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我国长大公路隧道建设中的问题与对策

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图纸类别:技术资料

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下载次数:4563上传日期:2013年04月13日

资料作者:ys31001中 路 币:0

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资料介绍
我国长大公路隧道建设中的问题与对策
中国公路学会 作者:长安大学公路学院 夏
摘 要:我国目前长大公路隧道建设逐年增多,但是一系列管理、设计、施工、运营、防灾救灾等方面的问题也日益凸现,给竣工后的运营管理埋下极大的隐患。本文分别论述了目前我国长大公路隧道建设中存在的问题,分析了问题产生的原因,提出了相应的对策。

关键词:长大隧道、管理、设计、施工、运营、问题、对策。

1. 前言
近二十年来,随着我国公路交通事业飞速发展,公路的等级不断提高,通车里程逐年攀升,公路建设已成为拉动国民经济增长的支柱产业和带动地方经济发展的龙头。在山岭和丘陵地区乃至越江过河的公路建设中,隧道方案以能缩短行车里程,提高线型标准、保障运营安全,保护生态环境等优点,得到普遍应用,并且越修越长,规模越来越大。许多特长隧道、大跨度扁平隧道、双层隧道、沉管隧道、盾构隧道、高海拔隧道、寒区隧道相继建成。在坚持可持续发展,切实保护生态环境和有限的土地资源的战略指导下,长大隧道的建设必然任务越来越重,技术要求越来越高。据不完全统计,截止2003年底我国已建成公路隧道2175座,总长度1001km,其中特长隧道27座,总长度99.72km,长隧道242座,长度385.6km,中、短隧道746座,长度38.7km。仅2002~2003年在建和已建的3000m以上的特长隧道26座,1500m以上3车道隧道5座。目前在建的6公里长以上隧道有5座,18.004公里的陕西省秦岭终南山公路隧道、8.67公里的湖北省龙潭隧道等竣工以后,我国的隧道建设技术水平将有更大提高。

2.公路隧道建设项目的特点
公路隧道工程和一般的公路工程、桥梁工程相比,有其自身的特点,建设管理较为复杂,难度更大。公路隧道的主要特点是:
(1)不可预见因素多
公路隧道属于地下工程,围岩地质的变化对施工影响极大。地质的不可预见性是隧道施工的主要特点。施工前往往不可能对地质情况准确掌握,对围岩的变化、地下水、溶洞、泥石流、涌沙及瓦斯地层等不良地质无法预见。
(2)工程风险性大
由于隧道地质的变化无法事先准确预报,所以施工过程中塌方事故发生几率较大,施工过程中的安全隐患较多,工程风险性大。因此,国际隧道协会(ITA)曾经有文件规定:地质风险由业主承担,施工风险由承包商承担。
(3)隐蔽工程多
隧道是地下工程,由于隧道结构的特点和工程的时效性,绝大部分的后一道工序都是在前一道工序的基础上立即进行,隐蔽部分较多。如果内在质量出现问题,事后很难发现,并且也很难采取措施补救。
(4)施工时效性强
由于隧道施工中围岩多变,地质水文条件复杂,并且大多不可预见。所以一旦出现意外情况,必须当机立断及时变更,进行现场处治,工程时效性较强。
(5)施工空间狭小
隧道施工是在一个狭小的空间中进行,开挖、支护、防排水、衬砌、附属设施预埋件、路面等施工工序多,时效性强。施工过程中的水、风、电、气管线复杂,相互干扰大,施工管理难度较大。
(6)施工环境恶劣
由于隧道施工是在一个半封闭的空间内进行,开挖和施工过程的污染很大,加之施工危险性大,所以施工环境比较恶劣。

