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探索隧道衬砌技术在水利工程中的应用

时间:2017-06-19来源:海达范文网

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水利工程是利用水来为人类服务,还要防止水对人类造成灾害的工程。水利工程为民增收,是强民富农的农业基础设施建设事业之一,从古代开始就深受群众的拥护,也是群众期盼的民生工程。水利工程中不乏隧道的建设,在水利工程隧道建设中,衬砌技术得到了广泛运用。
1 隧道衬砌技术
隧道衬砌是指防止水利工程隧道建设中围岩变形或者塌落,顺着隧道洞的周边用钢筋混凝土等建设材料建设的永久性的支撑结构。简单说来就是内衬,常见的就是用砌块衬砌,也可以用预应力高的混凝土衬砌。复合式衬砌是初期支护、二次衬砌加中间的防水板组成,是新奥法的主要支护形式。整体式衬砌是单独的混凝土衬砌,以前矿山法多采用此形式,现在多运用于明洞等衬砌。也可以理解成复合式衬砌形式上比整体式的多初期支护和防水板。但是初期支护是新奥法的主要体现。隧道二次衬砌的必要性:没有二衬的隧道就像个山洞,而且二衬可以阻水、安装照明、通风设备、美化洞身,还可以防止碎石、土块掉下来。施工完毕初期支护后,在施工二次衬砌前需要铺设一层防水层,防水层一般由防水板+土工布构成。紧贴初期支护面铺设土工布,然后在土工布外侧挂设防水板。防水板再外侧就是二次衬砌了。隧道施工中复合衬砌和二次衬砌是有所区别的,复合衬砌是指初期支护+防水层+二衬衬砌,也就是说二次衬砌是复合衬砌的一部分。
仰拱和填充在结构上属于衬砌,但一般只称呼它为仰拱,计量上仰拱上的钢筋是属于衬砌。隧道明洞工程中先墙后拱或先拱后墙中的拱和墙分别指的是墙为隧道两侧的部分,拱为顶上部分,一般为圆弧形。隧道衬砌施工时严禁先拱后墙施工,墙是基础,拱是顶部,先墙后拱是基础可靠,先拱后墙没有办法保证拱顶的沉降在控制范围内。先拱后墙的施工方法非常复杂,对支撑座要求应该也很高。
隧道衬砌注意要预留变形量,因为隧道开挖后应力释放后会产生一定的内移量,会侵隧道净空。浇筑衬砌混凝土时模板台车放大5cm或台车模板标高提高5cm,防止浇筑混凝土后在压力作用下发生变形侵限隧道净空。相当于桥梁现浇梁混凝土时先对模板的预压载,要保证初支变形后不影响二衬厚度。
隧道全环封闭是指初支的时候,拱架或者格栅要全换封闭、受力,保证隧道变形小;二衬的时候,先施作仰拱然后填充,仰拱和二衬封闭成环,全封闭衬砌是带有仰拱的,也就是说隧道衬砌封闭成一个环状的,这样的受压结构在受力上是比较好的。
2 隧道衬砌技术应用条件
水利隧洞施工是非常复杂的建设工程,其具体内容包括隧洞施工组织设计、隧洞施工测量控制、隧洞开挖的技术要求等。是否应用隧道衬砌技术适用条件应该还是根据围岩好坏来判断的,四五级围岩是肯定要衬砌的,三级以下的如果没有防水要求,可以不衬砌隧道,不衬砌的话有可能导致围岩变形及塌方。水利工程隧道施工基本都是在隧洞贯通后进行衬砌。当然并不是所有的水工隧洞都需要衬砌,需要水流形式、水压、地质情况、工程造价等综合考虑。
隧道监控量测的必测项目是洞内、外观察;衬砌前净空变化;拱顶下沉;地表下沉;二次衬砌后净空变化;沉降缝两侧底板不均匀沉降;洞口段与路基过渡段不均匀观测。
隧道的二次衬砌以前要满足初期支护基本稳定,每天监控量测数据达到零点几毫米,现在的有些设计二次衬砌是参与受力的,要求跟进到距掌子面100、50,更有的30、20都有,那样的情况就不用考虑了,要不就停止掌子面施工。看变化速率或者累计量,沉降、收敛速率趋近于零;累计沉降、收敛量达到一定值不再增加或者增加速率很小的时候,也就是说围岩趋于稳定。
3 隧道衬砌技术的应用
