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我國長大公路隧道建設中的問題與對策

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圖紙類別:技術資料

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下載次數:3894上傳日期:2013年04月13日

資料作者:ys31001中 路 幣:0

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資料介紹
我國長大公路隧道建設中的問題與對策
中國公路學會 作者:長安大學公路學院 夏
摘 要:我國目前長大公路隧道建設逐年增多,但是一系列管理、設計、施工、運營、防災救災等方面的問題也日益凸現,給竣工后的運營管理埋下極大的隱患。本文分別論述了目前我國長大公路隧道建設中存在的問題,分析了問題產生的原因,提出了相應的對策。

關鍵詞:長大隧道、管理、設計、施工、運營、問題、對策。

1. 前言
近二十年來,隨著我國公路交通事業飛速發展,公路的等級不斷提高,通車里程逐年攀升,公路建設已成為拉動國民經濟增長的支柱產業和帶動地方經濟發展的龍頭。在山嶺和丘陵地區乃至越江過河的公路建設中,隧道方案以能縮短行車里程,提高線型標準、保障運營安全,保護生態環境等優點,得到普遍應用,并且越修越長,規模越來越大。許多特長隧道、大跨度扁平隧道、雙層隧道、沉管隧道、盾構隧道、高海拔隧道、寒區隧道相繼建成。在堅持可持續發展,切實保護生態環境和有限的土地資源的戰略指導下,長大隧道的建設必然任務越來越重,技術要求越來越高。據不完全統計,截止2003年底我國已建成公路隧道2175座,總長度1001km,其中特長隧道27座,總長度99.72km,長隧道242座,長度385.6km,中、短隧道746座,長度38.7km。僅2002~2003年在建和已建的3000m以上的特長隧道26座,1500m以上3車道隧道5座。目前在建的6公里長以上隧道有5座,18.004公里的陜西省秦嶺終南山公路隧道、8.67公里的湖北省龍潭隧道等竣工以后,我國的隧道建設技術水平將有更大提高。

2.公路隧道建設項目的特點
公路隧道工程和一般的公路工程、橋梁工程相比,有其自身的特點,建設管理較為復雜,難度更大。公路隧道的主要特點是:
(1)不可預見因素多
公路隧道屬于地下工程,圍巖地質的變化對施工影響極大。地質的不可預見性是隧道施工的主要特點。施工前往往不可能對地質情況準確掌握,對圍巖的變化、地下水、溶洞、泥石流、涌沙及瓦斯地層等不良地質無法預見。
(2)工程風險性大
由于隧道地質的變化無法事先準確預報,所以施工過程中塌方事故發生幾率較大,施工過程中的安全隱患較多,工程風險性大。因此,國際隧道協會(ITA)曾經有文件規定:地質風險由業主承擔,施工風險由承包商承擔。
(3)隱蔽工程多
隧道是地下工程,由于隧道結構的特點和工程的時效性,絕大部分的后一道工序都是在前一道工序的基礎上立即進行,隱蔽部分較多。如果內在質量出現問題,事后很難發現,并且也很難采取措施補救。
(4)施工時效性強
由于隧道施工中圍巖多變,地質水文條件復雜,并且大多不可預見。所以一旦出現意外情況,必須當機立斷及時變更,進行現場處治,工程時效性較強。
(5)施工空間狹小
隧道施工是在一個狹小的空間中進行,開挖、支護、防排水、襯砌、附屬設施預埋件、路面等施工工序多,時效性強。施工過程中的水、風、電、氣管線復雜,相互干擾大,施工管理難度較大。
(6)施工環境惡劣
由于隧道施工是在一個半封閉的空間內進行,開挖和施工過程的污染很大,加之施工危險性大,所以施工環境比較惡劣。

