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國內隧道及地下工程自20世紀80年代以來得到了前所未有的發展,21世紀是隧道工程建設的黃金時期,鐵路隧道、公路隧道、地鐵隧道、水電隧洞以及跨江、跨海通道的建設都將進人高峰期。與此同時,隧道工程面臨巨大的機遇與挑戰,山嶺隧道工程的地質條件越來越復雜,煤礦巷道向深部不斷發展,城市地鐵建設如火如茶,海底隧道與輸油氣工程隧道方興未艾,城市地下管廊隧道悄然興起。大規模復雜的隧道工程修建勢必帶來諸如隧(巷)道軟巖大變形機制、長大深隧道的突水突泥機制、深部復合地層TBM隧道穩定性原理與控制、城市地鐵隧道交叉重疊及穿房過河引起的地層與周圍環境風險等諸多基礎科學與工程技術問題,這些問題的進一步研究和解決可為未來隧道工程建設中的設計和施工提供更加可靠的理論依據與技術保障。
本文主要針對當前國內隧道工程物理模擬試驗系統及其發展趨勢進行了較為全面細致的總結、分類和闡述,并對當前隧道工程物理模擬試驗系統關鍵技術進行了對比分析。最后,提出了以模型體積大小為依據的試驗系統分類方法,可為隧道工程物理模擬試驗系統的應用及后續建設提供參考。
1試驗系統分類與特點
隧道工程物理模擬試驗系統的分類對于系統使用與建設規模確定、技術難度分析、建設周期與費用估算等都具有明確的指導意義,但目前尚無一個權威或統一的分類標準。試驗系統分類是一個科學問題,需綜合考慮多方面的因素。通過查閱文獻和總結分析,提出了一種試驗系統分類方法,如圖1所示。即按試驗模型體積將試驗系統分為小型、中型、大型和超大型4類;按模型體荷載分為自重型和離心型;按加載動力來源分為重力型(含自重)、電機型、液壓型(千斤頂或液壓枕)、氣壓型和復合型(如氣液結合)5類;按加載的靜動力狀態可分為靜力型和動力型;按模型端面加載維數分為單軸型、雙軸型和三軸型3類。
隧道工程物理模擬試驗系統的研制與應用多以大專院校、研究院所和企業技術中心為主。
眾所周知,在相似模型試驗分類中,相似比作為一個重要的分類指標,可以用來準確計算模型體積的大小,但相似比為原型與模型尺寸之比,是一個相對概念。在隧道物理模擬試驗中,模型體積越大,所需相似材料越多,費用越高,難度越大,制備周期越長,故模型體積能夠較為全面地反映試驗系統的規模、試驗實施難度以及費用成本等關鍵要素,概念更為直觀。
2試驗系統關鍵技術
試驗系統的關鍵技術包括:相似材料的選取、加載控制系統的穩定性、應力與應變量測的準確性以及開挖支護方式的選擇等。
2.1相似材料
模型試驗成敗的前提條件是相似材料的選取是否合理,材料的性質是否能夠準確地反映研究對象的主要物理力學特征。相似材料按功能一般可以分為骨料、膠結劑和調節劑3部分,骨料和膠結劑對材料性能起“總體控制”作用,調節劑對材料某項參數的性能起“單項調節”作用。
2.2加載控制
物理模型試驗的順利進行與加載控制系統是否穩定密切相關。根據模型試驗加載邊界條件,加載方式可分為剛性加載和柔性加載2種;根據加載動力來源可分為重力加載、電機加載、液壓加載、氣壓加載和復合加載5種。
2.3應力與應變量測
應力與應變是隧道物理模型的重要力學參數,也是試驗中需要獲取的基礎數據。應力值一般可通過測量元件直接量測,也可利用元器件測得的應力一應變關系求解得到
2.4位移、變形量測
位移或變形是隧道工程圍巖與其所處應力環境及環境變化相互作用的結果,是分析和評價隧道工程安全穩定性最常用的指標,也是試驗中最重要的量測內容。
5開挖支護
目前,隧道模擬開挖一般有人工和機械2種方式。人工開挖可以比較靈活地調整隧道形狀,但成型效果差,開挖效率低;而機械開挖操作簡單、成型好、效率高,但形狀多局限于圓形。李利平等研制的由可伸縮式長鏟、錨桿定位器以及混凝土施作器組成的開挖裝置以及李浪等研制的步進電機驅動切削刀盤,對隧道開挖裝置的研制有著重要的借鑒意義。
3試驗系統研究問題分析
3.1圍巖變形規律與機制
圍巖變形規律與機制一直是國內外學者研究的主要問題。通過物理模擬試驗系統可以有效研究隧道圍巖變形的時空演化過程與變形模式和機制。
3.2隧道開挖方法優化
根據圍巖條件和環境控制要求,隧道開挖方法一般有全斷面法、臺階法、分部法、盾構法與TBM法等。正確選擇開挖方法是隧道安全施工的前提,試驗研究的主要內容是進行方法比選和優化工藝參數。
3.3隧道支護方法優化
隧道支護主要包括以錨噴支護或鋼拱架為主的初期支護、以模板混凝土或管片為主的二次支護以及小導管和大管棚超前支護等。合理選擇支護方式、確定支護參數是確保隧道穩定的前提條件。
3.4隧道開挖災害問題
如何合理模擬隧道開挖過程中出現的災害問題(突水突泥、巖爆、斷層塌方等)也是物理模擬試驗研究的主要內容。
3.5“長大深”及海底隧道問題
模型試驗主要用來合理模擬工程所處的高地應力環境影響、大型斷面與超長隧道的結構穩定性以及水環境下的水壓作用與流一固藕合作用。
3.6隧道施工環境影響問題
地鐵隧道施工中帶來的環境問題比較突出,隧道施工過程中如何保證工程本身、地面與地下鄰近建(構)筑物的安全是物理模擬試驗研究的主要問題。
4存在問題及發展方向
4.1存在的問題
1)系統規模。目前,大型、超大型試驗系統模型制作周期長、費用高、所需人員多,且存在一定的閑置問題,利用率較低。
2)試驗模型。采用常用的相似材料制作的試驗模型內部不可見,難以實現模型內部變形的直接觀測,透明巖土材料主要以模擬軟巖、砂土和載土為主,因此需進一步研究拓展巖土材料的模擬范圍。
3)加載控制。剛性加載強度大,屬于“位移加載”方式,即加載面位移保持均勻,應力不均勻,使得模型邊界位移一致,與實際受力不符;柔性加載屬于“應力加載”方式,即加載過程保持加載面應力均勻,位移不均勻,柔性加載有利于提高試驗精度,減小邊界效應影響范圍,但其行程小、加載強度低。
4.2發展方向
1)物理試驗系統精致化。2)物理試驗模型透明化。3)加載控制方式靈活化。4)數字照相量測標配化。5)開挖支護方式合理化。6)隧道多場藕合模擬法。
5結論與建議
1)提出了一種基于模型體積大小的隧道工程物理試驗系統分類方法,即將試驗系統分為小型(v<0. 125 m3 )、中型(V = 0. 125~1. 0 m3、大型(V=1.0~8.0 m3)和超大型(V≥8.0 m3)4種類型。該分類可以較好地反映試驗系統的規模、研發周期、費用、模型制作及使用率等主要問題。
一、土木工程專業四年級本科生的基本特點
在中國礦業大學(北京)3個土木工程本科班90人中,一般在大四進行專業方向的選擇時,有近一半的學生選擇了地下工程方向,“隧道工程”課程就是地下工程方向學生的重要專業選修課之一。這些學生的特點如下[1]:一是,大四畢業年級的學生,由于就業環境的原因,復習準備報考研究生的人數在逐年增加,而且這部分學生放棄或者敷衍應付正常安排的課程學習,專事復習研究生考試課程。二是,另有部分不準備報考研究生的學生,花費了大量的時間和精力往來于學校和社會各單位之間,參加各種人才和畢業生招聘會,為自己即將畢業后的工作而奔波,但要想做到上課學習和相關活動兩不誤,實在有些困難。三是,少部分學生對畢業后的實際工作十分迷惘,不知道畢業后是一個什么樣的工作狀況,甚至不知道學習的課程對他們將來的工作有什么作用,或者是如何應用他們所學的知識開展將來的工作。四是,更有極少部分學生晚上上網、白天睡覺,一般不上課,已經到了“少年不知憂愁”的狀態,形成了比較壞的習慣。根據上述特點,在第一次課中,針對“隧道工程”這門課程的具體特點,與學生一起分析目前“隧道工程”的現狀和他們將來可能的工作情況,尤其是正在大規模進行的城市地鐵工程的現實需要,引起他們的興趣,化解他們的疑問,初步解決部分問題,收到了一定效果!
