高铁隧道论文

高铁隧道论文（共8篇）

高铁隧道论文 篇1

1. 引言

中国是一个经济发展迅速的发展中国家, 人口密度也大, 提高效率、节约时间成了经济发展中一个重要的因素。为了更好地适应出行需求, 高速铁路的出现有效缩短了出行时间, 成为商务领域中的一项重要“交通工具”。到目前为止, 国内的高铁无论从技术水平、线路总长、运行速度、建设规模, 还是集成能力来讲, 都是世界之最。到2015年, 国内铁路的发展目标是覆盖全国百分之九十以上的居住人口。

发展高铁的目的就是为了提升旅客的出行舒适度, 为旅客节省宝贵时间, 因此高铁的服务也随之提高, 进而带来消费成本的提高。为了能适应高铁服务的需求, 作为电信运营商也要考虑覆盖的质量, 具体表现就是覆盖的范围、覆盖范围内下行速率的保证及铁路沿线不间断的覆盖, 只有做好信号的覆盖及服务, 才能得到广大旅客的认同, 进而巩固自己的品牌形象。

2. 高铁覆盖的特点

高速铁路隧道覆盖属于狭长通道内室内分布范畴的一种, 但隧道覆盖又有别于普通的室内覆盖, 它的主要特点包括[1]:

(1) 强封闭性。山体隧道是在山体内打通一条通道, 该隧道结构特点是狭长而又强阻隔, 只能在隧道口能接受到外界无线信号, 隧道内对隧道外空间无线信号会造成40d B以上的衰减。

(2) 明显的填充效应。填充效应是指车体穿过隧道的过程中, 隧道内的狭长空间几乎全部被车体填充, 无线信号在隧道内传播的质量受到严重影响的现象。

(3) 有限的可用空间。隧道本身具有狭长的特点, 加上隧道内无线信号明显的填充效应, 直接限制了天线在隧道内的安装条件, 天线的尺寸和增益都受到很大的限制。

(4) 话务量常低但有突发性。隧道的无线信号环境, 也只有在列车经过隧道的时候, 由车体内的用户产生。这种情况会造成话务量的突发, 但又会与隧道附近环境整体话务量偏低有着直接的冲突。

3. 隧道内高铁覆盖的难点

相比较普通铁路, 高铁具有隧道空间有限、车速快、穿透损耗大等特点, 这对高铁覆盖提出了更高的要求, 高铁覆盖需要考虑多项难点问题[2]。

3.1 隧道内无线传播条件差

首先, 无线信号的传播介质是电磁波, 在隧道内, 电磁波从发射机出发, 需要经散射、反射、直射, 才到达接收机。而且墙壁对电磁波会有屏蔽、吸收和散射作用, 从理论分析, 隧道是一种超大尺寸的非理想波导环境, 频率只有高于其截止频率的信号才能在隧道内传播。大多数隧道的截止频率大约为几十兆赫兹, 目前移动通信所采用的频段远高于这个频段, 可以满足隧道内无线信号的传播需求。无线信号在隧道中传播时辐射近场为多径传播, 而且不同模式的损耗与其阶数的平方成正比[3]。如图1所示。

其次, 高速铁路隧道通常情况下都是比较狭窄, 特别是当列车经过时, 会产生明显的填充效应, 此时无线的传播环境和没有列车经过时形成很大的差别, 复杂的隧道无线环境对运营商构建更强健的网络提出了更高的要求。

最后, 安全问题。当目标值为200km/h的列车经过隧道口时, 在隧道口附近将形成一股很大的压强, 对周围存在的物质会造成很大的安全隐患。出于安全性考虑, 铁路部门通常是不允许在隧道内安装天线, 这对无线信号在多隧道环境下的隧道覆盖提出了更高的方案要求。

3.2 穿透损耗

高速铁路是极其重视车体安全性及密闭性, 不管从密闭设计还是箱体材质[4]选择都需要充分考虑。无线信号要在如此材质及密闭的箱体内进行穿透, 达到良好覆盖效果, 对于车体内的接受电平需要作充分的考虑。表1给出了不同材质车体的穿透损耗参考值。

3.3 重叠覆盖区域

无线信号覆盖除了要考虑广度的覆盖, 同时也需要考虑不同小区之间的切换, 才能保证信号的质量。覆盖区域重叠部分面积太大, 会导致信号有干扰;覆盖区域无重叠的话, 将直接导致信号的丢失, 即掉话。这两种情况的发生都将影响到信号的质量, 进而影响列车上旅客对车体无线信号的满意度。

3.4 频繁切换

无线信号虽然是通过电磁波来传输的, 但是它的传输距离也是有限制的, 所以在不同小区之间是要进行切换以满足信号的连续覆盖。但是切换频率太高将直接影响切换的成功率, 严重情况将导致掉话。

4. 公网无线覆盖隧道覆盖方案

方案采用公网搭建项目组模式, 综合考虑系统共用的需求。方案需满足GSM、WCDMA、CDMA200以及预留的TD系统。在200km/h的目标值下 (并保留250km/h的提速空间, 为了保证优质的通话信号, 建议采用的是BBU+RRU拉远式基站方案。三家运营商都采用BBU+RRU方案, 实现全线共用移动信号覆盖, 隧道内则采用漏泄同轴电缆覆盖的方案。

4.1 组网方式选择

高铁沿线的环境比较特殊, 除了频繁穿过隧道, 还有非常多时间是在比较偏僻的村庄环境下。在不同环境, 有专网和公网两种组网方式可供选择。

公网:高铁沿线基站需要为大网覆盖提供补充, 需要同时覆盖自身列车和铁路沿线周围的区域。

专网:高铁沿线基站仅作独立覆盖用途, 负责覆盖铁路线, 只要满足覆盖列车上用户的需求, 不需要与铁路沿线的大网基站做切换, 只在火车站与大网基站做切换。

为了满足此次高铁覆盖要求, 寻求效益最大化, 可从表2做出比较。

专网和公网两种方式均可以采用同频或者异频组网, 同时也能将铁路沿线基站同属在同一个LAC/RAC、RNC区内。从网优工作量角度出发, 专网组网方式基站利用率低, 假若采用异频组网, 可以减少网优工作量;而公网组网方式铁路沿线基站需要与周围大网基站做切换, 这会增加网优工作量, 但是基站利用率相对专网要高一些。

综合考虑高铁沿线与周边环境, 它有线路长、穿越地形复杂、车速变化较大等特点, 在高铁建设初期, 必然会造成业务数据量不大, 此时建议采用公网组网方式, 这种选择可以满足车速较低路段, 基站周边及列车的覆盖。在车速较快的路段, 可以再根据实际运营情况做出调整。

4.2 BBU+RRUBBU与RRU之间采用光缆连接, 覆盖方案见图2。

其中RRU共小区, 这样可以减少切换, 以提高通话质量。在TD六期阶段, RRU设备已经升级到了R13版本, 即1个BBU能带12个RRU, 但是高铁对网络安全性要求较高, 不建议采用满配, 实际应用中建议1个BBU最多带6个RRU。

4.3 隧道覆盖

隧道和隧道群区域不作为切换边界;隧道内通过漏缆进行覆盖, 隧道口外接天线延伸覆盖, 避免信号在隧道口快速衰落。隧道内覆盖模型见图4。

(1) 隧道无线覆盖采用BBU+RRU或GRRU设备, 利用POI将各系统设备信号合路到漏缆。隧道内设备置于隧道洞室内。设备设置间距与运营商的覆盖要求有关, 参照广东境内其它客专工程参数:隧道内2G设备间隔1km, 其中隧道内需要切换处需同址增加1处设备;隧道内3G设备间隔0.5km。隧道内设备原则与铁路GSM-R设备同侧设置。

(2) 隧道内采取低损耗泄漏电缆进行信号覆盖。高铁隧道环境是一条狭长的通道, 对于无线信号进入通道内有极大的限制, 要将无线信号引入通道内, 只能是在隧道口产生一个信号源, 然后通过某种介质引入通道内部, 从而达到覆盖需求, 这种介质就叫泄漏电缆。

隧道单侧挂设一条漏缆, 漏缆由三家运营商共建共享。漏缆挂高距离轨面2.5m, 原则与铁路GSM-R漏缆同侧挂设。泄漏电缆模型及布放规范[6]。

(3) 当入射角小于50时, 车体穿透损耗增加幅度明显加快。采用经典的电波传播模型 (如Ericsson9999模型) , 可以计算得到小区半径与穿透损耗的关系, 即入射角与穿透损耗成反比例关系, 当入射角接近00的时候, 信号的穿透损耗可以趋近与无穷大, 也就是说根本就没有可能将信号打入车体;而随着入射角的增大, 穿透损耗将随之降低, 最后将趋于平缓。

