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关键词:日照绿茶;浸提条件;茶味水;茶多酚;加工工艺
中图分类号:R284.2文献标识码:A文章编号:0439-8114(2014)10-2401-03
The Extraction Conditions and Processing Technology of Tea-taste-water
WANG Hui, MENG Xian-lei, FAN Chen
(Department of Food Science and Engineering,Liaocheng University,Liaocheng 252059,Shandong,China)
Abstract: Using high-quality green tea as material, a series of review processes including sampling, extraction, blending was conducted. The processing technology and formula of tea-taste-water were discussed. The results showed that the optimal conditions of the extractions were the ratio of tea to water 1∶50, the temperature 80 ℃ and extracting 25 min. The optimal recipes of tea-taste-water were per 1 000 mL tea-taste-tea containing 300 mL tea-water, 8 mL green tea flavor, 20 g sucrose.
Key words:Rizhao green tea; extraction conditions; tea-taste-water; TP; processing technology
基金项目:国家自然科学基金项目(30771374)
中国茶文化源远流长,闻名世界。茶饮料是中国的传统饮料,是一种健康的保健饮品,各种各样的茶饮料深受广大消费者的喜爱。茶饮料是指以茶叶的萃取液、茶粉、浓缩液为主要原料加工而成的饮料,具有茶叶的独特风味,含有天然茶多酚、咖啡碱等茶叶有效成分,兼有营养、保健功效,是清凉解渴的多功能饮料[1]。茶多酚指标是茶饮料中的特征性指标,并且是茶饮料标准中的强制性指标,不同类型的茶饮料其茶多酚和咖啡因的含量必须达到相应水平,否则就不能被称为茶饮料。对于茶多酚含量达不到要求的产品,可划归为“茶味”饮品。茶味水就是其中的一类,其质地接近于水,有清淡茶味,无色或者色泽很淡[2]。从长远的观点看,茶味水是可以与碳酸饮料相抗衡的产品,其特点是天然、保健且能解渴,符合现代人崇尚天然、追求健康保健的消费心理需求。试验以优质日照绿茶为原料,对茶汤的浸提条件及茶味水的加工工艺及配方进行了探讨,以期为茶味水工业化生产提供参考。
1材料与方法
1.1材料
原料:市售优质日照绿茶,蔗糖。试验试剂与仪器设备:酒石酸亚铁溶液,pH 7.5的磷酸盐缓冲溶液;仪器设备有分光光度计、恒温水浴锅、电子天平、封盖机、杀菌机。
1.2试验方法
1.2.1茶味水的生产工艺流程
绿茶香精及其他辅料
日照绿茶取样浸提过滤配料脱气灌装封口灭菌冷却包装成品
1)绿茶取样。选用当年新产的优质日照绿茶,先用磨碎机将样品磨碎,弃除大片,再磨碎其余部分作为试样。用电子天平称取试样3 g放入锥形瓶[3]。