二、隧道工程的特點
1.現場工程多,工程技術人員極度缺乏(1)“隧道工程”前程光明。除了礦山上需要開掘大量隧道工程(巷道工程)外,公路工程、鐵路工程、市政工程、城市地鐵工程、軍事工程等也需要大量開挖隧道,因此隧道工程在中國才剛剛開始,其用武之地十分廣闊。(2)以北京地鐵為例,城市地鐵的大量修建,迫切需要擁有地下工程設計、施工和管理方面的工程技術人員,這些人員不僅要懂得一般的隧道工程設計、施工和管理方法,還要懂得城市復雜條件下大斷面地下工程設計、施工和管理方法[2](P.267-268)。(3)高速公路大斷面隧道(山嶺隧道),其跨度之大、高度之高是我們以前礦山隧道中所不曾見到的。其設計、施工和工程建設管理,將極大地依賴于具有相當高水平的隧道專業技術和管理人員。(4)過江、過河、跨海隧道的大量建設,也迫切需要我們隧道工作者研究其中的新問題,特別是隧道盾構/TBM法施工的大量開展,需要大批從事盾構/TBM隧道工程設計、施工和管理人員。
所謂的隧道是指修建于地下或是水下的建筑物,從而保持地下空間孔道,它是人類充分利用地下空間的一種有效形式。一般來說,隧道可以分為交通隧道、水工隧道以及礦山隧道等類型。一般來說,在路橋隧道工程中解決隧道的防水問題是重要環節,這樣不僅可以有效保證隧道工程的質量,同時還能夠從根本上消除隧道病害,進而延長隧道的使用壽命。在解決隧道的防水問題時,選擇性能比較好的防水材料以及采取科學的施工方案是關鍵。因此,在我國路橋隧道工程的設計過程中,優化路橋隧道的防水設計就成為路橋隧道設計人員普遍比較關注的問題。
2路橋隧道工程防水設計中存在的問題
當前,我國在路橋隧道工程設計過程中應用最多的方法是新奧法設計施工。這種施工方法是在初期支護與二次初砌層之間鋪設防水板,同時在防水板與初護面之間鋪設緩沖層無紡土工布。其中,這種無紡土工布在出廠的時候就與防水板膠合成了雙層結構。在二次初砌層中澆筑混凝土的時候,應該添加適量的防水劑,并要保證防水混凝土的抗滲透性能應該達到S6。此外,再利用縱向與橫向的彈簧軟管或是塑料管將二襯背后的積水引流至排水溝內。一般情況下,這種設計方式能夠滿足路橋隧道工程的排水要求,但是隧道襯砌的滲水問題,特別是兩板混凝土搭接縫處、隧道接口處以及排水管管節連接處等位置容易發生滲水問題,且尤為嚴重。而要避免路橋隧道滲水現象的發生,就必須加強設計與施工中的技術研究,但目前來說仍是一個難題。路橋隧道工程防水設計中主要存在以下幾個問題:第一,路橋隧道工程設計中“以排為主”的設計理念破壞了隧道結構與圍巖之間密實的共同作用。首先,從路橋隧道的結構上來說,隧道的襯砌主要由內、外兩個層次復合而成。就隧道襯砌的內層來說,一般為二次襯砌,它主要是由現澆的素混凝土或是鋼筋混凝土構成;就隧道襯砌的外層來說,一般為初期柔性支護,它主要是由錨桿、鋼筋網以及噴混凝土構成。在內、外層之間鋪設防水層時,由于外層表面會有凹凸不平的現象出現,防水層的背面可能會出現空洞,這就導致內、外層之間局部會產生空隙,造成內、外層不能夠整體承受壓力。通常情況下,往往是外層先受力,然后外層會由于荷載而產生變形,接下來才是內層開始受力。因此,這種不均勻的受力導致外層容易先遭到破壞,從而降低了復合初砌結構總體承受能力,讓隧道結構受圍巖的約束不一致而形成裂痕,加劇路橋隧道的滲漏水情況。其次,從路橋隧道的圍巖上來說,在對路橋隧道的Ⅰ,Ⅱ類圍巖進行初期支護的時候,往往安裝的是工字型鋼拱架或者是鋼格柵拱架。由于圍巖對隧道的穩定性具有一定的影響,因此,在防水設計的時候必須依據圍巖分類設計合理的隧道工程。第二,路橋隧道工程的技術比較落后。由于路橋隧道的防水設計在施工技術上比較滯后,因此設計出的路橋隧道的質量往往不高。這是由于施工單位對路橋隧道的施工材料要求比較簡單、對施工要求不具體以及防水材料容易老化等因素導致的。就目前而言,我國在隧道防水設計中用到的防水材料主要是塑料、橡膠等制品,而這些材料在陽光的照射以及化學腐蝕的情況下容易發生老化現象,進而影響到隧道的防水效果。
3路橋隧道工程防水設計的優化措施
3.1樹立安全型的防水設計理念
第一,施工人員應該掌握路橋隧道施工的新技術與新方法,主要包括了盾構隧道的受力特征及隧道設計的分析方法、盾構隧道結構形式及最新發展趨勢等方面,特別要注意對特殊環境下的隧道工程應進行綜合分析與設計。第二,施工人員應該對隧道巖體各方面性能的參數進行認真計算。對于隧道施工過程中,圍巖穩定能力比較差的地段,應該采用超前支護或者是超前加固前方圍巖的方法,同時應該秉持先對隧道進行護頂再開挖的施工原則,遇到滲水流的時候應該設置橡膠帶盲溝引排。第三,對隧道防水層的材料選擇上,應該選用強度高并耐腐蝕性的板材。在施工過程中,主要將這些板材鋪在初期支護和二次襯砌中,并通過拼接這些板塊使隧道的防水系統達到密閉或是半密閉的狀態。第四,在進行隧道工程施工時,應該制定合理的施工方案,并嚴格按照施工方案執行,從而保障隧道工程防水系統的規范性。
3.2注意防水板的設置
第一,在放置排水板之前,應對防水板進行及時處理。首先應該對防水板的表面進行處理,然后對防水板突出的鋼筋進行處理,在這兩項處理結束之后,再對隧道表面進行噴射。如果不進行處理,將無法發揮出防水板的防水功能。第二,在大面積張掛防水板的時候,應該注意拼接無縫隙。首先,在張掛的時候要特別注意防止防水板出現褶皺現象,對于出現縫隙的地方應該全部接上去。其次,在購買防水板的時候,應該多買一些,這是為了防止對隧道進行初砌澆筑時,防水板發生膨脹現象,從而導致防水板的長度不夠,給隧道工程的施工帶來不必要的麻煩。
3.3選擇合適的防水板材料
第一,在防水板的內側或是隧道的邊墻,應該適當增加機械保護裝置的設置。首先,應該保證防水板材料的耐高溫以及耐穿透的能力,這樣才能有效確保隧道工程在鋼筋操作過程中,防水板不會受到損壞,同時還能夠減輕工作人員對防水板檢修的負擔,有效避免防水板發生漏水現象。第二,在隧道施工過程中,應該對防水板進行適當調整。施工人員可以在二襯的內壁鋪設防水板,并盡可能的選用新型的防水板材料,這樣不僅能夠方便對防水層的修理與維護,同時還能夠使防水材料與襯砌混凝土的老化時間盡量保持一致,從而延長防水板材料的老化時間,增加防水板的使用壽命。
4結語
關鍵詞:隧道工程; 教學改革;精品課程建設
中圖分類號:G642.0 文獻標志碼:A 文章編號:1005-2909(2013)01-0082-04
隨著中國改革開放和經濟建設的快速發展,尤其是近年來實行以高速公路、鐵路、城市地鐵,及西電東輸水利工程、南水北調輸水工程等基礎建設為主的積極財政政策,大型工程建設項目越來越多,從而帶來了大量的巖土與地下工程問題及經驗教訓。這些問題的有效解決,需要大批理論扎實、技術過硬、實踐經驗豐富的專門工程技術人才。這對高等院校教學提出了更高要求,為保證工程科學專業課程的教學、建設及人才培養能適應新形勢,突出工程背景,教學模式亟待改革。
