越江隧道、打浦路越江隧道、金山石化总厂进排水隧道等大型工程上得到应用，达到了止水、防水的目的，取得了较好的社会效益和经济效益。该工法中水溶性聚氨酯注浆材料，获得建设部科技进步三等奖。1 特点 1.1防水堵漏工法能有效解决地下工程中混凝土结构的接缝、施工缝、变形缝、蜂窝麻面及混凝土收缩裂缝等渗漏水、止水、防水效果显著。

1.2防水堵漏工法施工工艺简单有效，设备体积小巧，不受施工场地大小限制。

1.3防水堵漏工法中目前所用的注浆材料、嵌缝材料，例如油溶性及水溶性聚氨酯灌浆材料，821BF遇水膨胀橡胶，888膨润土嵌缝胶等，都已达到国内先进水平，有的已达到国际水平。

1.4防水堵漏工法中，利用特殊的工艺、材料可对混凝土裂缝进行补强，尤其对大面积浇捣的混凝土收缩而产生的细小裂缝也能进行防水堵漏处理。2 适用范围

适用于各种地下工程的防水、堵漏施工，如人防地下室、地下通道、地下车库等工程的防水堵漏。3 工艺原理 防水堵漏工法所采用的基本原理是化学灌浆。化学灌浆就是利用手工或机械手段，在压力作用下，将特制的化灌材料灌入到建筑物结构裂隙中，使灌浆材料在裂隙中凝固，以达到充填裂隙和止水的目的。对贯穿裂缝，可采取封缝、埋管、化灌的方法处理。对非贯穿裂缝，因闭气的关系，难以将浆液灌到裂缝的尖顶区，从而不能消除该尖端区所形成的应力集中区，故处理中应周密考虑各种因素，提高浆液的充填率。对于温度裂缝，考虑到混凝土建筑对气温的“滞后效应”，一般选择在混凝土体温度的低点进行灌浆处理，效果较好。4 施工工艺

4.1柔性防水堵漏施工工艺 防水施工工艺分为割缝、剔槽、打磨、刷涂料几步，见图1。

4.1.1切割与剔槽 根据设计要求，先用切割机在管片接缝两侧切割，然后用冲击电钻剔槽，再辅以人工精修成5cm深的沟糟。

4.1.2基面处理 基面处理采用两种方法。明显渗漏水部位采用凿孔注浆堵水(注浆材料为微分子纳米混合防水堵漏材料或水溶性聚氨酯)，其他部位渗水采取快凝水泥封堵。快凝水泥SH外渗剂与425＃普通硅酸盐水泥按比例混合，或用双快水泥。然后进行封堵。水泥凝结时间调节在2min左右。

4.1.3打磨 在管片接缝两边约20cm宽距离内，用湿工磨光机打磨。去掉凹凸不平杂物、浮尘等。打磨露出新鲜平整混凝土基面，为下一步涂涮防水涂料打下基础。4.1.4嵌缝 把配合好的851焦油聚氨酯密封膏或888膨润土嵌缝胶、FUP聚氨酯密封系列止水材料，嵌入修好的沟槽内，填至管片表面平整为止。嵌缝完毕还应以刮刀压刮，以增强密封膏与混凝土的粘结。

4.1.5涂刷防水涂料层 为保护嵌填料和加强管片接缝的防水能力，在接缝两侧涂刷2～3层柔性防水涂料。防水涂料成膜厚度应保持在2mm，涂刷时应注意形成整体防水胶膜，可采用刮刀或毛刷满涂均匀：也可用氯丁乳胶聚合物砂浆作外防水层。嵌缝及涂刷防水涂料层应在无渗水、干燥情况下进行。4.2柔刚结合防水堵漏工艺柔刚结合 防水堵漏工艺程序为：打毛、切割、剔槽；抽管、嵌缝、抹面、注浆。见图2。4.2.1凿毛、割缝、剔槽 凿毛；在管片接缝两侧，各宽20cm，人工用剁斧凿毛，露出新鲜混凝土基面并使其粗糙，为增强刚性抹面与混凝土的良好粘结打下基础。割缝、剔槽；用日产金刚石锯片混凝土切割机切割，切割宽度4～5cm，沟深5～6cm，然后用冲击电钻剔槽，最后用电铲和人工精修成5～6cm深的沟槽。4.2.2抽管 采用φ14mmPVC胶管作模，双快水泥或其他快凝水泥压管封缝，进行抽管作业，最后留出引水注浆管。4.2.3嵌缝材料可选用：(1)环氧煤焦油涂料(底胺和密封膏)(2)851焦油聚氨酯涂料(3)TPC聚氨酯密封系列止水材料 嵌缝；先用钢丝刷和毛刷清理掉沟槽和两侧的浮灰、泥土，然后嵌入缝材料(施工中按各种嵌缝材料的施工工艺进行)，要求嵌填后反复挤压至密实，在嵌缝材料固化过程中最好用刮刀或人工按压两遍，以使粘结更好。

4.2.4抹面 抹面防水可按五层抹面防水做法实施。也可采用氯丁胶聚合物砂浆抹面。抹面完成后要浇水养护3～4天。

4.2.5注浆 首先用手掀式注浆泵向引水管压水，然后再压注水溶性聚氨酯浆液(或其他化学灌浆材料)。待浆液固化后，用小刀割掉预埋引水管，再用双快水泥封闭。5 防水堵漏材料

5.1封缝材料 目前防水堵漏施工中所采用的封缝材料有以下几种(1)525＃普通硅酸盐水泥加SH水泥外掺剂(2)双快水泥(3)特速硬(4)525＃普通硅酸盐水泥加防水浆(5)525＃普通硅酸盐水泥加水泥速凝剂(红星一号、水玻璃、氯化钙等等)5.2嵌缝材料(1)上隧牌851焦油聚氨酯涂料(2)TPU聚氨酯双组份密封胺(3)TPU聚氨酯止水腻子(4)888膨润土聚氨酯嵌缝膏(5)环氧煤焦油嵌缝材料

5.3化学灌浆材料 化学灌浆材料种类繁多，但在选择时，应考虑以下要求： 5.3.1化学灌浆材料的可灌性、凝胶时间可以按需要调节。5.3.2化学灌浆材料固化后收缩小，与混凝土粘结性能要好。5.3.3化学灌浆材料固结体有一定抗压抗拉强度，耐久性、稳定性好。5.3.4化学灌浆材料来源丰富，毒性小，对环境污染少。

5.3.5化学灌浆材料操作安全、方便，压注设备简单。目前采用的化灌材料有：

5.3.5.1注浆适用地下人防、洞库、泵房、水池、水坝遂道、岩基、地缆沟等工程进行堵水、补漏、防渗透，它是以微生物化工原料为主剂的多种化学材料配制成A、B两液，用特定的高压器具、等量注入渗漏部位，使其填补充实渗透漏的裂缝中，在20年以上不再渗漏，我公司并提供特种高分子材料施工技术咨询服务。

5.3.5.2水溶性聚氨醌。5.3.5.3油溶性聚氨酯，注浆时还需加入适量发泡灵、三乙胺有机锡等材料，以调节其发泡时间和凝固体的性能。

5.3.5.4环氧树脂灌浆材料，由环氧树脂、稀释剂、固化剂、增韧剂、亲水剂等组成的灌浆材料。5.4外层防水材料(外涂层)(1)氯丁乳胶聚合物砂浆(2)851焦油聚氨酯防水涂料(黑色和各种彩色)(3)普通硅酸盐水泥加外掺剂 外防水层的施工一定要基面干燥。6 质量要求

防水堵漏质量首先要满足委托方要求，各种具体防水堵漏要求，要根据具体情况分析决定，但基本上达到所堵漏的范围应无渗漏水。大型的隧道、地下车站、泵站等防水堵漏经施工后的渗漏量应符合“防水工程规范”所规定的渗漏量，例每昼夜每平方米允许渗漏多少升。施工中要及时做好隐蔽工程验收工作。机械设备 冲击电锤、冲击电钻； 空气压缩机、风镐、齿轮注浆泵、仿日手掀泵、手压泵、涂料搅拌机； 五金工具(钢丝钳、活络扳手、钢锯、管钳、榔头、钢凿等)、泥工工具(泥板、刮刀等)。8 施工安全

应遵守上海市劳动局、上海市建委、上海市市政工程局等有关安全规定，并做到以下安全措施； 8.1施工人员上岗工作应戴好安全帽、防护手套、穿好防护鞋。8.2凿除混凝土和进行化学灌浆时应加强现场通风。8.3应有专门的技术管理人员保管化灌材料和配制化灌浆液。

8.4在进行聚氨酯灌浆时，操作人员应戴好防护眼镜以防止浆液溅入眼睛内。8.5搭建脚手架要符合有关安全规定，高空作业要戴好安全带。9 劳动组织

以小型施工队为好，通常由5～8名施工人员组成。其中需配备1名中等专业技术人员，进行灌浆材料的配制。施工小队中还应配有电工、机修工各1名，整个施工队由队长负责。10 效益分析

10.1隧道防水堵漏工法社会效益

l0.1.1通过对隧道的防水堵漏施工，减少隧道内或地下工程中渗漏水，保证隧道质量，保护装饰层，延长了使用寿命。

10.1.2经防水堵漏处理后的隧道地下工程可以充分发挥其作用，例如原来因渗水而不能使用的地下工程，经堵漏处理后就可以充分利用起来发挥其作用。例如可开设地下商场、旅游停车库、仓库、娱乐场、变电站等，发挥其社会效益。10.2隧道防水堵漏工法经济效益 隧道防水堵漏施工，只要加强管理，重视质量、安全，就能取得较好的施工利润和经济效，利润一般可达10％～20％。11工程案例

11.1打浦路越江隧道防水堵漏 上海黄浦江打浦路越江隧道是我国采用盾构法建造的第一条水底公路隧道，1965年建造，1970年通车，全长2736m，属单管双车道隧道。造成隧道漏水的原因是；

11.1.1上海市地下水位普降，形成江中段与江岸段沉降不均匀，引起了隧道变形，使管片接缝开裂漏水。11.1.2长期动载作用，使接缝中刚性环氧煤焦油涂料震裂。

11.1.3管片接缝用的是环氧煤焦油涂料，该涂料是属刚性防水材料，不适合隧道变形要求。11.1.4隧道建造中，油泥在管片表面没清除完，造成涂料粘结性能降低。

11.1.5靠近三号井附近地表面，堆集大量预制管片。2号井与1号井之间有一公园，园内有一土山。长期受压，造成负载下隧道变形。隧道渗漏水量达250m3／d左右。1990年，对此隧道进行防水堵漏处理，施工中采用的是柔刚结合的方案。所用的嵌缝材料为环氧煤焦油涂料和851焦油聚氨酯涂料，采用的灌浆材料有丙凝、水溶性聚氨脂、油溶性聚氨酯、水泥--水玻璃浆液等，采用的封缝材料是普通525＃硅酸盐水泥加SH水泥外掺剂或双快水泥。经过4个月堵漏施工，达到止水防水的目的。11.2上海地铁一号线漕宝路地铁车站、上体馆车站的防水堵漏施工

漕宝路地铁车站和上体馆地铁车站，长达240m，分上、下两层。现侧墙、顶板产生混凝土收缩裂缝而引起渗漏水。采用防水堵漏工法进行处理，每个车站约处理2000m左右的渗漏水缝。经验收质量达优良，止水率达99．9％，得到地铁总公司的好评。11.3人民广场地下变电站防水堵漏施工 人民广场地下变电站是圆桶形钢筋混凝土结构，直径为60m，深约20m。由于混凝土收缩产生裂缝渗漏水，同样采用防水堵漏工法进行施工，共处理1000多m得渗水缝，质量达到了优良。防水堵漏工程

堵漏-对于厂房渗水隧道防水堵漏、地下室渗水堵漏、水池渗水堵漏、电缆沟渗水堵漏、隧道渗漏水等情况，我公司具有带水止水堵漏技术、带压堵漏技术、深层裂缝灌浆技术,采用柔性防水和钢性防水相集合的综合治理方法，能有效解决各种地下及人防工程的渗漏水问题。

水塔堵漏-水塔堵漏具有较高的技术要求。因为热水的长期浸泡，凉水塔很容易发生腐蚀而渗水。水塔渗漏必须及时防腐堵漏施工。水塔堵漏技术的好坏直接影响水塔的安全生产与环境美观。我公司在水塔堵漏方面具有丰富的施工经验，欢迎广大朋友来电垂询。

堵漏工程-我公司在堵漏工程中，具有带水止水堵漏技术、带压堵漏技术、深层裂缝灌浆技术,对于厂房渗水堵漏工程、地下室渗水堵漏工程、水池渗水堵漏工程、电缆沟渗水堵漏工程、隧道渗漏水堵漏工程等，能够采用柔性防水和钢性防水相集合的综合治理方法，能有效解决各种堵漏工程的渗漏水问题。

