2012年度技术总结

2012年度技术总结 土木工程路桥隧几个专题探讨 广州中咨城轨工程咨询有限公司 高级咨询师 刘建新同济大学白云教授（国际隧道协会副主席）说：“10年培育一名土木工程师，5年机电工程师，IT工程师5年前知识毫无用处”；我认为做为指导和为工程师智力服务的合格咨询师也至少应加上5年工作经历。本人从83年进入土木工程学院学习路桥隧4年，10年铁路新线施工，3年地铁运营土木工程维护，10年城市轨道交通工程项目管理，3年项目管理和设计咨询的经历。怎样才能做一名称职的土木工程咨询师？土木工程技术发展现状？现从路桥隧专业几个专题进行研究和探讨，起抛砖引玉。一、 土木工程技术发展现状（一）路基广州东莞等南方路基常用的软基处理：排水固结法，吹填砂填筑站场。昆明贵阳等云贵高原的高边坡失稳，第三方监测是否需要对路基高边坡进行监测？我的观点是凡是坡顶坡脚无建（过）筑物的边坡只须施工监测，边坡附近有建（过）筑物的既要对建（过）筑进行监测，还须对高边坡的稳定性进行了监测。（二）桥涵广州东莞高架区间桥梁以整孔预制梁和节段拼装梁为主，因跨江河、公路和铁路特殊桥梁如连续梁和刚构梁等。昆明贵阳高架桥梁以现场脚手架制梁为主，特殊桥梁有连续梁和连续刚构梁。第三方监测是否需要对桥梁进行监测。我的观点是只需要对特殊桥梁（连续梁作连续刚构等复杂梁型）梁部施工进行线性监控。简支梁无论整孔或节段拼装均无须委托第三方进行监控。（三）隧道隧道及地下工程主要有明挖、暗挖、盾构三大工法。明挖车站及区间也是隧道，明挖基坑及支护看似简单，其实重大安全事故远多于暗挖和盾构工法。深基坑技术中地下连续墙墙厚600，800，1000，1200，国内最厚也有到1500的，深度1525米常见，大于40米深的地下连续墙对膨润土的有效成份指标、造浆设备及工艺、接头等都有特殊要求。墙（排桩）+支撑体系：广州东莞云贵习惯于用围檩+支撑，而上海苏杭地区习惯于不用围檩，钢支撑直接支撑在地下连续墙体上。这两者谁是谁非，只是习惯成自然！前者需要注意钢支撑与钢围檩节点失稳，后者需要注意地下连续墙体与钢支撑密帖问题。基坑井点降水：什么时候降水？降到什么水位？对周边环境的影响等！基坑开挖：纵坡失稳问题？暗挖隧道的拱顶厚度：因泵送商品混凝土现浇工艺难以保证拱顶砼厚度达到设计要求，应有补偿注浆措施。盾构隧道的工后沉降和上浮：主要工程措施采用水泥浆、双液浆壁后注浆；其注浆量多少合适？有人认为不少于140%，也有设计单位要求180%，还有的要求达到200%等。并不是越大越好？如果第一次注浆量建议为140180%，隧道沉降/上浮监测数据汇总的沉降/上浮曲线仍然在发散，那么第二次补偿注浆量相对取大些；反之，如果已经收敛或沉降/上浮差值归零，那么第二次注浆量只须进行填充式、补偿性的注浆。上海王振信专家认为浆量180%合适。他的观点还有：壁后注浆的优劣关联到地面沉降及隧道质量。设计方的责任是制定确切的注浆方式、浆量及压力。施工方是实施的主体，负有主要责任。对质量负责并不囿于设计规定。注浆量及注浆压力并非越高越好。二次注浆及跟踪注浆宜郑重。当今通常采用补偿注浆。二、 第三方监测专项咨询广州地铁一号线和二号只有施工监测，因公纪区间等隧道施工造成红军楼等数幢建筑沉降开裂，导致赔偿和修复工作历时3年之久，因当时施工监测内容不能做为市府组织的专家组认可的资料。