隧道工程是土木工程專業巖土及地下方向的一門專業課,也是核心和代表性的必修課程之一,其目的和任務是使學生掌握隧道的基本概念與構造、基本力學原理、施工作業方法、最新設計理念及行業規范等專業知識,具備隧道工程的設計能力、隧道工程相關技術和研究工作的基本素質,為從事各類隧道工程建設的設計、施工及維護管理奠定基礎。
文章結合筆者近幾年來在廈門大學土木系講授的隧道工程課程,通過教學實踐中獲取的經驗,從教學模式、實踐性教學環節、科研促教等方面進行探討,以期提高教學質量,增強學生學習效果,拓展學生工程視野和實際應用能力,達到培養人才、服務社會的目的。
一、教學中的體會
(一)基礎知識及認識實習的先行修畢
隧道工程涉及多個學科,涵蓋的知識面廣而深。隧道工程教學,一方面要求學生已經具備高等數學(含微積分、線性代數及概率論)、材料力學、彈性力學、土/巖石力學、工程地質等課程的基礎知識,即這些課程需要先行修畢才可繼續隧道工程課程的學習;另一方面,需要較強的工程背景,如隧道施工工藝(鉆爆、盾構或TBM等)和工法(臺階、側壁導坑或CD法等)、裝渣與運輸、噴錨初支與模注二襯、監控量測、防水通風、運營管理、風險控制,等等,即課程具有工程實踐性、應用性特點。因此,在學習該課程之前,對隧道建設現場的實地認識實習是有必要的。
(二)教學內容多而課時有限
隧道工程課程內容龐雜,既涉及規劃、勘察、設計、施工及運營管理的內容,又有鐵路隧道、公路隧道、城市地鐵、礦山及水利工程巷隧、海(水)底隧道等的設計差異,同時還涉及地質、力學、材料科學等方面的基礎理論,無疑是一門工程科學領域內的系統科學。這些內容相互交叉、滲透,緊密聯系又相對獨立,對學生而言,教學內容結構松散、主線不明、重點不突出,甚至有種一團亂麻、理不出頭緒的感覺,學生普遍反應這門課程難學。近年來,隧道工程的教學大綱和授課學時經過調整和壓縮,學時減至30左右,大大低于學科強校50學時以上的要求,如重慶大學、同濟大學、西南交通大學,在有限的時間內,要完成上述多方面的教學任務,且不乏生動性和啟發性,無疑增加了教學難度,同時對教師水平提出更高要求。
(三)教學實踐的限制
隧道工程實踐性、應用性強,在教學中必須注重理論與實踐相結合,這是工程科學學習所必備的素質。考慮到隧道施工工藝復雜、作業線繁多,經常會使用炸藥、雷管等危險品以及各類重工機械設備,加之隧道現場往往是圍巖、積水、噪音大、油煙粉塵污染物多、錨桿鋼筋遍布、電路設備復雜,學生的現場安全問題難以得到保證。另外由于隧道工程的工作面較一般的施工現場更為狹小擁擠,導致施工單位不愿意接收學生實習、參觀。即使聯系到一些實習單位,也只是在短時間內或停工間隙對某一局部粗淺、簡單地觀摩,不能全面了解工程的整個建設過程,不能形成系統、深刻的工程印象。
(四)缺少學生互動
受傳統教學模式的影響,教師在課堂上單一講解授課,學生習慣于被動接受,聽課時忙于記筆記,很少主動思考、質疑。盡管學生對工程問題的興致很高,求知欲強,但限于工程經歷的缺乏,很少與教師交流、討論,授課教師很難獲知學生的課程興趣所在,及重、難點的理解與掌握情況。這與國外工程科學的教學有一定差距。國外一般采用引導性教學,在課程基礎知識講授完畢之后,提出某一工程問題,讓學生根據所學知識自行查閱資料,咨詢專業人員,通過團隊合作完成。傳統的教學模式,導致學生知識理論水平較高,動手能力則較低。
二、教學改革的思考
結合國內兄弟院校的教學情況,隧道工程課程普遍存在以下問題:課程內容龐雜,實踐內容偏少,與工程現場要求嚴重脫節;在有限學時的分配上,理論課時多,實踐課時少;課程的考核方式上,理論比重大,實踐考核少。傳統的教學方式和內容不利于培養學生的實際工程認知、創新與應用能力,不利于學生綜合能力和工程素質的訓練與提升。鑒于此,提出隧道工程課程的教學改革建議。
1. 教學與科研緊密結合
隧道工程是一門實踐性、理論性、應用性很強的工程科學,如果教師僅僅是將書本內容生硬地搬入課堂,學生通常會感到所學內容枯燥,喪失學習興趣,難以激發日后從事該項工作的熱情。隨著科學技術的不斷推進,隧道工程科學中許多新的設計理念、研究成果不斷涌現。在傳統教學內容的基礎上,將隧道設計施工的新理念、新方法、新技術、新工藝以及國家重大隧道工程(如港珠澳沉管隧道、膠州灣海底隧道、杭州錢江盾構隧道等跨海隧道工程)的科研支撐計劃、技術攻關課題及最新進展與研究成果直接引入課堂教學,不僅能夠加深學生對基本理論、基本技能的掌握,培養學生的工程思維、創新精神,而且使學生了解學科發展的形勢,以及當前隧道工程建設中存在的實際技術問題,從而發生興趣、拓寬知識面,培養和鍛煉學生的科研意識、創新能力。
對教師而言,在從事科研的同時,跟蹤國內外發展前沿與動向,密切關注隧道科學技術的發展和最新研究成果,不斷獲得新知識、新思路,以此提高自身業務素質,加深對教學內容的理解和掌握。同時,將科研最新成果融入教學,提高教學的理論起點,深化教學內容,使課程教學緊跟隧道工程學科發展步伐,促進教學水平和科研水平的共同提高[1-2]。
2. 豐富課堂教學的形式
隧道工程教學與實際工程關系緊密,隧道工程的結構形式、工法和施工工藝及各作業線的講述難以僅憑傳統板書在黑板上準確地演示和表達,而學生恰恰正缺乏這些工程實踐經驗,對隧道工程的認知較淺,因此在教學中需深化課程的感性認識與工程認識。這就要求教師充分利用現代化教學手段,運用多媒體教學“圖文并茂”的優點,輔之以工程錄像、照片、圖表、動畫等資料,精心制作電子教案,給予學生圖、文、聲、動、實等多方位的信息,加深學生對課程內容的理解與掌握。在講解典型案例時,通過錄像資料、工程圖片或實物投影,讓學生了解隧道建設施工的全過程信息,對實際工程有直觀感受,讓原本枯燥、平面的教學變得生動、立體,更利于學生理解、掌握,激發其求知欲,同時彌補教學內容多、課時少的矛盾,達到事半功倍的效果。
3.加強實踐
組織學生參加必要的認識實習和生產實踐,完成較高水平的實踐或認識報告,是目前辦學條件下理論與實踐相結合的主要途徑。隧道建設工程量大、工序多雜、周期長,短時間的實習往往只能看到工程的某個局部或某道工序,很難深入了解整個建設過程。從時間、經費及安全考慮,一次實習又難以在多個工地同時展開,因此,有些實習只能是走馬觀花,流于形式。鑒于此,通過強化實踐教學基地的建設,如依托高校“985”平臺,結合各個以實際工程為依托的科研項目,不斷與新近工程建設單位建立長期的校企合作關系,如港珠澳島隧工程國家重大科研支撐計劃、杭州建設局錢江隧道科研、廈門交通委地下軌道交通項目計劃,等等,為課程實踐培育長期且成熟的實習基地,不再是以往“走馬燈”式的實習。另外,通過實習基地的建設,可逐步建立一支優秀的師資隊伍,聘請校外企業、生產一線中經驗豐富、業務過硬的專家,指導學生實踐,保證實踐教學質量。這樣,學生的實踐能力和工程認知能力才能充分提高,實踐教學真正達到預期效果[3]。
