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1.工程概況
成都地鐵雙流機場站工程位于雙流機場T2航站樓高架橋路面正下方,呈南北向布置。設計為地下兩層島式車站,南端設置停車線兼折返線。車站主體建筑面積為14546.5m2,總建筑面積為16964.5m2,基坑尺寸448m×18.9m。本工程側墻模板設計采用大模板,模板支撐體系為單側支模。
2.地下工程大模板體系施工工藝
2.1 側墻大模板體系設計
根據工程設計和現場實際情況,側墻模板體系采用大模板體系,由豎向次背楞、橫向主背楞和專用U形連接件組成;面板與豎向次背楞采用自攻螺絲和地板釘正面連接,豎向次背楞與橫向主背楞采用U形連接件連接,在豎向次背楞上兩側對稱設置兩個吊繩。兩塊模板之間采用12#槽鋼作為連接帶進行連接,用連接帶插銷固定,從而保證模板的整體性,使模板受力更加合理、可靠。
根據工程設計情況,側墻大模板面板采用18mm厚雙面覆膜木膠合板,次背楞采用100×100mm木枋,主背楞采用雙[12#槽鋼,大模板周邊一圈設置邊框封邊,邊框采用100×100mm木枋,每塊大模板上采用φ14鋼絲繩設置2個吊環,便于施工過程中模板吊裝。
2.2 側墻大模板的組成
2.3 側墻大模板主要施工節點
側墻大模板拼縫結點
側墻大模板通過橫肋連接帶進行連接,模板與模板之間直接拼縫時,直接采用橫肋連接帶配合連接帶插銷進行固定,當模板與模板之間存在縫隙不能拼在一起時,則增加拼縫模板,用連接帶壓住拼縫模板予以固定。
2.4 側墻大模板的拼裝
拼裝前的準備工作
1)工具準備
常用模板拼裝工具有:手電鉆、開孔器、鉆頭、批頭、電刨、電鋸、曲線鋸、鋸片、墨斗、鉛筆、卷尺、角尺、電鋸、靠尺、線墜、油漆刷、灰刀、毛筆、扳手、膠槍、氣釘槍、氣釘等。
2)輔助材料準備
油漆、玻璃膠、原子灰、自攻螺釘、鐵釘、鋼絲等所用到的材料。
3)拼裝平臺
大模板制作需搭設拼裝平臺,平臺高度300mm,選用槽鋼進行搭設(如下圖);拼裝平臺設置在北端頭井區域的木工加工房,尺寸2000×4000mm。操作平臺搭設應牢固、安全、平穩,對應的各構件平行而且確保在同一水平面上,對角線長度保持一致。
2.5 側墻大模板的拼裝過程
2.5.1放置主背楞
按照圖紙設計間距把主背楞排放在搭設平臺上,在主背楞上畫上定位線,拉準對角線,讓任意兩條背楞構成的長方形對角線相等,主背楞間距800mm,主背楞雙槽鋼之間的距離40mm。
2.5.2次背楞安裝
按圖紙尺寸,先在主背楞兩側各放一根次背楞,畫上定位線,拉準對角線,然后用U形連接件與主背楞固定,次背楞間距250mm。這兩條次背楞的同一端連上一根細線,作為基準線,其他次背楞都對齊這根基準線排放,并保證與兩邊的次背楞平行,把每根次背楞用U形連接件固定。固定U形連接件的時,在設置吊繩的次背楞部位必須要用U形連接件,其余次背楞U形連接件的交錯放置。最后按圖紙尺寸裝上吊繩。特別注意,安裝吊繩時,要用一塊鋼套管穿過木梁上開的孔洞,將吊繩從鋼套管中穿過,避免吊繩與木枋直接接觸。
2.5.3 鋪設面板
把面板先按照圖紙設計尺寸裁好鋪到次背楞上,尺寸有誤差時,用手工刨把尺寸找好,如下圖。
將第一塊面板四角打引孔,鋼釘定位(不要釘太深),如下圖。
將此面板引孔定位后打引孔,引孔前端擴大2—3mm(如下圖)。
用電鉆打自攻螺釘。
鋪第二面板,將接縫處抹玻璃膠,粘合,拼縫緊湊(如下圖)。
以后步驟重復以上步進行操作。
面板全部鋪好后,將板面擦干凈,去除塵土,將面板表面水分擦干。
安裝端頭木枋,如果面板超過了次背楞的長度尺寸,就要根據需要尺寸臨時增添端頭木枋。端頭木枋的作用是:增加模板頂部的整體剛度,防止混凝土污染模板背面,最重要是防止起吊時次背楞跟面板間發生位移(如下圖)。
2.5.4端頭連接板安裝
次背楞與主背楞固定完畢后,在4個角點處安裝一塊300×300×3mm的鋼板,鋼板上設置細小孔洞,用鐵釘釘入端頭木枋內,從而將兩個相鄰的端頭板連接固定,提高模板的整體剛度。
2.6 側墻大模板的堆放
拼裝完成的大模板,需要有規律的堆放在一起。一般情況下,將第一塊模板面朝上并保持離開地面凈高300mm以上,背楞朝下放置平穩,確保水平,不能有晃動余量。然后在面板上放置2—3根長條木枋(間距2000mm),木枋長度與模板長邊相近即可,接著放第二塊模板,一般5、6塊為一堆。模板注意保護面板,防止受雨淋和暴曬,儲存期超過一周的應用帆布遮蓋起來(如下圖)。
大模板需堆放整齊,模板面板不得與尖銳物相接觸,避免面板損傷。
隨著我國城市的發展,城市建設越來越重視地下工程的開發工作。地下工程施工需要面對復雜的地質環境條件,施工的條件惡劣,施工的難度要更大。一般來說,地下工程施工工期比較長,而且風險性高。我國在地下工程的施工過程中,由于施工能力不足等原因,仍然存在一些問題,正確解決這些問題,才能實現我國地下工程施工能力的提升,并且保障地下工程施工的效果。
一、地下工程施工現狀分析
我國城市地下工程施工已經開展有一定的時間,這期間形成了我國地下工程施工的特點,但也存在一些缺點,主要是對于施工安全的控制能力欠缺。可以說,我國城市地下工程施工中事故的發生是較為頻繁的,死亡人數也居高不下,這個情況必須引起相關部門的重視。總結起來,我國目前城市地下工程施工中的安全問題產生原因主要有:
(一)施工企業盲目縮短工期
縮短工期,雖然可以減少施工企業的施工成本,但同時也給施工工作帶來了非常大的安全隱患。盲目縮短工期會違背地下工程施工的客觀規律,導致施工人員一味趕工期的同時忽視了安全防護措施,形成安全隱患進而導致安全事故的發生。施工企業盲目縮短工期的行為是非常不可取的,因為工期縮短的同時就意味著應當具有的施工工序被忽視和撤銷,其中安全防護措施使最容易被撤銷的,因為安全防護措施對于施工的進度提升沒有幫助,僅僅是對安全起到防護作用。而且趕工期還會造成施工設計方案不夠完善,施工方案完善與否也是施工安全的一個重要決定因素,在施工方案不夠完善的情況下就進行施工,尤其是面對地下工程施工時的復雜條件,自然會大大增加安全事故發生的幾率。
(二)安全防護資金投入不足
城市地下工程施工中,安全防護工作必然離不開資金的支持。一些建筑企業為了追逐利益,盲目節省工程成本,減少安全防護的投入,導致安全設施不能滿足防護需要,導致安全事故頻發。安全防護資金投入不足的問題,在我國城市地下工程的施工中較為普遍,這種現象雖然節省了建筑企業一時的資金開支,卻很容易給施工人員的生命造成威脅,并且會降低施工的質量。當然,安全防護資金的不足還可能是由于城市地下工程施工投入不足造成的,在這樣的情況下,施工企業更不可盲目開工,應當等資金完全到位,可以確保安全防護資金足夠時,再進行地下工程施工工作。在資金不足的條件下施工,必然使安全防護能力降低,很容易造成安全事故的發生。
(三)施工人員安全防護技能差、安全意識低
施工人員素質不足,是當前建筑施工領域普遍存在的情況,在城市地下工程施工過程中,同樣存在人員素質問題。一些施工人員無證上崗、安全意識差、安全防護技能不足,很容易造成安全事故的發生。而且城市地下工程施工人員多為農村來到城市打工的農民工,文化水平低,對于安全問題重視程度不夠,更沒有經過安全技能培訓,導致施工過程中形成了嚴重的安全隱患。對于施工人員導致的安全問題和安全隱患,必須重視起來。國家已經通過《安全生產法》等對城市地下工程施工人員的安全防護技能進行了規定,嚴格按照規定的標準執行,將會減少安全事故發生的幾率。
(四)施工單位安全防護能力不足
一些城市地下工程在招標過程中違反規定,走人情關系甚至收受賄賂,把工程包給不具備足夠的地下工程施工能力的建筑企業,導致在施工過程中不能對安全防護工作進行嚴格的把關,造成安全事故的發生。這種施工單位能力不足的情況在實際施工過程中確實存在,針對這個問題應當引起相關部門的重視,通過合理的招標程序和嚴格的監管,保證具備足夠施工資質的施工單位進入施工流程,提升施工的安全性。