堵漏施工-厂房渗水隧道防水堵漏施工、地下室渗水堵漏施工、水池渗水堵漏施工、电缆沟渗水堵漏施工、隧道渗漏水施工等，都是我公司经常遇到的堵漏施工工程。我公司具有带水止水堵漏技术、带压堵漏技术、深层裂缝灌浆技术，可以优质高效地解决各种地下及人防工程的渗漏水问题。

防腐堵漏-先进的防腐堵漏技术对于厂房渗水、地下室渗水、水池渗水、电缆沟渗水等防腐堵漏工程非常重要。我公司具有多种先进的防腐堵漏技术和高科技防腐堵漏材料，能够有效解决各种地下及人防工程的渗漏水问题。

1、屋面防水

我国房屋屋面、地下室渗漏一直是比较突出的问题，不少建筑新建成就渗漏，老建筑的渗漏现象更严重。为了给广大客户创造舒适安宁的工作、生活环境，我公司联合多家科研院所专项攻关，成功掌握了柔性防水、钢性防水、多道设防、复合防水、防排结合、综合治理等多种防水方法。几年来，防水面积累计达数十万平方米，工程质量优良。所用防水卷材产品有：沥青防水卷毡、SBS、APP汉性沥青防水卷材、三元乙丙橡胶防水卷材、氯化聚乙稀-橡胶共防水卷材。防水涂料包括：溶剂性高聚物改性沥青防水涂料、聚氨脂防水涂料、青凝系列特种防水涂料等。

2、堵漏止水

对于地下渗水、水池渗水、电缆沟渗水、隧道渗漏水等情况，我公司还研究试验成功了“带水止水堵漏技术、带压堵漏技术、深层裂缝灌浆技术”等多项新技术成果,解决了许多地下及人防工程的渗漏水问题。

（1）、带水止水堵漏技术：地下建筑物以及水下建筑物普遍存在渗漏问题。针对结构中存在的裂缝、孔洞漏水、伸缩缝漏水或结构表面渗水等，我公司运用有压力与微压化学灌浆技术和伸缩缝止水技术，在结构渗水的情况下进行止水堵漏，并具有永久的止水效果。

（2）、带压堵漏技术：带压堵漏，是用手动液压泵通过注射枪来完成，牵涉到现场钻孔和捻逢时，使用风（气）钻和风镐，不用电，对于像石油化工生产和储运企业，煤气管道等易燃易爆介质泄漏的场合进行操作极为安全。实用范围：连续生产的石油化工、电力、煤气供应、冶金、煤炭化工、自来水、医药、供热、印染纺织、造纸、码头、罐区储运、食品等行业和部门装置中的设备、管道、伐门、仪表上的法兰、器壁、焊缝、螺纹连接、填料函膨胀节等部位出现外部泄漏时，可以用本该技术给予消除。

隧道及地下工程 篇3

他是技术难题的攻关者：首次提出和解决了北京地铁暗挖区间隧道耐久性受杂散电流腐蚀而影响的计算与评估方法，在评价地铁隧道混凝土衬砌耐久性方面取得了创造性的成果，填补了国内在该领域中的研究空白。

他是青年人才的领路人：积极开展本科、硕士和博士研究生的教学与培养，参加本科生的课程教学与建设工作，由其主讲的西南交通大学《地下铁道》课程于2007年被评为四川省和国家级精品课程，主编的《城市地下铁道与轻轨交通》一书被评为2008年度四川省重点图书。

他就是隧道与地下工程的开路先锋、西南交通大学土木工程学院隧道与地下工程系教授、博士生导师周晓军。

努力拼搏 以实力攻坚克险

在熙熙攘攘的闹市，在车水马龙的街区，在承载市民便利出行重任的地铁车站旁和地下隧道内，涌动着一群忙碌的身影，无论烈日酷暑，还是刮风下雨他们凭借在隧道和地下工程设计与施工领域领先的专业优势，默默地为城市轨道交通建设做着贡献。这其中，就有周晓军的身影。

在铁道部渝怀（重庆至怀化）铁路科研攻关项目中，周晓军与中铁二院和中铁十八局集团合作，通过对地质顺层偏压隧道的模型试验和科学研究，提出和解决了在地质顺层偏压条件下，深埋和浅埋隧道衬砌结构所受偏压作用的计算方法，并针对隧道所承受的偏压作用，提出了隧道衬砌采用不均衡支护措施，成功解决了地质顺层偏压隧道结构设计和施工中的存在技术难题，为渝怀线渔塘湾隧道工程的建设节约工程投资500万元。

在广州地铁三号线体育西路车站的建设中，周晓军与中铁二院地铁设计院等单位合作，结合该车站自身特点，研究并提出了地铁新线车站穿越既有线车站的立体交叉模式，成功解决了广州地铁三号线新建车站穿越既有一号线运营车站之间的施工力学问题，确保了既有线车站结构的安全运营，同时取得了明显的经济和社会效益，节约工程投资 700万元，该课题研究成果处于国际先进水平，并于2007年获得中国铁路工程总公司科技进步一等奖。

在广东省天然气管网一期管道工程线路的西江盾构隧道设计任务中，为确保该隧道安全、优质和快速建成，周晓军结合该隧道的工程地质与水文地质条件，成功解决了西江泥水加压盾构隧道在复杂地层条件下的始发井、接收井以及衬砌管片结构方案设计与结构计算。

同时，针对该隧道的工程地质和水文地质特点，周晓军还创造性地提出了盾构圆形工作井地下连续墙单元划分和新型接头型式，并提出了小断面盾构隧道衬砌管片的结构形式和隧道穿越的总体设计与施工方案，形成了油气管道线路越江盾构隧道穿越复杂地层的成套设计与施工技术。周晓军结合西江泥水加压盾构隧道特点所主持设计的始发井是目前国内开挖直径最大的油气管道盾构始发工作井。

据悉，该隧道已于2011年12月顺利贯通，解决了制约广东省天然气管网一期管道工程建设中的瓶颈问题。周晓军对西江泥水盾构隧道的设计和安全施工发挥了主导作用，采用由其所提出的工程设计使西江盾构隧道的建设投资从 14000万元下降到9500万元，节约建设成本4500万元。周晓军所提出的设计方案和施工技术使石油天然气长输管道线路越江盾构隧道和山岭隧道的设计处于国内同行业领先水平。

在山西大同至浑源高速公路隧道工程的监控量测工作中，周晓军针对大断面黄土隧道的特点，提出了适合黄土地层大断面隧道的一种新施工方法，成功解决了大断面高速公路黄土隧道在施工期间围岩易塌方、衬砌易变形以及施工进度缓慢等技术难题，得到建设、设计和施工以及监理等单位的好评。

勇于创新

为西气东输保驾护航

西气东输管道工程是我国实施西部大开发战略的标志性工程。2001年，周晓军开始主持其一线靖边至临汾段13 座山岭隧道工程的设计任务。针对黄土具有承载力低和湿陷性的力学特点，他提出了“无损进洞，环形开挖、超前支护和及时衬砌”等设计与施工技术措施，顺利完成了西气东输一线工程中靖边至临汾段13座山岭黄土隧道和延水关黄河隧道的设计任务。

在西气东输一线工程13座陆上隧道和延水关黄河隧道的施工中，针对黄土隧道施工期间易发生的洞口边仰坡滑坡、洞内冒顶和坍塌等技术难题，他通过对技术问题的研究和分析，使西气东输一线工程靖边至临汾段线路隧道顺利竣工，节约工程投资约1500万元，还为中石油集团工程设计西南分公司培养了长输油气管道隧道工程的设计技术人员。

位于新疆维吾尔自治区塔里木盆地北缘的克拉2气田是西气东输工程的主力气源，也是目前我国最大的整装气田。盐水沟隧道是克拉2气田地面建设工程中敷设天然气管道的配套工程，全长为1984.7m。由于盐水沟隧道穿越以第四系泥岩和砂岩互层结构为主的倾斜地层，围岩强度低，岩体节理裂隙极为发育，施工难度极大。因此盐水沟隧道就成为西气东输克拉2气田地面建设工程中的控制性工程，同时也是西气东输一线工程和当时我国石油天然气行业中最长的管道山岭隧道。

在克拉2气田盐水沟隧道的设计与施工管理工作中，周晓军通过对克拉2 气田外输管道穿越天山支脉丘里塔格山盐水沟地段线路的方案比较后，提出采用隧道方式敷设输气管道可节约工程造价近1000万元，并主持圆满完成了西气东输盐水沟隧道的施工图设计工作和配合施工任务。

在隧道施工期间，他还提出了适合于小断面管道隧道采用的超前钢管预注浆支护、超前锚杆与柔性格栅相结合等技术措施，克服了盐水沟隧道施工期间发生的诸如围岩坍塌、隧道大量涌水、断层软弱破碎带和浅埋地层等技术难题，确保了盐水沟隧道施工期间的人员安全和工程质量。

同时，根据对隧道施工期间的监控量测数据，周晓军及时对隧道的施工方案和支护设计参数进行了调整，加快了隧道施工进度，使盐水沟隧道开挖的月进尺达到450m，创国内同行业小断面输气管道线路隧道施工月进尺的最高记录。

根据他所提出的技术方案不仅确保了隧道施工安全，而且加快了隧道施工进度，同时还降低了隧道建设投资，前后节约工程投资约2500万元，使天然气管道隧道工程在设计和施工方面有了更进一步的提高，对我国长输石油天然气骨干网络的建设作出了突出贡献。

而在泸州长江隧道的工程中，周晓军及时提出采用明挖暗挖相结合、短掘进与临时超前地质预报相结合、预制砌体与喷锚支护相结合的隧道衬砌形式以及小断面隧道机械化快速施工等技术方案，成功解决了泸州长江隧道在掘进施工期间因断面狭小、斜巷坡度大而造成的施工进度缓慢等施工技术问题，并有针对性地解决了由于隧道洞口段岩层渗水、浅层天然气溢出以及软硬岩夹层等对隧道施工安全引起的技术难题，使泸州长江隧道仅用10个月时间得以顺利贯通。

此外，受中国石油天然气管道建设项目经理部的委托，周晓军先后对西气东输2线果子沟1号隧道、陕京三线、兰州至成都成品油管线等石油天然气长输管道线路山岭隧道在施工期间出现的技术问题进行了咨询和调研，提出和解决了管道隧道在设计与施工中存在的系列技术问题，确保了国家能源生命线工程的安全。

隧道及地下工程 篇4

1 试验简介

1.1 试验目的

1.1.1 拉伸试验

丙烯酸盐喷膜防水材料的力学性能指标众多,但是备受重视的就是拉伸性能。前期所进行的相关研究已表明,防水膜厚度对其强度有影响。本文通过试验考察不同厚度的成膜抗拉强度的变化规律,以此确定一个合适的施工厚度,以保证其抗拉强度优越、造价合理、成膜质量及密封效果俱佳。

1.1.2 压缩试验

本试验目的是获得丙烯酸盐喷膜防水材料在受压情况下的应力应变曲线。为将来成膜在受压情况下的防水效果试验研究作铺垫,在此曲线的基础上,根据衬砌压力即可知道防水膜厚度的变化情况,进而研究在压力作用下成膜防水效果的变化或者由于厚度变化对防水效果产生的影响。再者应力应变曲线是有限元计算软件中定义材料的关键参数,通过软件计算,能够更好地分析喷膜防水材料在实际隧道中的受力。

1.1.3 隧道衬砌受压模拟试验

本试验通过模拟隧道及地下工程环境中丙烯酸盐喷膜防水材料在初支及二衬间受压的情况,观察压缩过程中防水膜的形态变化规律,并分析在不同平整度的基面上成膜压缩形态的差异,从而建议实际施工中,基面应如何处理,并为后续的成膜在受压情况下的防水效果试验提供依据。

1.2 试验方案

1.2.1 拉伸试验方案

丙烯酸盐喷膜防水材料是均匀粘稠体,无凝胶、结块,喷射成膜后为乳白色弹性体,因此其拉伸试验采用建筑防水涂料的试验方法。

将成膜放置于标准试验室环境下:温度(23±2)℃,相对湿度(60±15)%。考虑防水膜暴露于空气中的时间对其强度有影响,分别测定喷膜成型初期、在标准环境下放置24 h及48 h后防水膜的强度。

由于人工喷膜,对防水膜厚度的掌握主要靠喷手经验,并且无法保证厚度完全均匀,所以考虑厚度对强度影响时,将防水膜厚度划分为9个梯度,每一个梯度的误差范围为±0.05 mm。

1.2.2 压缩试验方案

本试验采用直接对防水膜加压,并记录同一时刻压力及变形值的办法进行。考虑到防水膜与压力试验机试验面有摩擦,故在试验面上涂抹少许润滑油以尽量消除此影响。

1.2.3 模拟试验方案

本试验试件形式为两块混凝土间夹一层防水膜,用于模拟隧道中初支和二衬对防水膜的压力作用。对这些试块进行压缩试验。其中先浇混凝土根据基面状况分为平整基面、凹凸不平基面及基面上有尖点三种情况,对实际隧道中的基面情况进行模拟。