查看文献可以发现, 随着车厢穿透损耗的增加, 小区覆盖半径将会明显变小。由此我们可以得出结论, 车厢的穿透损耗是影响无线信号 (如TD-SCDMA信号) 在火车车厢内覆盖的重要因素, 在进行无线网络设计和优化时, 需要充分考虑穿透损耗的取值以及对网络性能带来的影响。为保证运行列车内用户手机接收效果, 建议隧道外天线主瓣峰值方向与铁路方向的角度至少大于10度, 以保证更多的电磁波磁通量能从车窗进入动车内, 另外, 此次规划的高铁线铁路限界较窄, 综合考虑, 不建议在铁路限界内设置公网天线 (可能性也很小) 。在铁路限界外设置杆塔架设天线时, 天线杆塔内缘至线路中心的水平距离应不小于杆 (塔) 高加3.1m。为保证覆盖效果, 建议不使用多合路天线。

5. 结语

在总结了目前现有的高铁隧道覆盖案列后, 结合本地市实际情况, 本文分析的高铁覆盖解决方案已经初步应用在某具体工程上, 对于方案中所涉及的参数及参考值都能满足实际的覆盖需求。对于不同场景、不同工程, 应根据实际情况对参数值进行确认。本文所分析的高铁隧道覆盖解决方案仅供参考。

摘要：从分析高铁覆盖的特点, 讨论了隧道内高铁无线信号覆盖的问题, 针对隧道内无线信号覆盖的难点进行需求分析, 并提出了相应的解决方案。结合实际建设情况, 将覆盖方案应用在具体工程, 覆盖需求得到了很好的满足。

关键词：高速铁路,多系统合路平台,泄漏电缆,BBU+RRU

参考文献

[1]吴震宇.TD-SCDMA高铁隧道覆盖技术研究[J].数据通信, 2011-08-28:35-39.

[2]黄国晖.高铁隧道覆盖中的“POI+泄漏电缆”解决方案[J].中国新通信, 2010-05-05:76-82.

[3]张跃平.预测隧道中传播损耗的混合模型[J].电子学报, 2011, 9:1283-1286.

[4]王宝俊.WCDMA网高速铁路覆盖策略分析[J].邮电设计技术, 2012, 8:25-29.

[5]隋延峰.TD_SCDMA高铁覆盖方案研究[J].邮电设计技术, 2010, 6:15-19.

[6]GB/T 15285-1994, 漏泄同轴电缆分规范[S].

高铁隧道论文 篇2

“十三五”时期，我国经济社会发展将进入一个新的历史阶段，交通运输也将进入新的发展时期。《国民经济和社会发展第十三个五年规划纲要》对建设资源节约型、环境友好型社会作了具体要求，强调要加强资源节约和管理，大力推进节能降耗，节约集约利用土地，加大环境保护力度，促进生态保护和修复，大力发展循环经济，推进大宗工业固体废物和建筑、道路废弃物以及农林废物资源化利用。《交通运输“十三五”发展规划》也确立了以科学发展为主题、以建设资源节约型环境友好型交通运输行业为着力点，积极推进现代交通运输业的发展的目标。其中，着重强调交通运输行业要以节能减排为重点，建立以低碳为特征的交通发展模式，提高资源利用效率，加强生态保护和污染治理，构建绿色交通运输体系，走资源节约型、环境友好型的发展道路。

在高铁或城际动车修建过程中，由于建设条件的限制和高铁或城际动车等级的要求，往往对山丘开挖形成路堑，沟壑填筑形成路堤。当这种挖方大于填方或因土质原因挖方不能用作填方时，这些挖方弃渣（即废弃土、石料）必须弃掉。施工便道和其他辅助工程取土作为路堤填方、路堑以及隧道进出口开挖等都会产生弃渣。特别是在山区高铁或城际动车中，由于山岭地区地形复杂，山高谷深，地势陡峭，往往存在较多的沿河线、越岭线和隧道涵洞，在工程实施过程中都会进行挖方作业，由此产生大量的弃土弃石方。同时，相对其他基础设施工程而言，山区高铁或城际动车在弃渣处理上也具有弃渣困难、弃渣点多、弃渣量大及弃渣时间较长等特点。新建改建高铁或城际动车和施工临时道路两侧施工过程中对地貌的损坏呈线状，弃渣分布点较多，取料场等在施工过程中对地貌的损坏呈点状，跳跃性较大，弃渣较为分散，因此山区高铁或城际动车建设中面临大量弃渣处置问题。

一、高铁或城际动车弃渣危害及利用现状 1.高铁或城际动车弃渣的特点

一是高铁或城际动车弃渣线长、区域影响大；二是高铁或城际动车弃渣处置点较为分散；三是高铁或城际动车弃渣处置时间集中在一段时期；四是高铁或城际动车弃渣种类多，防护有一定难度；五是弃渣较集中的路段多为地形狭窄，山高谷深；六是弃渣堆放的位置往往受地形、水文地质、工程构造物、工程造价等因素的影响。

2.高铁或城际动车弃渣的危害

在山区高铁或城际动车项目建设过程中，弃土场一般位于沟谷之中，弃土弃渣自然堆放，一般不碾压整理，结构松散，孔隙率大，降水入渗快。其形成的坡度就是土体的自然休止角，这样的斜坡本已处于临界状态，且大量的弃渣堆放将破坏工程建设区和工程直接影响区内原有的地表植被，在暴雨作用下很容易造成极为严重的水土流失，有时还可能形成泥石流，甚至诱发滑坡灾害。更为严重的是，大量弃渣若直接堆放在河滩、河岸及支沟内，当雨量较大时将随径流流入或直接滑入河道，使河道淤积、抬高河床，影响河道的过流能力，对工程区及下游地区的防洪和当地人民群众的生命、财产及生存环境构成严重威胁。同时，由于弃渣不密实，若在上面进行填土造地，易造成耕植层失水，不保墒，降低土地使用效益。弃渣表面未作植被处理是沙尘的起源，如果弃渣中含有有害物质，则会对水土造成污染。

3.弃渣的利用现状

目前，高铁或城际动车弃渣的应用主要有以下几个方面：一是垫砌填方段路基；二是回填取土场凹地；三是开挖地段的地貌恢复，充填平整低洼坑地，进行土地整治平整，填筑沟壑；四是用于淤背护堤、桥涵台背、挡墙等的回填用方；五是加高培厚河流堤防、加高地基；六是地基处理中的渣石料或复合地基的用料；七是弃石用于建设景观园区，修建人工景点等设施；八是一些优质的弃渣可作为混凝土骨料料源、路面垫层基层的施工，含特殊矿物质的弃渣也可用于各种工程材料的加工生产，如用于烧制水泥等。在以岩质山为主的山区，挖方和隧道弃碴较多，只有部分被利用，可用于修建弃渣场的地方也较少。而有些修建的弃渣场尽管采取了一定的措施，但仍基础裸露，表层无土壤层，无法保水保肥，植物不能生长。在有些挖方边坡，石质坡面常采用框架或拱形骨架护坡（如再植草绿化），由于缺乏土壤层，绿化效果差。如采用喷播方法绿化，由于土层厚度小，在较陡的石质边坡上不能长期有效生长。

二、弃渣的再利用

1.弃渣再利用的现实意义

高铁隧道施工的若干难点对策分析 篇3

1 隧道下穿高铁施工难点

隧道工程在已经存在了极长时间的应力场介质当中进行建设, 所以, 如果进行施工, 就会造成应力场破坏, 如果不采取妥当的措施, 那么原有的应力场被破坏之后, 就很容易引发塌陷等问题的出现; 因为隧道内部结构受到各种因素的影响, 如开挖方式、支护结构所具备的刚度、支护时间等, 并且面对对山体较为复杂, 同时山体结构受力不均匀的地段工程施工时难度就会很大大; 工程各工序极易互相造成影响是因为工程施工空间狭小, 并且导致施工环境恶化, 而使得工作人员情绪低落的如施工现场温度高、施工现场的空气质量差、噪声大以及可见度低等, 并且如果这长期处在这种环境下, 非常不利于工作人员的健康; 工程施工人员难以对工程做科学评价和分析是因为铁路隧道工程施工过程中只有一个可视面, 而且其它的均为隐蔽工程, 所以, 施工的隐患就会增多, 有时即使对一些问题发现了, 要进行返工也有很大的危险存在。

2 高铁隧道施工技术难点对策

2. 1 防水工艺技术

针对防水层施工通病较多, 而且很难达到设计防水层施工要求, 未来可以通过研究混凝土材料, 不做防水层施工, 在普通混凝土材料中掺入防水材料, 使其混凝土能够达到自防水效果, 从而达到防水及加快施工进度的目的。

