我国长大隧道施工发展趋势探讨

邓 勇

(中铁十八局集团有限公司隧道工程公司 天津 300222)

摘 要 随着我国铁路、公路、水利等基础设施建设的加快,长大隧道(洞)的数量越来越多。对长大隧道施工的发展趋势进行了展望,提出需从八个方面予以重视和研究,包括提高机械化水平、减少辅助坑道改变长隧短打、推广T B M法、二次衬砌跟进及TB M掘进与二衬同步施工技术研究、恶劣地质条件下安全快速施工技术、超前地质预报及围岩监测、重视环境保护与水土保持、重视信息化管理的应用,以此来推动我国长大隧道施工技术的更大进步。关键词 长大隧道 隧道施工 发展趋势 TB M 同步衬砌

中图分类号 U455.1 文献标识码 B 文章编号 10094539(2009)11007204

D iscussion of Develop m ent T rend of Long Tunnel Construction in China

D e ng Yo ng

(Ch i na Rail w ay18th Bureau Group Co.Ltd.,T i an ji n300222,Ch i n a)

Abstrac t W it h t he deve lop m ent o f Chi na s ra il w ay,hi ghway,w ater conse rvancy and o t her i nfrastructure constructi on ac ce lera ted,g rew up i n the tunne l(ho le)i n the gro w i ng nu mber o f tunne l construction on the develop m ent trend o f g row i ng up w ere prospects from the e i ght areas t hat require atten tion and st udies,i nc l udi ng ra isi ng t he level of m echanization,t o reduce the aux ili ary tunnel to change the l ong tunne l bunt to pro m ote the TB M m ethod,seconda ry li n i ng to fo llo w up and T B M bor i ng li n i ng w ith t wo si m u ltaneous construction techno l ogy,i n poor geo l og ical cond iti ons,safe and fast constructi on techno log ies,geo log i ca l pred icti on and its surrounding rock m on itor i ng,a ttach i m portance to env ironmenta l protec ti on and so il conservati on,emphasis on i n f o r m ati on m anage m ent appli cations,i n o rder to pro m ote t he tunne l constructi on techno logy s'greater progress i n our country.

K ey word s l ong tunne;l tunnel construc ti on;deve l op m ent trends;TB M;si m u ltaneous l y li ning

1 我国隧道施工方法发展概略

隧道修建技术是涵盖多种专业、交叉性很强的综合技术。隧道施工方法的选择主要依据工程地质和水文地质条件,并结合隧道断面尺寸、长度、衬砌类型、隧道的使用功能和施工技术水平等因素综合考虑研究确定。我国隧道修建技术的发展,大体上可划分为3个时期:

第一阶段!!!基本是人力开挖、利用锤、钎、镐等作为工具,手工操作、技术落后的时期。工人劳动强度大,效率很低,无法修建长大隧道,应对地质灾害的能力极其微弱。

第二阶段!!!隧道施工转入中、小型机械施工,隧道设计、施工技术有较大发展,通过实践和实验研究,改进、提高了勘测设计手段和施工组织方法,推广采用机械设备,研究试用光面爆破,对整治岩溶、岩爆、坍塌、涌水和瓦斯突出等也逐步积累经验。

第三阶段!!!世界范围内隧道技术高速发展,向高速化、自动化、智能化方向发展,战胜困难与不良地质的能力和技术不断提高,隧道修建速度不断提高。改革开放以来,我国铁路、公路、水电站、引水等山岭隧道工程的发展进入了一个新的时期,隧道修建从传统的矿山法向采用以∀新奥法#原则指导下的一系列新技术、新设备发展;隧道施工进入大型机械配套,是隧道修建技术追赶世界先进水平的时

收稿日期:20090817期,同时引入了隧道掘进机施工技术,如衡广铁路复线的大遥山隧道(14.29k m)、西康铁路的秦岭隧道(18.46km)、辽宁大伙房输水隧洞(85.32km),终南山公路隧道(18.04km),四川锦屏电站隧洞群(4条主洞、2条交通洞、1条排水洞,单隧长度约17 k m),西格铁路关角隧道(32.6km),吐库二线中天山隧道(22.452m,),甘肃引大济湟工程引水隧洞(24.2km),兰渝铁路西秦岭隧道(28.236km)等。