二、針對城市地下工程施工現狀的提升對策
我國目前城市地下工程施工過程中存在的安全問題,其形成原因主要是人的原因,而不是施工能力不足的原因。因而,采取相應的對策來控制人的行為,可以有效地提升城市地下工程施工的安全性。具體可以應用以下一些具有足夠可行性的對策:
(一)城市地下工程施工安全監管權交給第三方
監管應當具備足夠的客觀性才能發揮其實際效果,把城市地下工程施工的安全監管工作交給和施工單位沒有利益瓜葛的第三方,可以大大提升施工安全監管的客觀性,保證施工過程中的安全隱患能夠及時被發現,安全問題能夠及時得到解決,從而大大提升城市地下工程施工過程中的安全性提升。對于第三方的安全監管行為,應當制定完善的監管制度,并嚴格執行。對于存在安全隱患的城市地下工程施工企業要及時上報,嚴肅處理,從而達到對所有施工企業的警示作用,形成安全性足夠的城市地下工程施工氛圍。
(二)應用現代化、高效化、信息化的安全監測手段
信息化社會的到來,讓各種信息化的安全監測技術應運而生,在城市地下工程施工過程中,將這些技術結合實際情況充分應用起來,具有重要的現實意義,可以達到提升監管效率和準確性的效果。應用現代化的監測手段進行城市地下工程施工安全性的監管工作,已經在世界范圍內形成共識,我國在這方面也應當積極吸取國外的先進監管經驗,把信息化、現代化的檢測手段應用到實處,幫助實現城市地下工程施工安全性的實質性提升。
(三)提升對于施工企業的安全防護能力要求
城市地下工程施工條件的復雜性和危險性,決定了對于施工企業的安全防護能力要求是較高的。對于施工企業的施工能力,有必要在施工前進行審核,審核的內容涵蓋施工企業的施工經驗、施工設備、施工人員、施工技術等。對于施工企業制定的城市地下工程施工方案,也應當有專門的技術人員進行審核,保證其足夠的安全性和可行性后,才能應用到施工中。城市地下工程施工企業應當建立完善的風險管理體系,實現風險評估能力的提升,及時針對施工過程中的各種風險制定合理的對策,從而實現施工過程安全性的提升。
三、總結
城市地下工程的施工過程中,設計復雜的安全影響因素,并且安全影響因素會隨著施工的進行發生改變。面對地下工程施工的嚴苛條件,必須重視安全保護工作。我國目前城市地下工程施工過程中,最明顯的問題就是安全防護能力不足、安全事故頻發。相關部門必須根據我國城市地下工程施工現狀,積極尋求解決方案和提升措施,應用科學合理的方式方法實現我國城市地下工程施工過程中的安全性提升。在這其中,需要國家和企業的共同努力。國家需要制定完善的安全監管法律法規來對企業的安全防護行為進行約束,企業應當正確認識安全管理的重要性,以人為本,重視施工人員的生命安全,通過科學的安全管理手段保證施工過程中的安全性,最大限度地減少安全事故的發生幾率。
【參考文獻】
[1]梁波,洪開榮,梁慶國.城市地下工程施工技術在我國的現狀、分類和發展[J].現代隧道技術,2008,S1:20-26.
中圖分類號:G642.3 文獻標識碼:A
0引言
地下工程,顧名思義,即建筑在地面以下的工程。隨著我國大規模城市建設的展開,地上空間日益緊張,地下空間必將成為開發的重點。作為土木工程專業地下方向的核心課程,地下工程施工技術具有很強的綜合性和實踐性,知識更新很快,且與學生就業密切相關。因此如何搞好這門課程的教學,讓學生學有所得、學以致用,是任課教師面臨和必須解決的問題。本文從該課程的特點入手,分析了課程教學存在的問題,提出了相應的改革措施,期待為課程教學提供新的思路與方法。
1課程的特點
地下工程施工技術是土木工程專業地下方向的一門專業必修課程,主要介紹礦山、道路、水利水電、城市地下空間等領域地下工程施工的主要工藝、技術、設備等,內容包括平洞施工、立井施工、斜井施工、掘進機施工、盾構施工、頂管法施工、沉管法施工、凍結法和注漿法等。通過該課程的學習,使學生掌握地下工程施工挖掘和支護的相關術與工藝,培養學生的工程意識和實踐能力,為后續課程學習和崗位任職奠定基礎。從主要內容來看,課程主要特點如下。
1.1學科綜合性強
地下工程施工技術課程的主要特點是涉及課程多,綜合性強。該課程不僅涉及到巖石力學、工程地質、工程測量、土力學、地下結構設計等專業課程,還與爆破、通風、給排水等學科密切相關,因此課程內容龐雜,各章節跨度大。
1.2課程實踐性強
與數學、英語等課程不同,地下工程施工技術課程絕不僅是理論知識的學習,更重要的是關注平洞、斜井、立井等工程的施工工藝、施工方法、施工機械設備的性能和操作。這些知識的講授,單純依靠課堂“板書+PPT”的解說難以讓學生完全掌握。
1.3知識點更新快
隨著我國地下空間的大規模開發利用,涉及地下工程的施工技g與工藝日新月異,而這些新技術、新工藝在本科生所用教材中往往難以體現。考慮到地下工程埋藏越來越深、規模越來越大、結構越來越復雜的實際情況,恰恰是這些新工藝,在以后的建設中必然得到廣泛應用,教材內容的相對滯后亟待解決。
2課程教學存在的問題
2.1教材內容
從現有關于地下工程施工技術教材來看,各高校采用的本科生教材行業特征顯著,針對性較強,側重點也不盡相同,不符合當前教育行業“大土木”的精神,更與我國工程教育加入《華盛頓協議》的背景不協調。因此,針對各高校教師和學生水平、研究側重點,選取符合自身特色和層次的教材是目前地下工程施工技術課程授課的重要問題。
2.2教學方法
目前,國內各高校針對該課程的教學方式仍以“板書+PPT”為主,輔以少量的動畫、視頻等多媒體手段。這種方式雖然較傳統的“灌輸式”教學方式有所改進,但仍不能滿足大土木行業對于學生素質的要求,也不利于培養學生的學習興趣和好奇心。
2.3實踐教學
作為一門實踐性很強的專業課,地下工程施工技術對實踐環節要求較高。目前采用的實踐教學環節主要是現場觀摩實習。考慮到安全管理、經濟效益等因素,施工企業一般不同意學生到現場學習和實踐,即便接受,觀摩學習也僅有數天時間,很難看到整個施工過程,不利于學生充分理解完整的施工工藝流程。
3教學改革措施
3.1教學內容改革
在教學內容中應當補充地下工程新的施工工藝,廣開思路,提高學生學習積極性。以工程案例、專題講座的形式,介紹工程建設中自主創新的施工技術,如港珠澳大橋拱北隧道施工過程中采用的“管幕+凍結預支護、礦山法暗挖”的施工方法、蒙華鐵路白城隧道采用的馬蹄形盾構設備等。
3.2教學方法改革
以關鍵施工技術、方法為核心,減少教師理論講述時間,增加學生自學環節。圍繞特定主題或典型工程案例,充分利用網絡資源,搜集資料,鼓勵學生發言討論,再由教師進行評論,合理的實現教學相長。例如,目前盾構施工中廣泛采用的矩形盾構、馬蹄形盾構等異形盾構的特殊工法。
3.3實踐環節改革
任課教師應充分搜集資料,了解實際工程案例,合理利用網絡資源,自制能夠反映主要施工方法全部過程的動畫或視頻,使學生對施工的全過程有一個直觀感性的認識,加深學生的印象。如盾構機的入井、掘進、支護、出井等過程。
結合我國主要城市大規模修建地鐵、綜合管廊等地下工程的情況,組織學生到采用不同施工方案、處于不同施工階段的施工現場,如明挖車站、暗挖車站、盾構施工區間等進行現場觀摩和學習,使學生能夠了解和初步掌握課堂上無法或難以講授的內容。
4結語
本論文系河南工業大學高等教育教學改革研究項目(2016GJYJTJ01)資助成果,本文對地下工程施工技術課程的特點、教學現狀進行了分析,并提出了對應的改革措施,部分措施已經付諸實踐,取得了良好的效果。但是,課程的改革與建設是長期的動態過程,教學效果的提升需要在實踐中檢驗和完善,也需要院校、教師和學生的共同努力。
參考文獻
[1] 濮仕坤,楊慶恒,李二兵,等.地下工程施工技術課程“四維實踐教學模式”研究[J]. 高等建筑教育, 2016, 25(5):105-108.