为了吸取教训，自广州地铁三号线始业主单独委托第三方对隧道施工周围建（过）物和基坑安全进行了监测。自2003年始全国各地均有了第三方监测招投标。从以上产生第三方监测的过程可知道，第三方监测的作用是什么？需要监测什么内容？并不是有施工监测就对应必须有第三方监测。这种误区在设计、业主、监理人员当中广泛存在？我的观点是：第三方监测总费用控制在初步设计单项概算之内，监测内容主要就是三个方面：周边建（过）物安全监测，基坑安全监测和特殊桥梁的梁部施工线性监控。昆明3号线也把管理、指导、验收施工监测的服务范围也纳入的招标文件，也是可以的。做工程我们要精打细算，该花的钱毫不吝啬，不该花的钱绝对不花。第三方监测的数据和资料：我们要注意其沉降、测斜、水位、轴力值的变化，尤其是突变、预警，不能仅仅看监测报告中的累计值，这些动态数据的变化是判断基坑是否处于动态平衡、是否安全的关键。三、 基坑井点降水专题探讨基坑井点降水问题，因广州地铁二号线新港东路地铁基抽水、降水导致淤泥质/粉细砂层地层内承压水流失引起地表沉降、周边建（过）物不均匀沉降倾斜影响很大，最远影响到距离基坑100米外的老厂房严重变形和开裂。从此三号、四号线采用井点降水慎之又慎。为什么要降水？降水目的意义是什么？最典型案例：广州地铁三号线赤岗塔站三层车站，地层为粉细砂层，距离珠江30米，周边建筑密集，地下连续墙施工完成后不敢使用降水措施，第一、二道支撑均采用了混凝土支撑以确保基坑开挖过程的安全。挖机在粉砂层需要垫钢板才不致于陷落。厦滘站基坑开挖前采用了井点降水，深井至基坑底1米，基坑开挖因先前降水将粉细砂层中水抽走进展顺利。但是开挖到坑底发现地下连续墙两侧均向基坑内产生了位移最多200毫米，经分析主要原因是降水措施不当，基坑内粉细砂层因失水过多体积减少，引起地下连续墙体内外土压失去平衡。采用井点降水措施是为了滤干粉砂/淤泥质土中的水分，便于开挖机械作业。但是如果为了上述方便，抽水量、水位、降水时间等参数未把握好，就会产生不良后果，甚至严重的后果：基坑墙体变形、周边建（过）物沉降开裂倾斜等工程质量和安全事故的发生。正确的方法是：边开挖边降水边监测，水量控制，在开挖前一天降水，每次降水水位控制在开挖面以下0.5米即可。发现基坑内外水位突变或周边建（过）筑物沉降超标时应及时停止抽水作业，并采用回灌措施降低内外水位差值。结论：井点降水在基坑闭合且所有连续墙体混凝土达到强度后，边开挖边降水边监测，分层分段降水，不宜过早过量过低水位降水；开挖前一天降水。四、 盾构隧道管片勾缝探讨广州地铁一号线199495年施工的黄沙站长寿路站陈家祠站盾构区间和烈士陵园站农讲所站东山口站盾构区间均为日本青木建设公司设计施工。盾构管片环填充式勾缝嵌补平。19972000年开通运营期间未发现以上两段盾构隧道管片之间嵌缝材料掉落现象。二号线盾构隧道以中铁隧道局、广州盾构等国内施工单位为主要承包商。管片勾缝沿用一号线的设计。自20002003年期间施工，工程竣工验收期间和试运营期间均发现有不同程度的盾构隧道管片之间嵌缝材料掉落现象。从此开始有了对管片之间是否勾缝之争论：运营员工反对，设计施工方找出许多理由认为有必要维持勾缝。以上是盾构管片勾缝的来源，现在国内各城市地铁盾构隧道多数不勾缝。