3. 存在的問題
3.1建設管理問題
⑴大型公路隧道建設項目的前期論證不充分,工可研究不深入,考慮因素不周全。有的地方為了上項目,人為夸大交通量和經濟指標;有的地方為爭建全國第一甚至亞洲第一長隧道,不按實事求是的態度科學進行工程可行性論證,強行上馬,給國家和地方的經濟帶來極大的負擔。
⑵業主單位對工程前期建設投入不夠或者急促上馬,給后續的工程建設帶來很大的麻煩。
⑶隧道和公路同時開工,業主管理力不從心。
⑷項目總承包漏洞較多,國家和建設單位資金負擔加重。
⑸公路隧道建設項目招投標過程中沒有真正貫徹“風險共擔”的原則,業主把本應由自己承擔的地質風險全部轉嫁給承包商,給日后的工程變更帶來困難。
⑹由于管理制度的不完善和專業監理工程師的缺乏,大型公路隧道的勘察設計階段沒有實行監理制度,施工階段監理工作也存在某些問題。
⑺不切實際地加快工程進度。政府領導人對制定工期,行政干預較多。某些領導人以自己的任期來確定工程的工期,在一些地方比較嚴重,給工程的建設和管理特別是質量造成無窮的后患。
⑻建設資金管理有漏洞,隧道工程款挪用現象比較嚴重。
3.2 技術問題
⑴由于時間緊,隧道設計形式上是新奧法,但并不深入仔細研究要設計隧道的圍巖地質特點,千篇一律憑經驗套圖設計,致使開挖后出現施工方法不適應或者變更較多。
⑵有的勘察單位技術力量或者資質不夠,但由于區域利益原因也參與隧道工程地質勘察,結果造成地質勘察不到位,工作不深入,資料不齊全。邊設計,邊勘察現象屢有發生,甚至出現無勘察資料盲目進行初步設計的情況。
⑶對公路隧道建設中的關鍵技術,如通風細部參數、防災救災預案、通風井與施工進度的關系、深豎井施工技術等研究系統深入程度不夠,造成后期工程建設管理的困難,甚至造成較大的浪費。
3.3 施工問題
⑴承包商低價搶標,中標后則暗地里轉包,或者在施工過程中偷工減料,或者在施工過程中采用故意加大裝藥量和其他方法,人為造成圍巖破碎的現象或者制造塌方事故,要求工程變更,給隧道工程建設的管理帶來極大的困難。
⑵承包商由于技術和經濟利益的原因,不能嚴格按照新奧法的要求進行施工,對隧道施工過程中的監控量測,通常在洞口段和出現問題時尚能認真實施,但在洞內和施工順利時則流于形式。設計單位由于技術和管理方面的原因,真正做到動態反饋設計的很少。
⑶施工質量檢測的內容不系統,方法不明確,質量評價體系沒有完整建立。
⑷施工過程中圍巖變更爭議較大,沒有一套科學規范的管理辦法。
⑸隧道竣工驗收內容不齊全,檢測方法可操作性差,評價體系不科學。
3.4 運營問題
⑴ 沒有系統規范的長大隧道運營管理行業標準,甚至有的隧道沒有基本的管理手冊。
⑵主管部門重建設,輕管理。
⑶隧道運營管理粗放,不科學,造成很大浪費。
⑷沒有統一的長大公路隧道安全等級。
⑸國內許多長大公路隧道沒有制定防災救災預案。
⑹隧道運營監控的軟硬件接口存在問題,檢測元件的靈敏度、持久性不夠。
⑺沒有科學的管理費用預算和劃撥辦法,管理部門為了利益,不按科學管理。