4.聘請工程一線技術專家授課
聘請生產、施工或建設管理部門的技術負責人、專家為兼職教授,定期來校為學生授課,開設專題講座,及時給學生講述國內外隧道施工的新問題、新特點,介紹一些施工經驗及行業發展動向、最新科研成果和熱點問題等,將隧道工程技術的最新成果補充到課堂教學中,實時解答學生的一些疑惑,以拓展學生視野、增長知識、開闊思路。通過這些校外專家自身的業務專長,結合其負責的某一實際工程,開展一些實際案例教學,如隧道塌方問題、巖爆專題、突涌水災害等,以加深學生對隧道基本概念和原理的理解,進而提高實際工程問題的分析與解決能力[4-5]。
5. 加快自身特色教材建設步伐
有關隧道工程課程的教材紛繁雜多,具有見地和獨到觀點,有一定技術特色的優秀教材并不多見,因此,在某些經典隧道著作的基礎上(于學馥先生撰寫的《地下工程圍巖穩定分析》、孫鈞先生撰寫的《地下工程的設計理論與實踐》等),依靠“985”高校優秀師資團隊,逐步引入新近隧道的最新科研成果,如有限元極限分析法、地下工程破壞機理、圍巖壓力理論與設計計算方法等,加強自身特色教材的建設步伐,為培養具有技術優勢和特色的隧道工程人才奠定基礎。同時,為彌補教材不足,教學過程中應依靠輔助教材補充教學。輔助教材主要是指最新修訂的設計、施工規范。比如,隧道圍巖級別的劃分,2004 版《公路隧道設計規范》將原規范(1994版)中的“類別”修訂為“級別”,同時,將圍巖類別的質量好壞順序完全調換。
6. 課程考核形式的多元化
為考查學生對所學知識的掌握程度,課程結束后需以一定方式對每位學生考核。考慮隧道工程課程隸屬工程科學且極富應用實踐性的特點,考核不應簡單以期末試卷為單一評判形式。結合實際教學體會與經驗,筆者認為考核宜由3部分組成:(1)課堂表現和平時作業(占15%)。考查學生出勤率、聽課表現(提問與回答問題),及課后作業完成情況;(2)理論考試(占70%)。傳統的期末筆試形式仍占考核的主體。建議在試題的設計上,既考查學生對隧道基本原理與知識點的掌握,又考查其對工程實際問題的分析、解決能力;(3)實踐設計技能(占15%)。主要目的是對學生學習技能和動手能力的考查,通過設置某一隧道工程的設計任務,要求學生運用所學知識,查閱文獻資料,參考相關行業規范及技術標準,對某一工程問題作資料整理、力學分析、理論計算、報告書寫、工程出圖整個過程的綜合訓練。
三、力爭創造省級、國家級精品課程及教學科研團隊
工科學生培養的最終目的是為工程服務,為工程建設提出科學建議和技術保障,保證工程的建設及運營安全,為社會和國家建設貢獻技術力量。隧道工程建設不是科學試驗,而是生命線工程。科學試驗允許失敗,失敗了總結經驗可以從頭再來,這一過程循環往復得以成功。然而,工程建設絕對不允許重來,因為這期間可能以生命的消逝為代價。這是工程科學與科學試驗的本質區別,必須高度重視。開設隧道工程課程,目的是培養學生的高度責任感和嚴謹求實的科學態度,使學生在工程中能考慮到任一細小環節、任一可能發生因素。
廈門大學土木工程系巖土及地下工程課群組具有光榮的傳統,曾培養了巖土工程領域的老一輩名師:曾國熙先生、吳自迪先生、林幼堃先生等。1952年國家高校院系調整,廈門大學土木系先后并入浙江大學、同濟大學、福州大學等學校,為現今這些高校的土木學科發展奠定了堅實的基礎。為繼承巖土工程學科的傳統優勢,進一步開拓巖土及地下學科的發展局面,近年來,土木工程系不斷引進國內外高層次人才,目前已組建巖土工程與災害監測研究所,師資力量逐步壯大。每一位教師在各自領域內均有所建樹,承擔國家自然科學基金項目,并積極參與國家、省、市及地方科研項目和技術服務工作,正逐步成長為一支富有活力、年齡結構合理、富有創新開拓精神的教學科研隊伍。在5—10年內,廈門大學土木工程專業希望通過特色教材建設和科研項目提升多年來積淀的教學傳統,廣泛汲取和學習專業強校的經驗,打造省級乃至國家級精品課程和教學科研團隊,培養更多的優秀青年人才。
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Teaching reform of tunnel engineering course
MA Kang
(School of Architecture and Civil Engineering, Xiamen University, Xiamen 361005, P. R. China)
關鍵詞:鐵路隧道 施工 主要風險 規避措施
中圖分類號:U45 文獻標識碼:A
鐵路隧道施工具有施工環境較差、地質狀況復雜等特點,這給隧道工程的建設和運營帶來了潛在的風險。目前,對隧道及地下工程中風險的認識沒有統一,對風險與危險的區別沒有一個明確的認識。對于地下工程及隧道來說,風險是在以工程項目正常施工為目標的行動過程中,假如某項活動或客觀存在在一定程度上導致承險體系統發生各類間接或直接損失的可能性,那么就稱這個項目是存在風險的,而這項活動或客觀存在所引發的后果就成為風險事故。風險管理者只有通過一個全方位的識別、科學、合理的評判,才會使整個工程避免重大損失的發生,從真正的保證了工程的效益。
一、鐵路隧道工程施工存在的風險
鐵路隧道工程施工極其復雜,所遇到的隧道施工風險問題也是很多的,總體來講,鐵路隧道工程施工風險問題主要體現在以下幾個方面。
1、地質狀況風險
鐵路隧道工程施工對于地質狀況要求比較高,復雜的工程地質狀況,將對隧道工程施工極其不利,也是鐵路隧道工程施工中常見的問題。
2、施工過程中的風險
施工過程中的風險比較多,包括現場風險、技術風險,至施工人員的素質也影響著鐵路隧道工程施工風險。另外,施工材料的質量以及現場使用數量也在一定程度上影響著鐵路隧道工程施工風險管理。
3、施工工期風險
施工工期風險主要包括建設環境、業主、設計方、承包方的因素,成為影響鐵路隧道工程施工風險管理的重要因素。
4、投資風險
投資風險主要來自于因其經濟投資而帶來的風險,包括不可抗力風險、環境保護風險、社會政治風險、宏觀經濟變化、生產經營風險、工程完工風險以及參建方的信用風險。
5、環境風險
包括運營期和施工期的電磁、振動、固體廢棄物、噪聲、空氣污染及其水污染等對周邊環境所帶來的影響。
6、鐵路隧道工程運營風險
包括了隧道結構穩定性風險,隧道防水可的靠性風險,盾構隧道結構侵蝕環境、耐久性對隧道結構損傷風險、消防設施可靠性風險、運營通風系統的可靠性風險以及典型災害事故風險,如地震、火災等等。
二、影響鐵路隧道施工的主要風險因素
1、隧道施工風險的特點
(1) 因為隧道施工對場地周圍土體的擾動大,造成了對場地周圍環境、居民生活和建筑物的影響,除了自身的技術因素影響以外,隧道施工還不可以與外部環境發生關系,這樣就會使得隧道施工風險不僅僅是具有內部因素的多樣性,而且還具有一個鮮明的層次性;
(2) 在隧道的施工過程之中,因為試驗數據離散性比較大,其勘察報告所提供的場地性質資料又很有限以及地下情況的不可預知性,施工風險的可變性就會更加的明顯;
