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公路工程隧道基礎知識和檢測內容

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公路工程隧道基礎知識和檢測內容

發布日期:2017-10-12 作者: 點擊:

第一節公路隧道建筑

一、公路隧道的分類

1、按隧道所處地理位置分:山嶺隧道——越嶺隧道和傍山隧道;城市隧道——立體交叉和快速通道;水下隧道——江底隧道和海底隧道。

2、按隧道所處地層介質分:巖石隧道——硬巖隧道和軟巖隧道;土質隧道——軟土隧道和老黃土隧道。

3、按隧道施工方法分:明挖隧道——挖筑法、沉管法、蓋挖法;暗挖隧道——礦山法、新奧法、盾構法、頂進法。

4、按隧道埋置深度分:淺埋隧道和深埋隧道。

5、按隧道開挖斷面面積分: 特斷面隧道(>100m2);大斷面隧道(>50m2 <100m2);中斷面隧道(>20m2 <50m2);小斷面隧道(<20m2)。

6、按隧道內車流方向分:單向交通隧道;雙向交通隧道。

7、按隧道內行車道數分:雙車道、三車道、四車道隧道。

二、公路隧道的建筑組成

1、公路隧道建筑物包括:

主體建筑物——為提供穩定的、滿足交通需求的地下空間而修筑的建筑物。包括洞身結構和洞門結構。

附屬建筑物——為改善洞內交通條件和交通安全而設置的地下通道與設備間。如車行人行橫洞、通風斜豎井、水泵房和風機房等。

2、洞身結構類型

裸洞結構——圍巖不需支護就能獲得穩定的地下空間。

整體式襯砌——現澆混凝土或鋼筋混凝土襯砌承擔圍巖壓力。

預制管片段——將預制的管段或管片拼接成襯砌承擔圍巖壓力。

錨噴支護——用錨桿、噴射混凝土、鋼架等件,對圍巖進行加固。

復合襯砌——錨噴構件作為初期支護、澆筑混凝土作為二次襯砌,兩者之間鋪設防水層。

3、洞門結構類型

墻式洞門——為穩定洞口邊仰坡而修筑端墻、翼墻所構成的隧道洞門。端墻、翼墻可采用圬工砌筑,也可采用現澆混凝土修筑。

拱式洞門——利用拱形明洞回填土構成緩坡反壓仰坡使之穩定的隧道洞門。明洞端面可為不同的仰俯角,所謂削竹式洞門即為仰角45°的拱式洞門。

棚式洞門——利用棚洞穩定洞口一側邊坡、防止坡面落石的隧道洞門。多用于洞口斜交的隧道。

4、隧道拱形斷面各部的名稱

拱部——起拱線以上的部分,包括拱頂、拱腰、拱腳;

邊墻——起拱線以下到墻腳的部分,包括墻頂、墻腳;

仰拱——墻腳以下修筑的反拱,能與拱部、邊墻結構構成閉合的結構環。

第二節公路隧道圍巖

一、相關隧道理論

1、圍巖的定義——開挖坑道其周圍被擾動的地層介質。與原始狀態相比,其內部應力應變均發生變化。

2、松弛荷載理論——穩定的巖體不產生荷載;不穩定巖體需要支護結構予以支承。視圍巖為散體介質,采用土力學計算不穩定巖體作用在結構上的荷載大小和分布。

3、巖承理論——圍巖穩定是巖體自身具有承載自穩能力;不穩定圍巖喪失穩定是有一個過程,如在此期間提供幫助仍能進入穩定狀態。視圍巖為應力巖體,分析應力—應變狀態的變化過程和支護作用。建立圍巖—支護力學體系。

4、隧道特性曲線解釋

穩定的圍巖承擔主要地層壓力;不穩定的圍巖壓力由結構承擔。如整體式襯砌承擔松動壓力,錨噴支護承擔變形壓力。

5、空間效應——隨掌子面的推進,地層荷載逐漸釋放,導致觀察斷面的圍巖自穩能力發生改變。

6、時間效應——隨時間的推移,地層荷載逐漸釋放,導致觀察斷面的圍巖自穩能力發生改變。

二、圍巖分級和工程特性

1、圍巖分級屬間接工程類比法。是在總結大量隧道工程經驗和教訓的基礎上,編制符合工程設計施工需要的圍巖工程地質級別,定量地給出各級圍巖的支護型式和襯砌厚度以及施工方法。

2、影響圍巖穩定的人為因素包括設計和施工兩個方面。如:

隧道設計的尺寸和形狀、結構類型;采用的開挖方法、支護時機等。在公路隧道設計中,隧道尺寸和形狀、結構類型變化不顯著,通常對應圍巖分級給出相應的支護參數;

實施開挖、支護工序的水平各施工單位差異較大,除在施工規范中列有相應的要求外,很難在圍巖分級中明確。

3、影響圍巖穩定的自然因素主要指隧道所處地層的工程地質條件和水文地質條件。

前者從巖石強度、巖體完整性考察圍巖的工程特性,如巖石的單軸飽和極限抗壓強度Rb和風化程度;巖體受地質構造影響程度、節理發育程度等。

后者從地下水對巖石和巖體結構面填充物的軟化作用考慮劃分。所以對軟巖有遇水降級之說。

4、影響圍巖穩定的工程特性主要指巖體的變形性質、強度特性、開挖性、透水性以及所處的應力環境等;也包括巖體軟弱結構面的組合方式及填充物的力學性質,在地下水的軟化作用和動、靜推力作用下,可使巖體穩定性進一步降低。