1.3 试件制备

1.3.1 喷膜参数

喷膜原液为丙烯酸盐溶液,采用自制喷膜机进行喷射,比例泵控制压力为0.15 MPa。为保证最佳喷膜效果,喷射参数如下:喷射距离为30~40 cm,喷射角度为90°,喷射轨迹为滚动圆形。

1.3.2 拉伸试验

本试验试件规格采用哑铃Ⅰ型,由标准哑铃Ⅰ型裁刀在喷射成型的大块防水膜中部冲切而成。对于每一种放置时间,取1.5 mm,2.0 mm,2.5 mm,3.0mm,3.5 mm,4.0 mm,4.5 mm,5.0 mm,5.5 mm,6.0 mm等10种厚度。每一种厚度冲切6个试块。

1.3.3 压缩试验

在喷射成型的大块防水膜中部裁剪3张大小为150 mm×150 mm、厚度均匀的防水膜,要求防水膜的实测厚度在10~15 mm范围内。

1.3.4 隧道衬砌受压模拟试验

本试验试件采用模注的形式制作而成,先灌注大约5 cm厚的混凝土,24 h后拆模,在此混凝土表面喷厚度为3 mm左右的防水膜,然后将试件放回模具中继续灌注,最终形成尺寸为15 cm×15 cm×15 cm的两层混凝土间夹防水膜的试块。每种基面情况取3个试块进行试验。

不同平整度的基面模拟方法如下:

(1)基面比较平整:在先灌注的混凝土振捣完后,用抹子将其表面抹平即能满足要求。

(2)基面凹凸不平:先灌注的混凝土振捣完后,在其基面上压入一些卵石即可。

(3)基面有尖点:先灌注的混凝土振捣完后,在其基面上压入一颗碎石,要求其棱角朝上。

1.4 试验流程

1.4.1 拉伸试验

利用测厚仪测定拉伸试件厚度,并在其中间位置画出25 mm的标距线→采用拉力试验机,以500mm/min的拉伸速度试验→读取试件断裂时的拉力及长度。

1.4.2 压缩试验

涂抹少许润滑油于液压式压力试验机的两个试验面→将防水膜试件放置于压力试验机试验面的中心位置进行压力试验,记录一系列同一时刻的压力和变形值。

1.4.3 隧道衬砌受压模拟试验

按试件制备方法制作试件→养护28 d→采用液压式压力试验机对试件进行压缩试验,直至将混凝土压溃→观察并记录现象。

1.5 试验设备

主要设备:(1)DL5000型电子拉力试验机,量程为5 000 N,精度为1%;(2)YE-1500KN型液压式压力试验机,量程为1 500 KN,精度为1%;(3)测厚仪,量程为0~10 mm,精度为0.1 mm。

2 试验结果与分析

2.1 拉伸试验

2.1.1 试验结果

将试验数据绘制成厚度对防水膜力学性能影响的曲线,并按不同的放置时间分别绘制。如图1—3所示。

2.1.2 结果分析

(1)防水膜厚度确定:根据厚度对成膜力学性能的影响曲线,发现随着厚度的增加,防水膜抗拉强度最先变化不明显,当厚度达到3.5 mm后,强度有下降的趋势。这是因为随着厚度不断增加,成膜内部热量不能及时散发,化学反应进行不完全,导致防水膜出现局部的力学缺陷。综合强度指标及经济性的考虑,建议施工膜厚为3 mm。

(2)二衬施作时间确定:根据不同的放置时间防水膜力学性能曲线对比,发现在相同的厚度情况下,放置的时间越长,防水膜强度越大。这是因为放置时间越长,成膜内部化学反应能够充分进行,水分得以蒸发,使得防水膜能够比较密实。在实际试验过程中发现,防水膜放置在标准环境之下48 h就会变得相当干硬,虽然强度比较大,但是断裂伸长率会变得比较小,整个膜的柔韧性变差。所以建议喷膜后24 h左右,混凝土二衬应完成施作。

2.2 压缩试验

2.2.1 试验结果

对丙烯酸盐喷膜进行压缩试验,结果如图4所示。

2.2.2 结果分析

从图4可以看出:本材料压缩时没有比较明显的屈服点,但是曲线上有拐点,可以看作是弹性阶段和塑性屈服阶段的分界点,应力应变线性变化的弹性阶段范围大致为0~0.2 MPa。根据现场采集或计算机模拟得出的防水材料所受压力的数据显示,工程实际中的应力值覆盖了防水膜受压过程的弹性及塑性阶段。在整个压缩试验过程中当压力值比较大时,防水膜有被压溃的现象。因此可以设想,当防水膜应力进入塑性阶段后,其防水效果会降低,而且随着压力的持续作用,对膜的损伤程度也会增加。防水膜在压力作用下,防水效果的降低规律还有待进一步试验研究。

2.3 隧道衬砌模拟受压试验

2.3.1 试验结果

(1)第一组:喷膜基面比较平整。

在压缩过程中,前后两次浇注的混凝土周围空隙中,防水膜有被挤出的现象。将混凝土剥除后,可以看到防水膜的完整性保持得较好,但部分位置有一丝丝折痕,而且在混凝土裂缝处,防水膜有被挤入的现象。

(2)第二组:先灌注的混凝土表面凹凸不平。

在压缩过程中,前后两次浇注的混凝土周围空隙中,防水膜也有被挤出的现象。将混凝土剥除后,可以看到防水膜的完整性较第一组差,特别在表面凸起的地方,防水膜被压得很薄。在混凝土裂缝处,防水膜有被挤入的现象。

(3)第三组:先灌注的混凝土表面有突出尖点。

在压缩过程中,前后两次浇注的混凝土周围空隙中,防水膜依然有被挤出的现象。将混凝土剥除后,可以看到防水膜在尖点的位置被顶破。在混凝土裂缝处,防水膜被挤入到其中。

2.3.2 结果分析

(1)第一组:由成膜受压应力应变曲线可知,当试块被压溃时,防水膜早已进入塑性变形阶段,此时膜的厚度被压得相对比较薄,其防水效能势必会降低。但由于本材料为柔韧性较强的橡胶类材料,被压缩的过程中变形比较大,可以填充到周围开裂混凝土的裂缝中去,因而可以说,对初支混凝土的防水效果是有提高的。防水膜及初支混凝土整体的综合防水效果还需进一步探讨。

(2)第二组:虽然防水膜压缩变形以后,可以填充到混凝土裂缝中去,但是由于在先浇混凝土表面凸起的部位,防水膜被压得相当薄,会成为防水缺陷,因为一旦水渗过初支混凝土,只需不大的水压,水就能轻松通过防水膜,最终导致防水失败、隧道渗漏。

(3)第三组:与第二组一样,一旦水通过初支混凝土,在有一定水压的情况,水也会轻松通过防水膜,最终导致防水失败、隧道渗漏。

通过对三组表面不同粗糙程度的试块进行压缩试验,可以得出结论:降低初支混凝土表面粗糙度对防水是有好处的,所以喷膜前,确保喷膜基面平整是必要的。

3 结语

上述试验表明:(1)随着防水膜厚度的增加,其抗拉强度有降低的趋势,综合喷膜操作、力学指标及经济性考虑,建议工程中喷膜厚度取3 mm左右;再者由于随着放置时间的推移,防水膜强度会增大,但柔韧性会降低,建议在喷膜完成后24 h左右施作二衬。(2)喷膜基面粗糙程度对防水膜的损伤有一定的影响,建议喷膜之前对基面进行处理。具体做法是初支表面用砂浆罩面及用卵石作粗集料[4]。(3)受压状态下防水膜的形态变化表明,防水膜在外力作用下,防水效果将降低。

参考文献

[1]关宝树编.隧道工程设计要点集[M].北京:人民交通出版社,2003

[2]蒋雅君,刘东民,杨其新.喷膜防水层在地下结构中抗渗能力的试验研究.中国建筑防水,2007(4):13-16

[3]Lukas W.Practical effectiveness of cement-boned sealing layers for single-shell tunnel construction projects.Hp.2005[last updated].Online.Avaliable:<http://www.degussa-cc.com>.10May2005

隧道及地下工程 篇5

郭陕云万姜林

中铁隧道集团有限公司

提要：简要介绍了我国采用岩石掘进机和盾构修建隧道的发展情况，阐述了我国掘进机法与盾构法的技术进步及存在的主要问题，展望了我国掘进机与盾构技术的发展前景，并提出了发展掘进机和盾构技术及产业化的几点建议。

关键词：隧道及地下工程，岩石掘进机，盾构，产业化，展望与建议，前言

本文所谓的隧道掘进机法是指应用掘进机开挖隧道的方法，隧道掘进机英文全称为(Tunnel Boring Machine,简称TBM).应用于岩石隧道的称为岩石掘进机（本文简称掘进机），用于软土层隧道的则称为盾构。

盾构法和掘进机法是修建隧道的一种先进方法。最近十多年来，随着我国隧道和地下工程的快速发展，盾构法和掘进机法也得到了快速发展，尤其在城市地铁、水利水电隧洞中越来越多应用盾构法和掘进机法修建。我国是目前世界上应用盾构数量较多的国家之一，并且随着我国隧道和地下工程的发展，对盾构和掘进机的市场需求仍会有较大的增长。由于盾构和掘进机技术在一定程度上反映了国家的综合国力和科技水平，并且对我国的制造业和建筑业影响较大，因而也引起了国内业内外的普遍关注。近几年来在国内已召开过许多国际、国内的盾构和掘进机技术交流会或专题研讨会；2001～2002年国家科技部已将盾构研发技术列入国家“863”发展计划，并在国内就盾构研发试制进行了招标，落实了中标单位；2002～2003年10余位全国政协委员提出“实现隧道掘进机本地化生产”和若干政策建议的提案；2004年3月，钱伟长同志上书胡锦涛主席，提出充分发挥盾构作用，推进我国隧道掘进机产业发展的建议，得到中央领导的重视。2004年4月，建设部、中国土木工程学会和中国岩石力学与工程学会在北京联合召开了推进隧道掘进机技术及产业化的专家座谈会。可见，隧道盾构和掘进机技术的发展已成为当前国内工程技术界和政府部门关注的一个重大课题。本文就我国掘进机和盾构技术的发展情况、技术发展动态及应用前景等作一简介，并就今后的技术发展以及其产业发展提出若干建议，以抛砖引玉。我国隧道盾构法和掘进机法的应用情况

2.1 开始于二十世纪五、六十年代，发展于二十世纪九十年代

2.1.1盾构

我国研究应用盾构法修建隧道是从20世纪50～60年代开始的。1956年在东北矿山采用直径

2.6m的手掘式盾构在砂层中修建疏水巷道，这是我国的第一条盾构隧道。1957年北京采用2台直径2.0m和2.6m的手掘式盾构施工下水道。上海从1963年开始研究应用盾构法技术，用于城市地下排水隧道修建，1965年研制两台直径5.8m的网格式盾构用于地铁区间隧道修建试验，掘进长度1200m。1966年研制直径10.22m的网格式盾构并辅助于压气稳定开挖面施工打浦路越江隧道。从此之后，我国陆续研制应用手掘式盾构总计达30台用于各种排水隧道施工，施工总长度约20km。

1985年引进日本的1台直径4.33m的土压平衡盾构施工排水隧道，之后研制应用了几台土压平衡盾构，但效果并不理想。二十世纪九十年代初，随着上海、广州地铁的建设，开始大量引进国外的土压平衡盾构施工地铁区间隧道。1994年开始引进日本的直径11.2m泥水平衡盾构修建延安东路越江隧道。由于采用土压平衡式、泥水平衡式等现代盾构修建隧道具有安全、可靠、快速、环保等优点，因而盾构法在我国特别是地铁建设中得到了迅速的发展。继上海地铁1号、2号线区间隧道、1

广州地铁1号、2号线部分区间隧道成功采用盾构法外，北京、天津、深圳、南京地铁以及上海、广州地铁的其它地铁线区间隧道等也相继大量推广采用盾构法，并且在越江道路、输气和市政排水隧道等也越来越多采用盾构法。盾构法目前已成为我国地铁隧道的一种主要方法。据不完全统计，我国各城市地铁采用的盾构已有60多台，掘进完成的和正在掘进的隧道总长度已超过200km（单线）,采用的盾构类型为土压平衡（包括加泥式土压平衡）和复合式盾构计50余台，泥水加压平衡盾构10 台。采用的盾构直径3.3m～12m不等，其中以6.3m左右直径的居多。