本人有3年隧道运营维护工作经历，也是支持管片间不勾缝的观点：理由是管片勾缝实在是画蛇添足，多此一举；既增加了运营期间因列车每间隔2分种一次的振动（相当于4级微振）对盾构隧道管片勾缝体的振动、松动、掉落砸伤列车的安全风险；特别是在夜间停运期间，隧道内巡道、检修作业人员头顶上方悬空着松动的勾缝体，存在人身安全（勾缝体掉落）受到伤害的隐患。且对隧道防水、美观方面也没有加强，又增加了勾缝费用。五、 地铁运营安全和预埋件技术探讨 （一）区间隧道预埋件技术2012年11月9日深圳地铁公司刘卡丁首席规划师在上海土木工程学会上所做的“全面推广地铁隧道预埋件，确保运营安全及降低运营成本”的专题报告，介绍了深圳地铁在各种隧道推广应用尼龙套管、哈芬槽、华盾槽、任意构件安装，并且已经在深圳地铁6、9号线做了预留预埋专项设计，盾构管片预留预埋件生产工艺试制；预留预埋件纳入了9号线的招标文件。如果这项技术在改革开放前沿城市深圳率先取得成功之路，将对于提高地下工程土建结构的耐久性、节省资源、降低施工成本、缩短工期均十分有意义。目前的现状是：因各种管线、设备安装打孔打断隧道结构钢筋、打穿结构层和防水层现象普遍存在，从而导致地下结构存在问题有矿山法隧道渗漏水严重，伤痕累累，千疮百孔，维修保养困难，增加设施困难，后期加固困难。以广州地铁一号线杨体区间矿山法施工隧道为案例。199597年施工，1998年12月28日开通试运营。在机电设备综合联调、运营演练期间出现轨道道床上浮。矿山法隧道仰拱结构与轨道道床混凝土之间完全分离，经分析原因是矿山法隧道严重的渗漏水从两侧水沟渗漏到道床与仰拱之间，因列车运行振动加局渗漏，水体浮力导致整体道床上浮，内外轨面标高差超标而无法开通运行。在停运整修期间我们将侧墙上打孔引水泄压，泄压孔形成水柱水柱成抛物线型、线状涌出；两侧水沟内存积大量碳酸轻钙和含钙质渗漏水体。杨体区间矿山法隧道严重的渗漏水不完全是因为管线、设备安装打孔打穿隧道二衬结构、打穿初支结构层和防水层，也有防水质量、侧沟防渗混凝土质量、二衬结构防渗等级有关。但是如果能采用预埋件技术，至少可以减少减轻渗漏水的危害程度。地铁预埋件技术在日本、欧美等国外早在上世纪七八十年已经推广应用。我们土木工程咨询工程师有责任推广应用该项技术，项目业主是愿意接受的，但是对设计单位要求精心设计，预埋件要在施工图纸上有位置、标高、型号/编号，材质及防腐要求。对施工单位要求精心施工，在盾构管片生产工艺过程中控制精度，在矿山法和明挖隧道钢筋绑扎阶段准确定位、固定。所以设计和施工单位是抵触的，在施工图设计阶段推广应用会有一定阻力和困难：首先设计总体单位要进行预埋件专项设计，其次预留预埋件纳入了业主的招标文件，第三要有预埋件厂家能生产和供应满足现场施工进度和质量要求。深圳已经率先推广应用预埋件技术，为这项技术在全国各城市轨道交通工程提供了借鉴、吸收、引进并推广应用的基础和条件。 （二）车辆基地综合管沟隧道预埋件技术与综合管沟（共同沟）技术有相同之处。车辆段及停车场内的通讯、电力、高压风、上水管、工业用水、下水道六种均可设在综合管廊内。六、 单体墙七、 盖挖逆做法八、 防落梁措施车辆段内综合管沟设计可借鉴2002年建设的广州大学城综合管沟项目的设计理念和思路。该项目是广东省规划建设的第一条综合管沟，也是目前国内距离最长，规模最大，体系最完善的综合管沟。