(3) 因為勘察設計資料非常有限,設計計算理論不完善和在隧道施工中會不可避免地發生一些突發事件等的原因,就會使得隧道施工的風險具有大量發生的必然性和發生的偶然性;
(4)因為隧道工程的水文地質、地基巖土性質的條件比較復雜,隧道施工的風險是客觀存在的。
2、隧道工程施工過程中的風險因素
2.1、水文地質條件的復雜性導致的自然風險和環境風險
工程水文地質條件是隧道設計和施工最重要的基礎資料。其復雜性主要表現在:
(1) 地層中的其他障礙物,主要包括:建筑或其他構筑物基礎、各種管線設施、廢棄構筑物、其他孤立物,如孤石或江底沉船等。
(2) 水文資料方面,主要包括:水的流向與流速、含水量、巖土的滲透性、水壓和水的沖刷、水位、水的腐蝕性、補給來源等等。
(3) 地層方面體現在乳性和變形以及各種不良地質、巖土介質在切削攪拌后的流動性、不同巖土介質材料的物理力學性質與參數、地層層次分布情況等等。2.2、建設中的機械設備、技術人員和技術方案的復雜性引起的施工風險
隧道及地下工程建設中,施工操作技術水平、機械設備、建設隊伍等對工程的建設風險都有直接的影響。因為工程施工技術方案與工藝流程復雜,且不同的工法又有不同的適用條件,貿然的采取某種設備、技術和方案勢必會產生風險。2.3.1、進度施工管理及人員素質
施工控制計劃不完善、施工控制計劃可操作性差、施工控制計劃組織機構人員不落實、施工控制信息不暢通、有效控制方法落后、管理人員素質差以及承包商和監理工程師不合作等。
2.3.2、原材料和成品半成品材料風險因素
成品、半成品和原材料質量和規格不合格;成品、半成品和原材料的品種和數量的差錯;成品、半成品和原材料的訂貨或供應不足;運輸存儲和施工損耗以及特殊材料或新材料質量的穩定性等等。
2.3.3、設備風險因素
包括機電設備安裝事故、設備安裝調試失誤、施工設備維修不當、施工設備備件短缺、刀具磨損過快以及隧道掘進機損壞等等。
2.3.4、施工現場風險因素
地質資料的安全措施不力、通訊不暢、施工用電事故、洞口滑坡、山體偏壓、洞外危崖落石、突涌水、巖溶、有毒氣體釋放(硫化氫氣體等)、瓦斯爆炸、巖爆、密封漏損、工作面塌方、不確定性等等。
2.3.5、施工技術風險因素
質量檢測技術失誤、隧道施工中初支的收斂變形超出控制、隧道軸線定位偏差、爆破控制不當、隧道施工技術問題的不確定性、現場工作不均衡系數大、施工進度不合理、施工技術與方案不合理、施工工藝的落后以及新方法新技術的應用困難或是失敗等等。
三、風險分析及風險規避措施
1、建設一支懂管理、精技術、高素質的人才隊伍是實現風險管理的智力保障
首先,應在隧道工程項目上配足各類專業技術人員。要想建設一支懂管理、精技術、高素質的人才隊伍,專業技術人員必須也只有在隧道工程項目中經受磨練,才能成才,所以專業技術人員的配備非常關鍵。其次,要賦予現場項目管理上的工程師足夠的決策處理權力。正確地判斷現場反饋的信息,果斷地采取措施,對現場管理又是那么重要。另外,不僅要加強內部管理,而且要加強與設計、監理的溝通;動態管理條件下不僅要精通專業技術,而且要熟知合同內容;一些定量的信息可能通過先進測試技術取得,但由經驗和教訓組合成的定性的信息則需要在實踐中不斷總結才能得到。
2、選擇科學、合理的施工方法,為化解風險提供有力的保證
《鐵路隧道施工規范》規定:“選擇施工方法,應以地質條件為主,結合經濟效益、機械設備情況、施工技術力量、工期要求、結構類型、斷面、隧道長度等等,綜合確定,并優先的采用噴錨構筑法。對地質變化較大的隧道,來選擇的施工方法要有較多的適應性,以便于在圍巖變化的時候就容易變換施工方法而較少地影響施工的進度。在變換施工方法的時候,應該要有其過渡的措施。”
3、采用先進測試技術,及時反饋信息,以防范風險提高信息保證
隧道工程界在長期的工程實踐中,積累了豐富的經驗,認識到“動態化設計,信息化施工”的必然性和重要性。在一些地質條件復雜或重要的隧道,監理、施工、廠商和設計、科研、學校等單位來一起開展技術的攻關,進而研制出了實用的測試儀器,開發出先進的測試技術,為隧道工程施工實施信息管理提供了技術支持,為防范風險提供一個可靠的信息保證。
總之,鐵路隧道施工具有施工環境較差、地質狀況復雜等特點,這給隧道工程的建設和運營帶來了潛在的風險。所以說,風險管理者只有通過全面的識別、合理的評判,才能使工程免受重大損失,保證工程效益。
參考文獻
關鍵詞:軟弱圍巖;隧道;臺階法;拱腳;穩定性
中圖分類號:U45文獻標識碼: A
在工程學上,軟弱圍巖是指那些巖土層強度較低、巖石之間間隙大、巖土粘接程度低、易受自然因素影響的地層。軟弱圍巖地質層在我國大部分地區均有存在,尤其是那些海拔高、山體多的地區。當前,國家為改善民生,對許多地區進行了鐵路工程改造、新建等工作。在許多地區,均需在軟弱圍巖條件下進行鐵路隧道施工,如何保證此類地質層區隧道工程的質量和使用年限,是擺在相關技術人員面前必須解決的一道難題。目前,在此類地質條件下,隧道工程的施工中,比較常用的辦法就是臺階法。本文以在軟弱圍巖地質條件下,對隧道施工階法的應用以及其中的關鍵技術拱角穩定性的控制進行分析,防止其變形,希望能對提高此類地質條件下鐵路隧道工程施工質量有一定幫助。
一、隧道施工中的臺階法
當前,由于土地資源供應問題、道路坡度設計、行車安全問題、生態環境保護、防空安全等多方面因素共同影響,我國的隧道工程正被大量建設。在鐵路隧道工程的施工中,方法種類較多,但是對于某種類型的地質,綜合考慮分析后,其隧道建設方法還比較單一,如在軟弱圍巖鐵路隧道的施工中,均是使用臺階法進行施工。臺階法包含三臺階七步法和大拱角臺階法、臺階法加臨時仰拱(或橫撐),三臺階七步法的基本模式是以弧形導坑開挖,留核心土,將整個隧道分成上、中、下三個臺階共七個開挖面的方式進行施工。大拱角臺階法是大拱月預留核心土臺階法,施工時,不同的開挖面能同時開挖、支護,采用初期支護方式成為一個整體,增加支護的強度和作用。三臺階七步法一般不適用于三級及以下的軟弱圍巖鐵路隧道施工,大拱角臺階施工法適用于各種級別的軟弱圍巖鐵路隧道施工。
二、軟弱圍巖隧道中拱腳變形特征分析
軟弱圍巖隧道特殊的地質情況決定相關人員必須對其施工技術有充分的了解,對施工過程中可能產生的影響進行詳細的分析,制定各種方案予以應對。在軟弱圍巖隧道的施工中,最重要的就是拱腳的穩定性,此處對隧道拱腳的變形特征進行分析,方便后續施工中對拱腳的穩定性進行研究并對相關控制技術進行淺析。
筆者作為一名鐵路隧道建設的參與人員,經過長時間觀察與分析,發現在采用拱角臺階法進行隧道工程的施工時,隨著上臺階的長度的不斷增長,隧道周邊拱腳的變形程度絕大多數情況下會跟著變大,少數情況會出現變形程度減小現象。經過尋求專業人員的幫助,對相關情況進一步專業的實驗與分析,筆者發現軟弱圍巖鐵路隧道臺階法施工中,拱腳的變形是由于拱角發生了水平收斂變形和豎向變形。因此在施工中,需要采取一定的方法來控制變形,例如可以采取選擇適宜長度的臺階來進行施工,確保拱腳的穩定。
