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摘 要:我国遂道及地下工程的发展现状自 1978年我国改革开放以来,我国在交通、水利水电、市政等基础设施领域取得了令人瞩目的成就,特别是近十年来,更取得了突飞猛进的发展,同时在设计和施工技术水平上也有了很大提高。但是我国隧道及地下工程建设规模大、发展快的客观事实与地下工程的安全形势决定了隧道风险管理的必要性和紧迫性。
关键词:隧道;地下工程;风险评估;变形控制标准
缺乏隧道开挖下地层及结构物的变形标准。目前,隧道工程设计中传统的传统的强度控制理论已逐渐让位于变形控制理论。施工变形控制标准是隧道邻近结构物施工安全评估及风险管理的重要内容,也是实施检测的重要依据。但是我国现在尚没有成熟的规范或行业标准可供参考,也没有一套行之有效的研究方法。以下内容是具体的论述。
一、我国隧道风险评估现状及问题
(1)风险评估定量化难及可信度低。由于我国隧道风险研究起步晚,缺乏隧道风险管理案例的收集和统计,造成目前进行风险评估时无资料可借鉴,因此只能靠专家和技术人员的经验,将定性结果凭经验分析,然后用层次分析法或模糊综合评判法等方法将定性结果定量化,充其量只能称为半定量法,评估结果往往令人难以信服。
(2)缺乏规范的安全风险管理体系。目前国家对隧道工程施工阶段的安全风险管理还没有操作性较强的、具有一定强制意义的法规体系,因而风险管理在项目工程中的地位没有明确。
(3)风险管理与数值计算结合较少。目前关于介绍风险评价的方法上,未提到数值分析法,而数值分析法却是隧道工程常用的研究手段,可用于隧道施工安全分析、邻近结构物在隧道施工下的变形特性及安全评估。
(4)基于地质预报及监测的评估较少。隧道工程的一大特点就是围岩地质条件下的不确定性,而这可以通过超前地质预报、现场监控量测等手段进一步确定,从而减少围岩不确定性风险。
二、风险评估的重要性及意义
近来隧道在施工中发生了多次安全事故,铁道部高度重视,在2007年3月和8月分别召开了全国铁路安全会议。由于铁路隧道发生各类风险的概率较其他工程高,且一旦发生,造成的损失较大。开展铁路隧道风险评估,有利于决策科学化,有利于减少工程事故的发生,有利于提高政府、业主、设计单位和施工单位的风险管理意识和风险管理能力,从而达到控制风险,减少损失的目的。
当今世界范围内越来越多的政府机构、项目业主、设计单位、施工单位、银行以及保险公司已意识到实行风险管理带来的好处。通过对风险点的辨识与分析,能够对全线风险有个全面的认识,明确工程各阶段的关注焦点,集人力、技术、设备、物资的优势,在全面预防的同时进行重点预防。同时,通过编制预防控制措施和应急预案、培训预防。同时,通过编制预防控制措施和应急预案、培训教育和演练,使全体参建人员熟知各自的角色、各自的职责,熟知预防措施,熟练掌握抢险预案,力保风险点不出现问题。一旦发生意外,能够迅速、及时、圆满地得以解决,确保工程顺利建成。
三、隧道施工邻近结构物变形处理
1.隧道施工质量管理
地层之所以会出现变形,主要是因为隧道开挖施工造成的,开挖方式不同,对地层变形的影响也存在着较大的差异性,因此隧道施工过程中应当注意施工质量管理措施的应用。道施工对建筑物的影响、隧遁开挖引起建筑物变形,分别如下图所示。浅埋隧道施工时,在其两侧存在着潜在的破裂面,如果破裂面与地表交点位于建筑内,则应考虑不均匀沉降对建筑物的影响。
施工质量控制过程中,应当采取以下策略,即加快施工进度,快速通过邻近结构物地段,最大限度的缩短围岩暴露时间以及变形持续时间。利用初期支护对围岩施加适量的抗力,这对于有效抑制相邻地层发生变形具有非常重要的作用;开挖施工操作过程中,应当严格遵循管超前、严注浆、短开挖、强支护以及快封闭和勤量测等工艺要求,工序安排过程中应当严格按照先排管、后注浆,再开挖;注浆一段、支护一段以及封闭一段的工艺要求进行施工作业;根据实际监测数据,采用动态的注浆操作方式和方法,对邻近结变形进行有效的控制。