2. 2 隧道仰拱技术

采用隧道仰拱快速施工技术, 综合配套使用先进的施工设备, 在一定程度上保证了掌子面掘进与仰拱施工同步进行, 在本质上实现了铁路隧道施工的标准化和人性化。通过隧道仰拱技术的快速施工实现了中心水沟模板自行整体移动就位、仰拱一次性整体浇筑和填充与仰拱分次浇筑等功能, 从根本上改变了铁路隧道施工管理模式, 通过使用机械化施工设备, 在保证各施工工序完美衔接的同时, 降低了隧道施工成本, 有效的提高了铁路隧道的施工效率。

2. 3 隧道沟槽施工工艺

针对隧道沟槽施工过程中的技术难题, 投入科研经费进行隧道沟槽施工设备的创新和研发, 在实际的铁路隧道施工过程中落实隧道沟槽施工技术, 通过使用机械化的铁路隧道施工设备, 降低隧道施工成本, 保证施工进度。从而提高铁路隧道施工环境和质量。

2. 4 弧形导洞法施工技术

在上台阶重复开0. 5 米时, 对核心土与两旁的拱角展开挖掘处理。这里需要关注的是对拱部的挖掘处理需使用人工的形式。至于上台阶的开挖施工高度与长度最好同为4m, 核心土和拱顶处之间的距离最好1. 5 米左右, 在其两侧应该开挖2 米; 对于中、下台阶的开挖。需要重点注意的是, 中台阶的长度务必维持3 米左右。仰拱的开挖支护。在对下台阶开挖到5 米时, 进行停工处理, 对掌子面实行充分封闭, 对仰拱施工。在仰拱施工之后, 其填充长度有8. 9m时, 需实施钢管架平台的搭设, 对防水板和衬砌钢筋实施安装处理。

3 隧道施工通风管理措施

( 1) 安排专业队伍做好现场施工通风管理和实施, 风管安装必须平、直、顺, 以减小管路沿程阻力和局部阻力, 并加强日常维修和管理。 ( 2) 配备专业技术人员对现场通风效果进行检测, 根据检测结果及时进行阶段调整。 ( 3) 必要时可以根据检测结果及时对通风系统作局部调整, 必须保证洞内气温不得高于28℃ 、一氧化碳和二氧化氮浓度在通风30min后分别降到30mg / m3和5mg/m3以下, 以满足施工需要。同时做好瓦斯和挥发性有害气体的检测, 根据检测结果及时优化施工通风。 ( 4) 风机须配有专业风机司机负责操作, 并作好运转记录, 上岗前必须进行专业培训, 培训合格后方可上岗。变极多速风机须按顺序启动。 ( 5) 电工必须定期检修风机, 及时发现和解决故障, 保证风机正常运转。 ( 6) 为了保证风机能够正常启动和运转, 必须为风机提供合适的供电设备。

4 隧道防水工程质量控制

4. 1 防水材料

提高材料质量是确保防水效果的前提, 施工中必须重视该项工作。做好各类材料的检测工作, 确保材料质量满足规范要求, 不合格材料一律不能应用到施工中。只有这样, 才能保证防水层施工顺利进行, 确保整个隧道工程的施工质量。

4. 2 加强人员管理培训

施工单位要注重对施工人员和管理人员的管理和培训。确保施工人员能熟练掌握防水层全部工艺流程, 包括基层处理、细部处理、安全防护等。施工中严格遵循各项工艺流程, 加强每个施工环节的质量控制, 进一步提高隧道防水层的防水施工效果。

4. 3 重视施工质量检测

铺设防水层之前要检测基层, 确保其质量合格。用充气法检测防水板焊缝的密封性, 确保其焊接准确可靠, 保障防水层施工效果。防水板铺设的外观质量用目测法检验, 确保焊缝表面平整光滑, 并重视焊缝抗拉强度检测, 确保其大于母材强度。对存在质量不合格的部位, 应该进行返工和维修, 保证满足施工规范要求。

5 复杂地质条件下的高铁隧道施工对策

5. 1 加强地质勘查工作

地址条件的复杂是影响隧道施工最重要的因素。要保证铁路隧道施工的安全性和施工的质量和进度就必须要加强前期工作, 加强对地质的勘测。在前期工作中还需要加入对隧道施工项目的风险评估工作, 加强对地质灾害的检测, 以及对自然灾害的预测, 例如塌方、突水、瓦斯爆炸等地质灾害。经过一系列的识别和监测, 在确定了地质的稳定性后还要寻找和地质情况相匹配的施工技术。

5. 2 加强对铁路隧道施工单位的监管

我国隧道施工作业中缺乏对施工单位的监管, 缺少关注力度。首先国家立法机关应该加强立法, 对施工单位敷衍了事的行为进行处罚, 提高施工单位的安全意识和重视力度还有建立规范的操作程序。加强对铁路部门的监管, 同时也要为施工单位提供技术和专业人员的支持, 让他们能够成立专业小组, 加强对地质的研究和技术设备的改进与创新。就施工单位而言, 要加强企业的内部管理, 加强对隧道施工的关注, 加强对企业工人的技能培训, 管理层要多深入施工工程中, 及时发现和处理问题。

6 结语

高铁隧道施工关系到施工人员的生命安全还有国家交通网络的建设, 国家和施工单位要提高对高铁隧道施工的关注。要不断提高技术水平, 通过钻研找寻更加有效科学的方式, 以解决各类复杂地质条件下遇到的隧道施工问题, 避免由于地质问题而引发的灾害性事故, 最终建成优质的高铁隧道工程。

参考文献

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[3]周本敏.长大隧道快速施工的技术方案及经济评估研究[D].天津大学, 2006.

[4]袁勇.谈隧道施工安全的风险管理与防范措施分析[J].建筑与文化 (学术版) , 2013 (10) :115-116.

[5]温守杰.高速铁路隧道防排水施工技术[J].国防交通工程与技术, 2014 (Z1) :113-115.

京沪高铁隧道监控量测方案设计 篇4

京沪高速铁路作为我国高速铁路网中“四纵”的重要组成部分于2008年4月开工建设, 线路总长度达1300 km, 设计时速350 km/h, 是新中国成立以来一次建设里程最长、投资最大、标准最高的高速铁路, 京沪高速铁路现已建成并于2011年6月正式开通运营。

金牛山隧道位于山东省泰安市岱岳区六郎坟村与高新区小官庄村之间, 隧道进口里程为DK465+335, 出口里程为DK467+ 240, 隧道全长1 905 m, 隧道内为单面坡, 坡度3‰和12‰的上坡, 隧道所处地形起伏较大, 其中隧道最大埋深为35.37 m, 隧道在里程为DK466+230-DK466+330区段下穿京福高速公路C匝道, 此区段内埋深仅为9.8 m, 属于超浅埋隧道, 在DK466+ 560-DK466+660段下穿京福高速公路正线, 其中高速公路宽度为36 m, 其中隧道与公路匝道和正线的交角分别为14.57°和36.7°, 属于斜交。隧道的工程地质情况为风化花岗片麻岩, 局部夹杂角闪岩和部分石英, 其中围岩已经风化, 尤其接近地表埋深较浅处节理裂隙较发育, 岩石比较破碎并有地下裂隙水发育, 属 Ⅳ级围岩。

2施工中的监控量测

隧道的设计施工是动态的, 设计从理论上为施工指导方向, 同时施工又为设计提供动态的数据, 而另一个不可或缺的因素就是伴随施工一起进行的监控量测, 三者缺一不可。隧道施工的监控量测是现代隧道施工及环境控制的关键环节, 是新奥法施工的精髓, 有效的监测围岩变形情况可以正确的反馈开挖洞室的稳定性。

可以说监控量测是隧道施工的眼睛, 正是有了这双火眼金睛才能观察到施工中隧道的细微变化, 其对于施工安全的重要性毋庸置疑, 因为围岩的内部受力、深层次位移情况、变化速率及支护受力可以通过监控量测直观、快捷的来显示, 可以通过研究监控数据来反应围岩位移及支护受力合理性和可控性。通过监控数据的反馈和整理, 可以得出支护结构的变形趋势和稳定状态, 以及可以判定出现有支护的合理性, 为后续施工和设计提供数据支持。通过对京沪高铁金牛山隧道工程进行施工监控量测, 可以实现3个目的。1通过对地表沉降的监测及数据分析, 对既有公路路面沉降做出预测, 从而分析隧道开挖对既有路面的影响程度, 并将分析结果反馈到设计和施工中, 及时调整开挖方法和支护措施实现动态设计及施工。2准确的掌握隧道围岩随开挖的变形规律, 并通过分析得出结论用以调整施工方法和支护参数, 并通过测定围岩压力和支护结构内力, 了解支护结构的受力状况和应力分布;3通过对沿线隧道工程的监控量测可为本地区后续的类似隧道工程设计与施工积累科学资料和经验。