3. 存在的问题
3.1建设管理问题
⑴大型公路隧道建设项目的前期论证不充分,工可研究不深入,考虑因素不周全。有的地方为了上项目,人为夸大交通量和经济指标;有的地方为争建全国第一甚至亚洲第一长隧道,不按实事求是的态度科学进行工程可行性论证,强行上马,给国家和地方的经济带来极大的负担。
⑵业主单位对工程前期建设投入不够或者急促上马,给后续的工程建设带来很大的麻烦。
⑶隧道和公路同时开工,业主管理力不从心。
⑷项目总承包漏洞较多,国家和建设单位资金负担加重。
⑸公路隧道建设项目招投标过程中没有真正贯彻“风险共担”的原则,业主把本应由自己承担的地质风险全部转嫁给承包商,给日后的工程变更带来困难。
⑹由于管理制度的不完善和专业监理工程师的缺乏,大型公路隧道的勘察设计阶段没有实行监理制度,施工阶段监理工作也存在某些问题。
⑺不切实际地加快工程进度。政府领导人对制定工期,行政干预较多。某些领导人以自己的任期来确定工程的工期,在一些地方比较严重,给工程的建设和管理特别是质量造成无穷的后患。
⑻建设资金管理有漏洞,隧道工程款挪用现象比较严重。
3.2 技术问题
⑴由于时间紧,隧道设计形式上是新奥法,但并不深入仔细研究要设计隧道的围岩地质特点,千篇一律凭经验套图设计,致使开挖后出现施工方法不适应或者变更较多。
⑵有的勘察单位技术力量或者资质不够,但由于区域利益原因也参与隧道工程地质勘察,结果造成地质勘察不到位,工作不深入,资料不齐全。边设计,边勘察现象屡有发生,甚至出现无勘察资料盲目进行初步设计的情况。
⑶对公路隧道建设中的关键技术,如通风细部参数、防灾救灾预案、通风井与施工进度的关系、深竖井施工技术等研究系统深入程度不够,造成后期工程建设管理的困难,甚至造成较大的浪费。
3.3 施工问题
⑴承包商低价抢标,中标后则暗地里转包,或者在施工过程中偷工减料,或者在施工过程中采用故意加大装药量和其他方法,人为造成围岩破碎的现象或者制造塌方事故,要求工程变更,给隧道工程建设的管理带来极大的困难。
⑵承包商由于技术和经济利益的原因,不能严格按照新奥法的要求进行施工,对隧道施工过程中的监控量测,通常在洞口段和出现问题时尚能认真实施,但在洞内和施工顺利时则流于形式。设计单位由于技术和管理方面的原因,真正做到动态反馈设计的很少。
⑶施工质量检测的内容不系统,方法不明确,质量评价体系没有完整建立。
⑷施工过程中围岩变更争议较大,没有一套科学规范的管理办法。
⑸隧道竣工验收内容不齐全,检测方法可操作性差,评价体系不科学。
3.4 运营问题
⑴ 没有系统规范的长大隧道运营管理行业标准,甚至有的隧道没有基本的管理手册。
⑵主管部门重建设,轻管理。
⑶隧道运营管理粗放,不科学,造成很大浪费。
⑷没有统一的长大公路隧道安全等级。
⑸国内许多长大公路隧道没有制定防灾救灾预案。
⑹隧道运营监控的软硬件接口存在问题,检测元件的灵敏度、持久性不够。
⑺没有科学的管理费用预算和划拨办法,管理部门为了利益,不按科学管理。