中圖分類號:B82文獻標識碼: A
引言
地下工程施工經常會引起地面的沉降、地下水的污染以及土層剛度的下降。為此,做好地下施工中的優化設計、控制地下水位以及防止水污染等相關工作,對于提高施工質量,降低環境污染具有重要的意義。
一、城市地下施工條件的概述
1、土質的不同
城市的分布范圍比較廣,河流和植被的分布在一定程度上使土質存在著很大的差異性,對于一些含水量較高的土質,就會為排水工作帶來難度;對于土質較為松垮的土質,其安全性就會令人擔憂。因此,在進行地下工程施工之前,需要對施工的具體環境進行考查。
2、限制性因素較多
由于地下環境的不確定性,對工程施工提出了很大的挑戰。這類工程大多受環境的影響,施工速度較為緩慢,建成時間較長;建筑物、管道、電纜等地下設施層出不窮,對施工單位的溝通和調度能力是一個考驗。
二、城市地下工程施工對環境的影響
1、地下水影響
建筑地下結構施工操作極易對巖土體之中的水質――地下水形成破壞與影響。由于地下結構的工程施工操作極易因對地下土層的觸動、破壞而改變巖土體原有的地應力,直接、間接地破壞巖土體中的地下水,破壞了巖土體與地下水之間的物理作用及相互之間的化學作用,阻礙了巖土體正常情況下對地下水質的化學組成成分及物理性質的影響與約束。在對巖土體的破壞過程中,巖土體正常環境下對地下水質的滲流介質作用逐漸遭到破壞,施工操作破壞了原有的空隙結構分布,間接改變了地下水產生、運動的環境,最終阻礙了地下水正常徑流、產生及循環;同時,由于地下巖土體結構的改變,巖土體的滲透壓、滲流邊界特點也隨之轉移,其中溫度場的變化也同時加重了上述特性的變化,最終嚴重破壞巖土體結構及地下水活動,引發地質災害、加大地質災害發生幾率。工程施工對地下水的影響也間接影響了周邊地區土體、巖石、道路及建筑物的穩定。
2、地表移動變形影響
地層在長久的自然作用下已經形成了比較固定的力的走向,在進行地下工程建設施工中,如果貿然將某塊巖體脫離,就容易造成局部范圍力的失調,這種情況不僅對土層的原有狀況造成了改變,而且也為地下工程的施工留下了安全隱患。這種巖層的變形在較為空曠的地域影響比較小,如果在建筑物較為密集、人口較多的地段,土層可能會因承載力不夠,造成塌陷。但是,土層變形是伴隨著地下施工全程的,也就是說,只要地下施工還在進行,那么土層變形的情況就難以避免,施工單位只能對施工技術進行優化,將土層影響的范圍降低到最小的限度。
3、對臨近管線及建筑影響
此類問題在建筑工程較多的城區較為多見。城市建筑地下施工的同時,往往有其他的建設工程也在進行,或建設施工區域涉及周邊多個建筑及地下管線、道路影響,此外,施工過程還極易出現周邊植被負面影響。施工規劃不當、勘探失誤或操作不當都會引起對周邊道路、建筑物的影響,還會觸及地下管線,影響城市正常水電供應或處理。很大程度上,施工對建筑物的影響因地表變形、移動而起,同一工程不同區域因地表建筑、道路及植被分布不同、地質情況不盡相同、施工操作不同而產生不同程度的沉降、形變,此種情況下的建筑物極易遭受嚴重損害。施工對地下管線的影響與施工性質、地表情況、管線類型等有直接關聯,剛性管線有較好韌性,一般可正常運行,也會承受不了過大影響而斷裂;柔性管線同剛性管線一樣有一定的應力變化承受范圍,超出承受范圍的應力變化會引起管線的泄露或斷裂,最終都增加了管線不必要的維護、更換成本。
4、地下工程施工對城市環境的影響
城市經濟的發展推動了城市基礎設施的建設。特別是近幾年來,管道、電纜等基礎設施已經占據了很大的地下空間。在進行地下工程施工時,就會受到管線鋪設的影響,如果不能做好合理有效的溝通,就會出現挖壞電纜或者管道的情況。城市地下工程的施工,會產生很強的噪音,對人們的日常生活帶來了很大的困擾。
5、地下工程對空氣的污染
地下工程在施工時會產生大量的工程廢渣,大量的廢渣積攢在地表不僅占用大量的地表空間,而且一遇大風天氣就容易造成小規模的沙塵暴,無論是對行人呼吸還是晾曬衣服都會有一定的影響。由于廢渣量過大,而施工單位又不想占用過大的土地空間,就會使廢渣被疊的越來越高、越來越陡,一旦遭遇暴雨天氣,就很容易出現滑坡、泥石流等災害,如果沒有相關的防護措施,就會導致回填,延緩了生產進度的同時,也為員工的安全生產留下了很大的安全隱患。
三、城市地下工程施工對環境影響的對策研究
1、制定完善的施工計劃
在施工之前,需要對現場的實際情況進行大致的巡查,根據現場條件,例如地表建筑物的位置、周圍有無水塘等,找出施工中比較容易出現的難點和重點問題,做到大致的掌握。派遣相關的技術人員對現場進行細致的勘察,勘察的主要內容包括土質、水位、受力、污染情況等等,根據測定而來的數據制定一個大致的設計圖,初步定完設計圖紙后就需要與其他部門進行聯系,看看工程建設范圍之內是否有管道、電纜設施,并及時地做好溝通工作。對現場的條件進行復查,找出不足的地方,對設計圖進行優化。
2、材料的選擇
施工材料伴隨著地下施工的全程,如果從施工材料出發,就能夠很好地避免環境污染情況的發生。用綠色環保的施工材料代替傳統的有毒化合物,用先進的技術工藝取代傳統的施工技術,從而防止因材料問題對環境造成污染。
3、施工進程中的控制
根據周圍的水文狀況測算出施工過程的涌水量,技術人員需要時刻關注涌水的實時狀況,如果發現大面積的漏水,應及時對涌口做封堵處理。為了避免地下水位下降引起的地面下沉,需要施工單位將基坑內部抽取的地下水及時地返還到土層之中,以保證地下水平衡。在施工過程中,盡量進行封閉式施工,保證施工之后的污染物能夠及時地排到地面。
4、施工進程后的維護工作
施工完成之后,需要將施工中產生的雜物、垃圾、廢料收集起來,將地面土層鋪設完整,針對水位下降的問題,可以通過基坑降水技術中回灌井的使用,將地下水位控制在合理的范圍之內。在廢渣、雜物周圍圍上一層防護網,防止大風天氣下造成的空氣污染。對施工環境周圍進行細致的檢查,包括居民用電、用水狀況是否受到影響,周圍建筑物是否出現裂縫。如果發現有地表沉降的狀況,就需要施工單位及時對其進行填補、壓實。
結束語
總之,隨著國民經濟的發展及建筑工程規模的不斷擴大、工程種類的增多,工程施工對環境影響也越來越復雜、嚴重。建筑物的地下結構施工主要會引起環境中的地下水循環變化、地表移動、建筑及管線破壞及一般的噪音、空氣污染。新時期的地下結構施工應從施工前期、實際施工兩個方面全面改善施工規劃與操作,還應積極引入逆作法等新型施工技術,降低施工操作對環境的影響。
參考文獻
西安建筑科技大學隧道與地下工程工程研究所成立于2009年,近10年來,研究所結合我國基礎建設的需要,針對隧道、地下工程等與巖土介質力學特性和理論相關的難題進行基礎性研究工作,并注重解決隧道與地下工程建設中遇到的重大問題。在學校、學院的大力支持和幫助下,研究所在宋戰平的帶領下,研究方法與模式推陳出新.并創造了一個又一個復雜地質條件下的隧道施工的奇跡。“我們要不斷提高工程應用技術的研發效率和理論研究深度,以求達到理論與工程實踐的有機結合。”宋戰平說道。