为确保金牛山隧道施工顺利进行, 较为准确地掌握施工过程中围岩的稳定状态和对环境的影响, 现场监控量测按照《铁路隧道监控量测技术规程》 (TB 10121-2007) 的要求开展。由设计单位完成监控量测设计, 然后交由施工单位并编制实施细则, 然后开展监控量测并一直伴随工程竣工, 最后将资料归档纳入竣工文件中。隧道监控量测设计包括3方面内容:确定量测项目; 确定测点布设原则、量测断面以及量测频率;设定量测控制标准。

2.1常规量测项目

根据规范, 隧道监控量测项目分为必测项目和选测项目。表1列出了隧道施工监控量测的必测项目。而选侧项目则是针对施工和设计中的特殊要求而开展的。表2列出了铁路隧道施工的选测项目。

针对金牛山隧道的特殊情况, 隧道监控量测的必测项目和选测项目都要同时开展, 以便达到施工环境控制要求。

2.2量测断面及测点布置原则

由于金牛山隧道下穿高速公路段为超浅埋, 而对于浅埋隧道的规范要求要在隧道开挖之前进行布设观测点, 测点既包括地表沉降点也有隧道洞内的测点。根据规范测点应该满足表3的要求, 表3中H0为隧道的埋深, B为隧道开挖宽度。

浅埋隧道地表沉降测点横向间距为2~5 m, 并且随着与隧道中线的接近应适当加密测点, 地表横向监测范围应>2 (H0+ B) , 而且在地表有既有控制性建 (构) 筑物时, 应适当加宽量测范围, 具体测点布置 (略) 。通常, 洞内的变形监测点应布置在同一断面上。必测项目监控量测断面的间距应满足表4的要求, 隧道洞内净空变化量测测线数, 可参照表5及图1~图5布置, 其中Ⅱ级围岩视具体情况确定间距。

2.3监控量测频率

根据规范隧道监控量测频率应该按照表6、表7中的规定进行, 并且原则上应该采用较高的频率, 在特殊地质地段还应该加大量测频率, 做到因地制宜, 灵活安排和科学管理。

2.4地表沉降监测结果与分析

在隧道开挖过程中, 对上方既有京福高速公路路面进行了地表沉降监控量测, 在施工结束后地面沉降曲线如图6~图9所示。

从监测结果可以看出, 既有路面最大沉降为10.9 mm, 最大沉降发生公路土路肩位置, 但处于行车道以外, 总体来说不会影响行车安全。而布置在行车道位置的各测线测试数据均<29.4 mm, 说明金牛山隧道在开挖过程中对既有路面的影响在沉降控制范围之内。

3爆破振动监控量测

由于金牛山隧道在下穿既有公路段属于超浅埋, 埋深仅为9.28 m, 所以在隧道爆破开挖的过程中, 必须始终进行爆破振动速度监测, 并以监测到的爆破数据作为依据, 进行分析对比, 及时对爆破参数和开挖方式进行合理的调整, 力求达到在具备最佳爆破效果的同时也能确保既有公路和隧道支护结构的安全。

整个爆破振动速度监测系统, 由CD-1传感器、DSV测振仪以及处理数据的计算机组成。振源地距离对监测点的振速影响至关重要, 距离越近质点的振速越大, 距离越远质点的振动速度越小, 因此在隧道下穿既有公路时应以隧道中线为轴, 中线处的监测点最为密集, 然后向两侧依次排开。

3.1常用传感器测振仪与原理

工程中常用的传感器是磁电式传感器, 可运算测出振动速度、位移和加速度。这种传感器具有灵敏度高、内阻低的优点, 因此在实际工程中应用很广泛。爆破振动速度监测系统的传感器和测振仪种类繁多。

3.2现场爆破监测

金牛山隧道振动测量系统采用IDTS 3850型双通道爆破振动分析仪来记录分析信号。监测地表的振动传感器埋设在公路的固定点上, 并用石膏将其固定。随着隧道开挖的进行, 爆心距也在发生着变化, 而此时假定爆破的单段最大装药量保持不变。监测仪器见图10, 图11, 监测数据见表8。

传感器所测得结果, 1号传感器监测结果, 振速最大值1.462521 cm/s, 最大值时间0.0554 s, 主振频率21.972656 Hz。 2号传感器监测结果, 振速最大值2.038988 cm/s, 最大值时间0.0202 s, 主振频率57.983398 Hz。3号传感器监测结果, 振速最大值1.675732 cm/s, 最大值时间0.0564 s, 主振频率57.983398 Hz。

通过对测试结果的分析并对照规范可以看出, 在当时的爆破条件下可以满足要求。

摘要：隧道下穿既有公路的情况很多, 而对于沉降控制标准以及采用的施工技术还没有较统一的标准, 目前多采用30 mm作为沉降控制的标准。以京沪高铁金牛山隧道下穿既有公路的综合施工技术作为研究内容。综合金牛山隧道的特点, 通过合理的监控量测技术指导施工, 从而有效控制路面沉降, 使其满足下穿段的沉降控制标准。

高铁隧道论文 篇5

高速铁路具有新颖、快速、经济、舒适、优质的运输服务等优点。作为国民经济的大动脉、国家重要基础设施和大众化交通工具, 在中国经济社会发展中具有重要作用。据统计, 中国投入运营的高速铁路已超过6 800 km。中国已成为世界上高速铁路系统技术最全、集成能力最强、运营里程最长、运行速度最快、在建规模最大的国家。

1 工程概况

某新建隧道 (以下简称“新建隧道”) 全长为6 863m, 属于单洞双线隧道。隧道进口位于直线上, 洞身DK195+15.56~DK195+950.75、DK201+141.71~DK201+768段1561.48m位于左偏曲线上, 隧道出口位于左偏曲线上。隧道内设置单面坡, 进口~DK201+750为20‰的上坡, DK201+750~出口为3‰的上坡。

隧道地处山脉西南的剥蚀中低山区, 地形陡峻, 地势西北高东南低、沟谷深切、植被发育, 以灌木丛为主, 局部开辟为茶园和山核桃林。隧道经过区域最高山峰海拔标高1 007m, 隧道进口标高为261.537m, 出口标高为397.734m, 最大埋深约340m, 自然山坡坡度约为20~50°。

隧址区地表水水系发育。隧址范围内主要支流发育于线路左侧, 并在隧道入口附近与线路相交, 沿溪建有电站, 隧道出口附近建有水库。隧道洞身发育树枝状小型溪流, 水量季节性明显。

新建隧道不良地质主要表现为断层、向斜、软质岩段高地应力, 局部地段可能存在岩溶和瓦斯。隧道穿越断裂破碎带, 高应力区段开挖过程中可能发生岩爆, 极高地应力区施工过程中产生大变形, 出口段含有石煤层可能存在瓦斯;本隧道不良地质主要为可溶岩, 不良地质段施工风险高, 安全顺利穿越不良地段施工为本隧道施工安全控制重难点。该隧道还穿越2条断层破碎带, 有6段可能发生岩爆, Ⅳ级、Ⅴ级围岩占隧道全长6 863m的45%, 工序转换快, 衔接时间长, 平行作业施工难度大, 施工任务重, 工期目标的实现难度大。

2 正洞施工要点

2.1 环境保护

新建隧道地处名胜风景区内, 青山绿水, 风景秀丽, 沿线森林覆盖率高, 环境条件良好, 沿线河流纵横, 水系属重点预防治理保护区, 且涉及当地居民地表饮用水源, 施工期间对环境保护、生态水土保持要求高, 尽量减小对周围环境的污染, 减少植被破坏和水土流失, 工程完工后恢复植被, 做好防护, 给当地人民群众一片蓝天绿水的环境, 也是本标段施工的重点。

2.2 科学组织施工

新建隧道为长大隧道, 地质条件复杂, 施工安全风险大, 工期相对比较紧, 施工任务重, 科学组织好新建隧道施工为本工程隧道施工组织的重点之一。

2.3 保障运输和电力

隧址区处于山区, 山高林密, 沿线公路网不发达, 大宗材料和设备公路运输较为困难, 需要新修便道5.4km, 改建、扩建施工便道达22.3km, 因此尽快完成施工便道施工, 打通运输通道是项目顺利施工的基础。本工程临建设施及施工便道修建需要大量征用当地的经济作物地, 新建隧道进口紧邻村庄, 民房较密集, 施工干扰相对较大。隧址沿线电力资源较为薄弱, 隧道工程先期动工, 电力输送是本工程全面施工的前提。