2.1.2岩石掘进机

1964年，经周恩来总理批准，在国家科委领导下，成立全断面岩石隧道掘进机攻关小组，完全自力更生，先后制造出50多台掘进机。由于核心技术不过关，在地下工程建设中基本没有发挥作用。80年代初，国家科委成立掘进机办公室，采取联合攻关方式制造了8台掘进机，先后在云南西洱河水电站等工程应用，但与国际水平相比差距甚大。80年代中期，在天生桥水电站引水隧洞采用了罗宾斯公司的一台直径10m的二手掘进机施工，但效果并不理想。

进入九十年代以后，在甘肃引大入秦工程中，山西万家寨引黄入晋工程中，由外国承包商采用岩石掘进机施工多条输水隧洞取得成功。在2000年后，云南昆明掌鸠河引水工程也由外国承包商应用掘进机施工，并且中国第二重型机械集团与美国罗宾斯公司合作制造了一台双护盾岩石掘进机在该工程中使用。九十年代初，铁道部在西安~安康铁路18.4km长的秦岭铁路隧道，引进2台德国的8.8m直径的敞开式掘进机由国内单位操作使用成功建成隧道，之后采用该2台掘进机在西安~合肥铁路成功完成了6km长的磨沟岭和7km长的桃花铺隧道施工。由此也推动了我国掘进机技术的应用。

2.2 工程应用技术得到快速发展提高

2.2.1 盾构应用技术水平迅速提高

随着盾构法应用的增加以及对技术研究的深入，我国在盾构隧道的设计计算、盾构的选型及配套、盾构的使用及施工技术等方面都得到了快速提高和发展。技术已基本成熟，有的（尤其在地铁隧道盾构技术）达到了国际先进水平。

以城市地铁盾构法技术为代表，目前已有二十家国内承包商在使用近60台盾构施工，不仅采用了土压平衡盾构，也采用了泥水平衡盾构，还有复合式盾构；除区间单圆盾构外，在上海地铁还采用了双圆盾构一次施工两条平行的区间隧道；盾构隧道地面环境除复杂的建构筑物外，也有在江下、湖下穿越的（上海穿越黄浦江、广州穿越珠江、南京穿越玄武湖）；盾构穿越地层除粘土、淤泥质软土、砂粘土外，还有砂层、砂砾层、卵石层、以及较高强度的岩石地层等。需要特别指出的是，广州地铁2号线越三区间研究采用具有土压平衡、气压平衡和局部气压平衡模式的新型复合式盾构成功修建了既有软土、又有坚硬岩石以及断裂破碎带的复杂地层的区间隧道，打破了长期被认为的盾构法应用的地质禁区，大大拓宽了盾构法的应用范围。

目前，我国地铁盾构法隧道管片环宽已从1.0m，普遍加大到1.2m，在广州地铁2号线率先采用了1.5m环宽的管片，是目前地铁区间隧道所用的最宽管片，有利于提高隧道结构的整体刚度，拼装接缝减少，安装效率提高，并节约成本。接缝防水大多采用遇水膨胀橡胶或三元乙丙橡胶弹性密封防水，使隧道建成后不渗不漏，达到A级防水标准。

采用激光导向或陀螺仪导向，并辅于人工测量技术等，以及运用盾构推进油缸分区操作和姿态控制与纠偏技术，管片排版选型和拼装技术等，可将隧道线形精度控制在30～50mm以内，管片错台高度控制在5～10mm内。

管片背后环形间隙注浆除采用日本常用的即时注浆和欧洲常用的惰性浆液同步注浆外，也已开发应用非惰性浆液的同步注浆技术，具有更好的早期稳定管片和控制地层沉降效果。在掘进控制、泥水与土压力和排碴管理、碴土改良、防刀盘结泥饼技术等方面也已作的很好。端头加固、联络通道施工、始发到达、安全换刀、信息化施工等方面都已掌握。在盾构的故障诊断及管用养修上已有很高技术，可以达到55%～67%的高机时利用率。

我国盾构施工中的地表隆沉一般可控制在+10～-20mm以内，可以在距既有建构筑物很近的距离下安全掘进隧道。广州地铁2号线越三区间隧道穿越既有14股铁路轨道，轨面沉降控制在5mm以内，轨道沉降差小于2mm。上海地铁2号线近距离下穿地铁1号线区间隧道、引水箱涵和地下室，地面沉降控制在3.5～8.5mm。我国盾构掘进速度平均一般为180～200m/月以上，广州地铁2号线越三区间最高月进尺405m，平均进度为236m/月。在相似地质的广州地铁三号线大汉区间，盾构施工进度平均已达334米/月，最高月进度达到562.5米，达到国际先进水平。

在城市地铁隧道盾构法得到快速发展的同时，我国采用盾构法修建越江隧道技术也得到了发展。上海采用直径11.2m的泥水盾构已建成穿越黄浦江的大连路隧道，平均进度超过200m/月。上海、广州地铁也成功采用土压平衡盾构修建地铁越江区间隧道。此外，也建成了或在建一些地层复杂、水头高度超过60m越江隧道，南京三江口、湖北忠县红花套、湖南城陵矶采用泥水盾构修建穿越长江输气隧道（直径3.3m），已建成2条，第三条即将建成；重庆正在采用直径6.5m的泥水盾构修建穿越长江的排污隧道，计划于今年建成。

2.2.2岩石掘进机应用技术开端良好，且在运用中不断创新

以西安-安康铁路秦岭隧道为标志，我国已掌握了岩石掘进机隧道的设计施工及掘进机的使用技术，不但在秦岭特长铁路隧道施工中得到成功的使用，而且在磨沟岭、桃花铺隧道长距离破碎带岩石中施工也发挥了它的优异的机械性能，在配件、配套国产化上迈出了第一步。秦岭隧道全长18.4km，采用2台直径8.8m的岩石掘进机相向施工，由铁道第一设计院设计，中铁隧道集团和中铁十八局集团施工。结合设计、施工和掘进机的管用养修等开展了6大课题24个子课题的研究和攻关，解决了极硬岩和不良地质的掘进、刀具布置及磨损与围岩特性的关系，高地应力圆形衬砌、掘进机的故障诊断与维修保养等一系列技术难题，隧道掘进最高月速度达到573m，平均达到300m以上。掘进机机时利用率平均达到58.31%的高水平。该工程技术成果获国家2003科学技术一等奖。在西安-合肥铁路，采用敞开式岩石掘进机成功完成施工磨沟岭隧道和桃花铺隧道，运用超前管棚支护、超前周边预注浆加固地层等辅助技术较好解决了不稳定破碎围岩的安全掘进施工难题，拓宽了敞开式掘进机的应用范围。同时实现了17英寸盘形滚刀和部分部件及部分后配套设备的国产化。

2.2.3 设备的设计制造有了新的进步

我国已完全能够自行设计制造手掘式盾构。而对现代盾构的设计制造则是从二十世纪八十年代末、九十年代初以后，通过与国外公司合作，设计制造了一定数量的盾构，包括上海、广州、北京等城市的重型机械厂或造船厂等，由国外公司设计，国内制造组装，在工程应用基本能够满足要求。通过中外合作，我国在设计制造的关键技术有所提高，已经掌握了结构件的设计及制造技术与工艺，已实现了部分部件的国产化，如盾构用于软土和软硬不均地层的刀盘、刀具已基本能够自行设计制造；盾构和掘进机的后配套设备、运输设备和高精度管片钢模具等已能自主设计制造，因此也降低了设备的采购和使用成本，也有利于促进掘进机和盾构技术的发展。

2.3 存在的主要问题

总体说来，经过多年来在掘进机和盾构技术上的应用研究，我国在盾构施工使用技术方面已达到了国际先进水平，在岩石掘进机施工使用技术方面已接近国际水平，有的盾构监控软件已具有自主知识产权，在盾构和掘进机的选型设计、维修、零部件、后配套设备的设计制造等已接近国际水平，但也还存在不少的问题,主要有以下几个方面：

（1）岩石掘进机和盾构的设计制造的关键核心技术尚未完全掌握，与国际先进水平尚有相当大的差距，目前国内使用的盾构和掘进机基本都是国外公司设计制造的，依赖国外的局面未得到改变；

（2）岩石掘进机的应用仍然较少，掘进机数量少、机型和应用方法单一；

（3）在盾构和岩石掘进机施工中仍然出现过一些问题，如盾构施工时隧道端头塌陷、沉降过大、有的甚至引起地面建筑物的损坏等；在岩石掘进机施工中出现围岩坍塌、掘进方向严重偏差等。我国盾构和掘进机技术的前景展望及发展建议

3.1发展前景广阔

21世纪是我国隧道及地下工程大发展的世纪，据有关专家预测，到2020年，我国将要完成近6000km的地下隧道建设，平均每年约300km。到2010年，国内各种地下工程建设约需岩石掘进机、盾构约180台（不包括微型机），年均需求量约为30台，可见市场需求巨大，发展前景广阔。

（1）城市地铁快速发展，对盾构需求最多。我国城市地铁正处在高速发展期，地铁和轨道交通规划总长度已超过3000km。目前已建成和在建的数量仅占规划数量的10%多，未来城市地铁建设仍将快速发展。除上海、北京、广州、南京、深圳、天津地铁将继续需要采用较大数量的盾构施工外，武汉、杭州、苏州、成都、沈阳等城市地铁也有采用盾构施工的需求。城市地铁仍将是今后对盾构需求最多的领域。

（2）越江隧道建设方兴未艾，对大直径和超大直径盾构的需求将有快速增长。除上海、广州地铁区间越江隧道外，上海计划在2010年采用盾构法建成20多条越江隧道，穿越黄埔江的中环隧道已开工，盾构直径14.87m；穿越长江的双向六车道公路崇明隧道，采用直径15.2m的盾构施工，计划于2004年底开工；武汉长江隧道为双向四车道，采用直径12m的盾构施工，计划于2004年下半年开工建设；南京穿越长江双向六车道公路隧道已通过预可研设计，目前正在前期准备；举世瞩目的南水北调中线工程，采用2条3.9km隧洞穿越黄河，计划采用直径9m的盾构施工。此外，拟建的浦东铁路越江段也计划采用盾构法施工；北京站至北京西站的地下直径线也在考虑盾构法施工；温州欧江道路隧道、哈尔滨松花江隧道也计划采用盾构施工，正在规划之中。

（3）城市各种地下管线隧道有待发展，对盾构的潜在需求大。有关专家预测，我国城市的给水、排水、电缆、电讯、热力、输气等隧道工程的长度将超过1000km，其对小型盾构、微型盾构或掘进机的需求量也相当大。

（4）长大、特长山岭隧道增加，对掘进机需求增加。在山岭隧道工程领域，铁路和水利水电工程都将出现越来越多的长大、特长隧道，对掘进机的需求也越来越大。85km长的辽宁大伙房输水隧洞，采用3台直径8m的掘进机施工，掘进机施工长度约60km，掘进机计划2004年下半年进场掘进。云南、青海、陕西、山西、新疆等拟建的水利水电隧洞总长超过200km，约需掘进机10台。规划修建的南水北调西线工程一期约有240km输水隧洞，也计划大部分采用掘进机施工。拟建中的锦屏二级水电站4条长16.6km、直径13m的输水隧洞，也有采用掘进机施工的方案设想。

3.2 几点建议

鉴于我国盾构和掘进机巨大的市场需求以及存在的问题，实现盾构和掘进机的国产化，全面提升工程应用技术水平已是必然的趋势。作者提出如下几点建议：

3.2.1加速盾构和掘进机的研发步伐，掌握设计制造等关键技术，形成具有自主知识产权的产品，推进我国掘进机的产业化

（1）组织力量协同攻关，尽早突破核心关键技术

现代的盾构和掘进机是高科技设备，其设计制造涉及机、电、液、气、控、测、计算、结构、材料、制造、自动化、信息化、管理科学等多学科领域，是复杂的系统工程，难度很大。必须有效组织整合国内的各有关学科领域的优势技术资源共同努力方能完成。在引进技术、合作制造的同时，应组织国内设计、施工、研发、制造等单位对掘进机的核心技术、综合集成技术等进行攻关，在国外现有技术基础上进行创新，形成具有自主知识产权的全套技术和掘进机产品。

（2）国家应加大力度扶持盾构和掘进机的研发

原国家经贸委将全断面岩石掘进机技术研究与开发列为“十五”重大攻关项目，国家科技部于2002年将直径6.3m盾构掘进机研发列入了“863”重大专项，并由中铁隧道集团、上海隧道公司分别牵头，联合国内有关单位正在进行研究攻关，已在河南和上海建立盾构研发基地和设计试验中心，前期计划研制两台样机，目前正在进展之中。由于盾构和掘进机的研制风险高，基地建设及样机研制资金投入大，回报难于预期。建议国家重点扶持，在政策上实行优惠，在资金上加大投入，以使尽快建立起盾构从研究、设计、制造、工业性试验和改造，以及集产、学、研、用等为一体的研发基地。同时也避免一哄而上，粗制滥造和重复建设，造成不必要的浪费。研发的思路必须正确，不搞象计划体制下那样的“大而全”或“小而全”。