我國幅員遼闊,地質結構復雜多樣,隧道與地下工程建設關鍵技術及地下工程環境保障技術就成了解決復雜地質環境條件下的重中之重。團隊針對山區城鎮工程建設中爆破施工擾動的突出問題,提出了“巖質地層懸臂掘進機施工技術”,從而有效拓寬了“銑挖法”施工領域,改變了我國巖質隧道與地下工程施工的固有模式。針對復雜環境和復雜斷面條件下的隧道和地下工程施工快速支護施工的關鍵問題,研發并實施的“單層襯砌結構設計方法及施工技術”,成功應用于亞洲第一長大公路通風斜井,解決了長陡坡斜井大體積混凝土施工困難,風險高、質量難以控制的等一系列技術難題。
“要致富,先修路”,我國西部地區一直是經濟“重災區”,道路就是其中的軟肋。結合我國西部鐵路、公路等基礎建設,宋戰平首次提出了“西部隧道地貌控水成災”的指導思想;結合工程實踐,提出并實施的“以地質地貌分析為基礎,隨施工進度分階段進行地質雷達配合紅外探水及掌子面素描分析為手段的多階段、多層次、多方法的綜合立體式超前地質預測預報技術”,降低了復雜富水地質條件下長大隧道施工的風險,實現了西部環境敏感區隧道地下水“零排放”的目標。針對西部地質復雜條件下的大斷面隧道軟巖的大變形問題等.提出并實施的“大斷面隧道擴挖讓壓釋放變形,其后注漿補強提高剛度增強抗力;變形平穩施作外圈加強支護形成封閉,其后進行二次襯砌確保安全”的大變形整體整治原則和技術,直接指導了蘭渝鐵路天池坪隧道、化馬隧道等工程的設計修正與施工,并廣泛應用在我國西北乃至全國同類隧道建設中。
針對我國西部新疆及中亞地區地質復雜、環境脆弱的特點,宋戰平及其帶領的隧道與地下結構工程研究所研發的“大斷面隧道旋噴加固全斷面施工技術”,成功推廣應用于我國“絲路”沿線的將軍溝隧道、新玉希莫勒蓋隧道等10余座隧道以及中亞的塔吉克斯坦喬爾馬扎克、吉爾吉斯斯塔的南北第二通道隧道等工程建設中,取得了良好的應用效果。在塔吉克斯坦喬爾馬扎克隧道建設中,塔吉克斯坦總統和總理先后多次視察隧道工程現場,塔吉克斯坦國家電視臺、電臺、報紙多次對隧道的安全、快速施工進行報道。
復雜環境條件下地下工程施工領域的開拓隊
近年來,宋戰平帶領下的西安建筑科技大學隧道與地下結構工程研究所先后參與了北京地鐵,天津地鐵、武漢地鐵,哈爾濱地鐵、西安地鐵等十余座城市地鐵的建設咨詢工作,科研成果豐碩。這一系列成果的取得,其背后不僅僅是辛勞和汗水,更多的是一份對工作的責任心在支撐著他們;成績對他們而言,不僅僅是榮譽,更多的是責任和激勵。
關鍵詞:地下工程;工程地質問題;預防
城市地下工程具有現場環境條件復雜、施工難度大、技術要求高、工期長、對環境影響控制要求高等特點,是一項相當復雜的高風險性系統工程。但是,地下工程建設一般都在市區內,在其施工過程中常常會引起周圍地層的位移、變形、沉降與塌陷等環境地質效應,對周圍地面建筑物及基礎、地下早期人防和其他構筑物、公共地下管線和各種地下設施以及城市道路的路基、路面等都可能構成不同程度的危害,已經出現并且孕育諸多工程地質問題。
1地下工程開挖引起的工程地質問題
1.1地面沉降
1.1.1地層初始應力狀態的改變引起的地表沉降:地下工程開挖是在存在初始應力場的地層中進行的,開挖引起地層初始應力狀態的改變,即二次應力場,它是由地層初始應力場與開挖引起的附加應力場的疊加應力場,對應二次應力場開挖的位移場僅是由開挖引起的附加應力場。地表沉降的主要機理是由開挖面的應力釋放,附加應力等引起地層的彈塑性變形。引起初始地應力狀態改變的主要原因有:
(1)地下工程開挖引起的附加應力;
(2)地下工程施工對地層的擾動和地層損;
(3)地下水滲流引起的地下水位的變化。
1.1.2土體的固結沉降:地下工程施工引起的地表沉降與時間有關。土體內部含水滲出,體積逐漸減少,這一現象成為土的“固結”。隨著土體的固結,土體的壓縮變形和強度逐漸增長。因此,土的固結所產生的沉降是城市地下工程施工中最值得注意的問題之一。根據地下工程施工的特點總結固結沉降的主要原因有:
(1)地下水位下降引起的固結沉降;
(2)土體空隙水壓力變化,引起土體的固結沉降;
(3)土體擾動后,重新固結后產生沉降;
(4)土體的次固結和流變。
1.2洞室圍巖失穩
地下開挖后,洞壁圍巖由于失去了原有的巖體的支持而向洞內產生松脹變形,如果變形超過了圍巖所能承受的能力,圍巖就會被破壞。圍巖的變形破壞程度常取決于圍巖的應力狀態、巖體結構和洞室的斷面形狀等。洞室開挖使地下原來的應力狀態被破壞,圍巖應力重分布,產生變形位移。
均質巖土體中應力未達到或未超過其強度以前,在開挖過程中的變形,以彈性變形為主,變形速度快,變量小,瞬時完成,一般不易察覺;當應力達到或超過巖土體強度時,塑性變形十分明顯,發生壓碎、拉裂或剪破。當巖體強度主要由結構面控制時,與上述情況基本一樣,但當結構面組合構成圍巖不穩定條件時,巖體除了彈性變形外,塑性變形也比較明顯,它表現為圍巖分離體(巖塊)的相互錯動,圍巖松動時圍巖穩定性降低,為進一步松動創造了條件。
1.3斜坡破壞
斜坡破壞主要發生在山區城市,除直接經濟損失外,還可能造成人員傷亡,其原因主要是:由于自然地質作用和工程地質作用引發的,而工程地質作用造成的斜坡破壞較自然地質作用頻率大。當然決非任何斜坡破壞都能稱為地質災害,但斜坡破壞確屬重大的地質災害類型之一。
斜坡破壞主要形式為滑坡,其影響因素主要有巖性、構造、地形、地震、降雨及人類活動等。其中,許多山體滑坡現象是由地下工程活動引發的,即主要是由于地下工程的開挖或采掘影響到了上部的山體,使巖體開裂,地面傾斜,并在一定條件的配合下,導致山體失穩形成滑坡。在隧道建設中,滑坡現象主要發生在淺埋、偏壓及進出口等地段,其危害常常比較嚴重。為評價斜坡巖土的穩定性,預防斜坡破壞導致的地質災害,認識引起斜坡破壞的內在原因與外部條件,掌握其運動發展規律顯得非常重要,尤其是當前在城市這個人類經濟活動的密集區,斜坡破壞造成的經濟損失和人員傷亡都是巨大的,都是由于工程活動不合理造成的。
1.4地下水污染
在城市環境地質中地下水的不良作用主要表現為地下水的侵蝕。地下水的不良作用和地下水污染主要由人為引起。隨著經濟持續穩定發展,人類活動加劇,對地下水的污染越來越嚴重,主要表現為:多數城市垃圾隨意堆放;工業廢水和廢液不經處理或初步處理后任意排放。首先污染地表水,經地表水補給地下水或滲入地下水,再污染地下水,使地下水具有侵蝕性,對城市的建筑物基礎及地下工程不斷侵蝕破壞。
2防治措施
2.1開展詳盡的工程地質勘察
工程地質勘察資料是地下工程施工的重要依據,通過詳細的工程地質勘察,為設計施工提供需要的參數和指標,確定合理的開挖方案、開挖步驟,如果地下工程建設所涉及勘察資料不詳細、不準確,勢必給支護工程帶來事故隱患。
2.2做好開挖方案的優化選擇
地下工程的開挖方法很多,以基坑工程為例,有分層全開挖、中心島式開挖等等。開挖順序不同,引起的位移不同,中心島法的開挖順序就比從一個方向按順序向另一個方向的開挖方法,對基底隆起和樁后地面沉降有一定程度地減少。因此,基坑開挖時應做好開挖方案的優化選擇。