3 高铁隧道施工技术中正洞施工技术

3.1 施工测量

3.1.1 洞口测量

根据新建隧道线路的形状、洞口位置进行洞外施工控制网和洞口控制网的测量, 计算出导线有关数值的关联度, 确定施工点位关系。根据洞口的结构以及地面标高, 对洞口坐标以及边坡的刷坡点坐标精确计算及复核, 利用全站仪在洞口放样边仰坡刷坡线, 同时建立永久测量桩点, 便于后续测量控制。

3.1.2 洞身测量

洞外平面和高程控制测量完成后, 即可求得洞口点 (各洞口至少有2个) 的坐标和高程, 根据设计参数计算洞内中线点的设计坐标和高程。坐标反算得到测设数据, 即洞内中线点与洞口控制点之间的距离、角度和高差关系。测设洞内中线点位。

在隧道施工过程中, 严格按照设计标准进行施工测量, 以确保结构尺寸的高精确度。测量人员必须通过洞内控制点来放样隧道高程、中线, 并利用断面检测仪对隧道开挖断面、衬砌轮廓线进行复核, 在洞中进行放样时, 必须要配置湿度、温度计, 以便掌握切实的气压与气温指数进行及时修正。

3.2 隧道工程洞口段施工

隧道进口采用明挖法和半明半暗施工工艺, 即先施作外侧半幅套拱, 再暗挖内边墙, 初支采用喷C25锚喷混凝土, 二次衬砌采用模筑混凝土;出口采用明挖法施工。施工顺序为:测量放线→危石清理或加固→截水天沟施工→边仰坡的开挖支护→施作套拱→施工大管棚→开挖进洞→明洞施工→洞门施工。

3.2.1 危石清理

洞口施工之前详细排查洞顶孤石及岩堆的分布情况及数量, 对可能影响施工安全的岩堆及孤石予以清除或及时防护和加固, 采取清方、嵌补及支顶等措施消除隐患, 并及时做好防护。

3.2.2 边仰坡施工

隧道明洞、洞门开挖前, 首先施工洞口边仰坡外的截、排水沟, 设于边、仰坡顶以外不小于5m, 其坡度根据地形设置, 但不小于0.3%, 以免淤积。明洞及洞门段土方开挖采用人工配合挖掘机由上而下分层开挖, 每层高度2~3m, 随开挖及时进行锚网喷支护;采用挖掘机或装载机装渣, 自卸汽车运至弃渣场。在围岩落石下方设置钢轨支架防护, 支架基础为C20混凝土。隧道明洞、洞门开挖, 避免在雨天进行。

3.2.3 进洞方法

洞口土石方开挖到达隧道里程处形成台阶, 施做暗洞套拱和安装导向架, 在台阶上施做超前管棚支护, 在超前管棚施做完成后进行洞身开挖, 采用三台阶临时仰拱法, 短进尺, 用风镐配合挖掘机开挖, 喷混凝土分两次进行, 即开挖后初喷, 架立钢架、安装系统锚杆、挂网后复喷, 及时封闭, 保证支护质量。施工过程中应加强监控量测, 包括坡面稳定、边墙稳定等, 以便及时掌握刷坡面动态和支护工作状态, 保证洞门稳定和施工安全。

3.2.4 明洞施工

明洞开挖完成后进行基底处理, 基底承载力达到要求后方可施作仰拱、填充混凝土, 填充混凝土浇筑在仰拱混凝土终凝后进行。明洞衬砌在仰拱填充完成后由明暗洞交界处向隧道洞口方向衬砌;拱墙衬砌采用模板台车作内模, 组合钢模作外模, 一次性灌注成型;明洞回填前应提前施作防水层。

3.2.5 洞门施工

洞门施工在明洞或洞口段衬砌完成后进行, 洞门及挡墙基底承载力要求不小于0.25MPa;端墙背后设置排水盲管网, 管网采用外包土工布的塑料排水盲管, 横竖间距均为2m, 横向采用Φ80塑料排水盲管, 竖向采用Φ100塑料排水盲管, 排水盲管在路基面高度处采用Φ100PVC管排入侧沟;洞门端墙及翼墙混凝土灌筑采用支架和定制模板, 混凝土采用洞外自动计量拌和站生产, 混凝土运输车运输, 泵送入模, 插入式振捣器振捣, 做好养护工作。洞门完成后, 分层填筑, 左右交替、对称回填, 并及时施做洞口防排水系统。

3.3 隧道洞身工程施工

洞身采用钻爆法施工。正洞开挖Ⅴ级围岩浅埋、偏压段采用CD工法, Ⅴ级围岩深埋段采用三台阶环形开挖预留核心土法, Ⅳ级、Ⅲ级围岩采用台阶法。开挖采用光面爆破, 严格控制超前挖;初期支护喷射混凝土采用湿喷工艺;仰拱及填充分次浇筑并先于拱墙衬砌, 二次衬砌距掌子面距离Ⅳ级围岩不得超过90m, Ⅴ级围岩不得超过70m;全隧道施工必须采用综合手段进行超前地质预报, 特别加强对瓦斯、突水及突泥预报工作。以下对各种开挖方法分述如下:

3.3.1 台阶法

正洞Ⅲ级围岩、Ⅳ级硬质岩采用台阶法开挖。台阶长度3~5m, 采用光面爆破, 减少对围岩的震动以控制成形。上台阶采用人工手持风钻钻孔, 挖掘机或扒装机扒渣到下断面, 出渣在下断面作业;无轨运输时用装载机配合自卸汽车装运;下台阶对初期支护无钢拱架地段可与上台阶平行跟进, 对初期支护有钢拱架地段, 应左右交错进行。台阶法施工工序见图1。

(1) 弱爆破开挖 (1) ;

(2) 施作 (1) 初期、超前支护及临时仰拱;

(3) 弱爆破开挖 (2) ;

(4) (2) 部周边架初期支护;

(5) 在滞后 (2) 部一段距离后开挖 (3) 部;

(6) 浇筑仰拱及边墙混凝土;

(7) 施作仰拱填充。

台阶法主要施工注意事项:

解决好上、下半断面作业的相互干扰问题。下部开挖时, 应注意上部的稳定。下部边墙开挖后必须立即喷射混凝土, 并按规定做初期支护。量测工作必须及时, 以观察拱顶, 拱脚和边墙中部位移值, 当发现速率增大立即进行仰拱封闭。

3.3.2 三台阶预留核心土法

正洞Ⅴ级围岩深埋段或Ⅳ级围岩软岩破碎段, 采用三台阶法, 分上、中、下3个台阶, 根据实际地质情况可分别采用三台阶开挖、三台阶环形开挖预留核心土法及三台阶加临时支撑或临时仰拱法进行施工, 各部位的开挖与支护沿隧道纵向错开进行, 其中三台阶开挖多用于Ⅳ级围岩, 三台阶环形开挖预留核心土法多在Ⅴ级围岩岩溶、裂隙水发育地段采用, 当围岩收敛变形较大时采用三台阶加临时支撑或临时仰拱法进行施工。三台阶施工工序示意图见图2。

(1) 弱爆破开挖 (1) ;

(2) 施作 (1) 初期、超前支护;

(3) 在滞后 (1) 部一段距离后弱爆破开挖 (2) ;

(4) (2) 部周边初期支护;

(5) 在滞后 (2) 部一段距离后开挖 (3) 部;

(6) (3) 部周边初期支护;

(7) 在滞后 (3) 部一段距离后开挖 (4) 部;

(8) 浇筑仰拱及边墙混凝土;

(9) 施作仰拱填充;

(10) 浇筑拱墙混凝土。

三台阶法施工注意事项:

(1) 三台阶预留核心土法开挖方式均采用弱爆破或人工开挖。爆破时严格控制炮眼深度及装药量。各分步平行作业, 平行施作初期支护, 各分部初期支护应衔接紧密, 及时封闭成环;仰拱应紧跟下台阶施作, 及时闭合构成稳固的支护体系。

(2) 应完善洞内临时防排水系统, 防止地下水浸泡拱墙脚基础。

(3) 上部弧形导坑开挖:在拱部超前支护后进行, 环向开挖上部弧形导坑, 预留核心土, 核心土长度宜为3~5m, 宽度宜为隧道开挖宽度的1/3~1/2。开挖循环进尺应根据初期支护钢架间距确定, 最大不得超过1.5m。

(4) 左、右侧中台阶开挖:开挖进尺应根据初期支护钢架间距确定, 最大不得超过1.5m, 开挖高度为3~3.5m, 左、右侧台阶错开2~3m, 上、中、下台阶预留核心土:各台阶分别开挖预留的核心土, 开挖进尺与各台阶循环进尺相一致。

(5) 隧底开挖:每循环开挖长度宜为2~3m, 开挖后及时施作仰拱初期支护, 完成两个隧底开挖、支护循环后, 及时施作仰拱, 仰拱分段长度宜为4~6m。

3.3.3 四部CD法

正洞进出口Ⅴ级围岩浅埋、偏压地段采用CD法施工。施工工序见图3。

施工顺序:

(1) 左侧上台阶开挖;Ⅰ左侧上台阶初期支护、中隔壁;

(2) 左侧中台阶开挖;Ⅱ左侧中台阶初期支护、中隔壁;

(3) 左侧仰拱开挖;Ⅲ左侧仰拱初期支护、中隔壁闭合;

(4) 右侧上台阶开挖;Ⅳ右侧上台阶初期支护;

(5) 右侧中台阶开挖;Ⅴ右侧中台阶初期支护;

(6) 右侧仰拱开挖;Ⅵ右侧仰拱初支。

四部CD法施工注意事项:

(1) 四部CD法主要采用人力配合机械开挖;

(2) 左右侧导坑开挖面距离为5m, 台阶长度3m;

(3) 根据监控量测结果, 中隔墙后期边衬边拆除;

(4) 上导坑1、2部每循环开挖进尺不应大于1榀钢架间距, 下导坑2、4部每循环开挖进尺不得大于2榀钢架间距;

(5) 分析, 待初期支护收敛后, 拆除I 16临时钢架。

(6) 初期支护钢架应采用工厂化制造, 出厂前必须进行检验、试拼装;

(7) 喷混凝土应采用湿喷工艺;

(8) 隧道监控量测应按现行《铁路隧道监控量测技术规程》 (TB10121-2007) 的规定建立等级管理、信息反馈和报告制度;

(9) 根据监控量测情况确定二衬施工时间。

4 结语

高铁隧道大多具有地质情况复杂、工序转换频繁、技术标准要求高、施工人员多、机械化施工程度高等特点, 为了进一步建好高铁, 确保施工和运营安全, 在施工中必须配备专业的施工管理人员与施工技术工作人员, 按照设计施工工艺要求, 标准化施工, 才能确保施工安全质量可控。

参考文献

高铁隧道论文 篇6

关键词：龙围隧道,综合超前地质预报,施工安全

随着国家交通基础建设的推进, 隧道工程建设的工程规模越来越大。在高速铁路建设中, 隧道工程普遍具有洞径大、埋藏深、洞线长、地质条件复杂的特点。大量铁路和公路隧道工程建设的实践表明[1], 由于受地质勘察精度、勘察手段等诸多条件的限制, 根据地质勘察资料做出的设计与实际不符的情况屡有发生。由此而来塌方、涌水、涌泥、涌砂、岩爆等灾害时有发生, 给施工造成极大的危害。据统计[2], 施工过程中由于塌方、涌水、涌泥、岩爆等地质灾害造成的停工时间要占总工期的30%左右。因此, 在地质条件复杂的地区进行隧道工程施工时, 做好超前地质预报, 对降低施工风险和减少施工安全事故具有极大的工程意义。

1 工程背景

龙围隧道位于桂林恭城县内, 是贵阳至广州高速客运专线上的高铁隧道之一, 起讫里程DK523+467~DK526+475, 隧道全长3008m, 最大埋深300m。隧道所在区域属剥蚀性低山地貌, 两翼基岩为砂岩夹页岩, 地质条件复杂。隧道工区所在地下水以土层空隙水、基岩裂隙水为主, 其中基岩裂隙水富集, 水量丰富, 地表降水丰沛, 正常涌水量达41250m3/d, 最大涌水量可达61875m3/d。

龙围隧道围岩多为角岩化砂岩, 弱风化, 岩体较破碎, 节理裂隙发育, 页岩局部夹软弱夹层, 裂隙充填软、流塑状粘土, 遇水易软化, 岩体整体性差, 局部呈碎块、砂砾状。隧道围岩整体完整性较差, 强度较低, 自稳能力弱, 其中隧道IV、V类围岩占总长的68.3%, 且在隧道中部区域, 有两断层通过。在隧道开挖施工过程中围岩易发生坍塌、涌水、突水等工程事故。

龙围隧道处于喀斯特地貌显著的桂林地区, 地下岩溶发育且极具规模和隐秘, 前期地质勘探和地质调查无法保证获取的地质资料的完整性, 加之如前所述的围岩、水文地质条件, 这些复杂因素给隧道的施工带来很大的安全隐患。为保障工程的安全施工, 保证工程的顺利开展和推进, 在隧道施工过程中, 就必须对复杂地质情况足够重视, 切实做好了地质超前预测、预报工作, 以便及时采取相应的工程措施, 降低施工风险, 避免灾害的发生或在一定程度上减少因灾害造成的损失, 为快速、安全施工和优化支护参数提供有益的信息, 确保工程的安全和效益。

2 超前地质预报的基本原理

在地质预报技术上, 国内外前沿的技术主要有如下几种[3,4], 一是地震波探测法, 一是地质雷达探测法, 还有红外探水法和超前钻孔探测法等。

2.1 地震波探测法原理

地震波探测法简称TSP法, 其基本理论是基于通过测量弹性波在介质中的传播特性的变化来获得介质的物理力学等性质的变化, 进而获得介质结构的变化规律。TSP (Tunnel Seismic Prediction) 技术由AMT公司研制, 是一种用于超前预报隧道前方地质变化的地下反射技术, 利用地震波的反射原理进行地质探测。TSP得探测原理可由图1来说明。在隧道掌子面的前方边墙一定区域设置一系列炮孔, 并在隧道两侧壁各设置一个传感器孔, 将传感器置入套管中, 使用环氧树脂将套管与围岩紧密耦合。依次微差激发各炮孔炸药, 炸药爆炸产生的震动波信号沿隧道方向以球面波的形式传播, 在不同的岩层中地震波以不同的速度传播, 震动波会在围岩介质的结构面或前方任意波阻抗差异界面反射回震动信号, 界面两侧岩石差别越大, 反射回来的信号发生变化越大, 这些反射信号及直达波信号将被高灵敏的三轴传感器接受下来。通过计算机软件对传感器捕获的信号进行分析, 就可以判断围岩的变化及洞穴位置, 分析出前方围岩性质、节理裂隙分布、软弱岩层及含水状况等, 最终获得各种围岩构造界面与隧道轴线相交所呈现的角度及距掌子面的距离, 并可初步测定岩石的弹性模量、密度、泊松比等参数以供参考。该法适用于划分地层界线, 查找地质构造, 探测不良地质体的厚度和范围。但仪器在作业过程中对环境的要求较高, 若噪声过大则会影响采集数据的准确性。TSP的有效预报距离可达120m, 在围岩质量好的地段可达300m。

该技术特别适用于高分辨率的折射微地震探测, 以及对断裂带和岩体强度降低的软弱破碎带的探测, 对于掌子面前方及其周围的地质界面情况的位置, 均用数据处理后的图像来直接反映, 对剪切横波 (S波) 的数据处理能籍以提高含水断裂带和地质构造走向的辨识率, 并能自动进行数据分析。对不同岩体及断层带等界面、富水地段的预报效果最好, 同时预报距离长。节省时间, 对施工干扰少, 每次爆破记录时间仅需45 min, 整个量测循环 (包括仪器清理) 共需2h。

2.2 地质雷达探测法原理

地质雷达是基于地下介质的电性差异, 向地下发射高频电磁波, 并接收地下介质反射的电磁波进行处理、分析、解释的一项工程物探技术。其工作原理如图2所示。

由发射天线送入地下高频电磁脉冲波, 当其在地下传播过程中遇到不同的目标体 (岩土体、空洞等) 的电性介面时, 有部分电磁能量被反射回来, 被接收天线所接收, 并由主机记录, 得到从发射经地下界面反射回到接收天线的双程走时t。地质雷达方法是由已知条件推断未知情况的方法, 当地下介质的波速已知时, 可根据测到的精确t值求得目标体的位置和埋深。

2.3 红外探水法

红外探水的原理为用红外测温原理探测局部地温异常现象, 并以此判断地下脉状流、脉状含水带和隐伏含水体等所在的位置。地下水的活动会引起岩体红外辐射场强度的变化, 红外探水仪通过接收岩体的红外辐射强度, 根据围岩红外辐射场强度的变化值来确定掌子面前方或洞壁四周隐伏的含水体。根据构造探测结果, 趋近不良地质体和地质异常体时, 利用便携式红外线探水仪每隔20~30 m对掌子面进行一次含水构造探测。当洞内个别区段渗水量较大时, 亦用红外探水仪探测预报, 探明隧道周边隐伏的含水体, 保证施工安全。