1、 综合管沟总图布置原则：小管避让大管，有压管避让无压管沟。2、 综合布线工程验收规范GB_50312-2007对强弱电布线间距、屏蔽、隔离和接地均作出规定，10KV电缆与电信电缆能否同处共同沟？强电电流对弱电信号干扰问题直接关系到车辆段内环网（外接高压10KV电源）电缆能否布于共同沟内。 综合管沟的防水/排水设计：管沟底设排水纵坡，在最低处设自动抽排水泵；综合管沟隧道或箱涵混凝土防水砼设计+辅助外包防水，按二级防水标准进行设计。六、 地下隧道施工工法比选探讨工可阶段讨论线路走地下隧道方案还是地上高架方案。初步设计阶段稳定工法。现对地下隧道施工工法进行研究探讨。地铁隧道工法选择的主要控制因素：建造技术、地质条件、造价、工期、场地。建造技术是第一控制和决定因素，如有盾构隧道建造技术才有盾构工法。所以了解和掌握并熟悉常用地下隧道施工工法才能进行比选。从1995年广州地铁一号线黄沙站（珠江岸边的粉细砂层）地下连续两层明挖标准车站，杨基体育西站矿山法区间隧道，到2002年广州地铁3号线全面推广应用盾构隧道技术，2010年东莞地铁R2号线盾构工法52166米占比81.6%，矿山隧道工法9773米占比15.3%，明挖区间隧道工法2013米占比3.1%。2011年施工的西南地区昆明3号线除东标段近效区山岭隧道1980米采用矿山法隧道工法外，其余均采用盾构工法，2012年9月开工建设的贵阳地铁1号线初步设计方案为明挖和矿山法两种工法。时间跨越了17年，地下隧道施工技术和工程技术装备通过引进和国产化生产工艺、工作环境和劳动强度得到了提高和改善。明挖工法地下连续墙液压抓斗成槽设备、双轮铣、膨润土造浆技术进步、工字钢接头改进等所有措施使地下连续墙质量提高。盾构隧道全面推广应用降低成本、加快进度、改善作业成绩环境。矿山法隧道大量采用CD工法、CRD工法、侧壁导坑工法、冷冻工艺为设计师可以任意隧道断面尺寸设计。盾构隧道每单延米建造成本3.34万元。矿山法隧道每单延米建造成本6万元。明挖工法隧道每双延米建造成本1020万元。以下对地下隧道施工工法比选进行分析和探讨。（一） 单洞双线和两个单线隧道（以下简称双洞单线）比选 区间明挖隧道为利于隧道通风在中间设中隔墙形成双洞双线，盾构隧道国内普通设计成双洞双线。矿山法隧道才有单洞双线和双洞单线的比选问题。标准马蹄型单线复合衬砌断面尺寸：开挖7078X6580，初支C25喷砼24cm，系统锚杆3米间距1米，I18工字钢架,开挖37.72m3,结构C35防水混凝土8.52m3,填充C20砼1.3m3.标准马蹄型双线复合衬砌断面尺寸：开挖9282X11760，初支C25喷钢筋砼28cm，系统锚杆4米间距1米，I20工字钢架,开挖87.39m3,结构C35防水混凝土15.15m3,填充C20砼6.48m3。单洞双线/双洞单线比值：开挖2.32,初支1.17，结构1.78,填充砼4.98。初支和二衬砼小于2。开挖和填充砼均大于2。双线单洞隧道CD、CRD工法须临时钢架，且施工期间双线单洞通风排烟成本远高于双洞单线，投资成本单洞双线大于双洞单线，从经济比选双洞单线优于单洞双线。王梦恕院士在中国隧道及地下工程修建技术文中论述了首选双洞单线方案。施工期间无轨运输堵头通风最大长度3500米，有轨运输最大长度78KM。长大隧道宜选择双洞单线隧道。