2.3實行科學的降水設計
水是影響基坑工程穩定的重要因素之一,從實際統計資料來看,約有70%的基坑事故與地下水有關,因此,地下工程建設中應特別注意地下水的影響。地下工程建設絕大多數都需要進行人工降低地下水。要降低地下水位,就要合理地選擇降水方法,在此基礎上進行人工降水的方案設計,以及進行降水方案的水位預測,通過預測進行降水方案的優化,從而達到最佳的降水方案。
2.4做好現場監測,開展信息化施工技術
地下工程是土體與圍護結構體相互共同作用的一個動態變化的復雜系統,僅依靠理論分析和經驗估計是難以把握在復雜的開挖和降雨等條件下支護結構與土體的變形破壞,也難以完成可靠而經濟的開挖設計。通過施工時對整個工程進行系統的監測,可以了解變化的態勢,利用監測信息的反饋分析,就能較好地預測系統的變化趨勢。當出現險情預兆時,可做出預警,及時采取措施,保證施工和環境的安全;當安全儲備過大時,可及時修改設計,削減圍護措施。
2.5積極采用新技術、新方法
中圖分類號: TV 文獻標識碼: A 文章編號:
Abstract:the construction of the hydropower system, construction of underground powerhouse is an important component of China's hydropower station, underground engineering construction technology also is everybody all the time the key object of study, this paper focuses on the status of the technique and the main content, in the light of Gezhouba Dam group in water conservancy and hydropower underground engineering construction technology innovation of discuss.
Key words:Water resources and hydropower; Underground powerhouse; Construction technology
近年來,水利水電事業發展勢頭迅猛,逐漸成為我國的能源支柱產業,各種水利水電工程項目在不斷的規劃、設計和建設。我國大多數的水利水電工程選擇在高山峽谷處,這些特定的地理環境給施工帶來了很大的局限性,因此,大部分采用的是地下洞室施工技術,其優點是由于是在地下施工,受氣候條件的影響很小,對于環境保護來說也具有重要作用,同時,相比如地面施工工程,它不會影響到地面上的工作和活動。地下洞室的施工場地非常狹小,在工序較多的情況下就會造成彼此的干擾,并且圍巖地質的條件比較復雜,安全穩定性要求嚴格等。如何綜合考慮這些因素,有效可行的管理地下洞室開挖越來越得到人們的重視。本文針對水利水電的地下工程施工技術進行探討。
1 水利水電地下工程施工技術
1.1 發電系統的快速施工技術
經過20多年的不斷發展,在我國地下引水發電系統的施工技術方面,也逐漸積累了不少經驗,總結起來主要有以下4點:1)為了能夠實現多個工作面的連續施工工作,必須對總體的施工方案進行規劃和必要的優化,對施工支洞進行科學的布置,使各個系統共同形成一個互不干擾卻又有機聯系的整體。2)從快速施工的角度來考慮,要結合某些關鍵線路上的地下廠房尺寸的大小以及工序的多少,來合理規劃分層和分塊,經常采用的一種施工方案是:在平面上多種工序,立體上多種層次。3)在地下廠房的施工中,經常遇到的四大難點是:開挖頂拱、支護頂拱、對巖錨吊車梁的施工以及開挖母線洞。針對這些問題,要不斷提高技術水平。4)注意對新工藝、新設備以及現代信息技術的采用,對于與施工配套的新設備,如:電腦臺車、反井鉆機等等,更應該保持靈敏的嗅覺,從硬件上不斷提高施工效率。要能夠動態的調整噴錨支護的設計參數,應該以現代信息技術為基礎。
1.2 大斷面隧洞開挖的快速施工技術
該部分的施工要堅持三條原則:1)核心是錨控支護,盡量控制好圍巖的變形,施工中應該注意的技術要點包括:勘探要超前,預先灌漿,進尺要短,爆破采用弱爆破,盡早進行封閉,支護力度要強,測量次數要頻繁。2)在碰到自我穩定時間比較短的洞段,采用的施工方法是分層和分區的開挖支護技術,將頂拱層分成4個區進行開挖。3)要主動加強調整支護參數的意識,加強對安全的監測和對反饋的信息進行研究分析。開挖進口漸變段的洞口時,要在進口明挖的低一級馬道上往頂拱方向安裝垂直錨筋樁,同時要在洞臉的周邊打上預應力錨桿,以此來提高圍巖的穩定性。
1.3高壓岔管的施工技術
近年來,抽水蓄能電站在我國不斷的新建,一直擺在工程師們面前的一個難題是采用怎樣的高壓岔管結構形式,目前常用的是高壓鋼筋混凝土岔道技術,它是單層的鋼筋布置,混凝土的襯砌厚度為60厘米,在28d上的抗壓強度為30兆帕。對于此岔管的設計原則包括:設計圍巖來承受大部分的內水壓力。圍巖需要鋼筋混凝土襯砌的保護,同時,該襯砌也能夠有效地降低糙率和方便高壓灌漿作業。圍巖的加固可以通過高壓固結灌漿來實現,以此來實現其抗滲性,也應該適當施加給混凝土岔管一定的預應力。在水道無水放空的情況下,由混凝土襯砌以及一倍厚的圍巖共同來承擔外水壓力。將排水洞和排水孔設置在岔道的頂部,方便釋放水壓力。該岔道施工技術要點包括:1)要嚴格采用光面爆破技術,有效控制開挖體型和保護圍巖,防止變形。2)注意加工和綁扎環向的鋼筋,在加工完成以后需要用專門的模具將其調整到位,使得其曲線圓順和表面的平整。3)對透水排氣模板的開發,以此來解決混凝土泌水和排水的問題。
1.4 高壓長斜型井的快速施工技術
一般采用正反井同時挖掘的方式對斜井的導井進行開挖,上口采用下山法,下口采用阿力馬克爬罐打反導井方法。上口的時候采用手風鉆進行開挖,此時的工人勞動強度比較大,進度慢;下口時,導井的開挖速度可以比較快,但是此時通風比較困難,作業環境也不理想,要特別注意安全問題。模板技術是斜井混凝土施工中的難點技術,常規的方法都比較緩慢,所以希望能在不斷發展的科學技術中找到更加合理的技術。
1.5 混凝土模板的施工技術
當下,方圓形的斷面一般采用的是先底板后邊頂拱的模臺車。地下工程模板技術中,比較有代表性的是三峽工程中的永久船閘地下輸水系統。包括四條輸水廊道、三十六條豎井。廊道中有十六條變斷面的斜井和七十二個漸變段。豎井模板選用五種類型,分別是:邊頂滑膜、彎道摸、自升式爬模、全斷面變徑滑模等。斜井的模板投入了四種不同的專用模板,包括彎道模、邊頂滑模、底拱滑模、全斷面變徑滑模等。平洞模板選用多達十三種不同類型。總共加起來模板達到了80多套。由此看來,永久船閘地下輸水系統的模板類型之多和數量之大。在技術上采用的是先進的混凝土模板施工技術,保證了混凝土成型的高質量[1]。