红外探测属非接触探测。探测时在隧道边墙或断面上定好探测位置, 用仪器的激光器在确定好的探测位置上打出一个红色斑点, 扣动扳机, 就可在仪器屏幕上读取围岩场强探测值, 并做好记录。然后转入下一序号点, 直至全部探完。探测完毕, 根据所测场强值绘出一系列的曲线。当隧道掌子面前方围岩的介质相对正常时, 所获得的红外探测曲线近似为直线, 离散度较小, 即为正常场。反之, 当掌子面前方或隧道外围存在含水构造时, 曲线上的数据产生突变, 含水构造产生的红外辐射场叠加到围岩的正常辐射场上使探测曲线发生弯曲, 形成异常场。红外探水的有效预报距离可达20~30m。

2.4 水平超前钻孔法

在隧道施工掌子面或掌子面一侧的耳室进行超前水平钻孔, 通过钻进速度测试预测前方岩溶水量, 同时分析地层岩石的软硬程度、岩体完整性及可能存在的断层、溶洞的分布位置, 从而进行掌子面前方的地质预报。一般情况下, 在坚硬岩石中, 钻进速度低;在软弱岩石中, 钻进速度高。在节理裂隙发育岩体和断层两侧破碎带岩体中施钻, 容易发生卡钻现象, 钻进速度相对较低。遇到空洞时, 钻速突然急剧加快。

水平超前钻孔直观明了, 可以验证超前地质预报的精度, 同时对于含水、含瓦斯地段可以直接探明涌水压力、瓦斯突出压力及其含量。施工中将超前钻孔作为主要的探测手段。

3 龙围隧道地质预报方案

根据上述常用地质预报的原理结合龙围隧道本身的地质条件和本项目的施工条件来制定龙围隧道的地质预报探测方案。在日常正常施工中, 做好地质调查及监控量测, 对重点区域进行综合探测, 将TSP、地质雷达、红外探测以及超前钻孔综合运用, 相互验证。龙围隧道地质预报的方案安排详见表1。

根据表1的预报方案安排地质预报工作, 其中地质调查主要是采用地质素描的办法, 在掌子面开挖后立即进行, 对开挖围岩类型、岩性、风化变质情况、节理裂隙、岩层产状、地下水等方面进行观察和测定。

在综合地质探测区域, TSP预报距离应达到120m。需要预报区段大于有效预报距离时应多次预报, 两次预报重复搭接长度不小于10m。地质雷达的有效探测距离在完整性较好地段应达到30m, 具体根据雷达波形判定。两次预报的搭接重复长度5m左右。红外探测一般安排每30m进行探测一次。水平超前钻孔探测每次钻孔深度应大于50m以上, 必要时需达200m以及进行取芯分析。

4 典型预报案例

在隧道D3K525+240处, 地质调查发现掌子面围岩为蚀变砂岩, 带节理裂隙并充填软塑性粘土, 层厚约为20cm左右, 节理裂隙发育, 节理间距10~30cm, 微张型。地质综合预报发现前方施工围岩有一近直立状、宽约1.2m的软弱花岗岩脉带。红外探水发现前方裂隙水发育, 围岩含水量大, 水压力大。超前钻孔预报发现, 当水平超前孔钻探至掌指面前方12m时, 钻孔出现大量涌水, 水流射程4~5m, 经测算流量达600m3/h。进一步探测发现, 前方50m范围内, 水压力大。由预报的结果, 决定暂停该掌子面的施工, 封闭掌子面, 采取措施减压排水。在经过14天的固结注浆、减压排水后, 重新掘进施工, 施工纪录发现, 掌子面出水量已大大降低, 在第一天的重新施工中, 出水量约为1200m3/d。同时发现, 该段围岩呈软塑性土状, 遇水易软化, 花岗岩已处于全风化状态, 承压强度低, 与预报情况大致一致。

在里程D3K524+856.8处, 地质调查发现, 掌子面岩体破碎, 节理裂隙发育, 软弱夹层规模增大。地质雷达和TSP联合探测发现掌子面前方岩体节理裂隙发育, 节理面夹泥, 有断层通过, 岩体较破碎且稳定性差, 红外探水和超前钻孔预测含水量大, 预计总出水量可达31200m3/d。由预报结果, 决定降低掘进进尺和速度, 减少循环炸药量并优化爆破施工参数, 减少爆破施工对围岩的扰动, 加强施工管理, 采用超前管棚、锚杆、固结注浆等方式加固围岩。经采用以上方式后, 该段隧道施工获得顺利安全推进。

结束语

综合地质超前预报的应用表明, 在复杂地质条件下的隧道施工中, 做好超前预报是降低施工风险的非常有效手段, 积极恰当的预报结果能指导开展合理有效的隧道施工。

在龙围隧道的施工过程中, 结合各种地质超前预报大综合运用, 获得如下经验:

一是隧道通过砂砾状蚀变风化带时, 钻孔揭示地下水具有承压性, 且水位与蚀变风化带界面相近, 可以认为蚀变风化呈一富水囊状。隧道开挖将使相对静水条件改变为动水, 由于巨大的静储量, 容易导致砂砾状物质在高势能动水作用下产生大能量及大范围突水、突砂。

二是如果隧道断面大、围岩软弱、抗水能力弱, 采用全封闭抗水压衬砌的结构安全性就较低, 不得不采用限制排放的方法, 但排放可能使隧道周边固体物质流失而导致隧道结构工作环境恶化。因此有必要对隧道周边围岩进行固结性注浆, 限制流量, 防止固体物质流失。

三是在危险区域, 根据预报的结果应采用恰当的措施开展施工。一般可采用采用短循环进尺, 小药量微差爆破, 超前支护、固结注浆、强支护、快封闭, 加强监控和预报等的基本方法。

四是在施工中应结合预报情况及时制定和完善应急方案, 配备必要的报警、应急设施, 设置逃生通道和装置, 设置应急排水系统等。

参考文献

[1]龙浪波, 王鹰.多种超前地质预报方法在某隧道施工的应用[J].施工技术, 2008, Vol.37.No.11:100-103.[1]龙浪波, 王鹰.多种超前地质预报方法在某隧道施工的应用[J].施工技术, 2008, Vol.37.No.11:100-103.

[2]谭天元, 张伟, 陈友辉.深埋特长隧道超前地质预报体系综合技术研究[J].水力发电, 2008, Vol.34.NO.7:35-39.[2]谭天元, 张伟, 陈友辉.深埋特长隧道超前地质预报体系综合技术研究[J].水力发电, 2008, Vol.34.NO.7:35-39.

[3]司建涛, 贾留杰.综合超前地质预报方法在宜万铁路云雾山隧道施工中的应用[J].地质灾害与环境保护, 2008, Vol.19.No.1:102-104.[3]司建涛, 贾留杰.综合超前地质预报方法在宜万铁路云雾山隧道施工中的应用[J].地质灾害与环境保护, 2008, Vol.19.No.1:102-104.

高铁隧道论文 篇7

高铁隧道是一种处于应力场已经长期存在的介质内的道路施工类型, 现有荷载、后形成结构, 而且, 施工中往往很难确定建筑结构所需要承受的荷载力, 需要对隧道挖掘方式、支护结构刚度和支护时间等做动态的管理, 因为这些影响着结构的受力。

从整体上看, 高铁隧道施工特点有:第一, 隐蔽性较强。 高铁隧道工程一般处于山体内, 隧道只是一个可视面, 绝大多数的分项分部工程都属于隐蔽工程, 很难用直观的方式对整个工程施工质量和效果作出科学的评价分析, 这就直接加大了施工隐患存在的可能性, 提高了质量监管的难度。 即使质量检测中发现了问题, 也难以通过表象找到问题发生的原因, 而且返工危险系数很高。 第二, 不可预见性高。 高铁隧道施工方案都是根据工程类比进行设计的, 设计中的计算处于辅助的位置上, 对实际施工的指导不具有可靠性、科学性, 所以实际施工中具有较多的不可预见性因素。 第三, 开挖断面积大, 增加了施工难度;第四, 施工环境恶劣。高铁隧道施工空间一般比较小, 在如此狭小的空间内作业, 各工序之间的扰动势必较大, 加之, 空气差、温度高、可见度低等, 形成了较为恶劣的施工环境。

2 高铁隧道施工质量监控与管理要点

2.1 隧道进洞开挖

隧道进洞开挖施工质量对隧道结构稳定性有着较大影响。 一方面, 超挖过多会增大回填工程量, 若回填效果差, 就无法保证支护和围岩融为一体, 降低隧道结构稳定性;另一方面, 欠挖时, 可能对隧道净空和二次衬砌厚度产生影响, 进而产生质量安全隐患。此外, 如果开挖表面不平整, 可能造成局部围岩应力集中, 对防水层施工和二次衬砌产生影响。所以, 隧道进洞开挖是高铁隧道施工中的重中之重。其施工方案应按照设计工法, 基于施工现场的地质条件、衬砌断面积、隧道长度及工期等资料进行设计, 而且实际施工中要做动态的调整。