水利工程中设置水工隧洞的作用是引水、泄水、泄洪、导流、施工、检修。隧道施工要尽快形成封闭支护结构,隧道施工其实就是利用了围岩的拱桥效应,封闭成环的对围岩起到支撑作用。环形结构的受力变形也可以看出,上部下压,下部上抬,两边只能向外突,但是两边也是围岩是不是又阻碍了其变形。隧道竖向荷载和横向荷载比较大,不稳定,由于隧道实行的暗开挖。周围的土体基本是自行支撑或者是人工加固支撑。为保证工程质量人身安全,缓解隧道上方土体安全及稳定性,故开挖后及时地进行封闭支护是对土体的加强性措施,所以要求尽快封闭成环主要是保护围岩的稳定作用的。隧道衬砌采用木模支撑,隧道掌子面开挖、出渣后,要进行初级支护,先打系统锚杆,再使用工字钢或钢筋制成钢架,安装在隧道断面轮廓作支撑,然后喷混凝土(围岩较差时挂钢筋网,再喷纤维混凝土)。小导管或大、中管棚是超前支护,用于围岩破碎地段或进、出洞,当然要注浆,不注浆失去了施工的意义。隧道二衬混凝土浇筑,模板使用的是按隧道设计尺寸、形状定做的,用工字钢焊成骨架,再焊钢板制成,称为“二衬台车”(液压千斤顶升降、安装钢轮在钢轨上移动),一般为长度为9~12m,混凝土浇筑时使用泵送混凝土。水利隧道衬砌技术进程是缓慢的,除了水利隧道衬砌技术本身就是专业性非常强的一门技术,它本身也是需要靠人来设计、操作及运行的。完善水利隧道衬砌技术体系可以提供关于一定时期内其设计、建设、运行等各个的可靠资料。利用这一资料,操作者可以直观地了解工程状况,寻找不足,分清责任,从而做出决策。水利隧道衬砌技术应用过程中应实事求是,同样的工程,施工方案不同,就要来仔细讨论哪一个方案更加合理,更易操作,这在施工设计里就应有具体、详细的体现。建立健全水利隧道衬砌技术的各项安全施工管理制度、规程、标准(执行国家统一规范要求),同时再根据操作当中的实际情况、易发生的危险及问题,采取相应的安全技术措施进行防范;确保方案安全运行,这个措施应从安全管理、技术监督、人员操作、设备运行情况、安全防护等方面入手。
加强水利工程建设,它可以有力地解决中国多方面问题,但在初始设计及建设中,关于隧道建设中涉及到的衬砌技术产生的种种影响,把这些预期会产生对人类生活有重大影响的影响考虑进设计施工建设方案中,如果只注重经济效益,会对水利工程有效利用带来负面影响,如果现在不解决好这些影响,等事态恶化,无法控制的时候才警醒,就要花费更大的代价来控制这个困局。
第一,衬砌技术应用从管理层来看,有的领导就不太重视,领导不重视,施工人员也就马马虎虎,保守地停留在原地的衬砌技术久久难以与世界技术保持挂钩水平。一直让目前的水利隧道应用衬砌的技术处于保守的旧技术层面上,难以让建设发挥出新的水平,甚至让水利建设从最初的设计、施工、验收整个流程看起来是一团乱。
第二,在建设工程过程中专业工作人员管理问题,管理人员的政治思想素质处于主导和说明地位,没有良好的政治思想素质,即使有再高的专业才能和组织才能,也难于发挥出来,由于监理部门工作人员不多,特别是在建设基层更加突出,加之管理上的松散,存在管理不规范、不到位,往往得不到高效率高水准的结果,甚至在基础建设中上往往基于节约成本的考虑,工作人员一般素质不高又身兼数职,缺乏专业知识和技能,造成应用衬砌技术操作的隧道工程质量成为了一个令人担忧的环节。比如在隧道施工过程中施工人员凭主观断定不做超前支护,减少锚杆的使用数量和长度,因围岩还不错,在施工设计中是有42无缝钢管做超前支护的,施工都一半了可一根也没有打,而且在施工过程中锚杆的使用数量也比较少,而且长度大幅减小了,比如4米减到3米,减到2米再减到1米。严重忽视了超前支护以及锚杆的施工。当雨水到来或者其他原因如井水造成支撑区域含水量增加时,减少锚杆数量和长度,造成锚索拉力减少,极有可能在雨水或者井水渗漏等情况下发生塌陷。
第三,安全意识淡薄,也是建设中面临的比较突出的问题。在建设过程中,现场的工作状况是复杂的,安全方面的问题既有客观的原因,也有主观的原因,而且不同的事故形成的具体原因也不尽相同。操作人员对隧道建设过程中的需要运用多方面的衬砌技术安全意识客观性的认识不足。在现实工作中,许多操作人员甚至管理人员都缺乏安全意识。对一些标准化操作,规范化要求常常以经验取而代之,这往往就深藏着安全隐患。特别是新进入这个行业的如果没有经验丰富的施工建造管理人员往往会因为方案的失误和配套设施的不完善导致安全事故的发生率增加。比如隧道初期支护和边墙不密切或有空洞的危害,最怕的是回头弹,初支做好之后继续向前开挖,如果拱顶存在空洞,上方围岩松动,有较大岩石掉落可能压毁初支直接导致塌方。其实做隧道最重要的就是防止塌方,所以规范都是要求严格控制超欠挖的,超挖产生空洞,要求注浆处理。
4 结语
就我国现阶段而言,总的来说水利隧道衬砌技术的应用还是很广泛的,属于主流应用技术。现在虽然水利建设各方面技术发展飞快,行情也不错,但是面临着激烈的竞争,意味着水利隧道衬砌技术仍需要不断提高技术,不断更新,这样才能不被社会不断繁衍出来的新技术所淘汰,发现问题,解决问题,这是向新技术不断更新、不断前进的主题方向。