4. 對策探討
4.1管理問題
(1)管理模式
項目法人制度+FIDIC條款目前我國地下公路隧道建設項目管理的最有效模式。項目法人制度+FIDIC條款的管理模式的組織機構,由項目法人機構和監理機構兩部分組成。如果特長公路隧道的建設由獨立的法人機構專門投資建設,就應設立獨立的隧道建設法人公司。如果法人公司既管隧道建設,又管路橋建設,則必須在項目法人公司下專門設立隧道建設項目指揮部,單獨進行隧道工程的建設管理工作。
(2)工科研
大型公路隧道的建設決策,不僅涉及到一系列的技術和經濟問題,而且必須考慮到建成以后的運營服務水平。其中技術問題包括:隧道的建設標準、隧道的建設長度、洞口兩端的接線、隧道的平縱線型、隧道進出口與溝谷的相對關系、單雙洞方案、通風斜(豎)井的位置、隧道的結構形式、施工方案、深豎井施工技術,通風形式、監控方案等。因此,大型公路隧道的工科研,必須建立在科學論證的基礎上,并且要有盡可能的量化指標。技術人員在前期的工作過程中,要本著實事求是的態度,科學認真的方法,扎實細致地做好論證工作,進行多方案的比選,需要多長,就打多長。因為,隨著隧道長度的增加,不僅投資規模大幅度上升,而且通風系統更為復雜,災害幾率必然增多,防災救災困難加大,運營效益也明顯下降。決不能聽任某一領導人決定隧道的長度和規模。工程的工期必須合理科學,不能盲目的趕工期,給日后造成隱患。
(3)勘察設計招投標與工程造價的控制
工程設計階段是隧道工程造價控制的關鍵階段。但是因為設計收費是根據工程的投資規模按規定的費率進行計算的,工程造價越高設計單位的收費越高,所以設計單位并沒有控制工程造價的客觀要求。因此,在大型公路隧道勘察設計招標時,就應使設計單位的經濟利益和工程造價的控制掛鉤,這可以從利益上驅使設計單位在設計階段主動控制造價。為此可以從下面兩個方面做些探索。
①設計收費和工程造價掛鉤
將勘察設計費分為兩個部分:第一部分按照工程可行性研究投資估算分檔定額計算,作為保底基數,科研報告可以委托兩家同時獨立進行。第二部分以設計單位最終編制的概算與可研投資估算的差值為基數計算。若概算值突破估算值,設計單位應該出示合理的理由,否則應按一定比例扣除設計費。如果設計單位通過采用新技術、新工藝進行優化設計使設計概算顯著低于可研的投資估算,則應按比例增加設計單位的設計費。
②鼓勵設計單位和施工單位共同投標
這實際上是以設計單位為主的總承包,設計費包含在工程總報價中。投標人在投標前就必須作大量的工作,因為如果報價過高可能就中不了標,如果報價太低中標以后可能要虧本。
因此,承包商會選擇合適的投標價,中標后會精心設計、精心施工,努力控制工程造價,以期獲得盡可能高的利潤。
(4)設計招標
分階段招標是將大型公路隧道的勘察設計分成初步設計和施工圖設計兩大階段分別進行招標,而初步設計階段又分為三階段進行招標。
①大型公路隧道初步設計階段工程特性
初步設計是在批復的工程可行性報告的基礎上,確定隧道的具體走向、隧道長度、提出推薦方案。該階段的工程估價為項目的控制限價,其招標工作對于將來的實際成本將起到決定性的影響,招標的效益也最大。對于這一階段設計的招標,業主應先制定出招標的目的:確定路線布置、隧道位置、隧道結構型式、通風、監控設施和工程最高投資。再根據目的確定招標方式和評標方式。
②初步設計招標方式
由于初步設計階段不確定因素較多,如果采用初步設計一次到位的方式,投標人均按初步設計深度設計,最后采納的只有一個方案,會造成較大的人力、財力浪費。我們認為應按招標目的將初步設計階段分為三階段進行。
第一階段:主要確定隧道的線位和長度。這一階段采用邀請招標或委托某一設計咨詢機構,業主參與具體的工作,最后通過比選來確定隧道的走向和長度。除隧道方案外其他方面不作具體的設計、鉆探,這一階段的人力、物力投入較少。