4. 对策探讨
4.1管理问题
(1)管理模式
项目法人制度+FIDIC条款目前我国地下公路隧道建设项目管理的最有效模式。项目法人制度+FIDIC条款的管理模式的组织机构,由项目法人机构和监理机构两部分组成。如果特长公路隧道的建设由独立的法人机构专门投资建设,就应设立独立的隧道建设法人公司。如果法人公司既管隧道建设,又管路桥建设,则必须在项目法人公司下专门设立隧道建设项目指挥部,单独进行隧道工程的建设管理工作。
(2)工科研
大型公路隧道的建设决策,不仅涉及到一系列的技术和经济问题,而且必须考虑到建成以后的运营服务水平。其中技术问题包括:隧道的建设标准、隧道的建设长度、洞口两端的接线、隧道的平纵线型、隧道进出口与沟谷的相对关系、单双洞方案、通风斜(竖)井的位置、隧道的结构形式、施工方案、深竖井施工技术,通风形式、监控方案等。因此,大型公路隧道的工科研,必须建立在科学论证的基础上,并且要有尽可能的量化指标。技术人员在前期的工作过程中,要本着实事求是的态度,科学认真的方法,扎实细致地做好论证工作,进行多方案的比选,需要多长,就打多长。因为,随着隧道长度的增加,不仅投资规模大幅度上升,而且通风系统更为复杂,灾害几率必然增多,防灾救灾困难加大,运营效益也明显下降。决不能听任某一领导人决定隧道的长度和规模。工程的工期必须合理科学,不能盲目的赶工期,给日后造成隐患。
(3)勘察设计招投标与工程造价的控制
工程设计阶段是隧道工程造价控制的关键阶段。但是因为设计收费是根据工程的投资规模按规定的费率进行计算的,工程造价越高设计单位的收费越高,所以设计单位并没有控制工程造价的客观要求。因此,在大型公路隧道勘察设计招标时,就应使设计单位的经济利益和工程造价的控制挂钩,这可以从利益上驱使设计单位在设计阶段主动控制造价。为此可以从下面两个方面做些探索。
①设计收费和工程造价挂钩
将勘察设计费分为两个部分:第一部分按照工程可行性研究投资估算分档定额计算,作为保底基数,科研报告可以委托两家同时独立进行。第二部分以设计单位最终编制的概算与可研投资估算的差值为基数计算。若概算值突破估算值,设计单位应该出示合理的理由,否则应按一定比例扣除设计费。如果设计单位通过采用新技术、新工艺进行优化设计使设计概算显著低于可研的投资估算,则应按比例增加设计单位的设计费。
②鼓励设计单位和施工单位共同投标
这实际上是以设计单位为主的总承包,设计费包含在工程总报价中。投标人在投标前就必须作大量的工作,因为如果报价过高可能就中不了标,如果报价太低中标以后可能要亏本。
因此,承包商会选择合适的投标价,中标后会精心设计、精心施工,努力控制工程造价,以期获得尽可能高的利润。
(4)设计招标
分阶段招标是将大型公路隧道的勘察设计分成初步设计和施工图设计两大阶段分别进行招标,而初步设计阶段又分为三阶段进行招标。
①大型公路隧道初步设计阶段工程特性
初步设计是在批复的工程可行性报告的基础上,确定隧道的具体走向、隧道长度、提出推荐方案。该阶段的工程估价为项目的控制限价,其招标工作对于将来的实际成本将起到决定性的影响,招标的效益也最大。对于这一阶段设计的招标,业主应先制定出招标的目的:确定路线布置、隧道位置、隧道结构型式、通风、监控设施和工程最高投资。再根据目的确定招标方式和评标方式。
②初步设计招标方式
由于初步设计阶段不确定因素较多,如果采用初步设计一次到位的方式,投标人均按初步设计深度设计,最后采纳的只有一个方案,会造成较大的人力、财力浪费。我们认为应按招标目的将初步设计阶段分为三阶段进行。
第一阶段:主要确定隧道的线位和长度。这一阶段采用邀请招标或委托某一设计咨询机构,业主参与具体的工作,最后通过比选来确定隧道的走向和长度。除隧道方案外其他方面不作具体的设计、钻探,这一阶段的人力、物力投入较少。