（3）建立实验工程或示范工程

盾构和掘进机样机的现场工业性试验必不可少并且十分重要。由于样机可能存在缺陷，试验性施工可能出现一些问题，甚至实验失败的可能等，由研发承担单位找寻并通过有关业主来确定试验段工程的方法不太现实，难度很大。建议国家给予特别支持，在适当的地方分别划出若干典型的专门的国产盾构和掘进机的试验性工程。

（4）加强修理改造研究和配件及消耗材料的研发

如前所述，我国目前及今后使用的盾构和掘进机数量很大，而盾构和掘进机是对地质高敏感的非标设备，并且我国地域广大，地质类型多样，因此应加强对盾构和掘进机旧设备的修理和更新改造的技术研究，以尽可能延长设备的使用寿命，提高设备利用率；同时也应加强盾构和掘进机配件和消耗材料的国产化研发，以降低工程费用。

（5）盾构和掘进机类型的多样化

我国地质类型多样，各地区环境条件不同，隧道功能和断面各异，需要的盾构和掘进机有所不同，因此，盾构和掘进机的研发宜多样化。

3.2.2进一步创新发展设计与施工技术，全面提升盾构和掘进机的工程应用水平

由于我国掘进机和盾构技术的应用将迅速增加，应用范围不断加大，遇到的地质水文条件、周边环境条件会千变万化，并且对其应用的可靠性、安全性、经济性、以及效率的要求也会随之提高，因此建议在以下几个方面加强其工程应用技术的创新研究：

3.2.2.1在盾构法方面：

（1）进一步研究盾构与地质的适应性关系，以及地中障碍物的超前探测技术，开发盾构在复杂地质条件及穿越障碍物时的安全、高效掘进技术及配套技术；

（2）深入研究高水压下和长距离隧道盾构（包括超大断面盾构）掘进技术，尤其在防突水涌水、停机检修和换刀安全技术方面应有所突破；

（3）城市地铁车站多采用明挖法，拆迁量大，对地面干扰大，费用也不断增加，因此应研究采用异型盾构修建地铁车站或单圆盾构先行掘进然后扩挖的修建车站的成套技术；

（4）应研究完善盾构辅助工法的应用配套，尤其是始发、到达端头加固技术以及联络通道的安全施工技术；

（5）简易的盾构如插刀盾构、网格盾构等在我国仍然具有一定的适应性，并且其价格低，设计制造简单，适合中国国情，目前已完全具备自行设计制造能力。建议加强对简易盾构及施工配套设备的研究开发与工程应用，研究压缩混凝土衬砌与简易盾构的成套技术。

3.2.2.2岩石掘进机法方面：

（1）进一步研究掘进机法的适应性、可靠性和经济性等方面的综合对比研究，尤其要进一步研究完善掘进机在不良地质的安全掘进技术及配套与辅助技术，以为扩展掘进机的应用提供依据和技术支持；

（2）研究应用岩石掘进机与钻爆法结合的“混合法”施工成套技术；

（3）进一步研究完善适应掘进机施工的围岩分类（或岩石分级）和地质工作规范，尤其要完善创新掘进机施工中的配套的地质超前预报技术和手段。

3.2.3 规范市场，完善法规，有序发展

目前在我国掘进机法和盾构法隧道工程的招标、投标中，还在一定程度上存在不公正、不公平，地方保护和行业保护以及无序竞争等现象，在一定程度上影响着盾构和掘进机的国产化；建筑队伍“鱼龙混杂”、低价中标，缺乏统一的权威的规范、规程等也影响着我国盾构和掘进机工程应用技术水平的提高。因此建议：

（1）建立健全并严格执行相关的政策法规，努力做到招投标的公正、公平、科学、有序，营造有利于我国盾构和掘进机产业的形成与发展及工程应用技术水平提高的市场环境，尤其要避免无资质、无业绩和无技术的队伍进入盾构和掘进机市场，要改变不合理低价中标现象；

（2）要认真总结国内外盾构和掘进机应用的经验与教训，在此基础上，结合我国国情，尽快组织编制我国盾构和掘进机研发、设计制造、和施工生产的系统完善的技术法规，使规划、设计、研制、工程建设、施工等都有法可依，有章可循。

3.2.4加速人才培养，建立数量足够的、技术过硬的队伍

目前我国在盾构和掘进机研发人才特别是高素质的复合人才十分匮乏，建议尽快培养和引进，有关高校和研究机构设置相关课程和实验室，以尽快建立起数量充足、技术过硬的研发、生产、设计、施工队伍。

五、结束语

综上所述，我国的隧道盾构和掘进机技术历经四、五十年的“波折”，特别是经过最近十多年来的快速发展，取得了显著的成就，积累了比较丰富的技术和经验，已成为世界上应用数量最大、发展最快、今后需求最大的国家。但在掘进机和盾构设计制造及工程应用技术方面总体上与先进国家相比尚有相当的差距，需要我们广大科技工作者携手努力，不断创新，迎头追赶。

作者简介：

1、郭陕云，大学本科学历，现任中铁隧道集团有限公司董事长，中国土木工程学会隧道及地下工程分会理事长，教授级高级工程师。

2、万姜林，硕士研究生学历，中铁隧道集团有限公司副总工程师，中国土木工程学会隧道及地下工程分会秘书长，教授级高级工程师。

通讯地址：河南省洛阳市陵园东路3号院，邮编：471009

联系电话：0379-2632027，2632757（总工办），***（万姜林）

纽约地下隧道中的行为艺术 篇6

Exhibition at a Glance

科布伦茨的浪漫主义/持续/德国科布伦茨Romanticum艺术中心/在德国的科布伦茨，一个新的艺术展览中心从6月20日正式对外开放了。这个名为Romanticum的艺术中心占地800平方米，围绕着莱茵河的历史，文化和艺术展开，并充满高科技的互动元素。参观者可以乘着仿中世纪的木舟，一同回顾莱茵河上的神话。

艺术无处不在/8月12日—8月25日/英国各地/最近，英国人在网上选出了最受欢迎的57件艺术品，它们将在“艺术无处不在”的活动中被安放在英国国内大街小巷展出，覆盖站点、超市、广告牌等2.2万个可以宣传的地方。

欧文·佩恩的100件作品/持续/史密斯森美国艺术博物馆/史密斯森美国艺术博物馆在8月10日获赠了来自传奇摄影师欧文·佩恩的100张摄影作品，这些藏品由佩恩生前亲自冲印，并且多数都未曾发布过。佩恩的创作算得上20世纪美国最有代表性的摄影作品，他为《时尚》杂志创作的时尚、静物与肖像摄影作品为他在艺术界与商界赢得了赞誉。

隧道与地下工程智能优化系统 篇7

迄今为止, 以工程类比法为主、量测为辅的现场监控设计仍然是隧道和地下洞室设计的主要方法。由于隧道工程环境条件数量化表达方面的困难, 常常会使得力学家们所提出的一些理论和计算方法, 难以对具体工程起到指导作用。隧道与地下工程设计与分析方法主要有地层结构法和荷载结构法两种。地层结构法是基于现代支护结构原理, 建立在围岩与支护共同作用的基础上的设计模型, 显然, 比支护单独承载是一种技术进步, 但由于理论缺陷, 其作用机理, 围岩与支护相互作用以及复合式衬砌设计施工等方面, 尚存在诸多问题。特别是大量原始参数准确测试问题没有解决, 目前只能达到定量计算而定性使用的水平。有的工程应变实测值为理论计算的5～10倍, 甚至有些规律还不同。特别是计算得到的收敛值与实测所得的规律不符。因此, 地层结构法一般作为定性参考或校核。

荷载结构法因具有明确的受力概念及清楚的安全系数评价方法, 而被许多国家普遍使用。但也存在若干问题, 一是荷载确定方法还不可靠, 至今处于经验统计分析阶段, 特别是侧压力系数与实测相差甚大。二是荷载结构模型虽然考虑了围岩的粘聚力、摩擦力、弹性抗力的承载作用, 但未考虑围岩承载拱的承载作用, 因此不能正确解释围岩自稳等问题。三是缺乏可行的优化设计方法。传统做法是由工程类比初步选定断面几何形状及尺寸, 用反复试算或大比例作图试凑的办法进行设计优化, 不仅费工费时, 难以最优, 影响安全或经济性。四是设计计算过程比较烦琐, 优化计算周期较长, 而且容易出错, 不能满足快速设计和动态设计的要求。

本系统在解决存在问题的基础上, 使隧道与地下工程衬砌设计分析, 向科学、可靠、安全、经济和方便实用的新境界前进了一大步。

2 系统编制依据和创新点

系统根据现行《公路隧道设计规范》、《铁路隧道设计规范》、《人民防空工程设计规范》荷载结构法计算规定和具有国际先进水平的科研成果《隧道及地下洞室设计施工新法》编制, 经与朱-布法、纳氏法、链杆法、矩阵力法、能量法等等计算范例对比验证无误后, 考虑了各种不利的极限情况, 在确保安全前提下, 完成了隧道及地下洞室优化的智能系统编制、测试以及著作权报批工作。其创新点如下。

2.1 立体极限地压理论使荷载计算走向实用阶段

《隧道工程设计要点集》指出:“隧道设计时, 掌握支护结构上的围岩压力是非常必要的。遗憾的是, 在这个问题上我们还存在许多不清楚的地方”。《公路隧道施工》写道:“在设计中由于荷载不明, 围岩参数不清楚及设计理论尚不完善;喷锚支护和二次衬砌设计参数只能参考经验或套用规范。这样做对每座隧道来讲具有较大的主观性, 往往与实际山体地质及围岩应力状态出入较大”立体极限地压理论在泰沙基理论的基础上有四项新突破:一用立体计算取代了传统的平面计算, 考虑了进深对荷载的影响;二是考虑了围岩的层理、裂隙、节理、水害、施工震动及暴露时间对c值的影响, c值折减系数在0.3～1之间变化;三是考虑了不同施工条件下, 垂直荷载传递引起的侧压力系数增加的变化;四是考虑了深埋隧道极限压力问题, 使深、浅埋隧道设计荷载都接近于实际。从而使计算围岩压力与实测围岩垂直压力基本符合。立体极限地压理论的计算值, 与我国的40项工程实测地压十分接近。误差在±20%占93.5%;误差在±20%至±34.5%占6.5%。误差最大的洛河东坡单线铁路隧道, 实测地压是20kPa, 计算地压是26.9kPa, 优化后衬砌厚度影响不超过2cm。鉴定委员会专家对深埋、浅埋、模筑支护、喷锚支护四座不同隧道的计算围岩压力测试结果, 其误差均小于10%, 见表1。

与357个铁路单线隧道实测平均坍塌荷载相一致, 也与铁路、公路隧道最新规范深埋隧道的计算经验公式计算结果相一致, 见表2, 而且, 立体极限地压理论计算荷载与铁路隧道实测平均坍塌荷载最为接近, 说明垂直压力计算值是符合实际的。

水平侧压力计算值虽然普遍比规范值高, 但与实测值比较接近, 有利于工程安全。这样, 把长期以来凭经验设计提高到理论分析走出了新的一步。使荷载计算走向了实用阶段。

2.2 用荷载结构法计算围岩承载, 促进了荷载结构法的发展

荷载-结构模型是地下工程结构设计使用得最多一种, 前苏联、美国、澳大利亚、英国、意大利、德国、日本等国家普遍使用这种设计方法, 我国现行的《地铁设计规范》和《铁路隧道设计规范》中也均推荐采用。采用这种设计模型, 具有明确的受力概念及清楚的安全系数评价方法。但是, 现代支护理论认为:传统的荷载结构法只考虑围岩产生荷载而不能承载, 是有悖于地下结构的本质特征的。实际上, 荷载-结构法也考虑了围岩的粘聚力、摩擦力的承载作用, 使实际设计荷载远比整个围岩自重低。唯一欠缺的是没有考虑围岩承载拱的承载作用。本系统考虑了围岩承载拱的作用, 不仅可以计算无衬砌自稳洞室的尺寸和形状;可以计算围岩承载;也可计算衬砌承载或共同承载。从而, 使荷载结构法得到了新发展。它不仅可以用于深埋、浅埋隧道整体式衬砌设计, 也可应用于复合式衬砌设计, 还可用于自稳洞室设计。而且, 其计算结果, 比地层结构法清晰、可靠和节约, 可以对具体隧道工程起到指导作用。

2.3 系统通过智能选择合理拱轴, 使受力优化, 显著提高了围岩自承能力和衬砌承载能力

“新奥法的理论基础是围岩具有自承能力, 经济合理的隧道工程建设的关键是充分发挥围岩的自承能力。围岩自承能力源于围岩强度, 因此基本维持围岩原始状态, 既是为了保持原有的围岩强度, 又是发挥围岩自承能力的充分必要条件”但是, 尽可能保持原有的围岩强度是必要的, 但不是充分的。围岩强度有抗压、抗拉、抗弯、抗剪强度之分, 如何利用其抗压强度高的优势, 尽量避免受弯拉剪破坏, 仍是关键之举。这样, 可以不用额外投入, 就能获得显著提高围岩的自承能力的效果。