武广高铁运行速度300350公里/小时以单洞双线隧道为主，因列车高速运行需要较大的空间以减少列车在隧道中活塞风（空气）阻力。城市轨道交通区间隧道长度一般在2000米范围，列车运行速度80120公里/小时，相对列车运行在隧道中活塞风（空气）阻力较小，需要的空间也相对较小。城市隧道施工风险远大于山岭隧道。大洞隧道产生的沉降、爆破作业对城市道路周边建（过）物的影响大于小洞。大洞开挖风险大于小洞。从技术上首选双洞单线。存车线等配线段采用大断面单洞双线/三线隧道是不可避免是，也可以采用单线单洞+单洞双线，单洞双线+盾构单洞隧道的方案进行技术经济比选。（二） 矿山法与盾构隧道比选盾构法是暗挖隧道施工中一种先进的工法，近年来在城市轨道交通建设中被广泛采用。盾构法施工具有良好的隐蔽性，控制地层变形能力强、能够应用于含水地层，结构防水质量好，施工引起的噪声、振动的危害小，机械化程度高等优点，对城市居民的生活影响小。盾构隧道每单延米建造成本3.34万元。矿山法隧道双洞单线每单延米建造成本6万元。单洞双线每双延米建造成本1317万元（参考贵阳概算）。从以上论述技术经济比选结论：首选盾构法。但是地质条件控制因素非常关键。这也是我把地质条件控制因素排第二位的原因。影响工法选择的决定性作用大于造价。在贵阳地区就是典型的案例。贵阳市城市轨道交通1号线地质条件：中风化灰岩为主，包括三叠系白云岩、灰岩、泥岩、砂岩，其中泥岩强度相对较低，为软岩，节理、裂隙较发育。白云岩、灰岩及砂岩为较坚硬及较软岩，节理、裂隙较发育。以地勘报告资料揭示贵阳北站至雅关站区间隧道为例：1）YCK13+000YCK13+829抗压强度（干）1156MPa，最大:55.85 2）YCK14+008-YCK14+310抗压强度（干）1146 MPa，最大: 46.23）YCK14+679.70YCK15+161.73抗压强度（干）1144 MPa，最大: 44.33；（4）YCK15+417.7YCK16+273.7抗压强度（干）1146 MPa，最大: 46.22；（5）人民广场站-火车站站区间隧道YCK24+746.00YCK25+995.00段 埋深29.616.8m，块石2.04.2m、硬塑红粘土2.44.9m、可塑红粘土03.4m，中风化白云岩，为碳酸盐岩岩溶裂隙水，主要赋存空间为中风化基岩的风化裂隙，富水性较高，水量较大，轨面位于地下水水位标高以下。上层滞水富水性低。抗压强度（饱和）9.4546.95 MPa ；同时贵阳城区建筑密集，盾构法所需要的始发场地50008000平方米也难以满足要求。所以初步设计城区采用矿山法、效区采用明挖放坡开挖。虽然仍在做盾构工法的专题研究，初步设计预评审专家也建议进一步研究，不要轻易放弃盾构工法在贵阳地区的应用。但是贵阳市1号线全线区间隧道初步设计放弃了盾构工法。（三） 明挖工法与盖挖工法比选明挖法施工对城市环境影响很大。在主城区主要交通路口车辆行人密集，跨路口设站是地铁车站吸引人流最佳方案。但是如何组织交通疏解、断路或封路施工，尤其是交通路口对居民出行、道路交通造成严重影响，有时不得不放弃跨路口设站。有没有既能在路口设车站、只是短期占道施工，46个月恢复交通的施工工法？盖挖工法就是针对于以上问题提出的解决方案。明挖工法隧道每双延米建造成本（不含管线迁改费用）1020万元。