2葛洲壩在水利水電地下工程施工的技術創新
作為國內最大的水利水電施工企業,多年的發展,一直堅持自主創新,目前已經擁有很多具有自主知識產權的技術,施工技術方面也走在國內外的前沿,下面就其在水利水電地下工程施工方面的技術創新進行介紹。
2. 1巖錨吊車梁施工技術的采用
該技術相比如傳統技術,在施工上更加方便和安全,能夠適應很多不利的環境,大大的減少工程量,由此降低工程造價。在溪洛渡地下廠房的施工中,分區、分序進行巖錨吊車梁的開挖,開挖步驟分為:首先進行巖臺的豎向光爆孔以及保護層的造孔;完成以后進行巖臺斜面的光爆孔造孔,并且要錨噴加固巖臺下的拐點;最后,將斜面雙面光爆與巖壁的直墻面一次成型[2]。
2. 2盾構施工技術的采用
這種技術主要是應用于軟土隧道的修建中,由于它是在盾構保護下完成施工,所以整個施工過程安全可靠,工作效率比較高。在葛洲壩南水北調中線穿黃工程的隧洞施工中,就是采用盾構施工技術的。由于該工程的施工難點在于:穿黃工程不僅要穿越透水砂層,而且還需要通過粉質壤土層,砂性土層中較強的透水性使得對刀盤和刀頭的磨損大,并且要承受很大的水壓力,難以施工,經過多方考慮,最后選用泥水加壓平衡式盾構機,其施工步驟包括:首先在隧洞的始終端各建一個工作豎井,盾構就位于北岸工作井,施工沿著設計的軸線逐漸向南岸推進,然后向南掘進邙山隧洞。在盾構機推進的過程中,要完成的施工任務有:正面土體的開挖,管片的拼裝和維護等等。
2. 3大型地下洞室群施工仿真技術的采用
對地下洞室群施工是一個非常復雜的過程,在施工進程中,影響因素多,條件復雜,工序多,又由于施工空間有限,造成互相之間的干擾大。需要綜合考慮工程的總工期,施工的強度和交通運輸等各種因素對各個洞室的施工進行安排,在這一過程中,需要運用系統的分析方法和先進技術手段進行施工仿真。葛洲壩集團成功開發了“溪洛渡水電站地下洞室群施工仿真系統”,該系統包括五大部分:地下洞室群通風散煙模擬與優化、地下洞室通控制與管理、地下洞室群施工進度模擬與優化、施工機械配套組合優化、三維可視化展現。該系統能夠實現的功能包括:科學逼真的對施工的各種方案進行模擬和驗證;有效的預測和評估施工過程以及施工中各項活動的協調關系;及時的發現施工方案中存在的問題并對施工方案進行優化;通過三維可視化,再現施工過程、施工場景。該系統模擬地下洞室群的施工過程并對方案進行優化,取得了很好的效果[3]。
3 結語
我國的水電站地下工程施工技術在逐漸向集成創新轉變,為了高效的實現爆破,研制性能更高的爆破器材和設計更加完善的起爆網絡;改變傳統的掛鋼筋網噴混凝土,采用鋼纖維噴混凝土;采用反井鉆機和滑模技術等等,都體現了這種轉變。葛洲壩集團是我國水利水電施工的典型代表,也是實力強大的隊伍,長期的工程實踐已經讓它們形成了一整套較為完備的創新體系,很多的水電施工技術代表著我國相關技術的制高點,為了能夠進一步鞏固水利水電市場,有必要拓展新領域和新型產業。
參考文獻
[1] 樊紅衛.沙哈拉峁隧道塌方原因分析及預防措施[J].石家莊鐵道學院學報, 2000(1).
中圖分類號:TU74 文獻標識碼:A 文章編號:1006-0278(2014)07-157-01
一、引言
隨著我國經濟建設發展,城市化的進程不斷加快。城市化進程加快帶來了一系列問題,如城市建筑用地緊張、生存空間擁擠以及交通阻塞等,這些均給人們的居住帶來了很大的影響,同時給城市的可持續發展帶來了很大的障礙。由此,綜合開發利用城市地下空間變得愈發重要。
地下建筑工程的施工技術作為施工的前期環節和主要組成部分,是決定城市地下建筑工程成敗的關鍵因素。因此,對其進行系統的總結分析和評價,就具有重要的現實意義。
二、我國地下建筑工程施工技術的現狀
施工技術包含兩方面內容:施工方法及具體的施工手段。我國地下建筑工程施工技術由開挖技術、支護技術以及施工輔助技術共同組成。
(一)開挖技術
我國地下建筑工程先后采用了明挖法、暗挖法、蓋挖法、盾構法等施工技術,這些技術的研究與應用有些已達國際先進水平。
1.明挖法
明挖法是從地表開挖基坑或塹壕,修筑襯砌后,用土石進行回填的淺埋隧道、管道或其他地下建筑工程的施工方法的總稱。其主要施工技術有地下連續墻、蓋挖法以及沉管法等。
(1)地下連續墻:是在基礎中沿軸線開挖深槽,放入鋼筋籠,再用混凝土澆筑筑成墻壁的一種施工工藝,在軟弱的沖積層、密實的砂礫層及巖石的地基中均可施工。
(2)蓋挖法:是指由地面向下開挖至一定深度后,將頂部封閉,其余的下部工程在封閉的頂蓋下進行施工。主體結構分順做和逆做兩種,其中逆做施工較難。由于施工安全,占地少,且對居民生活干擾少,蓋挖法在城市地下工程中已得到了廣泛的應用。
(3)沉管法:是預制管段沉放法的簡稱,在水下隧道施工中已得到了廣泛的應用。具體施工是將預制的鋼筋混凝土管沉入水下設計位置修筑水下工程。
2.暗挖法
在我國,大量的線性地下空間均是以暗挖法作業的。其中在隧道設計施工技術中有兩項關鍵技術:一是適合于軟土(巖)地區的盾構法;二是適合于硬土(巖)地區的礦山法(及TBM法)。
(1)礦山法:礦山法是一種傳統的施工方法,主要用鉆眼爆破方法開挖斷面二修筑隧道及地下工程。
(2)TBM法:隨著施工機械化程度的提高,礦山法逐漸被TBM法取代。TBM法即掘進機法,它主要應用于挖掘隧道、巷道及其它地下建筑,它相比于礦山法,具有施工更加安全,掘進效率高以及施工質量好等優點。
(3)盾構法:是暗挖法施工中的一種全機械化施工方法,主要用于城市地鐵施工,它具有快速、安全的特點,并且施工中不影響地面交通及地下管線等設施,無噪音污染。但新型盾構的設備昂貴,而且盾構施工對斷面尺寸多變區段適應能力差。
(二)支護技術
支護技術主要是指在特殊地質條件和建筑環境下采用的用以加固圍巖和地基的技術措施。它與開挖技術通常是相輔的,目前,在地下建筑工程中,應用較廣泛的支護技術有:管棚支護技術、錨噴聯合支護技術及托換技術。
(三)施工輔助技術
1.巖土加固技術
(1)凍結法:是在不穩定含水地層中修建地下工程時,借助人工制冷手段加固地層和隔斷地下水的特殊施工方法,目前主要應用于城市地鐵施工。
(2)SMW技術:即新型水泥攪拌樁墻,具有對周圍地層影響小、施工噪音小、無振動、工期短以及經濟性好等優點。
2.防水技術
防水技術在城市地下工程領域中的重要內容及關鍵技術之一,我國隧道及地下建筑工程防水方法大致可分為兩類:構造防水盒材料防水,從形式上可分為:水密性防水、泄水型防水和混合型防水。
3.環保技術
城市建設不可避免的會對環境(自然、社會兩方面)帶來影響,這些影響會給產能過剩可持續發展帶來很大的障礙,因此,環保技術愈發重要。地下建筑工程環保技術分為計算分析技術、試驗監測技術、施工控制技術及污染防治技術。前兩者是環保技術的基礎,后者是其具體體現和最終目的,它們四者是相輔相成和辯證統一的。
三、我國地下工程施工技術的發展及展望
我國地下工程施工技術的發展趨勢:
1.重視TBM和盾構機的引進、消化、應用和開發。