2)浸提。用不锈钢锅将去离子水加热到所需温度,量取所需体积迅速倒入锥形瓶并放入恒温水浴锅静置并间歇搅拌[4,5]。
3)过滤。浸泡一定时间后,用200目筛对其进行过滤,除去茶渣。
4)调配。在茶汤中加入一定量的绿茶香精、蔗糖、水等物质进行调配。
5)灌装、杀菌。先将饮料瓶、盖洗净、沥干并在100 ℃下烘干20 min;再将调配好的茶味水加热到70~80 ℃,灌装并封盖,然后在高压蒸汽锅内115 ℃下杀菌20 min,取出后分别在80、50 ℃及自来水中分段冷却至室温,检验后贴标,即得茶味水成品[6,7],用酒石酸铁比色法测定茶样中茶多酚含量[8]。
1.2.2茶汤最佳浸提条件采用三因素三水平设计正交试验,因素与水平见表1。以茶汤的感官评分为指标确定最佳浸提条件。
1.2.3茶汤的感官评定邀请10名品评师对茶汤进行感官评分, 满分为100分, 其中汤色10 分、香气30分、滋味40分、体态20分,感官评分标准见表2。
1.2.4茶味水最佳配方的正交试验确定 分别取一定量的茶汤、绿茶香精、蔗糖,最后用去离子水定容至1 000 mL,设计三因素三水平正交试验(表3),以茶味水的感官评分为指标确定最佳配方。
1.2.5茶味水感官评定邀请10名品评师按表4的标准对不同处理茶味水的气味及风味协调性评分(各指标满分均为10分),确定得分最高的处理为茶味水的最佳配方。
2结果与分析
2.1茶汤最佳浸提条件
茶汤的正交试验结果见表5,由表5可知影响茶汤感官品质的各因素的主次顺序是温度、时间、茶水比,最佳组合为A2B2C3,即茶水的质量体积比为1∶50,在温度为80 ℃、浸泡25 min时茶汤质量最好,而且此组合下生产出的茶汤中茶多酚的含量也非常理想。
2.2茶味水配料及审评结果
茶味水的正交试验结果见表6,由表6可知,最佳组合为A3B1C2,即每1 000 mL茶味水茶汤用量为300 mL,绿茶香精8 mL,蔗糖20 g时生产出的茶味水口感最好。
3结论与讨论
茶味水生产工艺流程可大体分为三步,即茶汤的制备,茶味水的调配,茶味水的审评。茶汤制备的最佳条件为茶水比为1∶50,温度80 ℃,浸泡25 min;茶味水的最佳调配为每1 000 mL茶味水茶汤用量为300 mL,绿茶香精8 mL,蔗糖20 g。
在茶汤的制备过程中,其他条件不变的情况下,茶汤中茶多酚的含量随着温度的升高逐渐递增,随煮茶时间的延长呈现增大趋势。随着煮茶温度的升高和时间的延长,茶汤的气味越来越浓,汤色越来越深,滋味也越来越重。
对于茶味水的调配,茶汤量的选择很关键,因为它直接关系到茶味水中茶多酚的含量以及茶味水的口感,含量过多则不能称为茶味水,含量过少就使其保健意义及口感大打折扣。此外,茶味水注重“水”的概念,颜色质地都与水接近,因此茶汤量的多少还会影响到茶味水的颜色。对于其他的添加物质如蔗糖、绿茶香精,也要掌握其用量,蔗糖过多,会使产品过于甜腻,清爽口感降低,添加过少会使其口感过于清淡。绿茶香精添加过多会使香味过浓而有背于研发的初衷,而添加过少,产品的茶味太淡,不能吸引消费者。
参考文献:
[1] 沈培和.中国农业博览会茶叶评选方法结果分析[J].中国茶叶,1993(1):34-35.
[2] 沈培和.第二届中国农业博览会参评茶叶的感官审评[J].中国茶叶,1995(6):32-33.
[3] 李鹤.新型保健茶饮料的研制[J].食品研究与开发,2008,29(4):114-116.
[4] 胡迎芬,杭瑚.饮茶方式对茶汤有效成分含量的影响[J].食品工业科技,2002,23(2):27-29.
[5] 罗龙新.影响茶叶可溶性物质浸出的因素分析[J].饮料工业, 2001,4(6):22-26.
[6] 李再兵.绿茶主要品质成分的浸出动态及其与滋味感官评分的相关性研究[D].杭州:浙江大学,2002.
