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摘 要:结合和工程实例,对“等价点”直接劈破进洞和“零开挖”进洞两种施工方法、理念和对环境的影响程度进行对比介绍。并着重阐明“零开挖”自然进洞施工理念、施工方法和注意事项。
关键词:零开挖 环境 洞门
中图分类号:U455 文献标识码:A 文章编号:1674-098X(2012)07(b)-0144-01
1 直接劈坡进洞
过去,为了节省工程投资,施工过程中往往从经济方面考虑的比较多,把隧道洞口位置选定在所谓隧道与路堑边坡的造价等价点上。其理由是每米路堑的造价是随着路堑的挖深增大而显著增大的,当路堑挖深达到某一程度时,其每米造价就会与每米隧道的造价相等,甚至超过。因此,认为在两者造价相等的点就是路堑转入隧道最经济合理的点。
这种单纯从经济观点来判断的进洞方法,往往定出的隧道偏短,洞口缩入山体内很深,路堑挖深十分大,边坡及仰坡很高。运行后,又会经常出现滚石掉块,危及行车安全,灾害严重时,不得不再修明洞接长隧道,保护行车安全。这种方法往往与最初节省成本的出发点相反,不但不能节省工程费用,反而增加了后期投资,还对施工和运营造成了后患。环境方面,直接劈坡进洞,形成又陡又高极不稳定的仰坡,往往在雨季出现大垮大塌现象,有的甚至不可收拾,需要补做庞大的边坡防护工程,由于洞口位置往往处在坡脚的山体堆积层,地质条件较复杂。施工过程中边仰坡的开挖很容易破坏山体平衡,造成滑坡坍塌等地质病害,边、仰坡的开挖对地表植被的破坏是很难修复的。一条隧道的碴体往往上万甚至几十万立方,由于围岩的不同,碴体性质的不同,如有软石、次坚石、坚石等分类,除部分坚石经破碎作砼集料利用外,有相当一部分弃碴被废弃。在弃碴过程中施工单位受经济利益驱动,再加上建设业主重视工程质量和进度,环境意识较差,往往会出现乱倒、乱弃废碴的问题。
直接劈坡进洞的施工方法严重背离了隧道施工过程中“保护围岩,爱护围岩的”的理念,对洞口遗留围岩造成损伤引起松弛。
2 “零开挖”自然进洞
零开挖自然进洞的施工方法是基于隧道施工“爱护围岩”“内实外美”“重视环境”“动态施工”的理念上提出的隧道施工方法。
2.1 进洞方案
2.1.1 地表预加固后进洞
对不良地质,不利地形条件,可考虑预先地表预加固,超前预加固,反压回填与挡护常用方法为通过地表注浆加固及抗滑桩等综合措施对滑坡体进行处理后,使隧道得以安全进洞,保护了地表原生植被,避免了清理滑坡所造成的环境破坏和后期运营隐患。
2.1.2 减少进洞边坡开挖长度
为了降低边坡开挖高度,可根据地形地质条件,在确定施工及运营安全的前提先通过放陡边坡,减少台阶数量;缩小明洞外侧宽度,减小台阶宽度以及将边坡与仰坡形成弧形顺接等多种方法来实现;也可考虑在暗洞处设置棚东等完善防护体系,美化景观设置。
2.1.3 仰坡开挖尽早进洞
仰坡开挖,可由洞门处向暗洞方向循序渐进,视围岩的地质情况,尽早进洞,努力实现“零开挖”,同时还应强调仰坡的防护,应最大限度地减少(或降低)喷射混凝土的范围和高度。
短隧道提倡单向掘进;对于500m以下中短隧道,在不影响工期的前提下,可选择进洞条件好的洞口单项进洞,而不提倡对向掘进,通过实施单向进洞(小导洞出洞)避免了重复临建对原生地表的扰动和破坏。
侧向进洞;在常规进洞方案无法作业时,若侧向距离较短且有条件时也可以考虑侧向进洞。
斜交进洞;轴线与等高线斜交,地质条件许可的,可采用顺应地形的斜交进洞方式,可根据地形地质条件,通过实施不等长导坑型护拱以及反压回填等办法进洞,最大限度地保护了原生植被及坡体,生态效应十分显著。
设置前置式洞口提前进洞;在经过技术,经济比较后,尽可能采用“前置式洞口工法”,即在洞外不开挖山脚土体的情况下,采用两侧开槽逐榀施作工字拱架,随着钢拱架推进逐渐“亲吻”山体,拱架间以纵向钢架连接为整体浇筑混凝土形成临时初衬,在进洞前以临时衬砌成洞,回填反压后再进行内挖法施工。