2.地层加固处理
在结构物附近实施隧道施工过程中,在隧道和邻近结构物间设置一定的隔断墙,这样可有效减少该地段土体发生水平位移、或者沉降量,对于避免因施工而破坏结构物,具有非常弘扬的作用。其中,隔断墙体可由钢板桩、树根桩、地下连续墙以及深层搅拌桩和注浆加固等部件构成,主要应用在承受因隧道施工而引起的侧向土压力、或者因地基差异沉降而产生的负摩阻力,对于有效减小邻近结构物土体变形具有非常重要的作用。注浆加固地基该方法是借助对地基注入适当的固结材料,通过填实孔隙使土体得到加固,用以控制由施工引起的土体松散,坍塌及地基变形和不均匀沉降,从而使邻近结构物免于遭受破坏的工程本体保护方法。
3.邻近结构物加固处理
邻近结构物加固处理,即对结构进行适当的补强,以全面提高该结构的自身刚度,这对于应当因地表沉降而产生的各种形变,具有非常重要的作用。在隧道工程施工过程中,应对邻近结构物可能出现的不均匀沉降问题进行预估测,依据该控制标准和要求,对邻近结构物进行加固保护。
四、我国隧道及地下工程的主要开挖方法及风险评估
由于隧道及地下工程类型、规模、地层、施工装备、技术水平等的不同,相应产生不同的开挖方法,按大类主要可分为明挖法、盖挖法、沉箱(管)法、暗挖法。明挖法以它施工简单,安全快速、造价较低,仍然是除山岭隧道,江湖河底隧道外首选的施工方法,其中的盖挖法是市区修建地铁车站的主要方法,北京、上海、南京、广州有近10座地铁车站采用此法,并取得了很多宝贵经验,逆作法或半逆作法也已从局部试点转入工程实际应用,如深圳地王大厦、上海金茂大厦地下室,除主楼外全部采用半逆作法施工,使工期大大提高。暗挖法适应范围广、铁路、公路、水利水电隧道、矿山巷道以及城市繁华市区下地铁、地下工程广泛采用此法,沉箱(管)法则主要用于跨越江湖河流等水体隧道的施工。我国的隧道及地下工程施工技术自80年代以来,得到了快速发展,代表隧道工程施工新技术发展水平的隧道凿岩机(TBM)和盾构机被引入我国,并在实践中不断改进,以大瑶山双线铁路隧道的施工为代表和开始,成功地推广了锚喷支护新奥法大断面开挖施工技术,全隧道最高年成洞4245m,月成洞521m,单口月成洞218m,开挖205m,衬砌303m。90年代再次采用新奥法成功修建了号称“天下第一险洞”(高地应力、高地热、多瓦斯、多断层、多地层塌方)的南昆铁路家竹箐隧道,这标志着我国钻爆法隧道施工技术达到和接近了世界先进水平。其中形成的施工前、中、后的超前地质预报模式、围岩变形量测、预报、指导施工模式及围岩加固模式,为我国全面推广新奥法隧道设计与施工技术奠定了坚实基础,我国目前已建成的最长的单线铁路隧道—西康铁路秦岭终南山隧道施工中采用了全断面隧道掘进机(TBM),使我国的交通隧道修建技术又上升到一个新台阶,而在上海、广州、北京地铁隧道施工中,盾构机得到了大面积使用,取得和积累了很多成功经验。乌鞘岭隧道在软岩深埋复杂应力隧道的修建技术上取得突破,克服了高地应力、软岩大变形和富水等复杂应力状况。风火山和昆仑山隧道(海拔4995m)则成功采用双层模筑混凝土多道防水措施、保温隔热措施、低温早强耐久性防水混凝土以及洞内空调等措施克服了高海拔冻土地区的隧道修建难题。
五、结语
世界发达国家已有的隧道和地下工程施工技术,大部分已在我国开发利用,并在工程实践中结合中国的国情得到不断的改进和发展。
参考文献:
[1]王倩倩.结合邻近结构物变形控制的隧道施工风险评估[J].西南科技,2011(8).
