青岛SY财产权信托收益权政府债定融

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新闻资讯：

盾构区间施工时遇到所需处理的障碍物也越来越多样，本文重点探讨了在盾构区间施工时，预应力锚索的处理

    通过对预应力锚索结构的调查，客观科学的制定了一整套处理技术

      　　关键词:盾构法 地铁隧道 预应力锚索 处理技术    　　1 概述    　　锚索结构：3φ15.2的预应力钢绞线，强度等级为1860Mpa，成孔直径为150mm，打设角度为向下15度

    上排锚索设计总长度26.5m，其中锚固段长度为21.5m，自由段长度为5m，张拉力为290kN，达钢绞线极限破 断拉力的37.4%；下排锚索设计总长度27.5m，其中锚固段长度为22.5m，自由段长度为5m，张拉力为310kN，达钢绞线极限破断拉力的40%

        　　根据勘测资料本场地地下水类型主要为潜水，主要赋存于杂填土、粉土等弱透水土层中，地下水位埋深约为9.5m，水位年变幅度1.0～2.0米，潜水层渗透系数k综合取值0.5m/d

    经前期降水井观测地下水位为16.9～ 17.1m，观测时间2011年10月23日～27日

        　　2 盾构机难以破坏本区域的预应力锚索的分析    　　通过对锚索的详细调查，充分分析盾构机自身掘进破断锚索的可行性

        　　2.1 预应力锚索属于柔性结构，无法通过盾构刀具的切割将其破坏

        　　2.2 预应力钢绞线强度高达1860Mpa，是普通钢筋强度的6~9倍，即便通过加固处理成刚性结构，也很难通过盾构刀具的切割将其破坏

        　　2.3 盾构破坏预应力钢绞线的主要机理：①推力破坏（考虑锚索经过张拉有一部分内应力，根据力的合成，初步计算，对破坏垂直盾构隧道的单束锚索的最小推力为158kN，可能一个截面出现两束锚索，则最小消耗推 力为316kN，而本台盾构最大推力为3165kN，正常掘进推力为1200kN）；②扭矩破坏（本盾构一档扭矩2620kN・m，二档扭矩4377kN・m，脱困扭矩5225kN・m，正常掘进扭矩1600~2300kN・m，当两束锚索作用在距 离刀盘中心的半径小于2.5m时，将可能导致扭矩增大到极限而无法破坏锚索）

        　　2.4 本区预应力锚索与盾构隧道位置关系有三种情况：①预应力锚索与盾构隧道轴线成37度，并指向盾构始发方向；②预应力锚索与盾构隧道轴线成83度，并指向盾构到达方向；③预应力锚索与盾构隧道轴线成54 度，并指向盾构到达方向

    当预应力锚索与盾构隧道轴线角度越小则越不利于破断，当锚索与隧道轴线平行时，为破断最不利角度

        　　3 预应力锚索拔除技术    　　根据对盾构机破断锚索的机理及锚索结构的基本情况，在盾构通过前，将锚索提前取出，具体取出方法有三种

    方案一：明挖大型深基坑，取出锚索；方案二：采用人工挖孔先截断后取出锚索；方案三：在蓝码帝王大 厦地下室试拔锚索（根据设计计算，整束锚索拔出的拉拔力约400kN，而钢绞线可以提供的拉力约770kN，理论上可以直接拔出）

        　　3.1 采用人工挖孔先截断后取出锚索

    盾构开挖直径为6.25m，在盾构隧道中心线两侧分别开外内径1.2m，中对中间距5.3m的人工挖孔，将预应力锚索截断后取出

    人工挖孔平面布置图如下：    　　3.2 锚固体粘结强度复核：当截断后锚固长度为4.5米时，粘结强度计算如下：    　　Pt=（Lsa×π×ds×tu）/Fs2