2 隧道勘测设计发展趋势

勘测设计水平和手段的不断发展,使得修建长大隧道成为可能,否则没有设计就无从涉及长大隧道施工技术的发展。当前我国在建和计划筹建的长大及特长隧道工程很多,而且随着国民经济的快速发展,长大隧道及特长隧道工程会越来越多,数十公里甚至百余公里的特长隧道都会更多出现,辽宁大伙房输水工程80km长隧洞已经建成,陕西引汉济渭77km输水隧洞已经开工建设。

3 长大隧道施工发展趋势

3.1 机械化水平逐步提升

机械设备的设计制造能力在不断发展,隧道施工机械同样得到了大幅度的提升,为快速施工提供了可能,同时人力资源的成本在不断增加,发达国家目前隧道施工中特别重视设备的合理配置,尽量减少人力配备。国内人工费越来越高,人海战术的优势也正在不断削弱。风钻孔在我国隧道施工中的作用可以说已经发挥到了极致,其工作效率为其他国家所不及,在这种情况下,必须采用凿岩台车等设备方可继续提高隧道施工的技术水平与进度。不断提升我国隧道施工机械化水平,将是隧道施工,特别是长大隧道施工的发展趋势。

当然,隧道施工机械设备的配置也不是越高越好、越先进越好,应随隧道长度的不同而采用不同的模式,要从整体上考虑设备配套的技术与经济方面的合理性,充分考虑机械设备的工作效率、工序时间及工期要求、功能与性能的相互匹配、能源消耗、设备的易操作性、通用性、耐久性、灵活性及维修的难易性、劳动力资源等因素的影响;还应注意设备配置在实现安全、快速施工的同时,具有一定的适应地质变化的能力。

隧道施工机械的配置应立足国产化,支持民族工业的发展,克服∀外来和尚会念经#的陈旧观念;必须引进国际先进设备时,应通过充分的市场调查与论证,引进设备能够适应我国隧道施工现状。

3.2 辅助坑道逐渐减少,改变长隧短打的做法

以往,由于技术水平、设备能力等方面的,独头掘进距离很难突破,因此长大隧道施工在不得已的情况下,长隧短打,大量采用辅助坑道,包括横洞、平行导坑、斜井、竖井等。设置辅助坑道费用很高,并且长大隧道埋深通常较大,辅助坑道所能发挥的作用与效率越来越低,同时也不利于保护环境。

因此,根据隧道工程的地形地貌,减少辅助坑道的设置,而将相应的资金流向设备配置的合理性,科学论证,适当加大设备投入、优化施工组织,改变长隧短打的不合理做法,将对推动我国隧道施工技术水平的不断提升起到重要作用。

3.3 TBM法逐步推广应用

依据现有的隧道施工技术,开挖断面面积在30m2以上的隧道或隧洞若采用钻爆发施工,其独头掘进长度一般在4km以内,在采取极端措施的情况下,最高达到过7km。这就意味着采用钻爆法施工的长及特长隧道的施工组织方案,只有利用地形设置斜井、竖井、平导或者横洞另辟通风口及工作面。这样,既增大了工程成本,又加重了对自然生态环境的破坏。否则就只能使用隧道掘进机来完成施工任务。

20世纪60年代,我国开始TB M研制工作,并于1966年制造了一台开挖直径3.4m的掘进机,但从技术性能、产品质量、实用性、使用寿命等方面缺陷较大,因而从此搁浅。90年代初国内隧洞工程由国外或国内承包商购买国外TB M施工,如引大入秦、引黄入晋输水隧洞分别由意大利C M C公司与英波基诺(I m preg ilo)公司用罗宾斯双护盾掘进机完成。1997年铁道部从德国维尔特(W I R TH)公司采购2台TB880E型隧道掘进机用于西康铁路秦岭隧道,开始了TB M由中国人自己使用管理的新篇章。进入21世纪,TB M法在我国逐步得以推广,如已经完工的西南铁路桃花铺一号隧道与磨沟岭隧道、辽宁大伙房输水工程隧洞,正在施工的锦屏电站隧洞、吐库二线铁路中天山隧道、兰渝铁路西秦岭隧道、引大济湟、引红济石、引洮工程,以及各大城市盾构机施工的地铁隧道等。