在同样围岩和洞室尺寸的情况下, 通过智能优化系统计算, 发挥抗压优势可衬砌厚度显著减薄, 已在不同的试验工程中得到验证。按照本方法设计施工的不同围岩、不同跨度、不同埋深的9个可比的优化工程对比证明, 所有优化工程, 经过13～29年的长时间考验, 不仅全部安全无事故, 解决了裂缝、净空不足、渗漏等影响使用问题, 工程质量至今完好。实际平均节约混凝土41.1%, 节约钢材50%, 节约木材90%, 节约建设资金28.6%, 见表3。部分优化工程见图1～3。

2.4 双曲优化整体组合衬砌, 为保障隧道全过程稳定平衡创造了有利条件

系统推荐的双曲优化组合衬砌, 是由6cm厚、30cm宽、100cm长的多功能预制拱片和泵送防水混凝土组成的立体受力结构, 由于已达设计强度的预制拱片与现浇混凝土的组合衬砌具有立即受力、合理受力、立体受力、共同受力、稳定受力的特性, 且其强度与围岩压力同步增长, 保证了施工全过程处于稳定平衡状态。加之, 双曲优化组合衬砌在绝大多数情况下, 无须喷射混凝土、锚杆加固和钢筋网加强, 也无须支撑和模板, 减少了工序、节约了施工时间、减轻了围岩扰动, 因此能有效保护围岩和减少围岩变形, 并使衬砌施工人员始终在承载拱保护下工作, 确保了施工安全。不仅具有简化工序;节约材料;成洞迅速等优势, 而且, 有利于施工环境改善, 便于发展工业化施工。同时, 还实现了临时支护和永久支护合一;柔性支护与刚性支护合一;自动应力调整或人工应力调整结合;合理受力与共同承载结合。是一条经济效益好、资源消耗低、环境污染少、人力资源优势得到充分发挥新路子。

3 系统的基本功能

本系统采用了荷载—结构模型, 适用于铁路、公路、冶金、煤炭、水电、水利、人防、国防等隧道、巷道、坑道、地道以及城市地铁、窑洞民居等地下拱形工程。主要有以下五种用途。

3.1 用于围岩压力计算

系统除包括按公路隧道设计规范公式计算、按铁路工程技术规范直接荷载确定法计算、按普式压力拱理论计算外, 特别推荐按立体极限地压理论公式计算围岩压力。这种方法考虑了洞室埋深、毛洞跨度、与洞形有关的毛洞计算高度, 毛洞长度、地层内摩擦角、粘聚力、重度、侧压力系数、考虑地层两侧地层物理力学性质、洞宽、洞高、洞形及施工方法影响的侧荷载系数以及考虑岩体构造状况、施工方法、支护时间、施工爆破情况、地面地下水影响、毛洞风化程度、施工环境、风化程度等对c值影响的折减系数等影响因素, 计算结果与实测十分接近, 有利于隧道设计安全可靠, 防止因荷载偏离过大引起的设计失误和浪费。而且, 可以自动传输数据进行优化设计, 准确方便, 立等可取。

3.2 用于常规衬砌设计

在已知荷载和轴线尺寸条件下, 设定断面厚度, 进行内力计算, 绘制弯矩、轴力图, 进行强度校核、工程量计算, 净空校核、绘制施工图等。其荷载可以是垂直、水平荷载按均布、马鞍形、山形、梯形、三角形分布的25种不同组合。

拱形可包含直墙或曲墙, 单心圆、三心圆、五心圆、七心圆等各种不同形式的拱形。截面厚度可以是等截面、直线变截面、余弦变截面和任意变截面。同时, 还可以考虑弹性抗力或不考虑弹性抗力、考虑地层与衬砌间摩擦力或不考虑摩擦力等情况。计算要求灵活, 计算结果准确。与多种计算方法的典型范例比较, 计算结果都很接近。其计算精度比经典设计范例提高100倍。

3.3 用于优化衬砌设计

(1单优化设计:根据已定结构尺寸和拱形进行截面厚度优化设计。系统自动按规范要求, 选择既符合安全强度要求、又经济节约的混凝土衬砌截面厚度。不仅节约了反复试算的时间, 而且, 较常规设计明显节约。对经典算例, 一般已经单优化, 节约混凝土较少, 但对多数设计仍有潜力可挖。如同济曙光软件计算地处Ⅲ类围岩、净宽9.5m的二级公路隧道算例, 衬砌厚度为c25混凝土60cm, 经单优化其最小厚度为56cm, 说明该设计在该设定拱形不变情况下已经优化, 节约余地较小。而新庄岭黄土公路隧道, 原设计为11×8m的直墙单心圆双车道隧道, 采用80～100cm厚的c25混凝土衬砌, 最小安全系数是5.2, 偏于保守;在拱形不变情况下, 单优化衬砌厚度为65cm, 最小安全系数是3.22, 即可满足规范要求。这与实测结果"一次衬砌厚度45～65cm, 实际承载89.5%, 二次衬砌35cm, 实际承载10.5%"的结论十分接近。

(2) 双优化设计:根据荷载和洞室尺寸, 系统自动选择优化拱形和优化衬砌厚度。可在满足净空要求的条件下, 设计出更适用、经济的衬砌截面来。所有选择 (包括决定拱形的各半径大小、圆心位置、各段圆弧对应圆心角等和决定最佳衬砌厚度) 计算、校核, 全部智能自动确定, 无须人工干涉。使过去二十天的工作量在一分钟左右精确完成, 为又好又快地进行方案对比、动态设计创造了条件。上述两例如果采用拱形优化, 在满足净空、强度和偏心的要求下, 其衬砌厚度仅需36cm, 说明拱形优化能充分发挥混凝土抗压优势, 是大有潜力可挖的, 而且已经得到了实践证实。1986年建成的西关地下商场工程, 净跨10m, 荷载也基本相似, 其优化设计仅需21～35cm素混凝土衬砌, 在地面公交通道车附加荷载作用下, 至今已完好安全使用二十余年。由此可见, 拱形优化是提高衬砌承载力的主要因素。对比计算表明:双优化较权威著作典型设计范例平均节约混凝土30.53%。比现代支护理论推荐的复合式衬砌标准设计平均节约混凝土39.05%;比日本单双线隧道和新干线平均减少混凝土31.76%。

3.4 用于围岩稳定分析

如果将承载主体由衬砌材料变成围岩, 系统就能进行洞室自稳计算。黄土洞室的稳定计算与黄土地下建筑技术条例调查结果完全一致;各级围岩的自稳计算与公路隧道设计规范的各级围岩自稳能力判断表基本符合。判断表中的稳定跨度与围岩物理力学参数平均值计算结果相同, 一般偏于安全或保守。本系统能分析任何实际洞室的稳定性, 因此具有普遍意义。例如, 规范判断表中:Ⅰ级围岩跨度20m可长期稳定, 计算检验是正确的。但对于跨度115m稳定了150多年的中洞苗寨是否能够长期稳定呢?计算表明:当围岩物理力学指标达到Ⅰ级时, 该洞室可以长期稳定, 而且稳定的形状与实际洞形十分接近, 见图4。判断表认为Ⅵ级围岩无自稳能力, 这对于公路隧道来说是对的, 但是, 计算结果, Ⅵ级围岩1.5m跨度也能暂时自稳。所以, 任何围岩都有一定的自稳能力, 只不过是自稳洞室的尺寸不同而已。这样通过围岩自稳计算, 合理控制毛洞开挖尺寸和进尺, 以有利施工安全。

3.5 用于复合式衬砌设计

如果将承载主体由衬砌材料变成围岩, 并选择设置注浆锚杆, 系统会自动考虑围岩的强度, 这样计算出的围岩厚度加锚杆锚固长度就是设计的锚杆长度。如承载主体选择某种标号的喷射混凝土或模筑混凝土, 计算出的厚度即为初期支护设计厚度或二次衬砌厚度。同样, 可以按照已定拱形不优化;衬砌厚度单优化;衬砌厚度及拱形双优化进行设计。

3.6 用于反推地压和动态设计

原铁道部黄土双线隧道设计研究组对陇海线13座黄土双线隧道裂缝问题调查研究发现:“黄土隧道开裂与结构形式有密切关系。尖拱型单线隧道, 则拱腰部分出现纵向裂缝;双线隧道均属尖拱型, 拱腰普遍出现裂缝。因此, 得出结论:裂缝的主要原因是尖拱型衬砌不适应实际土压力大小及分布”。为弄清土压力大小及分布, 原国家建委某工程黄土洞室科研组在山西进行了近二年的《黄土洞室稳定性的野外试验》 (表4) , 测得109洞垂直荷载为86kPa, 水平荷载按侧压力系数0.3计算是25.8kPa, 其按此分析结果得出计算变形与实际变形完全相反;原国家建委五局建筑科学研究所据此试验实测数据, 认为平均垂直荷载是86kPa, 推断其拱顶至拱脚的垂直荷载按2.7～172.1kPa直线变化, 呈马鞍形分布, 但这种荷载的计算结果与实际变形也不完全相符;本系统反推侧压力系数为0.6099, 完全符合拱顶向上位移, 两侧向内位移的实际情况, 得到了理论计算与实际破坏完全一致的结果。对保证动态设计的安全、经济性有重要作用。

3.7 用于隧道施工安全计算

静宁隧道是位于松软、潮湿、饱和新黄土地段的双车道隧道, 2007年发生的大塌方事故, 除遇连续降雨, 渗水使黄土强度急剧降低, 粘聚力显著折减等不利条件影响外, 其重要原因之一就是为抢工期, 一次衬砌太长、二次衬砌没有跟上, 造成冒顶坍塌事故。该隧道在松软黄土地层中构筑, 勘测确定为Ⅵ级围岩。系统计算:一次衬砌承载长度在3m以下, 安全系数>2, 可保安全;一次衬砌承载长度在3m～10m, 安全系数>1, 暂时安全;一次衬砌承载长度>10m, 安全系数<1, 不安全。实际一次衬砌承载长度控制30m, 安全系数在0.72以下, 事故难以避免。本系统可按照实际拱形, 计算最大掘进进尺长度、计算一次衬砌最大承载长度、校核二次衬砌允许拆模强度等, 对隧道安全施工具有一定指导意义。

3.8 用于围岩破坏机理研究

围岩自承载能力决定于围岩物理力学性质、隧道断面尺寸和形状以及掘进长度等。毛洞的破坏主要因素是荷载大小、分布与围岩强度、挖掘洞形不相适应、承载拱以内的地层失稳造成的。洞室破坏后形成新的优化拱形而暂时稳定, 但随着垂直和侧向水平荷载的相互变化, 又会形成新的失稳, 以新的优化拱形暂时稳定。每次暂时稳定的优化拱形和尺寸, 可以通过系统算出。其计算结果与陕西省建工局建筑科学研究所, 西安冶金建筑学院地下结构专业八孔土窑失稳破坏全过程调查结果相同, 见图5, 也与西安冶金建筑学院采矿系模拟试验研究小组黄土峒库模拟试验结论相似。不仅片帮、冒顶的形状、尺寸与实测接近, 而且片帮、冒顶的顺序也与实际相同。

4 结语

本系统针对当前隧道与地下工程衬砌设计存在的问题, 解决了地下工程荷载计算、用荷载结构法计算围岩承载、智能确定优化拱形和最佳衬砌厚度等问题, 并经过理论与实践的长期检验, 证明是可用于指导隧道具体工程的实用设计系统, 除了能精确、快速地进行衬砌优化设计外, 还能用于围岩稳定分析、复合式衬砌设计、反推围岩压力分布、动态设计、隧道施工安全计算和围岩破坏机理研究等工作。但其试验工程还局限于部分地区的少量工程, 缺乏普适性验证。隧道及地下工程量大面广, 地质条件工程情况千变万化, 还需要广大同行通力协作, 在不同条件下进行试验和检测, 以通过大量工程实践, 进一步发现问题, 完善补充, 扩大应用, 为我国乃至世界隧道及地下工程发展作出贡献。