【关键词】 衍生; 金融工具; 内涵; 条件
一、衍生金融工具的内涵
我国2006年了《企业会计准则第22号――金融工具确认和计量》。新准则共八章五十八条。
(一)金融工具定义
第二条规定:金融工具,是指形成一个企业的金融资产,并形成其他单位的金融负债或权益工具的合同。
(二)衍生工具的定义
第三条规定:衍生工具,是指本准则涉及的、具有下列特征的金融工具或其他合同:1.其价值随特定利率、金融工具价格、商品价格、汇率、价格指数、费率指数、信用等级、信用指数或其他类似变量的变动而变动,变量为非金融变量的,该变量与合同的任一方不存在特定关系;2.不要求初始净投资,或与对市场情况变化有类似反应的其他类型合同相比,要求很少的初始净投资;3.在未来某一日期结算。衍生工具包括远期合同、期货合同、互换和期权,以及具有远期合同、期货合同、互换和期权中一种或一种以上特征的工具。
综上所述,衍生金融工具是一种运用债券、股票等金融资产交易的新的融资技术。从财务会计的观点来看,它就是指尚未履行或正在履行之中的合约,是由传统金融工具衍生而来的一种投资工具。与其它融资工具不同的是,衍生工具本身并不具有价值,其价格是从可以运用衍生工具进行买卖的股票、债券等有价证券的价值中衍生出来的。这种衍生性给予这种新的融资工具以广泛的运用空间和灵活多样的交易形式。目前,在国际金融市场上最为普遍应用的衍生工具包括远期合约、金融期货、期权、互换。
二、衍生金融工具的特征
(一)衍生金融工具的产生以合约为基础
合约双方的权利和义务在签订合约之日起便基本确定,不需要或只需要少量初始净投资,而交易却要在将来某一时刻才能履行或完成。
(二)衍生金融工具的收益具有较高的不确定性
衍生金融工具所产生的收益,来自于标的物价值的变动,即约定价格与实际价格的差额,将随着未来利率、证券价格、商品价格、汇率或相应的指数变动而变动。
(三)强有力的财务杠杆作用和高度的金融风险形影相随
金融理论中的杠杆性是指以较少的资金成本可以取得较多的投资,从而提高收益的操作方式。在运用衍生金融工具进行交易时,只需按规定交纳较低的佣金或保证金,就可从事大宗交易,以小搏大。但是,伴随巨大收益的是巨大的风险,一旦预测有误,出现金融风险,就可能使投资者遭受严重损失,甚至危及整个金融市场的稳定。因此,交易者可以利用不同市场价格的差异,从低价市场买入,在高价市场卖出从而获利。虽然国际金融市场有全球一体化的倾向,各市场间的价格差异不大,但由于衍生金融工具的巨额成交量,故而套利和投机者仍有可观的利润。投机者的出现既活跃了衍生金融市场,又在一定程度上扰乱了国际金融市场。市场的变幻莫测和交易者的过度投机,使许多人获得巨额利润,也使许多参与者遭受损失甚至破产。根据巴塞尔银行委员会的联合报告,衍生金融工具涉及的主要风险有:市场风险、信用风险、流动性风险、操作风险、结算风险、法律风险。
(四)衍生金融工具的价值具有较强的波动性
传统意义上的资产,其价值决定于社会必要劳动量的多少,具有相对稳定性,价格围绕价值波动,幅度不会很大。衍生金融工具交易中的金融资产则完全不同,其具有较强的价值波动性。当某项衍生金融工具能明显降低某项基础工具上的风险时,其价值也相应提高;反之,如果某项衍生金融工具已不能降低风险或带来任何利润时,它就没有价值。进一步地讲,其不能带来任何利润反而可能导致巨额损失时,其价值也就是相应的“负数”,这是传统意义上的资产和负债所不具备的。
(五)产品设计高度灵活
金融衍生产品种类繁多,可以根据客户所要求的时间、金额、杠杆比率、价格、风险级别等参数进行设计,让其达到充分保值避险等目的。然而,由此造成这些金融衍生产品难以在市场上转让,故其流动性风险也极大。
三、衍生金融工具条件的应用
新会计准则对于衍生金融工具给出了三个条件,只有同时满足三个条件的合同才可以被确认为衍生工具。即合同价值随基础变量的变动而变动;不要求初始净投资,或与对市场情况变化有类似反应的其他类型合同相比,要求很少的初始净投资;在未来某一日期结算。在实际工作应用中,如何按照符合衍生工具的三个条件来判断一项金融工具是否属于衍生工具,下面以利率互换为例,说明这三个条件的应用。
例1,A公司与B公司签订了一项利率互换合同,该利率互换合同要求A公司按8%的固定利率支付,同时收取3月期的伦敦银行同业拆借利率(按季调整)的变动金额。固定和变动金额都是根据本金的名义金额确定。A公司与B公司可以选择不交换本金,A公司根据8%和三个月期伦敦银行同业拆借利率之间的差额每个季度支付或收取一笔现金净额,或者也可以选择交换本金,按总额结算。不管采用哪种方式,该合同都符合衍生工具的定义,因为合同价值随着基础变量(伦敦银行同业拆借利率)的变动而变动,同时没有初始净投资,并且在未来某一日期结算。