        　　Lsa――锚固段长度，取4.5m

        　　ds――钢绞线外表直径，取0.0152

        　　tu――钢绞线与水泥砂浆的极限粘结力，按砂浆标准抗压强度的10%取，则有20×0.1=2.0MPa

        　　Fs2――锚固体拉拔安全系数

    临时性锚固取Fs2≥1.3    　　则有:Pt=（Lsa×π×ds×tu）÷Fs2    　　=4.5×3.14×0.0152×2.0×106÷（1.3×10-3）    　　=330.4KN＞258.5kN    　　结论：锚固体粘结强度很大，无法把单根钢绞线从锚固体中拔出

        　　3.3 锚固体与孔壁的抗剪强度复核    　　P=（La×π×dh×t）/Fs2    　　La――锚固段长度，取4.5m

        　　dh――钻孔直径，取0.15m

        　　t――锚体与孔壁极限摩阻力标准值，取60kPa(按郑州地区的地质选取)

        　　P=（La×π×dh×t）/Fs2    　　 =(4.5×3.14×0.15×60)÷1.3×103×10-3    　　 =97.8KN＜锚索最大承载拉力F′=775.5kN    　　结论：将锚索截断后，很容易将锚索整根拽出

        　　3.4 工作孔开挖

    工作孔施工时用人工挖孔，一吨卷扬机提升土碴，并用手推车将土碴弃在远离孔口处，每挖深1m即作混凝土护壁（护壁混凝土为C25，混凝土护壁厚度15cm），护壁钢模板作成上小下大，以便混凝 土灌注时振捣密实

    第一节混凝土护壁顶应高出地面不少于30cm，护壁混凝土内加Φ12的构造筋，且每节护壁均应用Φ12钢筋连成整体，以防护壁下坠

    孔内渗水用潜水泵抽出，孔口应用钢筋网覆盖，仅留提碴孔部分， 确保施工安全

    施工人员不得乘坐提碴桶出入孔，应由爬梯上下，孔内应配低压照明灯和通风排气设施，确保挖孔桩施工安全

    工作孔开挖施工时要及时作好施工记录，凡地质发生变化均要随时请工程师现场确认，并注明 取样标高、编号、岩性、取样日期，按取样顺序放于碴样盒内，妥善保管，并有照片等资料

    挖孔施工时要求有交接班记录，双方签认，并注明挖孔检查指标

        　　3.5 处理周期

    根据现场实际情况，按三批挖完，每批开挖40个孔，每个孔配2个人，无水情况，每天开挖2m，见水后每天开挖1m，浇注15cm厚的C20混凝土护壁，挖出锚索后处理时间为2天，工作孔回填时间为2 天，则每批处理时间约12天，三批处理时间共计36天

        　　3.6 处理费用

    开挖土方150元/立方，回填75元/立方，护壁浇注（含材料）500元/立方，割除锚索150元/人・天，则处理一个孔的费用为：    　　（150×1.76＋75×1.13＋500×0.63）×15＋2×150×2=10556元    　　按120个孔计算总费用为：    　　F=120×10556＋100000（机械配合费）=1366750元    　　4 挖孔时的安全控制措施 　　    　　由于挖孔施工的特殊性，对人工挖孔的方案应进行专门的设计，依据地质与水文资料，设计好护壁的厚度及配筋，制定好开挖与支护的方案，同时加大监测频率，控制地面隆、沉值