第二阶段:主要进行隧道的地质勘察。地质勘察工作相对较简单,可采用公开招标方式,和施工招标类似,既可采用低价法,也可采用复合标底法等。
第三阶段:确定隧道的结构型式、支护参数、照明、通风、监控设施等。采用公开招标方式招标。
(5)勘察设计监理
大型公路隧道勘察设计监理单位必须具有甲级资质。大型公路隧道的勘察设计监理机构由总监和各专业监理工程师组成。其中测量监理工程师和地质监理工程师主要负责隧道的测量和地质勘察工作的监理。结构监理工程师、机电监理工程师主要负责设计工作的监理。造价监理工程师负责工程的概、预算编制工作的监理。
4.2 技术问题
(1) 设计问题
目前,大型隧道的施工多采用新奥法。保护围岩,发挥围岩的自承能力是新奥法的基本理念,锚喷支护复合式衬砌是新奥法的结构形式,监控量测是新奥法的重点,动态设计是新奥法的核心。为了真正按照新奥法的思想设计和施工,必须结合隧道的实际情况,针对隧道的围岩类别,给出合理的隧道支护参数和施工方法,并认真做好施工过程中的监控量测,根据监控量测的结果做好动态反馈设计。
(2) 通风问题
大型公路隧道通风方案的选择,可以分三个层次展开。首先是确定通风方式,是采用横向、半横向,还是纵向、混合式;其次是在所确定的一种或者两种通风方式中,再进行多方案的比选,选取较好的2~3种;最后对所初选的通风方案进行比较分析,给出推荐方案和比较方案,提供专家评审。然而,不管在哪一个阶段,都必须从功能、技术、经济三方面考虑,逐步深入,认真研究,科学论证。
公路隧道通风方案的设计,除了要满足交通运营通风外,还必须详细研究火灾发生时的通风需求,即把正常运营通风和火灾时的通风看作是整个通风系统的两种重要的工况。由于隧道火灾的随机性,通常很难提前预防。加之隧道环境封闭,灭火救灾困难,一旦发生火灾,损失巨大。可以肯定地说,防火救灾是目前公路隧道通风的难点,而且是今后很长时间内需要研究的课题。因而,在研究通风方案时,对于隧道防火区段的划分、横通道的设置、横通道的开启与关闭、烟流排出的路径与速度、逃生通道的空气补给、避难洞的新风需求、隔温安全段的长度和降温措施、排风口的间隔和面积、火灾时的风机控制、部分风机损坏时的风机调配等,都要逐一详细研究。而在研究这些问题时,又必须和隧道的正常通风以及安全等级、防灾救灾预案的制定综合考虑,并在通风方案的选择阶段和优化阶段,分层次进行。研究的方法可以通过物理实验的方法和数值模拟的方法同时进行。
通风方案的优化研究,可通过数值模拟和物理实验两种方法实现。数值模拟可首先根据一元流理论,研究不同防火区段划分、不同斜(竖)井断面、不同车流工况、不同风机配置时,隧道内的风流方向、风速变化、风压分布,给出该通风方式的定性及定量描述。然后,再应用CFD技术,进一步详细研究上述相关问题以及细部结构对通风效果的影响,诸如斜(竖)井断面、射流风机效应、分流和汇流局部损失系数、连通道和过渡端的阻力、轴流风机进出口段最佳长度和角度、火灾时的烟雾分布规律、连通道在灭火排烟中的作用、两洞口及送排风塔相互影响、隧道污染物的扩散等。
物理实验研究是借助物理模型,模拟所拟定的通风方案在不同细部结构、不同通风工况、不同风机配置时的通风效果,观测各个细部的流场分布,实测模型内不同断面的风流、风压、风速;实测壁面阻力系数和不同细部损失系数、研究各个细部的最佳几何形状;观测火灾发生时的烟流分布,风机的排烟效果,确定轴流风机和射流风机的最佳配置;研究不同风机参数(轴流风机的叶片角度、进出口形状、风量控制方式;射流风机类型)对风场的影响等。
数值模拟和物理模拟目前也最存在一些问题,如建立更符合实际的计算模型、瞬态非线性以及紊流的计算方法、非相似物理实验模型、足尺实验等。但是无论怎样,物理实验是优化研究的基础,它不仅是对通风方案的验证,而且更为重要的是通过实测为数值模拟提供计算参数,修正和完善数值研究模型。因此,对于长大及特长公路隧道的通风优化,物理实验是最重要的必须手段,也是最直接和最基础性的工作,决不能流于形式和沦落为对通风方式单纯的验正。