例2,C公司和D公司签订了一份五年期的利率互换合同,名义本金为1 000万元的支付固定利率款项,收取变动利率款项的利率互换。互换中变动利率部分以3个月期的伦敦银行同业拆借利率为基础,每季度调整一次。互换中固定利率部分的利率是每年8%,C公司在初始时预付了该互换中400万元的固定义务(使用市场利率进行折现),同时保留了在互换期内以基于3个月期伦敦银行同业拆借利率(按季调整)对1 000万元的名义本金收取利息的权利。在该合同中,利率互换的初始净投资远远小于计算变动部分的变动应付额的名义本金。该合同要求的初始净投资额小于预计对市场因素变动有类似反应的其它合同所要求的初始净投资。合同的最终结算日在未来,且合同价值随着伦敦银行同业拆借利率指数的变动而变动,因此,该合同符合衍生工具的定义。
由以上两个例子可以看到,一项合同要作为衍生工具来核算,那么准则中所列的三个条件缺一不可。
【参考文献】
一、概况
当前国内很多地方都在城市地下铁道工程,相继出现了深度超过15m的深基坑工程。由于工程地质和水位地质条件的复杂多变和周边环境的不利影响,造成许多深基坑出现了事故和质量问题。我在天津参加地铁施工9年多,亲眼看到了这些情况。
天津地区的地质条件比较复杂。天津位于渤海西岸,华北平原内的海河河口,地貌以冲积平原为主,地势平坦。天津市第四系分布广、厚度大,埋深500-550m。天津市区地层不仅呈现陆相和海相沉积交替出现的特点,还呈现出沉积物的多源性和沉积环境的多变性。其结果是,地基中的隔水层(粘性土)厚度较小,分布不连续,相隔不远就出现了缺口;而透水层多由粉土和粉细砂构成,极易发生渗透破坏。
第四系地下水是地质演化的结果,可分为四个孔隙含水层。
其中第一含水层为潜水含水层由杂填土、粉土、粘土和粉砂组成。初始地下水位埋深约为1-2m。
第二含水层为微承压水层,主要为粉土、粉细砂,初始水位埋深2-3m。
第三含水层为微承压水层,主要为粉土、粉细砂。初始水位埋深3-4m。
第四含水层为微承压水层,主要为粉土、粉细砂。初始水位埋深大于10m。
上述各个含水层之间均互相具有水力联系。从第二和第三层承压水初始水位相差不大来看,也可看出二者联系很密切。
根据笔者的体会,天津地区由于交互沉积的特点,地面以下30m以内的地层中,粘性土隔水层厚度很薄,且很多地段缺失;粉土、粉细砂厚度很大,有的地段超过60-70m。这些导致基坑底部承压水突涌问题很大;导致地连墙深度加大。有的基坑深度不到20m,而地连墙深度却达到60m。
天津自2001年开始修建地铁以来,已经开通了1、2、3、9号线,还有四五条线正在施工。由于地质条件复杂和承压水的严重影响,已建工程中发生了一些这样或那样的工程事故和质量问题,从总的方面来看,绝大多数都是因为对地下水认识不足而引起的。
比如1号线的某车站(见图1),就是因为地质勘察深度不够和对承压水认识不深,造成了基坑突涌和居民搬迁的事故。
还有如3号线的某车站(见图2),其支护地连墙墙底悬在粉细砂透水层中。在承压水(水头21.7m)作用下,基坑底部下面的5.7m厚的粘土不足以压住承压水的浮托力;基坑还未挖到底,就发生了严重的突涌冒砂,周边的小区楼房迅速沉降偏斜,不得已只好把商品混凝土运来,倒在基坑中,直到达到2.5m厚,才制止了事故。这是因为设计失误而造成了基坑事故。
在天津,还有不少类似的基坑事故, 分析这些基坑事故的原因,主要有以下几点:
1、勘察工作不细,工作深度不够;特别是对承压水认识不足。
2、设计规范和设计方法有问题。目前的建筑基坑支护技术规程(JGJ120-99)已经不能适应目前的基坑工程现状;而根据这个规程作出的设计也难免有失误。
3、基坑工程施工本身质量没有达到预期的效果,出现了很多缺陷和漏洞。
4、基坑的设计和施工没有充分考虑周边环境的影响,防控措施不当。
5、运行管理失误。比如没有及时解决水泵供电中断或堵塞问题。
由于采取了各种防护措施,我们所在的3号线红旗南路车站,多年来一直比较安全地进行施工,没有出现大的问题。
二、地铁深基坑工程的设计施工优化
由于天津地质条件的特殊性,地铁建设、设计、施工和科研部门,多年来一直在探索减少基坑事故、提高工程施工效率、保证工程安全的方法和措施。对于影响深基坑安全的基坑渗流问题,给与了特别关注。
(一)坑底的渗流稳定计算方法
1、如何判断坑底抗浮稳定性
(1)目前有几种计算坑底抗浮的方法,多是以上部荷重与下部浮托力相平衡且有一定安全系数来考虑的。实际上这只是一种平衡(即荷载平衡)。由于土的凝聚力不同而造成的内部抗渗透能力不同,所以还需要核算第二种平衡条件,也就是渗透比降的平衡问题。
(2)目前,基坑的平面尺寸已经做得很大,例如长度可达上千米,宽度可达200米以上,基坑面积十几万~二十几万㎡,基坑深度可达40~50m,基坑内部有几百根~上千根大口径的深桩和很多降水井。这样的基坑,从空间来看,其工程地质和水文地质条件变化相当大,而且被人为切割、穿插,带来很多不确定性和风险;故必须考虑一定的安全系数来提高工程安全度。
(3)如何选取坑底地基抗浮安全度?