換句話說,主要指圍巖的自承能力和自穩時間及開挖性。

第三節公路隧道常見質量問題

一、結構質量問題

1、侵限問題:

開挖支護期間,因預留變形量不足,或施工放樣誤差,或支護剛度不夠,或施工方法有誤等導致初期支護侵入二襯空間;

施工二襯期間,因模板剛度不足,或臺車就位不牢靠導致走模而建筑限界受侵。

2、襯砌開裂:

施工因素主要有:

襯砌厚度不足、混凝土強度不夠、墻腳浮渣未清除、襯砌背后有空洞、二襯施做時機不當、塌方段處治欠妥等。

設計因素主要有:

圍巖分級有誤、結構形式與圍巖壓力不協調、對后期荷載估計不足等。

3、隧道滲漏:

主要原因為:

防水層防水失敗(接縫漏焊、鋪掛不密貼被撕裂、鋪掛時被刺漏),施工縫止水構件未起作用、排水管溝被堵塞,襯砌混凝土存在蜂窩現象。

4、接觸面不密實:

支護與圍巖接觸面不密實主要有兩種現象:

一為施工操作不當使型鋼拱和鋼筋網背后噴射混凝土未將其填滿;

二為有意填塞石塊或異物造成支護背后空洞,達到偷工省料的目的 。

二襯與支護接觸面不密實的主要原因:

一為防水板鋪掛不密貼兜存地下水,導致泵送混凝土無法填滿;

二為泵送混凝土的壓力不足、流動性不好、抽拔泵送管不當,導致拱頂混凝土不能充滿。

二、通風照明不良

1、設計欠妥——因交通量、車輛組成預測或自然風壓與實際情況偏差過大,致使隧道通風能力偏小、有害氣體濃度超標;污染空氣降低了光線透過率,使洞內照明昏暗。

2、器材不合要求——主要指所用風機燈具的型號規格與設計不符,或存在質量問題。

3、養護不及時——對風機、燈具的日常清潔和維護以及更換都不及時,使之不能發揮正常功效。

4、降低設備開啟強度——營運管理期間不按設計要求,隨意改變通風照明水平。

第四節公路隧道檢測內容

一、隧道檢測是施工質量管理的重要手段

1、隧道施工的下列特點導致檢測必須及時:

結構隱蔽性——前道工序的質量問題為后道工序所掩蓋,成為隱患時補救極為困難。

質量傳遞性——前道工序的施工質量會影響后道工序的施工難度和質量(如開挖質量影響支護施工,支護質量影響防水板鋪掛等)。

現場加工性——不具備重復加工和批量生產的可能。

2、隧道施工涉及面廣導致檢測必須全面:

原材料品種多——包括高分子卷材、管材,鋼制型材、線材,大宗地材和添加劑。

加工方式不同——如混凝土有現澆和噴射兩種方式,噴射混凝土又分為干噴與濕噴;鋼支撐有彎制的型鋼拱和焊接的格柵拱;開挖可用爆破、機械、人工等方式;

施做時機影響大——支護、襯砌施做時間直接影響到結構受力和穩定。

施工環境復雜——施工期間洞內的易爆、易燃、有毒氣體對施工安全危害極大;粉塵、高地溫、缺氧對施工人員健康影響不容忽視。

二、隧道檢測是保證營運安全前提

1、影響隧道內車流正常行駛的現象:

路面缺陷——坑槽、斷板、隆起、結冰等。

襯砌破損——裂縫、錯臺、龜裂導致掉塊等。

襯砌漏水——導致路面濕滑、電器短路、掛冰堆冰等。

通風照明不良——導致司機視覺信息不足,產生誤操作。

2、定期進行隧道檢測,將事故消滅在萌芽狀態。

三、隧道檢測內容的分類

1、材料檢測——屬土建工程的通用原材料,其檢測方法可查閱有關規定;屬隧道工程特有的材料需專項檢測,主要對錨噴的最終材質強度、防排水材料各項指標進行檢測。

2、施工檢測——包括施工質量檢測和施工監控量測。施工質量檢測內容按施工順序分為:

超前支護及預加固質量檢測——支護構件的材質、規格、尺寸及安裝尺度要求;注漿效果。

開挖質量檢測——開挖面的尺寸、形狀、平整圓順程度。

初期支護質量檢測——錨桿的間距、排距、長度、漿液注滿度、抗拔力;噴射混凝土的強度、厚度、平整度;鋼支撐的間距、節間連接、榀間連接;支護背后密實度。

防排水系統質量檢測——防排水材質、規格;加工安設質量。

襯砌質量檢測——襯砌的幾何尺寸、混凝土強度、背后密實程度。

3、環境檢測——分施工環境檢測和營運環境檢測。

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