三、臺階法施工中拱腳穩定性影響因素分析
臺階法施工中,拱腳穩定性的主要影響因素是豎向變形,即是由于沉降引起。拱腳沉降發生的原因主要有如下幾點:
(一) 掌子面擠出效應引發上半斷面整體下沉
在具體的軟弱圍巖隧道拱角臺階法施工中,上半斷面整體下沉主要是由于掌子面擠出效應引發。對軟弱圍巖進行物理學分類,可以將其分為四和五兩個等級。在四級圍巖的隧道施工中,上、下掌子面的擠出變形沒有五級圍巖中那么嚴重,但是,在四級圍巖隧道的施工中,若不計圍巖體的變形影響,上半斷面拱頂會因為受到強烈的縱向擠出變形而出現整體下沉,若是在五級圍巖中,此種現象會更嚴重。
(二)上臺階基底承載剛度達不到要求,引起支護拱腳沉降
目前,在我國的圍巖隧道施工中,常采用的施工辦法是隨挖隨支。在軟弱圍巖的隧道施工中,更是嚴格按照這樣的方法進行施工,隧道的上半斷面支護后,由于圍巖壓力作用和支護結構自身重力影響,支護結構將會下沉,隨著開挖施工的繼續,支護結構的向下位移分量逐步加大,導致整個拱腳圍巖起到的作用不斷變小,當上臺階拱腳處的地基承載作用無法滿足圍巖壓力作用和支護結構自身重力作用時,拱腳將會發生顯著的拱腳下沉。
(三)隧道施工中的技術水平問題造成拱腳下沉
在軟弱圍巖隧道的施工中,施工過程的技術水平直接決定著工程的質量,施工工藝和施工質量不達標、不嚴格將會造成嚴重的拱腳下沉。施工環節是從如下幾個方面作用,造成拱腳下沉的。
1、鎖腳錨桿的施工過程沒有嚴格按照工藝要求進行,施工質量沒有進行嚴格控制。
2、上臺階拱腳部的積水沒有清除干凈,造成拱腳下部的基座軟化。
3、支護節點處的質量不合格,引起支護作用下降。
上述幾個因素對拱腳下沉影響已經在以往隧道工程中得到證明,因此,在軟弱圍巖隧道的施工過程中,必須重視施工的技術水平對拱腳下沉的影響,相關方面積極完善施工標準與施工方案,對施工過程進行嚴格管理,對施工質量進行嚴格控制,防止拱腳下沉,從而達到建設高質量的隧道工程的目的。
四、軟弱圍巖隧道臺階法施工中拱腳穩定性控制技術
隧道工程的特點決定了此類工程一旦質量問題把控不嚴格,出現隧道拱腳下沉,將會使整個隧道的安全性面臨嚴重的威脅,一旦出現隧道垮塌等事故,對人民群眾生命財產安全造成無法估量的損害,即使出現問題進行維修,相關維修過程也會十分復雜,耗費的資金數目也很大。因此,在軟弱圍巖隧道臺階法施工中,一定要不斷完善施工工藝,提高工藝水平,確保整個隧道工程中拱腳的穩定性得到保證。在具體的拱腳穩定性控制技術中,可以采取對隧道受力情況進行仔細分析,在相關節點上設置鎖腳錨管以提升穩定性;拱腳圍巖處采取補強或者是注漿,提升拱腳圍巖處的強度,減輕拱腳的承力,減少變形;研究拱腳支護新技術,并對實際應用效果進行認真仔細研究,爭取能早日應用于實際施工中,提升拱腳穩定性。
總結:
軟弱圍巖的地質條件,決定了隧道工程施工的復雜性。在此類圍巖條件下,采用臺階法開挖隧道進行施工,對拱腳變形問題必須十分重視,應采取有效的控制技術解決拱腳的水平收斂變形和豎向變形,保證拱腳的穩定,確保整個隧道工程的質量,服務廣大人民群眾,為我國鐵路隧道工程施工技術水平的提升做出貢獻。
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關鍵詞:鐵路工程;隧道;施工質量管理
中圖分類號: TU71 文獻標識碼: A
引言
鐵路隧道施工的工程量比較大,所以在鐵路隧道工程中應該制定完善的質量控制措施,保證施工安全和工程質量。同時因為鐵路隧道工程具有復雜性、多變性的特點,因此施工單位應該綜合分析各項影響因素,從而確定合理的施工方案,最大限度的減少安全隱患,確保鐵路隧道工程可以順利完工。
1、隧道工程施工管理特點分析
隧道工程施工作業在地下環境中開展,特殊的施工環境決定了隧道工程施工作業實施期間所面臨的技術難度。以下是隧道工程施工管理作業實施期間存在以下幾個方面的特點:
1)隧道工程施工管理具有連續穩定的特點
隧道工程作為一種典型的線性工程項目作業類型基本處于固定狀態,工程數量分布有一定的均勻性這也就是說在工程項目施工期間有條件組織布置專業性、流水性的施工作業。且隧道施工在洞內開展,較少受到外部氣候條件的影響施工開展比較穩定。
2)隧道工程施工管理具有應變的特點
由于隧道工程施工過程當中涉及到的穿越地層的問題導致工程地質條件復雜度高,前期勘察階段難以完全明確穿越地層的地質條件,故而施工方法需要根據現場施工條件做出靈活的調整與優化。
3)隧道工程施工管理具有干擾的特點:隧道工程工作面比較狹小廠般僅設置有進口段、出口段兩個工作面,由此使得各個施工工序相互之間存在明顯的干擾問題濡要施工管理在組織上密切配合,及時消除工序相互之間的不良影響保障施工安全、穩定。
2、鐵路工程隧道施工難點
鐵路工程隧道施工是一類結構較為特殊的工程,其施工難度大,受環境因素、地質因素影響大,而工程難點具體表現在以下幾個方面:
1)隧道工程通常建在已經存在了極長時間的應力場介質當中,一旦進行施工,必然會對應力場造成破壞,而原有的應力場被破壞之后,如果不采取妥當的措施,極容易引發塌陷等問題的出現;
2)因為鐵路工程隧道施工是一種以類比為主要技術手段,相關計算僅僅作為參考的工程,因此工程施工過程中,易出現一些突況,工程與其他一些工程相比,不可預見性更強,因此在進行施工過程中,一定要進行嚴格監控,以及時作出動態調整;
3)因為隧道內部結構受到開挖方式、支護結構所具備的剛度、支護時間等因素的影響,尤其是在對山體較為復雜,且山體結構受力不均勻的地段工程施工難度更大;
4)因為工程施工空間狹小,這使得工程各工序極易互相造成影響,導致施工環境惡化,如施工現場溫度高、空氣質量差、噪聲大以及可見度低等,這使得工作人員情緒低落,長期處在這種環境下非常不利于工作人員的健康;
6)安全管理體系不能很好運作。建設單位在監督檢查方面存在懈怠,不能很好落實生產責任制,所以,不可能充分發揮安全生產管理體系功能。監理方在安全自控與監控上并無完善體系,風險評估機制并不健全,對風險源頭不能嚴格管理。施工方忽視了安全部位的重點檢查,未及時排除安全隱患。設計單位與施工單位未全面溝通,技術交底不徹底。
3、鐵路工程隧道施工質量管控措施
3.1、切實做好工地實驗室質檢工作
3.1.1、鐵路隧道工程施工中工地試驗室應該發揮的作用施工單位自檢的一個重要部門就是工地實驗室,其是工程質量管理過程中的一個重點環節,首先試驗室要根據一定的標準進行建設,其次試驗儀器必須齊全,試驗人員必須綜合素質高,要具備較強的認真精神和工作責任心。對于施工過程中是否合乎規范,要通過數據來進行驗證,對于其中不合格的施工資料,堅決給予取締,不能擅自進行修改。最后試驗室的質檢過程一定要合乎規范、規定,最終做到對工程全過程進行超前質量控制。