[2]张岩.隧道施工风险评估[J].地质勘测报,2009(5).
[3]徐圣.结合邻近结构物变形控制的隧道施工风险评估[J].西南大学学报,2011(7).
关键词:隧道;地下工程;风险评估;变形控制标准
缺乏隧道开挖下地层及结构物的变形标准。目前,隧道工程设计中传统的传统的强度控制理论已逐渐让位于变形控制理论。施工变形控制标准是隧道邻近结构物施工安全评估及风险管理的重要内容,也是实施检测的重要依据。但是我国现在尚没有成熟的规范或行业标准可供参考,也没有一套行之有效的研究方法。以下内容是具体的论述。
一、我国隧道风险评估现状及问题
(1)风险评估定量化难及可信度低。由于我国隧道风险研究起步晚,缺乏隧道风险管理案例的收集和统计,造成目前进行风险评估时无资料可借鉴,因此只能靠专家和技术人员的经验,将定性结果凭经验分析,然后用层次分析法或模糊综合评判法等方法将定性结果定量化,充其量只能称为半定量法,评估结果往往令人难以信服。
(2)缺乏规范的安全风险管理体系。目前国家对隧道工程施工阶段的安全风险管理还没有操作性较强的、具有一定强制意义的法规体系,因而风险管理在项目工程中的地位没有明确。
(3)风险管理与数值计算结合较少。目前关于介绍风险评价的方法上,未提到数值分析法,而数值分析法却是隧道工程常用的研究手段,可用于隧道施工安全分析、邻近结构物在隧道施工下的变形特性及安全评估。
(4)基于地质预报及监测的评估较少。隧道工程的一大特点就是围岩地质条件下的不确定性,而这可以通过超前地质预报、现场监控量测等手段进一步确定,从而减少围岩不确定性风险。
二、风险评估的重要性及意义
近来隧道在施工中发生了多次安全事故,铁道部高度重视,在2007年3月和8月分别召开了全国铁路安全会议。由于铁路隧道发生各类风险的概率较其他工程高,且一旦发生,造成的损失较大。开展铁路隧道风险评估,有利于决策科学化,有利于减少工程事故的发生,有利于提高政府、业主、设计单位和施工单位的风险管理意识和风险管理能力,从而达到控制风险,减少损失的目的。
当今世界范围内越来越多的政府机构、项目业主、设计单位、施工单位、银行以及保险公司已意识到实行风险管理带来的好处。通过对风险点的辨识与分析,能够对全线风险有个全面的认识,明确工程各阶段的关注焦点,集人力、技术、设备、物资的优势,在全面预防的同时进行重点预防。同时,通过编制预防控制措施和应急预案、培训预防。同时,通过编制预防控制措施和应急预案、培训教育和演练,使全体参建人员熟知各自的角色、各自的职责,熟知预防措施,熟练掌握抢险预案,力保风险点不出现问题。一旦发生意外,能够迅速、及时、圆满地得以解决,确保工程顺利建成。
三、隧道施工邻近结构物变形处理
1.隧道施工质量管理
地层之所以会出现变形,主要是因为隧道开挖施工造成的,开挖方式不同,对地层变形的影响也存在着较大的差异性,因此隧道施工过程中应当注意施工质量管理措施的应用。道施工对建筑物的影响、隧遁开挖引起建筑物变形,分别如下图所示。浅埋隧道施工时,在其两侧存在着潜在的破裂面,如果破裂面与地表交点位于建筑内,则应考虑不均匀沉降对建筑物的影响。
施工质量控制过程中,应当采取以下策略,即加快施工进度,快速通过邻近结构物地段,最大限度的缩短围岩暴露时间以及变形持续时间。利用初期支护对围岩施加适量的抗力,这对于有效抑制相邻地层发生变形具有非常重要的作用;开挖施工操作过程中,应当严格遵循管超前、严注浆、短开挖、强支护以及快封闭和勤量测等工艺要求,工序安排过程中应当严格按照先排管、后注浆,再开挖;注浆一段、支护一段以及封闭一段的工艺要求进行施工作业;根据实际监测数据,采用动态的注浆操作方式和方法,对邻近结变形进行有效的控制。