4.3 施工问题
(1)地质超前预报
业主应该拿出工程概算的4‰~6‰作为地质超前预报费用,又专业队伍进行地质超前预报。
(2)监控量测
施工单位必须认真做好监控量测,并把监控量测的数据立即反馈给设计单位,及时调整支护参数和施工方案。
(3) 质量控制
业主、监理、施工单位必须统一协商制定一套贯穿隧道施工全过程的质量检测表格,给出详细的检测内容、检测方法和质量评价指标。
(4)围岩变更
制定一套围岩变更的机构和程序,变更机构由业主、监理、设计代表、地质超前预报代表组成,施工单位列席。给出具体的围岩变更长度、批复时间。
4.4 运营问题
(1)制定大型公路隧道的运营管理手册,对于隧道运营过程中的车速、密度、交通量、超高运输、超长运输、危险品运输、礼宾车队、军事车队等,各个隧道管理部门要制定专门的运营手册,几天部应该制定公路隧道运营管理行业标准。
(2)安全等级
随着运营隧道的逐年增多和隧道长度的越来越长,公路隧道的安全等级问题日显突出。由于已有的规范中关于公路隧道的安全问题涉及不多,特别是专门对公路隧道安全等级问题的研究系统深入不够,使得设计人员在设计中,要么是安全设防过高,造成不必要的浪费,要么是虽然有设防,但标准又不够,更有甚者是根本不设防,留下事故隐患。国内外的情况表明,在运营过程中,由于各种安全原因所引起的公路隧道交通事故屡见不鲜。如由于施工质量不好,隧道内支护塌落,造成交通阻断;隧道漏水引起路面湿滑或结冰,造成洞内撞车;隧道内发生火灾,造成人员伤亡和财产损失等。而对这些安全问题的预防,虽然可通过设计﹑施工﹑运营各个环节来实现,但是关于安全等级的研究必须事先进行。因此,尽快深入开展公路隧道安全等级的研究,不仅对正在运营的隧道很有帮助,而且对即将建设的公路隧道更有重大的社会和经济意义。
(3)防灾救灾预案
国外的隧道火灾统计表明,公路隧道的火灾几率是铁路的30倍,长大公路隧道的灾害不可能完全避免,特别是火灾只能是推迟或者减少。1999年3月25日,连接法国和意大利之间的勃朗峰隧道发生火灾,死亡39人,烧伤数十人,烧毁车辆43辆,火灾燃烧53小时;同年5月29日奥地利陶恩隧道发生火灾,死亡12人,烧伤49人,损毁车辆34辆;2001年瑞士圣哥达隧道发生火灾,死亡13人,烧毁车辆128辆,直接损失1300万瑞士法郎。我国的一些长隧道或者隧道群也屡有火灾事故发生。1991年上海延安东路隧道发生火灾事故,1998年7月7日福建盘陀山第二公路隧道因货车在隧道内起火发生火灾,1999年浙江大溪岭隧道发生火灾,2002年1月10日,浙江猫狸岭隧道因司机不慎点燃发动机造成火灾事故,2001年吉林某隧道发生火灾。这些灾害,对人民的生命财产带来了较大的经济损失,也对隧道管理部的运营管理带来了很大的压力。
国外关于公路隧道运营管理和防灾救灾预案的研究,起步较早,也经历了许多挫折,可以说每一次的重大火灾,都对研究有一次大的推动。欧洲、美洲、日本各国的国家的一些特长隧道都有自己专门的运营管理手册和防灾救灾预案。特别是勃朗峰隧道、陶恩隧道和圣哥达隧道发生火灾后,改建了原来的隧道通风与防灾救灾系统,并制定了比较完善的救灾预案。我国台湾的八卦山隧道、坪林隧道、香港的海峡隧道也都有自己的防灾救灾预案。
因此,对于长大公路隧道,必须认真开展防灾救灾预案研究,研究必须从公路隧道的运营情况和通风方案的实际情况出发,研制一套适合于各公路隧道防灾救灾紧急预案。研究的方法可采用分析理论分析、归纳综合、数值模拟、物理试验、现场测试的方法。
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