5 后记与致谢

本系统在继承和发扬太沙基理论、荷载结构法、合理拱轴原理的基础上, 进行了创新、论证、检验、试验等工作, 于2007年通过省级鉴定, 与会专家一致认为:该研究成果在地下洞室优化设计方面达到国际先进水平;2008年获得甘肃省科技进步奖;2009年取得国家知识产权局批准公布的三项国家发明专利。这些工作, 单靠我们的力量是难以完成。其取得进展, 离不开广大隧道及地下工程工作者的辛勤劳动和无私奉献。因为, 从室内模拟试验、围岩压力的测试、优化工程的实践以及理论问题的探讨等, 广大隧道工作者都做了大量工作, 为成果完成起了很大作用。例如:清华大学、同济大学、哈尔滨建筑工程学院、重庆建筑工程学院、天津大学、淮南煤炭学院、山东矿业学院、西安冶金建筑学院、兰州铁道学院、铁道科学院、铁路专业设计院、北京市政设计院、中华人民共和国交通部、中国人民解放军工程兵司令部等编著的曲墙或直墙拱结构计算实例, 为理论上验证系统计算的精确性和优化效果提供了条件;长安大学公路学院、原国家建委某工程黄土洞室科研组、原铁道部黄土双线隧道设计研究组、广州铁路局科学技术研究所等众多单位的40项工程围岩压力测试和裂缝隧道调查统计以及357个铁路单线隧道塌方统计分析, 为对比计算与实测结果、检验系统的正确性和可行性提供了依据;国内外173项隧道与地下工程实践, 为检验设计的安全性、经济性对比提供了条件;甘肃省人防、兰州市人防、原甘肃省建委、兰州市建委提供的9项隧道与地下工程优化试验工程, 为进一步长期实践考验优化工程的安全、质量、速度、节约性能作出了最有力的证明。

摘要：为解决隧道与地下工程衬砌设计存在的问题, 根据国际先进水平的《隧道与地下工程设计施工新法》编制, 用立体极限地压理论、优化承载主体、自动确定合理拱轴线等方法, 解决了正确计算地下工程荷载、智能确定最佳拱形和最佳衬砌厚度等问题, 使隧道与地下工程设计进入了新高度。利用本系统不仅可以在几分钟时间内完成隧道衬砌设计分析工作, 计算精度较经典范例提高100倍, 工程经济技术指标显著提高。经过大量实测数据与多项工程试验证明, 是可靠、实用、经济的方法。比复合式衬砌总厚度平均减薄30%以上。按本系统设计和施工的不同试验工程, 经过长期考验, 全部获得成功。不仅实现了安全无事故、优质、快速, 而且节约水泥、钢材、木材40%以上。

关键词：地下工程,隧道,优化设计,智能分析

参考文献

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浅析地下工程隧道防水的综合措施 篇8

综上工程慨述情况, 在路基开挖填筑、排水管道施工、路基防护、及结构防水都要做到更加详细的规划。本文浅析在工程中主要应用的防水措施。

1 结构防水

1.1 选用合理的结构形式

以结构自防水 (含外加剂) 为主的防水主导思想, 在《地下工程防水技术规范》中得到了充分体现, 结构自防水法是利用结构本身的密实性、憎水性以及刚度, 提高结构本身的抗渗性能, 通常被称为刚性防水。它要求结构本身必须具备一定的刚度, 而合理的结构形式恰恰是提高结构整体刚度的关键。因此, 设计中在结构选型方面, 应根据防护要求、平时和战时使用功能、工程地质和水文地质条件等因素综合确定, 能方的不长、能整的不散, 避免结构突变 (或断面突变) , 尽量使结构选型规则、整齐, 借以提升结构的整体刚度, 减少裂缝开展及变形缝的设置。

1.2 主体结构材料的选材及施工

(1) 结构自防水采用抗渗等级为S8的C3防水混凝土, 微膨胀高效防水剂的具体掺量根据厂家具体品牌、型号、材料的技术要求, 按所要求膨胀砼限制膨胀率, 遵守《混凝土外加剂技术规范》的相关规定, 通过混凝土试配确定。主体结构采用全外包柔性防水卷材。自粘防水卷材的尺寸、外观等需要符合规范和产品说明要求, 配套产品等配套进场并分开码放, 配中文标志牌, 以免工人混用。 (2) 试铺:在基层上按规范要求排铺卷材。 (3) 铺贴大面卷材:自粘卷材铺贴时, 先将卷材对准基准线全幅铺开。从一头将卷材 (连同隔离纸) 揭起, 沿卷材幅长中线对折, 用裁纸刀将卷材背面隔离纸轻轻划开, 小心撕开一小段 (约500mm长) , 两人合力将揭掉了隔离纸的这段卷材对准基准线粘铺定位。再将揭起的半幅卷材重新铺开就位, 拉住揭下的隔离纸均匀用力向后拉, 慢慢将该半幅卷材的隔离纸全部拉出, 将卷材粘铺压实。依上述方法粘铺另半幅卷材。拉铺时随时注意隔离纸的完整性, 发现撕裂, 断裂, 立即停止拉铺, 将撕断的残余隔离纸清理干净后, 再继续拉铺, 在这个铺设过程中一定要随时注意与基准线对齐, 不得有偏差。 (4) 卷材连接和密封:采用搭接方式, 铺贴卷材时, 卷材搭接宽度为120mm, 搭接缝不需要做任何处理。 (5) 卷材预留:底板卷材伸出侧墙75cm, 便于与侧墙上的卷材搭接。从底面折向立面的卷材与临时性保护墙接触的部位, 临时贴附在该墙上, 卷材铺好后, 其顶端预留15cm临时固定。

2 结构自防水

本工程防水原则是“结构自防水为主辅助防水措施为辅, 刚柔并济、多道线”。结构自防水施工质量的控制是隧道防水的关键。

(1) 在正式施工前, 针对工程特点与施工条件, 会同设计、施工、监理及砼供等各方, 共同制定施工全过程和各个施工环节的质量控制与保证措施以及相关的施工技术条列商定质量检验和合格验收方法。 (2) 需要重点保证质量并采取专门措施的内容都有:结构表层砼的振捣密实与均匀性, 砼的良好保护, 砼保护层厚度及钢筋定位的准确性, 砼裂缝控制。为限制的早期开裂, 要求12小时抗压强度不大于8MPa或24小时不大于12MPa。当使用一般的细石砼垫块时, 满足保护层厚度和定位的允差要求, 垫块的强度高于构件本体, 水胶比不大于0.4, 垫块数量至少4个/m2, 绑扎垫块和钢筋的铁丝头不得伸入保护层。砼入模后的内部最高温度不高于70℃, 构件任一截面在任一时间内的内部最高温度与表面温度之差不大于20℃, 淋注于砼表面的养护水温度低于砼表面温度的差值不大于15℃, 降温速率最大不宜超过2℃/每天。

3 结构细部构造防水

(1) 沉降缝 (也即变形缝) :根据设计图纸所示隧道主体按各段结构类型及长度设置变形缝, 每个主体结构区段之间的需设置变形缝。变形缝防水, 由中埋式橡胶腻子止水带+迎水面外贴式复合型橡胶止水带+变形缝局部防水卷材加固。 (1) 止水带宽度和材质的物理性能均符合设计要求, 且无裂纹和气泡, 接头斜面采用热接接缝平整牢固, 变形缝处的端头模板钉填缝板, 填缝板采用聚苯板。填缝板与嵌入式止水带中心线和变形缝中心线重合, 并用模板固定牢固, 止水带不得打孔或用铁钉固定, 填缝板支撑牢固。 (2) 在铺设变形缝处的防水层时, 在变形缝两侧范围内的基面进行特殊处理, 平整度要求同其他部位, 在变形缝两侧尽量不出现焊缝。止水带展平固定在结构钢筋上, 采用中间预留凹槽的箱形挡头板平保证止水带的正确位和不受破坏。 (2) 施工缝:按设计, 施工缝采取二道防水措施, 这二道防水措施分别为: (1) 防水卷材, 设置在迎水面的结构表面; (2) 镀锌钢板止带水, 设置在结构宽度 (或高度) 中间。施工缝是防水薄弱之一, 少留施工缝。垂直方向如需留施工缝尽量与变形缝结合, 并按变形缝处理。即除满足防水要求外, 还能适接缝两端结构产生的差异沉降及纵向伸缩。而水平施工缝采用铜板腻子止带水形式。在施工缝上浇筑砼前, 将施工缝处的砼表面凿毛, 清除浮粒和杂物, 再按设计涂刷刚性防水界面剂。为确保止水带安装准确, 在模板制作时, 按如下结构施工, 可确保止水带在施工中不走位、变形。镀锌钢板止水带的连接采用贴合边满焊, 两段钢板搭接长度≥5cm立柱在底板、顶板处防水处理:立柱封口前将柱内的泥砂掏出至管口面下60cm, 浇筑素混凝土后, 再将封口钢板焊至柱口截面。

4 结语

地下工程的防水是多方面的, 涉及的领域和专业非常广泛, 它需要各专业密切配合;同时对于整个工程的建设前期准备、设计、施工及使用, 各单位都应该密切关注地下工程的防水问题, 一旦发现问题立即采取措施, 在这里作者只是结合了自己在实际工作中的一些关于防水的简要论述, 并提出在结构自防水中应注意的几个问题: (1) 合理确定工程的防水等级是确保工程使用功能的前提。 (2) 优先采用水化热低的矿渣水泥配置大体积混凝土, 合理布置钢筋和拉结筋。 (3) 选择规整的结构形式, 做好构造节点的防水设计。

摘要：随着地下工程的形式不断增多、越来越多的地下隧道工程在翻新, 其中在防水方面也有了不断的突破, 本文结合了笔者近期在建的一个工程做了关于结构防水的相关问题探讨及处理措施, 从而使得地下工程防水做得更加合理。

隧道及地下工程 篇9

但是由于地下工程建设对地下水环境的影响具有滞后性以及隐蔽性, 所以一些建筑投资商只注重短期的利益以及方便, 并未对地下水环境的破坏给予足够的重视。

1 工程建设对地下水环境的影响

在综合分析上看来, 地下工程的建设对环境的整体影响是积极的, 它对工程周围的视听干扰以及地面动植物以及工程周围的建筑设施的损坏程度最小, 并且减少了人口较密集城市的人口密度。地下工程建设拉大了城市的骨架, 使得城市布局得以优化。隧道工程是地下工程建设的一种, 隧道工程建设大道减轻了城市交通压力, 使市民出行更加方便。但是, 其对于环境的消极影响也是不容忽视的, 尤其是对地下水环境的影响。隧道工程建设对水环境的负面影响主要体现在两个阶段。

1.1 施工阶段

隧道工程是一个庞大的地下结构, 基坑开挖经常会在饱和土体中, 这就使得地下水会大量的在含水层中排出, 这就使得地下水位有所降低;并且, 隧道工程建设, 使得地下水环境形成了降落漏斗, 这也影响了地下水的水量, 地下水位的下降不仅仅会引起地面沉降, 更关键的是, 隧道工程的建设影响了局部地下区域的动力场, 地表污染很有可能此时进入地下层, 造成地下水污染。除此之外, 为了提高土体的防渗能力以及增强土体强度, 各种化学物质的使用以及工业废浆、机械漏油等的存在, 都是污染地下水的源头。

1.2 运营阶段

隧道工程对地下水径流进行拦截, 抬升了迎水面地下水位, 降低了背水面的地下水位, 并且严重影响了地下水循环。并且随着隧道的建成, 车站冲洗废水、生活污水等需要专用管道排出地表, 此过程也有可能造成地下水污染。

2 地下水环境对隧道的影响

地下水环境与隧道的影响是相互的。在运营阶段, 地下水环境对隧道的影响主要表现在隧道衬砌渗漏水。隧道衬砌渗漏水使得混凝土风化剥蚀的速度加快, 使得衬砌结构的破坏速度增加。由于渗漏水, 隧道内的空气湿度就增大了, 湿度的增加使得隧道内工务设备更加容易锈蚀, 不仅设备的正常使用受到影响, 还影响了设备的使用寿命, 造成了财产损失。隧道漏水还会引发道床基底翻浆冒泥, 使得轨道结构变形, 不仅影响乘客的乘坐舒适性也影响了行车安全。

总之, 隧道渗水对隧道设备设施、隧道轨道结构以及地面建筑物的影响都是很大的, 所以在运营期间要对渗水量进行严格的控制。当隧道在运营期间的衬砌渗漏水时, 可以对漏水段隧道进行化学注浆补救措施, 通过使隧道周边土体孔隙系数降低, 使得土体力学性能得到改善, 从而减少渗漏水量。但是化学注浆虽然能减少隧道渗漏水, 但是化学浆液对地下水环境的污染也是不能忽视的。

3 地下水动态监测体系的构建

3.1 基本概念

所谓地下水监测就是通过对人工揭露点或地下水天然露头进行水质、水位以及水量的监测, 来实现对地下空间资源的合理开发利用等。地下水的动态监测是有组织有计划的, 通过及时的检测能够判定隧道工程建设对当地的地下水环境的影响, 以便相关部门制定相应的措施, 最大限度的减少地下工程建设与地下水环境的相互影响。

3.2 监测系统的构建原则以及方法简介

监测系统的构建要本着科学性、系统性、动态性以及可操行的原则, 使得隧道地下水系统的变化规律以及内在特征能够得到真实的反映。

对地下水监测体系的合理构建, 主要实现投入产出比的优化, 即在人力、财力以及物力最小投入的情况下达到掌握隧道周围地下水环境的动态变化规律的目的, 从而设计出合理的排水方案, 优化地下工程管理、保护地下水资源。

对地下水检测系统的构建主要有两个方法:目标分解法以及调查分析法。

前者是通过把目标或任务主体进行不断分解, 来对地下水检测系统进行构建, 对研究对象的分解一般是从主目标出发, 对研究内容进行逐次分解, 知道实现检测的目的。而后者要在广泛调研和收集有关指标的基础上进行, 根据检测目的确定监测因子以及设计适当检测频率。

4 结论与对策

隧道工程建设对地下水环境的影响是不可避免的, 我们只能对这种影响进行最大程度上的控制。这就要依赖于检测系统的建立与完善。并且要注意为了减少隧道建设对地下水环境的影响:

4.1要及时监测流量以及降水量, 观察地下水位的相应变化, 分析工程对于地下水环境的影响程度, 判定工程建设的必要性以及合理性。除此之外还要监测地下水水质的变化, 一旦出现污染情况要及时整改治理。

4.2构建隧道工程地下水环境负效应评价指标体系能够从不同角度对隧道工程建设导致的地下水环境负效应全面反映, 从而为科学、准确地评价该类环境效应奠定了坚实基础。

摘要：近几年, 隧道工程建设随着城市交通压力的增加而增加, 科学合理的建设能够将其对地下水环境的负面影响降到最低。

关键词：隧道工程,地下水环境,影响分析

参考文献

[1]邱琳滨, 等.雪山隧道营运中地下水监测与分析成果[J].地下空间与工程学报, 2008.4 (4) :776-780.