3.1.2、隧道工程混凝土施工在工地試驗室的檢測鐵路工程隧道施工中混凝土施工是整個建設的重中之重,其是影響工程質量的重點因素,所以為了保證完成優質工程,在混凝土的檢測中實驗室必須要做好。具體應該做到以下幾點:1)對混凝土使用原材料進廠做嚴格把關檢驗;2)使用科學的方法對混凝土的拌合物性能進行抽檢,密切關注混凝土具體工藝執行情況;3)除了對過去的一些檢驗項目(如混凝土強度、混凝土使用的鋼材性能等)做檢測外,還要對混凝土的抗凍融性能、抗筋性、抗滲性等耐久性等做檢查;4)對混凝土密實度及強度進行測試;5)做好預應力瞬時損失測試,及時對預應力數值進行動態調整。
3.2、建立健全質量管理制度
健全的管理制度是質量管理體系的重要組成部分,是質量管理工作的依據。管理制度的制定要根據施工特點,并充分考慮管理和作業人員素質、環境等方面因素,確保所制定的質量管理制度有針對性、完整性、可行性。
項目部開工初期就制定了《質量管理實施細則》、《質量計劃》等質量管理制度,完善了質量管理體系,并根據隧道施工的特點,結合項目的實際情況,具體建立了隧道施工崗位責任制度、工程檢查驗收制度、質量例會制度、工程月度考核制度等,明確管理人員的職責、規范驗收程序、加大獎罰力度,使各項工作都能認真落實。
3.3、加強原材料的質量控制
材料是構成工程實體的基礎,其質量是否符合設計及標準的要求,將直接影響到整個工程的質量和結構安全。
為了保證產品所需的各種材料質量符合要求,原材料采購前必須進行供方評價選擇,以保證供貨方具有滿足采購方質量要求的能力,并能長期穩定地供應材料。并經常對供方進行評價,以便掌握供方的質量動態和市場行情。
采購的原材料規格、型號等必須滿足設計和技術規范以及業主的要求,進場前需檢驗原材料的合格證或質量證明書,進場后由試驗室按規范進行取樣檢驗,合格后方可投入使用。檢驗不合格時,須按不合格原材料處理。
3.4、做好重、難點工序的質量控制
重點工序指對施工質量有重要影響、與施工質量密切相關或在工藝上有嚴格要求、對下道工序的活動有重要影響等工序或過程;難點工序指采用新技術、新工藝或在以往施工中容易出現質量通病施工質量難于控制等工序或過程。對重、難點工序的控制,除了進行常規監視、測量外,施工前還需對過程能力(包括人員、設備、材料、特定的施工方法和程序等)進行確認,確認這些過程有能力達到預期結果后方可施工。
做好重、難點工序的質量控制是整個工程質量控制的關鍵,在隧道工程施工前期由總工組織技術部識別項目的重、難點工序為防水施工、隧道風機段2襯施工、管棚施工、超前支護管施工,并編制了重點工序專項施工方案,在施工過程中進行重點控制。
3.5、加強施工人員安全管理
由項目部統一展開安全管理工作,根據各個階段、各個環節工藝技術的實施要點,制定確保施工安全的技術方案,同時預測各種可能出現的危險點以及突發事件,制定相應的應急預案與處理機制。同時要求全體參與隧道工程項目建設的工作人員定期進行安全知識方面的培訓工作交班同時做好安全技術交底工作。要求全體參與隧道工程項目建設的工作人員定期進行安全知識方面的培訓工作交班同時做好安全技術交底工作。
結束語
隨著社會的發展,鐵路事業得到很大的發展,并廣泛地應用了隧道施工建設,所以我們必須要重視鐵路隧道施工質量,從各個方面進行控制和管理,確保人們的安全,促進經濟的發展。
參考文獻
[1]李彥春.鐵路工程施工質量管理與控制措施[J].甘肅科技,2013,23:138-140.
關鍵詞:隧道勘測;圍巖穩定性;水文地質;
中圖分類號:F407.1 文獻標識碼:A 文章編號:
引言
在工程地質勘查以及建筑設計施工過程中,人們往往會忽視水文地質條件對工程的影響,但是它確是影響工程質量的一項重要因素。由于巖土體的一項重要組成部分就是地下水,地下水直接決定著它的工程特性,而巖土體又是整個工程的基礎部分,所以,水文地質條件接影響著隧道工程的質量。
1、 隧道水文地質勘探重點
通常在隧道地質勘查中,往往缺少必要的對水文地質條件的勘查結果,更談不上根據工程對水文地質進行評價的過程,正是因為這一過程的缺失導致很多地方都發生了因為水文地質原因而造成的建筑工程下沉、開裂等質量問題。在總結以往經驗的基礎上,在以后的隧道勘察中應該從以下幾個方面對水文地質進行評價。
(1) 對地下水進行評價,得到其對巖土層和工程的影響,并對可能帶來的危害進行估計,找到相應的預防方法。
(2) 盡量詳細的了解水文地質資料,并根據工程地基的需要結合水文地質資料做好地基類型的選取工作。
(3) 充分了解地下水文特征,結合工程施工方式方法,分析可能對水文地質造成的影響,進一步分析水文改變對工程的影響。
(4) 從工程施工角度出發,在不同的條件下,地下水可能對工程造成的影響和作用,需要重點進行評價的一些水文地質問題。
2、水文地質對隧道勘測的重要性
含水量的大小對圍巖穩定性的影響很大,這也就增加了隧道施工的難度。含水量過大可使巖質軟化,使軟巖山體松弛、降低強度;促使圍巖中軟弱夾層泥化;減少層間阻力,易于造成巖體滑動;使某些巖類溶解和膨脹,使山體出現附加應力;當出現大量涌水時,將產生動水壓力,出現流沙及滲透壓力。枯水可能影響隧道上方和使四周的井和泉干涸,造成巖體內部含水量不均勻而導致應力重分布,這樣對隧道整體穩定性造成不良影響。
某些水底隧道或是海底隧道在水文地質方面將會遇到更大的難題。河床、海床在受到長年累月的浸泡后地質發生了巨大的變化,勘測人員很難直接進行水文地質勘測,往往都是采用以往的資料或是依靠經驗來進行設計。這種類型的隧道對水文地質資料的要求更細致,更全面。地下水對隧道的穩定性影響很大,主要是從以下幾個方面:
2.2.1 地下水升降變化引起的隧道工程危害
(1)由于水位上升引起的隧道工程危害
水位的上升通常情況下是由于很多原因造成的,在眾多的原因中地質因素是一項主要的影響因素,如地下水文結構、巖土構造,此外地區性降雨、人為灌溉等因素也會對其造成影響。 水位的上升可能會使土壤沼澤化,鹽分含量升高從而使得水體的腐蝕性增大,對工程的施工以及質量有著重要的影響,此外還可能帶來一些滑坡、崩塌等現象。水位上升還會使得巖土體的結構造成破壞,從而可能產生流砂、管涌等現象。
(2) 由于地下水位下降引起的隧道工程危害
造成地下水位降低的因素也是多種多樣,較為常見的是由于人為的因素造成,比方說地下水的過度開采、河流筑壩等人為因素,造成地下水的大量缺失,而這也會使得工程產生地裂、地面下沉等現象影響工程質量,地下水的過度開采還會給環境帶來一定的影響,對人們的正常居住以及原有建筑物的穩定帶來影響。
(3) 地下水頻繁升降對隧道工程造成的危害
地下水的升降變化能引起膨脹性巖土產生不均勻的脹縮變形,當地下水升降頻繁時,不僅使巖上的膨脹收縮變形往復,而且會導致巖土的膨脹收縮幅度不斷加大,進而形成地裂引起建筑物特別是輕型建筑物的破壞。地下水升降變動帶內由于地下水的積極交替,會將土層中的膠結物中的鐵、鋁等成分淋失,由于土層失去了膠結物,這就會使得土質變得較為松動。由于含水量的孔隙比逐漸增大,就會造成壓縮的模量和承載力逐漸降低,這就會給隧道工程在處理和選擇上帶來極大的麻煩。