在以上自然进洞开挖方法运用的过程中应同时注意施工前期的降水,必要时采用管棚护顶,拱部预留核心土弧形开挖,以避免开挖掌子面拱顶斜上方滑落,坍塌,掏空现象出现,钢拱架挂网喷射混凝土初期支护应尽快闭合成环,早做二次衬砌的总体进洞方案。即衬砌总体进洞,再进行进洞整体开挖的方针。
2.2 洞口位置的选择
“零开挖”自然进洞施工过程中洞口位置的选择也对工程的顺利进行起着决定性的作用,洞口位置的选取应注意以下几点:
洞口应尽可能的射在山体稳定、地质较好、地下水不太丰富的地方。尽量避开崩塌、滑坡、岩堆、岩溶、流砂、泥石流、盐岩、多年冻土、雪崩、冰川等对结构物会造成危害的地方。
洞口不宜设在垭口沟谷的中心或沟底低洼处,不要与水挣路。
洞口应尽可能地设在线路与地形等高线垂直的地方,使洞门结构物不致受到偏压力作用。傍山隧道限于地形,有时无法做到上述要求,只能斜交进洞时,也应该尽量使交角大一些,而且要有相应的补救措施,如采用斜洞门或台阶式洞门。切记隧道中线与地形等高线平行。
当隧道附近有河流、湖泊、溪水等水源时,洞口标高应在洪水位安全线以上,以防洪水倒灌进隧道。
若进洞处岩壁陡立,基岩裸露,则最好不刷动原生坡面。
3 结语
从“等价点”进洞的施工理念,到“早进晚出”再到“零开挖”自然进洞的施工理念的发展。大大减少对洞口自然破面的扰动和破坏,完整地保留地表植被而且避免了大挖大刷引起的边仰坡坍塌等工程病害,落实了施工运营的安全,还在一定程度上节约了建设成本。尤其对地质环境较复杂的山体,地质水文条件差的隧道洞口施工具有普遍的使用价值。符合国家可持续发展的方针和环境友好型社会的要求。只是在理念推新的过程中由于传统施工方法的粗放式管理的惯性,“零开挖”自然进洞的施工理念未能完全落实。
参考文献
[1] JTG D70-2004,公路隧道设计规范[S].北京:人民交通出版社,2004.
[2] 关宝树.隧道工程施工要点集[M].北京:人民交通出版社,2002:2-7.
[3] 王毅才.隧道工程[M].北京:人民交通出版社,2006:43-47.
[4] 彭立敏,刘小兵.隧道工程[M].湖南:中南大学出版社,2009:17-26.
[5] 王永安,张军,江臣,等.公路隧道环保型洞口工法设计与施工[C]//湖南省邵怀高速公路雪峰山隧道建设技术研讨会论文集.长沙,2005:282-287.
[6] 欧阳心和,付励.浅谈隧道洞口景观设计[C]//湖南省邵怀高速公路雪峰山隧道建设技术研讨会论文集.长沙,2005:288-291.
关键词:零开挖 环境 洞门
中图分类号:U455 文献标识码:A 文章编号:1674-098X(2012)07(b)-0144-01
1 直接劈坡进洞
过去,为了节省工程投资,施工过程中往往从经济方面考虑的比较多,把隧道洞口位置选定在所谓隧道与路堑边坡的造价等价点上。其理由是每米路堑的造价是随着路堑的挖深增大而显著增大的,当路堑挖深达到某一程度时,其每米造价就会与每米隧道的造价相等,甚至超过。因此,认为在两者造价相等的点就是路堑转入隧道最经济合理的点。
这种单纯从经济观点来判断的进洞方法,往往定出的隧道偏短,洞口缩入山体内很深,路堑挖深十分大,边坡及仰坡很高。运行后,又会经常出现滚石掉块,危及行车安全,灾害严重时,不得不再修明洞接长隧道,保护行车安全。这种方法往往与最初节省成本的出发点相反,不但不能节省工程费用,反而增加了后期投资,还对施工和运营造成了后患。环境方面,直接劈坡进洞,形成又陡又高极不稳定的仰坡,往往在雨季出现大垮大塌现象,有的甚至不可收拾,需要补做庞大的边坡防护工程,由于洞口位置往往处在坡脚的山体堆积层,地质条件较复杂。施工过程中边仰坡的开挖很容易破坏山体平衡,造成滑坡坍塌等地质病害,边、仰坡的开挖对地表植被的破坏是很难修复的。一条隧道的碴体往往上万甚至几十万立方,由于围岩的不同,碴体性质的不同,如有软石、次坚石、坚石等分类,除部分坚石经破碎作砼集料利用外,有相当一部分弃碴被废弃。在弃碴过程中施工单位受经济利益驱动,再加上建设业主重视工程质量和进度,环境意识较差,往往会出现乱倒、乱弃废碴的问题。