场地充分允许放坡开挖土钉墙支护建造成本最低，每双延米10万元。地下连续墙+支撑围护结构和二次主体结构隧道建造成本最高达每双延米20万元。盖挖工法建造成本还要高。以下是19141917纽约地铁换乘通道/联络线盖挖工法施工。19951997年广州地铁一号线公园前站也是采用盖挖逆作法施工工法。因该站位老城区中山五路市政府广场前，明挖封路期间影响城市居民出行和车辆通行。现有盖挖顺筑和逆筑两种工法。盖挖顺筑是半盖挖到基坑底从下往上顺筑施做主体结构。公园前站全盖挖逆筑是全盖挖从上往下施做主体结构。盖挖工法优点占道时间短，6个月施做围护结构和盖板恢复交通。缺点是不利于开挖，防水质量受影响。前者是主要的，也是施工单位不愿意接受的工法。上有盖，下有柱子，土石方施工机械作业效率低。后者只要加强工程质量管理其影响不大。盖挖逆筑工法施做的公园前站建成16年渗漏水并不比明挖车站严重。盖挖逆作（筑）法+单层衬砌车站（单体墙）技术研究，是今后土木工程地下隧道技术发展方向。地下连续墙体现有设备可做到1200/1500毫米厚，墙深51米。结合空间抛撑技术作为临时钢支撑。其前提是地下连续墙工程质量良好，特别是防水接头（钢接头）处理良好。地下连续墙预留钢筋（上下两层）与顶板、中板、底板钢筋连接。中立柱为钢筋混凝土永久结构柱，梁柱节点外包钢板+钢盘接驳器。盖挖逆作（筑）法有成熟的工法，地下连续墙做为单体衬砌车站/隧道在上海华东地区也有成功的案例。有没有一种新工艺新工法能将以上两者结合起来？就能很好地解决路口设地铁车站吸引客流又能降低环境影响。但是，将两者结合起来做为一种工法推广应用还没有先例，尚处于研究开发阶段。将两个工法结合运用的设想工序如下：盖挖逆作法+单层衬砌车站（单体墙）工法施做顺序：地下连续墙和中立柱顶板开挖空间抛撑中板开挖抛撑底板防水、混凝土。某地铁车站单层衬砌车站实体图盖挖逆作法+单层衬砌车站（单体墙）工法设计断面：顶板开挖空间抛撑中板开挖抛撑底板防水、混凝土。中立柱为钢筋混凝土永久结构柱，梁柱节点外包钢板+钢盘接驳器。盖挖逆作法+单体墙创新工法设计断面图盖挖逆作法+单层衬砌车站（单体墙）或区间隧道与明挖工法技术经济比选。技术经济综合比较 工法技术可靠性地表环境沉降控制交通影响 施工工期（占用城市道时间）施工风险建造成本（双延米隧道）管线迁改费用明挖工法工艺成熟较难 大车站：18月区间：8-18月高1020万较大盖挖逆作法+地连墙单层衬砌隧道研究开发阶段容易 少车站：18月区间：8-18月（占道6月）低20-7（结构和支撑1/2）=13万元短期占道，相对较少。从上表可以看到盖挖逆筑法+单层衬砌隧道施工工法从施工风险、占道时间、地面交通影响和建造成本方面均有优势。结论：城市交通路口宜选择盖挖逆作法施工工法，和严重影响交通和环境的城市交通路口宜选择盖挖逆作法施工工法。盖挖逆作法+地连墙单层衬砌车站/隧道做好一种新工艺新的建造技术，须要加大力度研究开发，建造技术的创新开发才能引领设计创新，正如盾构技术的引进才有了盾构工法，盾构隧道掘进技术的引进吸收大大改变了原人工半机械化作业的矿山法隧道建造成本、加快施工进度、改善作业环境、控制沉降等。同样，地下连续墙做为单层衬砌车站结合盖挖逆筑法一起研究推广应用，也将引领城市轨道交通车站建造技术的进步。建议单位做为专题研究。 二一二年十一月二十二日