2.2.2 地下水動壓力作用引起隧道工程危害
由于地下水在天然的情況下,動水壓力的作用較為薄弱,在一般情況下基本是不會造成什么危害的。但是如果在人為的狀態下進行工程活動,就會改變了地下水的天然動力平衡條件,在一些較為嚴重的移動動水壓力作用下,就會引起嚴重的隧道工程危害,例如流砂、管涌、基坑突涌等。總之,水文地質工作在建筑物持力層選擇、基礎設計、工程地質災害防治等方面都起著重要的作用,隨著工程勘察的發展,其必將受到越來越廣泛的重視,切實做好水文地質工作將對勘察水平的提高起著極大的推動作用。
2.2.3 水文地質變化對生態環境的影響
隧道和礦山坑道等長期大量涌水或大量排放地下水,造成工程地區含水層被疏干,是生態環境惡化,主要表現為:地表水枯竭、生活、工農業用水缺失、地表沉降、土壤沙化、建筑物受到損害。而且對工程造成的危害主要表現為:對襯砌結構、上部結構的腐蝕、沖蝕;長期浸泡引起的道路翻漿;拱部嚴重漏水對隧道內部設施的損壞等等。
一旦隧道水文地質調查疏忽或是缺少細節,在隧道施工階段就會遇到各種各樣的問題,很多突發的涌水、漏水不僅增加的建設成本,而且大大降低了施工安全性。若是在水底隧道出現漏水現象,嚴重的會造成巨額的經濟損失和人員傷亡。每年花費在防排水修復,養護方面的資金巨大,有的隧道甚至因為水文條件過于惡劣而在運營之后幾年便停止運營了,所以從上述可以得到水文地質對于隧道勘測設計重要性很大。
結語
水文地質工作在建筑物持力層選擇、基礎設計、工程地質災害防治等方面都起著重要的作用,隨著工程勘察的發展,其必將受到越來越廣泛的重視,切實做好水文地質工作將對勘察水平的提高起著極大的推動作用。隧道工程對環境水文地質條件及周圍的生態環境會帶來程度不同的影響。因此,我們認為,今后在新建隧道等地下工程時要認真開展隧道水文地質環境變化規律及其對生態環境影響的評估這一重要工作。
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[3] 楊忠摧.《環晚水文地質學》原子能出版社,1990.12.
【關鍵詞】隧道工程測量 實訓 實踐教學 模擬實訓
【中圖分類號】G642 【文獻標識碼】A 【文章編號】1674-4810(2013)25-0056-02
隧道工程測量是工程測量的重要組成部分,更是隧道工程施工的一門專業核心課程。隧道工程測量的教學目標是培養學生具有隧道工程測量的專業能力和專業素質,使學生能勝任隧道工程測量的專業工作。因此,在課程項目的編排過程中,應按照隧道施工建設的實際工作情境,突出課程的實踐能力。通過課程中的模擬實訓教學,使學生掌握隧道施工測量的每個項目的具體操作過程,以此加深對相關理論知識的理解。
隧道工程測量實訓根據課程的安排有幾種不同的形式:(1)按照實訓安排在校內建立固定實訓場地,這種真實性比較強,同時會收到非常好的效果,但同時也會受到實訓經費等條件限制,實施起來難度很大;(2)把所進行的實訓內容與施工單位所進行的工程項目相結合進行實訓,這種方法能真實地反映每一個實訓要求的過程,同時能為施工企業單位提供勞動服務,學生也能得到真正的鍛煉,是一種效果很好的方式,但其弊端是實訓內容與實訓時間不一定與工程施工過程相符,而且由于隧道工程測量的特殊性,聯系測量需要長時間占用井筒,地下導線測量又需要在巷道中進行,影響施工的正常進行。同時,工地容納的學生數量有限,指導老師的數量也有限,無法保證所有學生的正常實訓。綜上所述,在校內建立一個實訓場地,模擬現場環境進行教學,根據教學大綱和實訓大綱設計實訓項目,可以節省大量的人力、物力,具有很強的針對性,實訓效果良好。
一 聯系三角形一井定向的實訓
聯系三角形法一般適合于井口小、深度大的豎井進行聯系測量。雖然其作業工作量較大,但因其精度穩定,國內很多單位仍在使用該法,在城市軌道交通聯系測量工作中該法也得到了廣泛應用。井上、井下聯系三角形應滿足下列要求:(1)豎井中懸掛鋼絲間的距離c應盡可能長;(2)聯系三角形銳角γ、γ',一般應小于1°,呈直伸三角形;(3)a/c及a'/c比值,一般應小于1.5,a為近井點至懸掛鋼絲的最短距離。
校內A座與B、C座樓之間的一個露天的長廊,寬10米,高7米,長60米。根據以上要求,我們將支架與過廊成45度左右架設,使圖中的O1O2距離盡量的加長,在兩端分別懸掛鋼絲,并連接重錘浸沒在地面上的水中。在B座和A座的大廳內各設置一個控制點A點和B點。這樣就建立了一個圖1所示的聯系三角形。
二 模擬兩井幾何定向
兩井定向是指通過兩個豎井向地下投測控制點,在地下通過無定向導線連接所投測的控制點的定向方法,是地鐵工程定向測量中一種常用的方法。地鐵隧道在采用暗挖法施工時,為了加快施工進度,區間中部經常設置施工豎井,一旦該豎井和相鄰豎井或車站貫通,就可以進行兩井定向,以兩井定向成果指導剩余的隧道掘進。采用兩井定向聯系測量時,兩鋼絲間距離應大于60m,特殊情況不得小于30m。在施工過程中利用地面上的精密導線點,按同等精度導線測定近井點坐標,進行兩井定向的測量。
在我們的模擬實訓中,把過廊的南北二端模擬為兩個不通視的豎井,按規范要求在A、B座樓內選擇近井點,把連廊的一層看作井下隧道,按規程要求選擇井下起算點,在連廊的兩端安裝支架,按規范要求下放鋼絲,模擬的井上、井下聯系場景,學生獨立完成地下無定向導線的測量和計算,這樣就完成了兩井定向實訓。通過這個項目的實訓,解決了學生不能到施工單位現場實訓的難題,達到了按課程標準要求的聯系測量實踐教學的目的。
三 模擬豎井高程導入
在模擬兩井幾何定向的同時,學習利用鋼尺或鋼絲導入標高的方法。聯系高程測量的主要內容是將地面的高程系統傳入井下的高程起算點上。懸掛經檢定合格鋼尺,在連廊上選好掛鋼尺的固定位置安裝支架,將鋼尺系好,在鋼尺的下
端掛上鋼尺在檢定時的標準拉力的重物,樓上和樓下各安置一臺水準儀,同時讀取在鋼尺上的讀數(如圖3所示)。這樣,學生在老師的指導下,就可以完成高程聯系測量這個項目的實訓。
四 結論
利用連廊模擬隧道工程測量實訓的進行,還可以進行很多的實訓項目。整個過程很好地模擬了隧道工程測量各個項目的過程,同時由于在課間學生上、下課的人流模擬隧道施工過程中的人、車混合的環境,增加了實訓過程的難度,培養了學生應對復雜現場的經驗。各個項目在實訓過程中模擬真實、有著較強的針對性,有利于實踐教學的規范化;隧道工程測量的實訓在校內進行,節省了實踐教學的經費,提高了實踐教學效率,培養了學生動手能力,從而提高了實踐教學質量,同時也促進了教師向“雙師型”教師的成長。
參考文獻
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