目前,我国隧道施工已经从以前单纯的钻爆法发展到钻爆法、TB M法并存,并且TB M法将会占有越来越多的份额。

3.4 二衬跟进,形成TBM施工同步衬砌新工法

根据铁道部相关文件要求,铁路隧道二次衬砌需及时施作,距掌子面距离不得超过标准,对于钻爆法施工的隧道已经全面推行,对于采用TB M法施工的隧道,虽然目前还不能完全达到该标准,但也正在大力推行,如吐库二线铁路中天山隧道TB M掘进与二次衬砌同步施工技术已经实现,并取得了较好的成绩;兰渝铁路西秦岭隧道也将采用TB M掘进与二次衬砌同步施工技术,目前正在研讨连续皮带机出碴条件下的TB M掘进与二次模筑衬砌同步施工技术及其衬砌台车,也将开始生产同步衬砌台车。

辽宁大伙房输水工程隧洞,曾经尝试全圆衬砌同步施工技术,虽然实际试用效果不很理想,但这也代表了一个发展方向。

由此可见,隧道施工中二次衬砌紧跟开挖、TB M 掘进与二次模筑衬砌同步施工技术将成为隧道施工的发展趋势。

3.5 恶劣地质条件下安全快速施工技术

隧道设计能力、开挖支护手段不断进步,通过复杂地质洞段的能力不断增强,锚喷支护、管棚支护、预注浆加固等技术不断成熟并得到有效运用,使通过软弱破碎岩层及岩溶、膨胀岩等不良地质设计施工水平不断提高。

TB M施工具有安全、快速、环保等诸多优点,但灵活性不及钻爆法,应对不良以及恶劣地质条件的能力较差,施工时必须采取适当的施工方法才能更好地发挥其优势,取得更好的综合进度与成洞质量。应从如下几个方面予以高度重视和深入研究:掘进中的地质监测和地质预报,断层破碎带、塑性围岩、煤系地层、富水岩层、高地应力、大塌方洞段的预测方法与对策、超前和掘进后的及时加固措施等。

3.6 超前地质预报及围岩监测

根据目前技术能力及实际情况,长大隧洞施工前的地质勘测不可能很详细、很准确,施工过程中经常会遇到地质资料中没有标明的不良地质条件,从而影响顺利掘进。为确保正常施工(特别是在通过不明确的不良地质段时),必须进行地质监测与超前预报,以弥补前期地质资料的不足。准确发现并预报掌子面前方及附近的不良地质状况,及时优化施工方案,改进工艺,做好支护和衬砌,方能确保围岩稳定。地质监测和预报的内容包括隧洞观察与地质素描、水文地质监测、施工地质测绘、围岩变形监测、围岩类别判别、仪器现场量测、不良地质体预报及相应的地质测试资料分析和成果整理等。

目前,常用的隧洞短距离超前地质监测与预报的方法主要有断面编录预测法、不良地质前兆预测法和地质雷达、红外线超前探水等探测方法;常用的隧洞长距离超前地质预报的方法主要有地质断面调查法、断层参数预测法和TSP、H SP 等探测方法。

监测工作已经纳入工序管理,掌握围岩动态和支护结构的工作状态,利用量测结果修改设计,指导施工;做好监控工作可以避免围岩变形过大导致衬砌严重开裂、隧道塌方、隧道渗水等;同时也为隧道的安全提供可靠的信息,量测数据经过分析处理与必要的计算和判断之后,进行预测和反馈,以保证施工的安全和隧道的稳定;积累资料,为以后的相似工程提供可靠的依据。监测包括地质和支护现状观察、应力与应变监测、位移监测、围岩弹性波测试、围岩扰动测试、支护结构质量检查等。