为保证施工质量, 应选择适宜的断面开挖方法, 做好超前地质预报、爆破技术控制和断面尺寸及超欠挖控制等施工工作。

2.1.1 选择适宜的断面开挖方法

现阶段, 高铁隧道断面开挖方法有全断面法、台阶法、稳定性判别方法、环形开挖预留核心土法、单侧壁导洞法、双侧壁导洞法等。 具体如何选择, 应以围岩类型为核心考量依据。 比如, Ⅰ-Ⅲ围岩适宜采用全断面法进行断面开挖, Ⅳ围岩适宜采用台阶法进行断面开挖。 无论采用何种方法, 都应当遵循“ 短进尺、弱扰动、强支护、快封闭、勤量测”原则, 尽量降低对围岩和支护的扰动, 避免发生坍方问题。

2.1.2 严格超前地质预报

超前地质预报是为掌子面前的围岩和地层情况, 利用科学方法和工具进行预报预测工作, 为开挖施工、机械设备选用、支护工程等提供科学依据。 鉴于这一工作重要性, 应将其作为断面开挖设计的基本工序。超前地质预报的内容应包括地层岩性、不良地质、地下水文及地质构造等, 通过预报掌握基本的施工现场地质环境, 尤其是特殊岩土、断层、暗河等方面的。

2.1.3 控制爆破技术

在高铁隧道施工中, 控制爆破技术是保障隧道安全的第一道防线。由于隧道断面较大, 掌子面上的炮眼过多, 爆破所产生的振动对围岩的扰动越大, 对二次衬砌和初期支护的影响也越大。 为此爆破作业中, 测量放样要准确, 炮眼布局要均匀, 而且爆破结束后要认真检测爆破效果, 查看爆破炮眼残留率是否达到标准要求, 然后及时作出调整。

2.1.4 控制好断面尺寸和超欠挖

在隧道断面开挖作业中, 断面尺寸必须符合设计要求。 如果围岩较软或变形, 要根据实际测量数据计算预留变形量和支撑沉落量, 为断面尺寸调整提供依据, 避免出现净空不够情况。此外, 开挖施工中要坚持“ 勤测量”, 实时查看已经挖掘的断面尺寸, 比较实际出渣量和设计出渣量, 如有发现超欠挖现象, 进行必要的回填, 采取其他处理措施。

2.2 防排水工程施工

防排水工程是高速隧道施工中的一项重要工作, 倘若隧道出现渗水情况, 将严重影响隧道结构的稳定性和使用寿命。综合施工经验看, 隧道防排水施工要坚持“ 防、排、堵、截”相结合原则, 以预防为主、防治为辅, 根据实际情况制定综合的防治措施, 并实时监测周围水文情况, 及时调整防治措施。 具体处理措施:铺挂防水层、安设止水带和止水条、铺设排水管和盲沟、安装中心水沟等。以预报的水文情况为排水设施布置依据, 最大程度的做好洞口、地表、洞内和结构的防排水处理。如果隧道内出现了渗水情况, 较为严重时可以采用注浆堵漏方式进行处理, 而对于一般的裂缝滴水现象, 可采用引流堵漏方式进行处理。

2.3 二次衬砌施工

支护结构是保证隧道结构稳定性的根本性措施。 除了初期支护外, 二次衬砌作为隧道的永久性支护结构, 是保证隧道质量的最为重要的一道工序。 二次衬砌一般在初期支护变形稳定后施工, 施工质量监控与管理主要体现在衬砌台车就位和混凝土施工工艺两个方面。

在衬砌台车就位操作中, 应使用平整度的钢模板, 混凝土表面不允许有气泡、孔洞等, 拼装衬砌台车时要确保各板块之间的衔接是圆滑的, 尺寸应符合设计要求。 此外, 如果出现变形、支撑刚度不够等问题, 应适当增加支撑丝杠, 用以增强台车的支撑力度。

在混凝土施工中要选用符合标准的原材料, 按照设计要求确定混合料配比, 拌和过程中避免出现离析现象。 采用对称式的全断面的连续的输送方式进行混凝土泵送, 落差控制在1m左右。 混凝土浇筑、振捣应是连续的, 中间中断时间不得超过90 分钟, 否则易出现施工缝。最后, 要做好混凝土养护工作, 达到8.0MPa以上才可脱模。

3 结语

高铁隧道论文 篇8

关键词：高铁隧道,洞外控制,GPS网,精度估算

1 控制网基本指标

新建云桂高速铁路云南段革朗隧道, 施工里程为D4K359+039~D4K370+614, 正线长度11575m。洞外控制网采用GPS进行, 其中央子午线取隧道中心经线为105°30&apos;00", 高程投影面取隧道平均高程面为900 m, 采用WGS84系统坐标系椭球参数。外业工作分为1个整网, 各测段之间采用边联结方式形成由三角形或大地四边形组成的带状网。每个洞口布设至少3个点, 周围视野开阔, 对天通视情况良好, 高度角15°以上无障碍物阻挡卫星信号;远离高于安置天线高度的树木、建筑物等阻挡卫星信号的障碍物。点间距不少于400m, 加密控制点标石埋设标准与精测网CPII控制点标石埋设规格及要求相同。观测时将隧道洞口设计院交接的CPI、CPII控制点纳入GPS独立网中, 整网为14个点, 共有同步环6个。

2 洞外GPS网施测

2.1 施测人员

参加复测人员共6人, 工程师2人, 测量技术员4人, 在进行洞外控制网施测前对参与测量人员进行了统一培训。

2.2 设备投入及外业测量

洞外控制网施测量共投入天宝 (Trimble) 5800双频接收机4台套/组, 标称精度:5mm+1ppm;投入天宝 (Trimble) R4双频接收机2台套/组, 标称精度:5mm+1ppm。隧道洞外控制网按二等网观测, 每个观测时段观测90min, 每个同步环观测2个时段, 采用静态相对定位模式观测, 外业操作准确对中、整平仪器, 每时段观测前后分别量取天线高, 取两次量高的平均值。

2.3 GPS数据处理

基线处理采用LGO (Leica GPS Office) , 网平差采用COSAGPS软件进行处理。

外业观测结束后, 对基线进行处理和质量分析, 删除工作状态不佳的卫星数据, 在卫星残图上观察残差量是否过大, 如果系统误差明显, 则删除该时间段, 并对重复基线、环闭合差进行检验, 满足规范要求后, 进行平差处理。

独立网在基线解算满足规范要求后, 首先在WGS-84椭球坐标系下进行三维平差, 检查GPS网基线向量符合精度在满足规范要求后, 进行一点加一方向平差。

2.4 控制网测量精度简介

(1) 重复基线16条, 其中较差最大的是:

(2) 闭合环21个, 最大闭合差的环为:

(3) 点位精度及中误差

3 隧道控制测量贯通误差估算

3.1 洞外控制测量对洞内横向贯通误差影响的估算

洞外独立控制网测量采用GPS方法观测, 洞外控制测量的验后横向贯通中误差:

式中、、——由进、出口推算至贯通点的x、y坐标差的方差和协方差;——贯通面方位角。

3.2 洞内控制测量对横向贯通误差影响的设计

革朗隧道全长11575m, 设有斜井一座, 设有横洞两座, 其中隧道正洞开挖最长段是1#斜井与2#横洞之间, 其正洞开挖长度7290 m, 斜井长度390 m, 2#横洞长度1063 m, 贯通面里程设计为DK365+980。仅以此施工开挖段进行测量贯通设计。

根据高铁测量规范要求, 主要对隧道横向贯通误差进行设计, 影响横向贯通误差的因素有洞外控制测量误差和洞内控制测量误差, 洞内控制测量按二等精度预计。

洞内控制测量采用全站仪导线方法观测, 影响导线测量误差的因素主要是测角误差和测距误差。洞内测量设计的验前横向贯通中误差:

洞内控测时, 洞内导线网应布设成多边形闭合环, 导线水平角观测采用测回法, 测回数不少于六个测回 (应用J1级仪器) , 正洞内导线边长按400m布设, 横洞、斜井洞内导线边长按350m布设, 实测导线边应进行高程投影改化, 测距时应考虑温度和大气压的影响。

3.3 隧道洞外、洞内控制测量对横向贯通误差影响的估算

革朗隧道1#斜井与2#横洞之间横向贯通误差总的影响值为:

4 结束语

云桂铁路革朗隧道, 洞外控制网采用双频GPS接收机进行静态测量, 按规范采用相关软件进行基线处理及网平差后, 通过精度估算, 能满足贯通精度要求, 并且根据洞内导线拟采用的仪器情况, 综合洞外、洞内控制测量对贯通误差的估算, 也满足总体贯通精度的要求。

参考文献

[1]《高速铁路工程测量规范》.TB10601-2009[S].

[2]《工程测量规范》.中华人民共和国建设部, GB50026-2007[S].