2.大力發展淺埋暗挖技術、沉管技術以及一些施工輔助技術,使得施工更加自動化、省力化、高速化和經濟化。
中圖分類號:C93 文獻標識碼:A 文章編號:1672-3791(2014)03(a)-0162-01
隨著經濟建設的高速發展,社會出現了各種各樣的矛盾,包括:環境、交通和居住等方面的危機,于是,地下工程建設就進入了蓬勃發展的時期,地下空間的利用,已經擴展到各個領域,并且發揮著重要的社會和經濟的效益,但是目前,因為對地下工程實施工作的管理不善,在施工過程中,發生的安全事故層出不窮,造成巨大的損失,為了確保工程建設目標的順利實現,避免產生不必要的意外損失,地下工程項目實施過程中,迫切需要建立一個預估風險的安全措施。
1 我國目前的地下工程安全管理工作的現狀
我國政府對地下施工風險安群管理的工作十分的重視,通過近幾年的努力,發生的重大安全事故的基數減少了,但是由于技術的局限性,我們在已經開發的風險管理系統中,還缺乏一些基礎數據的有效支持,同時國內的安全風險管理信息化的水平還很低,缺乏一個信息化管理的平臺,這也是我們下一步需要努力的方向。
2 如何做好地下工程施工安全管理工作
(1)風險的定義。
風險的最基本的含義是對未來可能出現的結果的不確定性,風險具有客觀性,是不以人的意志為轉移的,但是我們通過對風險的識別,采取一些安全措施,降低風險發生造成損失發生的程度,也即能夠有效地實施風險的管理,這必然會轉換為效益,而不是巨大的經濟損失。
(2)風險識別。
風險識別是一項系統性的,可持續性的工作,是指風險主體對所面臨的風險以及潛在的風險歸類、鑒別、判斷的過程。這對于風險管理者的要求很高,需要他們不斷的識別風險,及時發現可能存在的新的潛在的風險。
(3)風險評估。
風險評估是估計風險事件發生的可能性的大小,它的損害程度和結果范圍,它是一項復雜的系統的工作,是在充分考慮風險識別后的所有不確定因素的基礎上,不僅要對潛在的損失進行估計,還要對最大的經濟損失進行估計。
(4)風險分析。
風險分析的方法有很多種,但是大體來說可以分為三類,定量分析、定性分析、定性與定量分結合,在工程實施風險安全管理體系中,要對風險進行有效的分析,分析是風險預估系統的核心,對它的準確定位,關系到后期的一個動態檢測過程。
(5)施工的動態監控。
1)這是一個大的動態監控體系,可以從以下幾個方面來著眼:①確立責任制第一、責任制是指每個人應當承擔的責任,通過制度的形式表達出來。企業的法人代表與項目經理應該簽訂安全生產協議書,明確雙方在安全生產工作中責任、權力和義務以及具體的安全生產考核指標。②確定項目經理與各業務主管部門負責人在安全生產工作中的責任,并要十分的明確安全獎懲指標。
2)要進行安全教育。①安全生產教育工作要進行脫產安全學習,經考試合格后,方準上崗施工,不然,不允許上崗。②職工、外包隊民工入場教育合格后,項目部的安全管理部門要進行登記造冊,建立檔案,使安全教育工作處于受控的狀態中。③必須嚴格執行班前安全教育制度,除對職工、外包隊民工進行文字安全技術交底外,班組長還應根據當天作業環境等因素,對本班組人員進行有針對性的班前安全教育,做到班前檢查班后總結。
3)要建立一個安全檢查措施。①管理人員每周對建筑工地進行一次全面的大的安全生產檢查,并且要作好詳細的安全檢查記錄和考評打分記錄,同時要作好日檢安全記錄,及時掌握現場的安全情況。②在日常的安全檢查工作中,要虛心聽取業主和監理工程師的意見和建議,必要時可以與業主和監理工程師聯合組織安全檢查工作。
4)安全預防。①嚴格按照國家的標準對高處作業進行安全預防工作,而且必須采取安全可靠的安全防護措施。
②施工現場的各種安全防護設施,不經過管理層的批準,任何人不準隨意拆改。
3 做好地下安全管理工作的意義
地下工程施工在實施的過程中會存在很多的安全風險,通常情況下,這種風險我們是無法預知的,在地下施工的過程中,由于管理層管理不善的原因,發生的安全事故層出不窮,這導致了巨大的經濟損失和社會的影響,同時也給大眾的生活帶來了很大的安全隱患,因此做好地下施工安全管理風險預估工作是我們做好地下工程安全管理工作的核心關鍵。有利于決策的科學化,合理化,降低事故發生的可能性,減少發生后果的損失,能夠保證管理目標的順利實現,對社會有重大的積極作用。
4 結語
地下工程建設難度很高,制約條件也很多,在施工過程中,有很多不確定因素,所以建立一個風險評估機制是很重要的,這其中最重要的是動態的監測體制。我國是一個發展中的大國,要想在經濟發展的同時,做好地下施工安全管理工作,必須快速有效地建立此機制。
地下工程已經成為城市發展的一個主要方向,深基坑工程日益增多,且深度不斷加深,現在地鐵工程、地下通道以及地下商業中心等不斷發展,對地下工程各方面的技術要求也不斷提高。
1圍巖分級的方法
國內外現有規范或標準所列的巖體分級方法或是定性、或是定量、或是定性與定量綜合考慮,實際工作中多采取定性與定量相結合的方法。分級一般是根據開挖后直接暴露的圍巖情況,對影響巖體質量的諸因素進行描述、量測、鑒別、判斷,結合工程規模和實踐經驗綜合評價確定。客觀地講,定性分級經驗的成分較大,有人為因素和不確定性;定量分級是依據對巖石性質進行測試的數據如波速、飽和單軸抗壓強度、點荷載強度指數等,經計算獲得巖體基本質量指標,再依據所執行的規范確定,該方法無論從理論上還是形式上都更科學、更合理,但取樣的數量是有限的,取樣的質量也有差異,存在著以點代面、以偏概全的缺點,另外在實際工作中取樣試驗不現實,也缺乏時效性;第三種方法是二者的有機結合,利用直觀的定性描述,輔以對節理、斷層、巖脈的適當量測并結合以前鉆探取得的巖石物理力學指標或工程類比的定量指標綜合確定,以提高圍巖分級的準確性與可靠性。
2.圍巖分級的因素
影響圍巖分級的因素是多方面的,如巖石的堅硬程度、風化程度、巖體的完整性、圍巖初始應力狀態、構造發育情況、地下水狀況、以及工程荷載、結構面的方向及其組合關系等,其中巖石堅硬程度體現了巖石作為材料時的屬性,巖石風化程度、巖體的完整性及巖體構造發育情況則體現了地質體的基本屬性,這兩種屬性是各種類型巖石工程的共性,對各種類型工程巖體的穩定性都是重要的,是控制性的,它們是作為衡量各種類型工程巖體穩定性的基本尺度,是巖體分級的基本因素,也是我們現場工作的重點。
2.1巖石的堅硬程度
巖石的堅硬程度反映的是巖石抵抗軸向壓力破壞的能力,與組成巖石的礦物成分、巖體結構及成因有直接關系,目前國內通過巖石室內飽和單軸抗壓強度把巖石劃分為5級(見表1)。不同的堅硬程度對應一些代表性巖石,因此,巖石定名是非常重要的。
表1巖石堅硬程度劃分
2.2巖石風化程度
巖石風化程度是指巖石遭受風化作用破壞的程度,它直接影響巖體的堅硬性和完整性,直接影響圍巖分級、洞室開挖的可行性及支護方案的確定。因此,風化程度的劃分在地下工程施工勘察圍巖分級中是非常必要的內容。
2.3巖體的完整性