第二階段:主要進行隧道的地質勘察。地質勘察工作相對較簡單,可采用公開招標方式,和施工招標類似,既可采用低價法,也可采用復合標底法等。
第三階段:確定隧道的結構型式、支護參數、照明、通風、監控設施等。采用公開招標方式招標。
(5)勘察設計監理
大型公路隧道勘察設計監理單位必須具有甲級資質。大型公路隧道的勘察設計監理機構由總監和各專業監理工程師組成。其中測量監理工程師和地質監理工程師主要負責隧道的測量和地質勘察工作的監理。結構監理工程師、機電監理工程師主要負責設計工作的監理。造價監理工程師負責工程的概、預算編制工作的監理。
4.2 技術問題
(1) 設計問題
目前,大型隧道的施工多采用新奧法。保護圍巖,發揮圍巖的自承能力是新奧法的基本理念,錨噴支護復合式襯砌是新奧法的結構形式,監控量測是新奧法的重點,動態設計是新奧法的核心。為了真正按照新奧法的思想設計和施工,必須結合隧道的實際情況,針對隧道的圍巖類別,給出合理的隧道支護參數和施工方法,并認真做好施工過程中的監控量測,根據監控量測的結果做好動態反饋設計。
(2) 通風問題
大型公路隧道通風方案的選擇,可以分三個層次展開。首先是確定通風方式,是采用橫向、半橫向,還是縱向、混合式;其次是在所確定的一種或者兩種通風方式中,再進行多方案的比選,選取較好的2~3種;最后對所初選的通風方案進行比較分析,給出推薦方案和比較方案,提供專家評審。然而,不管在哪一個階段,都必須從功能、技術、經濟三方面考慮,逐步深入,認真研究,科學論證。
公路隧道通風方案的設計,除了要滿足交通運營通風外,還必須詳細研究火災發生時的通風需求,即把正常運營通風和火災時的通風看作是整個通風系統的兩種重要的工況。由于隧道火災的隨機性,通常很難提前預防。加之隧道環境封閉,滅火救災困難,一旦發生火災,損失巨大。可以肯定地說,防火救災是目前公路隧道通風的難點,而且是今后很長時間內需要研究的課題。因而,在研究通風方案時,對于隧道防火區段的劃分、橫通道的設置、橫通道的開啟與關閉、煙流排出的路徑與速度、逃生通道的空氣補給、避難洞的新風需求、隔溫安全段的長度和降溫措施、排風口的間隔和面積、火災時的風機控制、部分風機損壞時的風機調配等,都要逐一詳細研究。而在研究這些問題時,又必須和隧道的正常通風以及安全等級、防災救災預案的制定綜合考慮,并在通風方案的選擇階段和優化階段,分層次進行。研究的方法可以通過物理實驗的方法和數值模擬的方法同時進行。
通風方案的優化研究,可通過數值模擬和物理實驗兩種方法實現。數值模擬可首先根據一元流理論,研究不同防火區段劃分、不同斜(豎)井斷面、不同車流工況、不同風機配置時,隧道內的風流方向、風速變化、風壓分布,給出該通風方式的定性及定量描述。然后,再應用CFD技術,進一步詳細研究上述相關問題以及細部結構對通風效果的影響,諸如斜(豎)井斷面、射流風機效應、分流和匯流局部損失系數、連通道和過渡端的阻力、軸流風機進出口段最佳長度和角度、火災時的煙霧分布規律、連通道在滅火排煙中的作用、兩洞口及送排風塔相互影響、隧道污染物的擴散等。
物理實驗研究是借助物理模型,模擬所擬定的通風方案在不同細部結構、不同通風工況、不同風機配置時的通風效果,觀測各個細部的流場分布,實測模型內不同斷面的風流、風壓、風速;實測壁面阻力系數和不同細部損失系數、研究各個細部的最佳幾何形狀;觀測火災發生時的煙流分布,風機的排煙效果,確定軸流風機和射流風機的最佳配置;研究不同風機參數(軸流風機的葉片角度、進出口形狀、風量控制方式;射流風機類型)對風場的影響等。
數值模擬和物理模擬目前也最存在一些問題,如建立更符合實際的計算模型、瞬態非線性以及紊流的計算方法、非相似物理實驗模型、足尺實驗等。但是無論怎樣,物理實驗是優化研究的基礎,它不僅是對通風方案的驗證,而且更為重要的是通過實測為數值模擬提供計算參數,修正和完善數值研究模型。因此,對于長大及特長公路隧道的通風優化,物理實驗是最重要的必須手段,也是最直接和最基礎性的工作,決不能流于形式和淪落為對通風方式單純的驗正。