        　　①防止孔口坠物伤人，孔口护筒顶用钢筋网覆盖，仅留提碴和上下人作业口

    ②挖孔施工时，孔内用低压照明灯，为防止孔壁坍塌，混凝土护壁应及时浇注，交接班时要有安全检查记录，且交、接人均应签名

    ③地面 变形接近-20mm～+5mm时，尽快找出原因并采取相应措施

    ④下孔作业间隔时间长，则在下孔作业前应用鸟笼将小鸟放入孔底15分钟左右，如鸟死亡，施工人员不得下孔作业，应对孔底进行换气处理，确保挖孔施工人 员的安全

    ⑤挖孔施工人员必须经爬梯出、入孔，不得乘绞碴桶上、下提升碴土的卷扬机和钢丝绳应经常检查，不得带病作业

    ⑥为确保挖孔施工安全，挖孔施工时孔口不得离人，土碴应弃于安全距离以外，孔口周围不得有大型机械来往

    ⑦挖孔提碴桶必须用橡胶制品，且用铁丝将底兜好，防止掉底现象的发生；同时孔口设有提碴锁定装置，确保挖孔桩施工安全

    ⑧高空作业安全技术要求，严格按照《高空作业安全规程》进行施工

        　　5 结束语    　　通过对预应力锚索处理技术的研究，及时总结施工参数，施工工期满足总体筹划的要求，锚索处理彻底，消除了盾构在锚索区掘进的风险，同时确保了地面建筑物的安全

    为后续类似地下障碍物处理提供了成熟的经验

        　　参考文献:    　　【1】《水力水电工程预应力锚索施工规范》DL/T 5083-2004.  　　【2】周文波.盾构法隧道施工技术及应用【M】.北京：中国建筑工业出版社，2004.  　　【3】陈希哲编著.《土力学地基基础》，清华大学出版社第二版， 1998.  　　【4】李建斌，陈馈.先进机械施工新技术及案例【z】.洛阳：中铁隧道集团有限公司，2003．  　　【5】张凤祥，傅德明，杨国祥.盾构隧道施工手册.北京，人民交通出版社，2005．  　　【6】日本盾构隧道新技术.伊旅超，朱振宏.等.译.广州：华中理工大学出版社，1999．  　　【7】周世明编著.《实用建筑施工手册》中国建筑工业出版社第二版，2005.  具体分析了隧道施工通风系统及风流温度场分析以及隧道施工通风有害气体控制的仿真结果，值得同行借鉴

     关键词：隧道施工 通风排烟 有害气体控制 　　引言 　　隧道施工通风是隧道施工过程中不可缺少的一项技术，在我国东部丘陵、中西部低海拔地区，隧道施工通风技术的研究主要针对长隧道机械化作业中的通风、排烟、降尘和稀释处理内燃设备排放的有毒、有害气体而展开的

    经过近几十年的努力，已经形成以大风量通风机配合大直径柔性通风管道和施工环境综合治理为特征的长距离软管通风技术体系

     　　一、隧道施工中的通风量的确定 　　隧道施工中的通风量的确定如下，隧道施工中一般应满足以下几个条件：保证作业人员足够的呼吸空气、作业面有害气体的浓度降低到允许浓度以下、保证最低风速，根据具体隧道的参数按以上条件分别计算隧道施工中的通风量，选择最大值作为隧道施工的通风量，通风机长期处于恒通风量通风，这种方法能耗高、噪声大

     　　二、隧道施工通风系统及风流温度场分析 　　1.通风量的控制值的确定 　　隧道施工通风中的通风量应满足以下儿个条件：（1）保证作业人员足够的呼吸空气；（2）作业面有害气体的浓度降低到允许浓度以下；（3）保证巷道内最低风速不低干0. 15M/S. 　　为了分析工作面空气中有害物浓度与通风量的关系，假设：（1）有害物在开挖工作面是均匀散发的；（2）送风气流和工作面空气的混合在瞬间完成；（3）通风风管沿程漏风忽略不计

     　　在体积为Vf的开挖工作空间内，有害物源以每秒钟x的有害物量散发着，通风系统启动前工作面空间内空气中有害物浓度为yl，采用通风稀释工作面空气中的有害物，那么在任何一个微小的时间间隔dτ内，工作面得到的有害物量（即有害物源散发的有害物量和送风空气带入的有害物量）与工作面排出的有害物量（排出空气带走的有害物量）之差应等于整个工作空间内增加（或减少）的有害物量，即： 　　从此模型中可以总结出，在边界条件和实际情况不变的条件下，有害物浓度的变化只受风机的通风量的影响

