隧道衬砌技术在水利工程中的应用探索

隧道衬砌技术在水利工程中的应用探索

中铁隧道股份有限公司辽宁省450001

摘要: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。

关键词:隧道衬砌技术;水利工程;应用探索

1导言

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。

2隧道衬砌结构形式

衬砌简单说来就是内衬,在隧道施工过程中,具体的衬砌形式有整体式模筑混凝土衬砌、装配式衬砌、喷锚支护、复合式衬砌。整体式模筑混凝土衬砌即在施工现场就地灌筑混凝土衬砌;装配式衬砌是将衬砌分成若干块构件(构件在现场或工厂预制),然后将构件运到坑道内用机械将它们拼装成一环接着一环的衬砌;喷锚支护是通过喷射混凝土、加设锚杆、金属网和钢架进行共同支护;复合式衬砌简称“双层衬砌”,分为外衬和内衬两层,其复合形式可以具化为以下几种。(1)喷锚支护和混凝土衬砌。(2)喷锚支护和喷射混凝土衬砌。(3)可缩式钢拱喷射混凝土支护和模筑或喷射混凝土衬砌。(4)装配式衬砌(管片)和模筑混凝土衬砌等。需要说明的是,复合衬砌中最通用的是外层采用喷锚支护或轻型管片,内层采用整体式模筑混凝土衬砌。

3隧道衬砌适用条件

受不同的施工环境条件限制,水利工程施工过程中,宜采用的衬砌形式不同。针对不同地质条件,应采用不同的衬砌形式。

3.1整体式模筑混凝土衬砌

该衬砌形式适用范围广,易于按需要成型,整体性好,防渗性能强,对地质条件的适用性强。同时,对施工条件的配合度高,可用于木模板、钢模板或衬砌模板台车等。

3.2装配式衬砌

装配式衬砌目前多用于使用盾构法施工的城市地下隧道工程中,其拼装成环后立即受力,便于机械化施工,可以有效节省工程实际中的劳动力投入。

3.3喷锚支护

喷锚支护是目前常用的一种围岩支护手段,适用于各种围岩地质条件,但是若作为永久衬砌,一般考虑在Ⅰ、Ⅱ级等围岩良好、完整、稳定的地段中采用。

3.4复合式衬砌

复合式衬砌采用先后两次支护,对衬砌受力非常有利。围岩在柔度较大的外层支护影响下,产生较大形变,变形能在很大程度上被释放,进而使后设的内层衬砌减小受力,内层衬砌又会对外层支护产生径向抗力,从而改善外层支护的受力条件。在内、外衬砌的共同作用下,隧道表面光洁,通风和防水性得到显著提高。总之,复合式衬砌是一种较为合理的结构形式是一种较为合理的结构形式,适用于多种围岩地质条件,有其广阔的发展前景,但这种衬砌的缺点是造价较高,施工比较复杂。

4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。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。

5结语

水利工程建设关系着国家及人民的共同利益,受其高技术标准的要求,在水利工程建设发展过程中,相关水利技术措施也逐步得到了发展和成熟。实际施工过程中,衬砌技术凭借工艺操作简单、防渗作用强、使用寿命长、支护作用强等特点,被广泛应用于水利工程中的隧道工程、水利渠道中。

参考文献

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