巖體的完整程度是決定巖體基本質量的一個主要因素之一,它對圍巖的穩定性起著控制作用。它受多種因素制約,受斷層發育情況、節理分布、風化程度等因素影響。巖石圍巖級別、巖體完整性及巖體結構的關系見表2。
表2巖體完整性劃分
2.4構造發育情況
巖體構造發育情況直接影響巖體的堅硬程度、風化程度和完整性,是決定巖體基本質量的主要因素之一。較為常見的構造有斷層及其破碎帶、節理、巖脈。
2.4.1斷層及破碎帶
巖體沿結構面產生位移或巖體出現大于50cm以上的破碎帶,其完整性、硬度與周圍巖體相比有明顯差異,對圍巖穩定性影響較大。現場應詳細記錄斷層位置、產狀、性質、寬度、影響寬度、結構面性質、與圍巖接觸關系及與洞室圍巖的組合關系。
2.4.2節理與裂隙
結構面是巖體經過各種不同構造運動的改造和風化次生作用的演化而形成的。巖結構面的數量和性質對巖體完整性和穩定性影響是非常顯著的。實踐表明:貫穿性軟弱結構面和節理裂隙是造成塊體塌方的主要原因之一。
節理密集程度目前國內尚不統一,水電部推薦的標準較符合地下工程圍巖分級的實際。
節理的連續性:非貫通、半貫通和貫通。
節理的張開度:緊閉、微張、張開。
裂隙內充填物:因成因和環境不同充填物有很大差異,一般情況下常見的充填物質有粘土質、砂質、鈣質、含水蝕變礦物(滑石、伊理石等)、角礫質和石膏質,其相對強度次序為,鈣質≥角礫質>砂質≥石膏質>含水蝕變礦物≥粘土。
產狀:節理的產狀是地質的基本要素,其走向與擬建洞庫軸線夾角、傾向、傾角對圍巖穩定和施工開挖的安全有直接關系。因此,外業對結構面產狀應詳細準確量測,《工程巖體分級標準》(GB50218-94)根據結構面產狀與洞軸線的組合關系提出用修正系數進行定量評價,它僅考慮了走向與傾角的影響,而忽略了傾向的不利因素。RMR法則對產狀三要素全面考慮,定性評價,工作中更便于操作。
2.4.3巖脈
在巖漿巖形成過程中,巖漿呈脈狀或巖墻狀充填于巖體或其圍巖的裂隙中,由于其產狀多呈脈狀,故統稱之為巖脈,在成分上和空間分布上常和一定的深成巖體有關。巖脈位置往往是圍巖的薄弱點,巖脈侵入時的高溫、高壓對附近地層造成破壞,因此對巖脈進行描述時應注意:超基性巖脈容易風化產生塌方;酸性巖脈抗風化能力較強,巖石較完整,具有一定的阻水作用,而且在其破碎的接觸帶上可能是富水區,施工中通過巖脈地帶且進入富水的破碎接觸帶時,有可能會遇到涌水的問題。
2.5地下水
地下水是影響巖體穩定的重要因素之一。由于地表水長期入滲,在巖體節理、裂隙及破碎帶中賦存有水量不等的地下水,在洞室開挖后,節理、裂隙、破碎帶與洞室連通,地下水沿通道排泄,形成大小不等的出水點。按其出水狀態分為:滴水、淋雨狀出水、滲水、涌水和噴射狀出水。
《工程巖體分級標準》(GB50218-94)規定,有地下水出露,圍巖級別應進行修正;《錨桿噴射混凝土支護技術規范》(GB50086-2001)規定,在Ⅲ、Ⅳ級圍巖中有地下水時應適當降低圍巖級別。工作中發現有些同志不考慮巖體的堅硬程度和完整性,也未考慮出水狀態,只要有水就降低級別,實際上有些地下水對圍巖穩定有影響,有的影響不大。
2.6地應力
地應力是在天然狀態下,存在于巖體內部的應力,是客觀存在的物理量,是巖石工程的基本外荷載之一。洞室開挖后,由于應力釋放會造成巖爆、掉塊、剝落等現象,所經歷過的工程中大多數埋深在100m左右,應力一般,未發現有明顯的地應力引起的破壞現象,在此不便妄加評論。
3.現場施工勘察
現場施工勘察應繪制寫實草圖,經過內業整理編制洞室展開圖,縱向為邊墻和跨度、橫向采用里程或坐標,分段劃分圍巖級別,編寫文字報告,單個洞室也可采用圖表形式,按圍巖級別、洞室幾何邊界條件、對圍巖穩定作出評價,并結合洞室使用功能提出施工建議。
3.1必要性
地下工程現場施工勘察既是對原地質勘察報告的自檢,也是對地質資料的補充和完善。表3為某地下工程工程地質測繪報告主軸線剖面圖圍巖分級與該軸線施工勘察圍巖分級展示圖對圍巖分級情況統計對比表。
表3某工程圍巖分級對比情況表
從科學角度出發,前后兩次出現差異是正常的。如果不進行現場施工勘察,重新核實確定圍巖級別,Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ級圍巖按Ⅳ、Ⅴ級圍巖支護將會造成浪費,反之可能會造成工程重大事故。因此,地下工程現場施工勘察是一項不可替代的工作,是非常必要的。
3.2針對性
現場施工勘察除了對圍巖進行劃分的基本任務外,還應對易塌方地段提出調整洞室布局和支護方案及參數,對圍巖風化嚴重、斷層節理發育段等存在安全隱患部位,提出施工注意的問題和應采取相應措施的建議。
某地下工程現場施工勘察發現圍巖為碎塊結構、節理裂隙發育、淋雨狀出水,為強風化安山巖,地質人員結合洞室跨度、使用功能建議洞室位置應進行調整,實踐證明建議是正確的。
某地下工程詳勘地質資料中某段圍巖初判為Ⅱ~Ⅲ級,在洞室開挖后現場分級發現該段圍巖為全風化花崗巖,散體狀結構,圍巖級別為Ⅴ級,建議施工單位采用臺階分部人工開挖,禁止使用爆破開挖,限制開挖跨度、長度,明確支護方案。
3.3時效性
某地下工程詳勘時判定有一條F2斷層破碎帶通過擬建洞庫軸線,洞庫開挖后進行了施工勘察,實際情況與詳勘預測的情況基本一致:斷層與洞室主軸線基本一致,寬度2.0m,結構面銹蝕嚴重,夾泥,與圍巖結合差,圍巖級別為Ⅳ級。地質人員建議該段圍巖穩定性差,長期暴露會產生掉塊甚至塌方,應及時采取支護。
施工單位看到斷層周圍為塊狀結構弱風化花崗巖體,穩定性較好,憑經驗、趕進度,在沒有采取任何支護措施的情況下又盲目向前掘進,同時進行支洞施工爆破,在開挖后第43天發生塌方,最后塌方長度20m、塌方最大高度達30m、塌方體積數千立方米。塌方發生后,業主請地方某單位專門對塌方區進行物探工作,物探結果與地質勘察報告中的F2斷層產狀一致。
促使該段塌方的主要原因有:斷層走向與洞室主軸線基本一致,結構面與圍巖結合差,穩定性差;洞室開挖后沒有及時支護,暴露時間過長,拱頂產生松動變形;塌方前連續降雨,雨水沿裂隙入滲,結構面粘結力下降;支洞施工爆破,對該段圍巖重復擾動是直接誘因。
通過工程實例及總結前人經驗,易塌方地段主要有:跨度大于5m洞室,圍巖為風化嚴重的全風化~強風化巖體;大跨度洞室出現在拱部的軟弱巖體。高邊墻情況下出現在邊墻的軟弱巖體;斷層和巖脈破碎帶在隧道中出現的規模(寬度)大于洞室跨度的1/3時易產生塌方。兩條破碎帶交匯處易塌方,三組以上節理相互切割巖體,易掉塊;相距很近的兩條平行破碎帶向著彼此靠近方向傾,其間巖體破碎易塌方。大傾角破碎帶易產生較高的塌方;破碎帶和裂隙交匯帶易塌方;富水性高的破碎帶比富水性低的破碎帶易塌方。緩傾角破碎帶出現在拱部,沿結構面易產生掉塊或塌方;洞室群口部,完整性、穩定性均較差的巖體,經過多次爆破、重復擾動易塌方。
4.結語
工程實踐和理論研究都清楚地說明,地下工程施工勘察是保證工程設計、施工,做到科學、合理、經濟和安全的基礎工作,施工勘察既是對原來勘察報告資料進行修正、補充和完善,又有很強的針對性和時效性。地下工程施工勘察是必不可少的,也是任何工作都替代不了的。