3.7 重视环境保护与水土保持

环境保护与水土保持是经济社会可持续发展和关系民生的基础性工作,隧道施工容易导致对周边环境以及水土的破坏,必须予以高度重视,根据国家有关环境保护与水土保持的法律、法规和规章,做好施工区的环境保护工作,防止由于工程施工造成施工区附近地区的环境污染和破坏。如施工弃渣的利用和堆放,施工场地开挖的边坡保护和水土流失防治措施,防止饮用水污染措施,施工活动中的噪声、粉尘、废气、废水和废油等的治理措施,施工区和生活区的卫生设施以及粪便、垃圾的治理措施,完工后的场地清理等。具体内容包括方案、措施、设施、工艺、设计、培训、监测、检查等项目,对环境保护与水土保持工作要有相应的经费保证。

3.8 信息化管理在隧道设计施工中的综合应用

现代的理论和方法认为,隧道工程建设中,应该在施工前、后及过程中不断注意地质条件与施工状况信息的收集,及时地反馈到设计并指导施工,达到工程建设优化的目的,由此引入了信息化设计与施工理论和方法。若把传统隧道设计施工方法比为静态方法,则信息化设计与施工方法为动态方法。

利用初步勘察得到地质资料,采取数值模拟技术、理论计算和经验类比方法确定初步的设计方案,通过施工现场监测获得地质资料、围岩力学动态、支护工作状态的有关数据以及施工技术状态(信息),再采取多种手段对这些数据进行整理与力学分析,来判断围岩及支护结构体系的稳定性和工作状态,反馈于设计与施工,从而选择和修正开挖、支护参数,使隧道的建设达到优化。

以上是对我国长大隧道施工发展趋势的展望,期望加强高新技术的开发研究,加强地质勘探和新技术、新设备的应用研究,加强施工地质勘测和超前预报工作,改进和完善施工机械化配套,促进TB M 法的推广应用,加强对隧道灾害的防治及环境保护等方面的研究,努力提高隧道建设组织管理水平,把隧道施工技术推向新阶段。

参考文献

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5 齐梦学.双护盾掘进机在不良地质洞段的施工方法探讨

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与维修保养人员灌输绿色技术的思想,开展设备管理与修理技能培训,保证维修保养行业应有的技术水平,尤其提高TB M设备操作人员和TB M维修保养人员对TB M设备绿色管理和绿色维修的认识。同时,也让管理与维修保养人员学会自我保护,在维修保养作业中,自觉地节能、降耗,采用绿色材料、绿色配件,体现∀以人为本#和可持续发展的绿色维修思想。

(3)将TB M设备职能部门的维修管理同整个企业的绿色管理相结合,实施全过程、全员、全方位的现代化生产维修管理。

5.2 技术对策

对TB M设备,引入绿色维修新工艺,加强维修保养作业环境污染治理,回收再利用维修废弃物,研究维修人机工程学,探讨绿色故障诊断的应用,进行维修资源的优化。

5.3 建立TBM绿色管理与维修保养组织

TB M绿色维修保养组织是在传统的TB M设备管理维修体系的基础上,增设TB M现场环保员和企业环保监察员对TB M设备管理与维修保养进行监督、统计、考核、指导和评价。以便更好地掌握TB M 整体状况,优化维修资源,提高TB M的综合效率。

6 结束语

绿色、高效、节能是21世纪的主题,TB M绿色管理与绿色维修保养正是顺应时代要求,保持可持续发展的一种现代化设备管理与维修思想。四川锦屏二级水电站一号引水隧洞TB M401-319,实施TB M绿色管理与绿色维修保养,使TB M设备管理与维修保养工作制度化、条例化、设备管理与维修保养人员心情舒畅,提高了设备维修质量和使用效率,为TB M掘进提供了良好的前提条件。同时,也减低或杜绝了设备管理与维修保养作业过程中所产生的有害物质对生产环境和工作人员的影响;确保TB M 施工现场拥有良好的工作环境;确保了工作人员的身心健康;有效改善TB M施工脏、乱、差的社会形象,保证TB M施工各项工作顺利进行。企业也在TB M绿色管理与维修保养过程中既产生经济效益,也派生了社会效益、环境效益,最终形成企业的综合效益,使中铁十八局在锦屏和TB M施工领域里树立良好的社会形象,并获得市场和同行青睐。

参考文献

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