直接劈坡进洞的施工方法严重背离了隧道施工过程中“保护围岩,爱护围岩的”的理念,对洞口遗留围岩造成损伤引起松弛。
2 “零开挖”自然进洞
零开挖自然进洞的施工方法是基于隧道施工“爱护围岩”“内实外美”“重视环境”“动态施工”的理念上提出的隧道施工方法。
2.1 进洞方案
2.1.1 地表预加固后进洞
对不良地质,不利地形条件,可考虑预先地表预加固,超前预加固,反压回填与挡护常用方法为通过地表注浆加固及抗滑桩等综合措施对滑坡体进行处理后,使隧道得以安全进洞,保护了地表原生植被,避免了清理滑坡所造成的环境破坏和后期运营隐患。
2.1.2 减少进洞边坡开挖长度
为了降低边坡开挖高度,可根据地形地质条件,在确定施工及运营安全的前提先通过放陡边坡,减少台阶数量;缩小明洞外侧宽度,减小台阶宽度以及将边坡与仰坡形成弧形顺接等多种方法来实现;也可考虑在暗洞处设置棚东等完善防护体系,美化景观设置。
2.1.3 仰坡开挖尽早进洞
仰坡开挖,可由洞门处向暗洞方向循序渐进,视围岩的地质情况,尽早进洞,努力实现“零开挖”,同时还应强调仰坡的防护,应最大限度地减少(或降低)喷射混凝土的范围和高度。
短隧道提倡单向掘进;对于500m以下中短隧道,在不影响工期的前提下,可选择进洞条件好的洞口单项进洞,而不提倡对向掘进,通过实施单向进洞(小导洞出洞)避免了重复临建对原生地表的扰动和破坏。
侧向进洞;在常规进洞方案无法作业时,若侧向距离较短且有条件时也可以考虑侧向进洞。
斜交进洞;轴线与等高线斜交,地质条件许可的,可采用顺应地形的斜交进洞方式,可根据地形地质条件,通过实施不等长导坑型护拱以及反压回填等办法进洞,最大限度地保护了原生植被及坡体,生态效应十分显著。
设置前置式洞口提前进洞;在经过技术,经济比较后,尽可能采用“前置式洞口工法”,即在洞外不开挖山脚土体的情况下,采用两侧开槽逐榀施作工字拱架,随着钢拱架推进逐渐“亲吻”山体,拱架间以纵向钢架连接为整体浇筑混凝土形成临时初衬,在进洞前以临时衬砌成洞,回填反压后再进行内挖法施工。
在以上自然进洞开挖方法运用的过程中应同时注意施工前期的降水,必要时采用管棚护顶,拱部预留核心土弧形开挖,以避免开挖掌子面拱顶斜上方滑落,坍塌,掏空现象出现,钢拱架挂网喷射混凝土初期支护应尽快闭合成环,早做二次衬砌的总体进洞方案。即衬砌总体进洞,再进行进洞整体开挖的方针。
2.2 洞口位置的选择
“零开挖”自然进洞施工过程中洞口位置的选择也对工程的顺利进行起着决定性的作用,洞口位置的选取应注意以下几点:
洞口应尽可能的射在山体稳定、地质较好、地下水不太丰富的地方。尽量避开崩塌、滑坡、岩堆、岩溶、流砂、泥石流、盐岩、多年冻土、雪崩、冰川等对结构物会造成危害的地方。
洞口不宜设在垭口沟谷的中心或沟底低洼处,不要与水挣路。
洞口应尽可能地设在线路与地形等高线垂直的地方,使洞门结构物不致受到偏压力作用。傍山隧道限于地形,有时无法做到上述要求,只能斜交进洞时,也应该尽量使交角大一些,而且要有相应的补救措施,如采用斜洞门或台阶式洞门。切记隧道中线与地形等高线平行。
当隧道附近有河流、湖泊、溪水等水源时,洞口标高应在洪水位安全线以上,以防洪水倒灌进隧道。
若进洞处岩壁陡立,基岩裸露,则最好不刷动原生坡面。
3 结语
从“等价点”进洞的施工理念,到“早进晚出”再到“零开挖”自然进洞的施工理念的发展。大大减少对洞口自然破面的扰动和破坏,完整地保留地表植被而且避免了大挖大刷引起的边仰坡坍塌等工程病害,落实了施工运营的安全,还在一定程度上节约了建设成本。尤其对地质环境较复杂的山体,地质水文条件差的隧道洞口施工具有普遍的使用价值。符合国家可持续发展的方针和环境友好型社会的要求。只是在理念推新的过程中由于传统施工方法的粗放式管理的惯性,“零开挖”自然进洞的施工理念未能完全落实。
参考文献
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[6] 欧阳心和,付励.浅谈隧道洞口景观设计[C]//湖南省邵怀高速公路雪峰山隧道建设技术研讨会论文集.长沙,2005:288-291.