    因此通过传感器测得一氧化碳的浓度就可以给定通风量的控制值

     　　2.隧道风流温度场分析 　　作以下基本假设：（1）隧道及风筒内风流遵循理想气体状态方程式；（2）隧道的形状、断面面积、围岩性质和隧道坡度等保持不变；（3）隧道围岩的热力学参数（对流换热系数、比热）为常值

     　　隧道和风筒的长度远大于横断面尺寸，研究隧道洞内环境气体温度场沿隧道深度方向的变化规律，因隧道沿长度方向横断面尺寸不变、施工方法不变，且假设热源散发的散热量与空气为瞬间混合，所以将隧道和风筒内气体三维空间的流动作为沿着隧道轴向的一维流动来研究，简化为不可压缩的一维稳定流动

     　　根据相关模型得出微分方程组，根据隧道开挖的长度，进行递推的，就可以推出风管到工作面处风流的温度，并得出工作面的工作空间的环境温度，依据结果进行相应的蒸汽调节阀调节，使温度达到控制要求范围内

     　　三、隧道施工通风有害气体控制的仿真结果 　　本论文以某隧道施工参数为例，在总的仿真程序中主要设计了模糊控制系统

    本论文模拟了有害物的散发量x的三种情况，分别比较模糊控制系统与传统控制方法的优劣

    （1）隧道工作面处没有有害物散发源，等有害物浓度到100 mg/m3以下，人员开始进洞工作，有害物散发量的峰值设在75—100 min处，在200 min处产生又一个循环的爆破，如此循环

    （2）改变有害物散发量出现高峰的时刻，使高峰期向右平行移动20min，观察控制系统能否控制隧道施工的通风机的风量

    （3）选择一种极端的情况，即有害物散发量一直比较恒定，希望通过仿真技术检验模糊控制系统能否有效的工作，使污染物浓度在允许最大值下的小范围波动；且通风量不能小于隧道施工最低风速要求

     　　针对隧道施工通风三种不同的有害物散发量，以下将对三种控制方法的仿真结果进行综合、比较

    （第一种情况）模糊控制结果：无论有害物散发量x的值大小如何，Co的浓度都能很好地控制在允许值之内，而且尽量的接近最大值，最终实现降低能耗的目的

    （第二种情况）改变有害物散发量出现高峰的时刻，使高峰期向右即滞后平行移动20 min，从两种控制方法的效果看出：模糊控制系统完全能够准确地获取x的信息，并综合反应反馈信息（有害物Co浓度的变化），有效地实施控制，顺利完成在任何时刻对污染浓度控制的要求以及隧道施工通风最低风速的要求

    其它两种控制方法的仿真结果与第一种列出的状况相似，控制效果同样不及模糊控制结果理想

    （第三种情况）有害物散发量一直比较恒定（极端情况），整体的控制效果依然达到了预先设计的目标，污染物既不超标，也不过分低于允许值

    在有害物浓度值低于一定值时，通风量一直是最低风速确定的风量

    而传统的控制却风量始终处于最大，虽然能满足控制要求，但耗能很大

     　　四、结论 　　由于通风温度场和流场都是非线性复杂体，建立的计算模型经过了一些简化和假设，其中有些假设与客观实际有一定的差距，所选参数、初始条件和边界条件也有一定的理论误差

    但是从总体上说，将模糊控制技术应用在冻土隧道施工通风中建立智能控制系统是可行的，具有自动化水平高、节约能耗等特点，有很好的实际应用价值

     　　参考文献： 　　【1】刘曙光，魏俊民，竺志超.模糊控制技术【M】.中国纺织出版社，2001.18—102. 　　【2】李友善，李军

    模糊控制理论及其在过程控制中的应用【M】.国防工业出版社，1999.

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