2.地层加固处理
在结构物附近实施隧道施工过程中,在隧道和邻近结构物间设置一定的隔断墙,这样可有效减少该地段土体发生水平位移、或者沉降量,对于避免因施工而破坏结构物,具有非常弘扬的作用。其中,隔断墙体可由钢板桩、树根桩、地下连续墙以及深层搅拌桩和注浆加固等部件构成,主要应用在承受因隧道施工而引起的侧向土压力、或者因地基差异沉降而产生的负摩阻力,对于有效减小邻近结构物土体变形具有非常重要的作用。注浆加固地基该方法是借助对地基注入适当的固结材料,通过填实孔隙使土体得到加固,用以控制由施工引起的土体松散,坍塌及地基变形和不均匀沉降,从而使邻近结构物免于遭受破坏的工程本体保护方法。
3.邻近结构物加固处理
邻近结构物加固处理,即对结构进行适当的补强,以全面提高该结构的自身刚度,这对于应当因地表沉降而产生的各种形变,具有非常重要的作用。在隧道工程施工过程中,应对邻近结构物可能出现的不均匀沉降问题进行预估测,依据该控制标准和要求,对邻近结构物进行加固保护。
四、我国隧道及地下工程的主要开挖方法及风险评估
由于隧道及地下工程类型、规模、地层、施工装备、技术水平等的不同,相应产生不同的开挖方法,按大类主要可分为明挖法、盖挖法、沉箱(管)法、暗挖法。明挖法以它施工简单,安全快速、造价较低,仍然是除山岭隧道,江湖河底隧道外首选的施工方法,其中的盖挖法是市区修建地铁车站的主要方法,北京、上海、南京、广州有近10座地铁车站采用此法,并取得了很多宝贵经验,逆作法或半逆作法也已从局部试点转入工程实际应用,如深圳地王大厦、上海金茂大厦地下室,除主楼外全部采用半逆作法施工,使工期大大提高。暗挖法适应范围广、铁路、公路、水利水电隧道、矿山巷道以及城市繁华市区下地铁、地下工程广泛采用此法,沉箱(管)法则主要用于跨越江湖河流等水体隧道的施工。我国的隧道及地下工程施工技术自80年代以来,得到了快速发展,代表隧道工程施工新技术发展水平的隧道凿岩机(TBM)和盾构机被引入我国,并在实践中不断改进,以大瑶山双线铁路隧道的施工为代表和开始,成功地推广了锚喷支护新奥法大断面开挖施工技术,全隧道最高年成洞4245m,月成洞521m,单口月成洞218m,开挖205m,衬砌303m。90年代再次采用新奥法成功修建了号称“天下第一险洞”(高地应力、高地热、多瓦斯、多断层、多地层塌方)的南昆铁路家竹箐隧道,这标志着我国钻爆法隧道施工技术达到和接近了世界先进水平。其中形成的施工前、中、后的超前地质预报模式、围岩变形量测、预报、指导施工模式及围岩加固模式,为我国全面推广新奥法隧道设计与施工技术奠定了坚实基础,我国目前已建成的最长的单线铁路隧道—西康铁路秦岭终南山隧道施工中采用了全断面隧道掘进机(TBM),使我国的交通隧道修建技术又上升到一个新台阶,而在上海、广州、北京地铁隧道施工中,盾构机得到了大面积使用,取得和积累了很多成功经验。乌鞘岭隧道在软岩深埋复杂应力隧道的修建技术上取得突破,克服了高地应力、软岩大变形和富水等复杂应力状况。风火山和昆仑山隧道(海拔4995m)则成功采用双层模筑混凝土多道防水措施、保温隔热措施、低温早强耐久性防水混凝土以及洞内空调等措施克服了高海拔冻土地区的隧道修建难题。
五、结语
世界发达国家已有的隧道和地下工程施工技术,大部分已在我国开发利用,并在工程实践中结合中国的国情得到不断的改进和发展。
参考文献:
[1]王倩倩.结合邻近结构物变形控制的隧道施工风险评估[J].西南科技,2011(8).
[2]张岩.隧道施工风险评估[J].地质勘测报,2009(5).
[3]徐圣.结合邻近结构物变形控制的隧道施工风险评估[J].西南大学学报,2011(7).