[2]王宁涛.矿区地下水监测与预警系统研究一以福建省龙岩市马坑铁矿为例[D].中国地质大学, 2009.

隧道及地下工程 篇10

北京地下直径线是北京铁路枢纽改建工程, 被北京市政府列为“最难、风险最大的在建地下工程”, 成为北京地区第1个进行全线风险评估的地下工程。与既有地铁2号线南段平行运行, 近距离穿越地铁4号线宣武门站, 上跨地铁5号线崇文门站。若施工对地铁线路造成一定损害, 势必影响地铁的正常运营, 进而加重地面交通负担, 一旦发生事故, 损失难以估计。

表1给出浅埋暗挖段D K0+850—DK1+625风险源等级。

1.1 DK0+850—DK0+900段开挖风险分析

DK0+850—DK0+900段地表建筑物为崇文门饭店 (13层) , 楼房基础形式为桩基础, 楼前为2层商用房, 属一级风险点, 距北京地下直径线隧道最小距离2.66 m, 地质剖面见图1。

1.2 DK0+850—DK1+138.55段开挖风险分析

DK0+850—DK1+138.55段现场环境见图2。涉及4个主要风险源: (1) 地铁2号线崇文门站风道及D口风险源。崇文门站西南出入口距直径线隧道最小距离2.72 m, 属一级风险源。 (2) 崇文门西大街4号楼及1层裙房风险源。崇文门西大街4号楼 (10—12层) , 楼前为1, 2层商用房, 距北京地下直径线隧道最小距离2.53 m, 属一级风险源。 (3) 双侧壁法平行下穿φ1 000 mm混凝土自来水管特级风险源。φ1 000 mm上水管为20世纪70年代建成的预应力混凝土承插管, 平行直径线隧道正上方, 与隧道拱顶最小距离0.75 m, 属特级风险点。 (4) DK1+216—DK1+316直径线开挖一级风险源。崇文门西大街6号楼 (12层) , 楼前局部为1层商用房, 距离直径线隧道最小距离2.18 m, 属一级风险点。

1.3 DK1+216—DK1+430段开挖风险分析

DK1+216—DK1+430段现场环境见图3。包括DK1+216—DK1+316, DK1+316—DK1+356和DK1+355—DK1+430共3个风险源。 (1) DK1+216—DK1+316段属直径线开挖特级风险源。崇文门西大街8号楼 (13层) , 距直径线隧道最小距离3.62 m。 (2) DK1+316—DK1+356段属直径线开挖一级风险源。位于祈年大街十字路口, 交通十分繁忙。 (3) DK1+355—DK1+430段属直径线开挖一级风险源。前门东大街2号楼 (14层) , 楼前为一层商用房, 距离直径线隧道最小距离4.13 m[1]。

2 多工法

北京地下直径线工程断面大, 施工难度大, 设计、施工存在很大风险, 国内外没有类似技术条件的工程范例。浅埋暗挖法按照“新奥法”原理设计施工, 以加固、处理软弱地层为前提, 采用足够刚性的复合衬砌 (由初期支护和二次衬砌及中间防水层组成) 为基本支护结构, 用于软土地层近地表隧道的暗挖施工, 以施工监测为手段, 指导设计施工, 保证施工安全, 控制地表沉降。

根据复杂环境下大断面隧道施工工法研究成果, 洞桩法、双侧壁导坑法、CRD法3种工法中: (1) 洞桩法施工引起的地表沉降和水平变形均最小, 沉降控制要求严格的地点可采用洞桩法, 特别是加强正洞顶部超前支护的强度对于减小对上部构筑物的影响有一定效果。但洞桩法工序较多, 涉及的工程设备投入较大, 造价较高, 所需工期也较长。 (2) 双侧壁导坑法引起的地表沉降介于洞桩法和CRD法之间, 地表沉降有一定要求但并不十分严格的地段可采用此方法。双侧壁导坑法施工工序相对洞桩法较少, 但洞内支护投入较大。 (3) CRD法引起的地表沉降最大, 地表沉降控制要求不高的地段采用此工法较合适。CRD法工序较少, 洞内支护投入量也较小, 施工速度快。

由于北京地下直径线隧道平、纵断面受沿途地面建筑、市政工程、道路、地下管线、既有环线地铁风道、出入口结构、地铁5号线和4号线、8号线 (规划) 、人防工程等的影响与限制, 决定了隧道埋深。综合考虑隧道周边环境因素, 遵循安全工程根本及暗挖隧道上方地表沉降观测点最大沉降量, 拱形直墙断面洞桩法更易于控制地表沉降, 矩形断面双侧壁导坑法控制地表沉降较难, 拱形曲墙断面双侧壁导坑法难度在二者其间。众多施工方法中, 浅埋暗挖段隧道工法根据周边环境要求分别采用双侧壁工法、洞桩法、明挖法、盾构法施工, 拆迁导改困难地段采用盖+暗挖法, 辅助加固措施采用管棚法, 晚上施工白天恢复交通通行。

2.1 洞桩法

洞桩法主要施工流程见表2。监理要点: (1) 施工监控量测及工程沿线降水施工; (2) 导洞内钻孔桩施工; (3) 桩顶冠梁格栅预埋件安装; (4) 导洞内回填混凝土; (5) 超前地质探测及超前地层加固; (6) 扣拱格栅加工精度及安装精度控制; (7) 喷射混凝土及初期支护背后回填注浆控制; (8) 工程防水及主体结构二次衬砌施工质量控制[2]。

2.2 双侧壁法

双侧壁法主要施工流程见表3。监理要点: (1) 超前地质探测; (2) 超前支护; (3) 监控量测和施工测量; (4) 开挖进尺、台阶长度和核心土留置大小; (5) 格栅安装和喷射混凝土, 仰拱封闭与掌子面距离; (6) 初期支护背后回填注浆时间; (7) 防水施工和施工缝、变形缝处理; (8) 模板及脚手架工程; (9) 结构钢筋混凝土施工。

2.3 明挖法

北京地下直径线明挖段施工主要应用在隧道进口端, 施工场地主要占用崇文门路口、明城墙公园西端。受上述条件限制, 明挖段施工主要有以下难点: (1) 施工场地狭小 (基坑面积720 m2, 围挡面积980 m2) , 施工范围内既有管线和不明管线数量众多; (2) 工期短, 明挖段60 m总体工期只有3个月; (3) 断面转化多, 共有4次断面转化; (4) 文明施工压力大, 工程地处崇文门路口核心地带, 过往行人及车辆较多, 周边环境的影响必须控制在最小范围内; (5) 施工组织困难, 因工期短、场地小、工序转化次数多、文明施工要求严格, 造成施工组织非常困难。

根据上述难点对关键工序、隐蔽工程和主体结构工程等以重点控制、服务施工为原则, 确保施工单位在规定工期内保质保量的完成工程施工, 制定了明挖段主要监理要点: (1) 严格执行开挖前探槽制度; (2) 监控量测和施工测量; (3) 防排水工程; (4) 模板及脚手架工程; (5) 主体结构钢筋混凝土施工。

2.4 盾构法

北京地下直径线工程盾构隧道全长5 175延米。盾构段隧道采用1台φ11.96 m膨润土-垫式泥水平衡加压式盾构机, 自天宁寺盾构始发井4#竖井始发后, 沿天宁寺桥、西便门桥向东, 拐至长椿街, 继续沿宣武门大街、前门大街向东掘进, 到达直径线2#竖井出洞解体;刀盘拆卸分块, 经由提升竖井吊出, 盾构机外壳废弃在隧道内。

监理要点: (1) 管模检验和原材检验试验; (2) 大直径盾构管片生产、养护及储存; (3) 管片进场验收; (4) 管片拼装和管片螺栓连接; (5) 监控量测和施工测量; (6) 盾构掘进姿态控制和掘进速度管理; (7) 同步回填注浆控制; (8) 盾构隧道防水检查; (9) 盾构换刀及风险点加固; (10) 盾构出洞控制[3]。

2.5 盖+暗挖法

北京地下直径线过崇文门路口段采用盖+暗挖法结合的方法施工。尽量降低对路口交通的影响, 尽快形成路面系统。具体方法:先施做人工挖孔桩 (在直径线两侧施做) 和桩顶冠梁形成框架结构, 在其上布设型钢和钢板形成盖板, 以盖板作为地面交通荷载承载主体, 通过盖板、冠梁、横梁框架和钻孔灌注桩控制地面沉降;路面系统形成后, 保证车辆通行, 然后在盖板保护下进行小导洞施工;最终完成过地铁5号线车站的抗浮反压体系, 保证施工安全和质量。

监理要点:盖+暗挖法主要在超浅埋与交通繁忙十字路口段施工, 施工过程的交通安全和施工本身安全控制是这种工法监理的特点, 为了不影响交通与商业营业, 采取夜间施工, 分班作业。分项工程再细分, 如为躲避公交电车线, 将钢筋笼分成2～3 m, 安装时再焊接, 并增多旁站。

3 难迁改

崇文门三角地在修建地铁2号线和5号线时交通导改、管线改移各一次, 北京地下直径线交通导改、管线改移涉及污水、自来水、雨水、热力、燃气、电力、通信及小楼平移、邮局还建、明城墙保护、园林和饭店商铺赔偿等, 为确保直径线安全施工且不影响北京市中心交通, 细化设计施工方案, 专家论证后分段施工, 并采取夜间施工。管线改移设计施工工作量大, 基本采用竖井横通道隧道改移管线。共有热力、电力、燃气、上水、电信、污水、雨水7种市政管线与直径线隧道发生冲突。经过反复研究论证和方案优化, 对上述各种既有市政管线进行永久或临时导改施工。导改施工分四期实施。第一期:导改污水、热力、上水管线;第二期:导改电力、燃气、直埋及架空电力线;第三期:导改雨水管线;第四期:导改电信管线。

由于市政管线导改施工, 部分架空电力线、电车接触线、电力线杆及变压器须改移 (见图4) 。仅崇文门路口路面体系施工需要进行15次交通导改, 施工成本大且施工风险高。

4 长工期

北京地下直径线原计划工期2005年12月—2007年12月, 现计划工期2007年06月—2012年12月, 总工期由2年调为5年, 工期延长和调整的主要原因: (1) 直径线工程开工以来, 大的方案性调整6次, 取消原设计2台盾构施工方案, 变更为1台盾构单头掘进5.2 km;取消前门设置竖井和中间设站的方案。 (2) 征地拆迁工作量大, 交通导改困难, 大导改方案仍在研究。 (3) 地理位置特殊, 直径线全线在前门大街和崇文门西大街路下, 工程沿线风险控制点较多, 文物及建筑物保护工作量大, 保护难度大。 (4) 工程地处北京市中心, 受中非论坛、奥运会、国庆节等外界环境影响很大, 成为工期延误的主要因素。 (5) 我国缺少大直径盾构应用经验, 盾构掘进速度缓慢。

5 结束语

北京市交通拥堵已成为城市建设的突出问题, 日益恶化的交通污染也是北京市的一大突出问题。北京地下直径线的修建使铁路到发旅客就近乘降, 中转旅客本站换乘, 并承担部分市郊客流, 对减少城市道路交通量、缓解道路交通压力、减少汽车尾气排放和交通事故、改善首都环境都有着非同寻常的意义。

参考文献

[1]中铁十六局集团有限公司.北京站至北京西站地下直径线施工组织设计[R], 2010

[2]华铁工程咨询有限责任公司.标准化建设管理文件汇编铁路工程现场监理工作指南[R], 2009