4.3 施工問題
(1)地質超前預報
業主應該拿出工程概算的4‰~6‰作為地質超前預報費用,又專業隊伍進行地質超前預報。
(2)監控量測
施工單位必須認真做好監控量測,并把監控量測的數據立即反饋給設計單位,及時調整支護參數和施工方案。
(3) 質量控制
業主、監理、施工單位必須統一協商制定一套貫穿隧道施工全過程的質量檢測表格,給出詳細的檢測內容、檢測方法和質量評價指標。
(4)圍巖變更
制定一套圍巖變更的機構和程序,變更機構由業主、監理、設計代表、地質超前預報代表組成,施工單位列席。給出具體的圍巖變更長度、批復時間。
4.4 運營問題
(1)制定大型公路隧道的運營管理手冊,對于隧道運營過程中的車速、密度、交通量、超高運輸、超長運輸、危險品運輸、禮賓車隊、軍事車隊等,各個隧道管理部門要制定專門的運營手冊,幾天部應該制定公路隧道運營管理行業標準。
(2)安全等級
隨著運營隧道的逐年增多和隧道長度的越來越長,公路隧道的安全等級問題日顯突出。由于已有的規范中關于公路隧道的安全問題涉及不多,特別是專門對公路隧道安全等級問題的研究系統深入不夠,使得設計人員在設計中,要么是安全設防過高,造成不必要的浪費,要么是雖然有設防,但標準又不夠,更有甚者是根本不設防,留下事故隱患。國內外的情況表明,在運營過程中,由于各種安全原因所引起的公路隧道交通事故屢見不鮮。如由于施工質量不好,隧道內支護塌落,造成交通阻斷;隧道漏水引起路面濕滑或結冰,造成洞內撞車;隧道內發生火災,造成人員傷亡和財產損失等。而對這些安全問題的預防,雖然可通過設計﹑施工﹑運營各個環節來實現,但是關于安全等級的研究必須事先進行。因此,盡快深入開展公路隧道安全等級的研究,不僅對正在運營的隧道很有幫助,而且對即將建設的公路隧道更有重大的社會和經濟意義。
(3)防災救災預案
國外的隧道火災統計表明,公路隧道的火災幾率是鐵路的30倍,長大公路隧道的災害不可能完全避免,特別是火災只能是推遲或者減少。1999年3月25日,連接法國和意大利之間的勃朗峰隧道發生火災,死亡39人,燒傷數十人,燒毀車輛43輛,火災燃燒53小時;同年5月29日奧地利陶恩隧道發生火災,死亡12人,燒傷49人,損毀車輛34輛;2001年瑞士圣哥達隧道發生火災,死亡13人,燒毀車輛128輛,直接損失1300萬瑞士法郎。我國的一些長隧道或者隧道群也屢有火災事故發生。1991年上海延安東路隧道發生火災事故,1998年7月7日福建盤陀山第二公路隧道因貨車在隧道內起火發生火災,1999年浙江大溪嶺隧道發生火災,2002年1月10日,浙江貓貍嶺隧道因司機不慎點燃發動機造成火災事故,2001年吉林某隧道發生火災。這些災害,對人民的生命財產帶來了較大的經濟損失,也對隧道管理部的運營管理帶來了很大的壓力。
國外關于公路隧道運營管理和防災救災預案的研究,起步較早,也經歷了許多挫折,可以說每一次的重大火災,都對研究有一次大的推動。歐洲、美洲、日本各國的國家的一些特長隧道都有自己專門的運營管理手冊和防災救災預案。特別是勃朗峰隧道、陶恩隧道和圣哥達隧道發生火災后,改建了原來的隧道通風與防災救災系統,并制定了比較完善的救災預案。我國臺灣的八卦山隧道、坪林隧道、香港的海峽隧道也都有自己的防災救災預案。
因此,對于長大公路隧道,必須認真開展防災救災預案研究,研究必須從公路隧道的運營情況和通風方案的實際情況出發,研制一套適合于各公路隧道防災救災緊急預案。研究的方法可采用分析理論分析、歸納綜合、數值模擬、物理試驗、現場測試的方法。
相關資料 [長大,隧道,管理,對策。]
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