对这个问题,要采取具体问题具体分析的方法来解决。
①如果基坑规模很小,深度不是很大,坑底土质好且连续的临时性基坑,则抗浮稳定安全系数等于1.0,也是可以施工的。
②对于特大型基坑,特别是一些滨河、滨海地区的基坑,由于海相、陆相交叉沉积,造成不透水层出现缺口漏洞,又受到承压水顶托时,基坑的安全风险很大,宜取较大的安全系数,最大可取2.5。
③对于岩石基坑,则应根据基坑底部位于残积土和风化层中的位置和承压水头的太小,来选取适当的抗浮安全系数,总的来看,可略小些。
2、地基土抗承压水突涌稳定性的核算
(1) 三种计算情况
①坑底表层为不透水层。
②上部不透水层全部被挖除,基坑底和地连墙底直接位于透水层中。
③成层(互层)地基情况。
(2)计算内容
核算地基土的抗承压水突涌的稳定性,要进行两个方面的核算:
①外部荷载平衡计算,即上部土的饱和重应大于承压水的浮托力;并保持有一定的安全系数。
②在土体内部渗流计算,它的渗透坡降应当小于允许的渗透坡降。
要核算承压水沿地连墙内壁的贴壁渗流计算,核算出口稳定性。通常情况下,这种贴壁渗流不受控制的。
(二)设计施工优化效果
红旗南路基坑经过设计施工优化,特别是把地连墙由28.9m加长到40.7m以后,在施工过程中又采取了多种防范措施,整个3号线的基坑施工顺利完成。
三、深基坑工程突涌水处理经验
(一)基坑底突水的处理
由于本深基坑工程地质条件非常复杂,有些情况难以预料,需要我们及时加以分析和处理。经过多年的施工及应急抢险处理的经验,总结出以下几点解决地铁施工渗漏水处理经验:
1、对于高压大流量渗漏水,应先引流减压再局部集中处理最后完全封堵。不宜直接采用直接回填混凝土的方案。涌水点插入引流管(直径30mm~100mm),一般选用塑料管就可以,对于压力和流量特别大的涌水处理应采用专门的引流管和管口封闭器
2、土方开挖前,应加强对降水井运行的观察并做好各种数据的采集和分析,若有异常,查找原因,预测可能出现的情况、制定相应处理方案,对土方开挖做到心中有数。
3、开挖前须由五方(建设、勘测、设计、监理、施工)确认开挖范围有无勘探孔,如有勘探孔必须制定专项方案。
4、基坑土方开挖遵循“先探后挖”的原则,地铁土方开挖作业时应加强对开挖面的观察,发现异常及时采取措施。一般的渗漏发展都有一个过程,提前处理往往可以减少经济损失。对各种钻探孔周围土方进行开挖时,需特别留意钻探孔的情况。
5、采用水泥水玻璃双液注浆时当出现跑浆现象时,浆液配合比应根据情况适时调整至合适配比。在同一条件下,水泥中硅酸三钙越多、水泥浆水灰比越低、水玻璃溶液浓度越低、水玻璃溶液与水泥浆的比例越小,浆液胶凝时间越短。
6、加强现场应急抢险物资储备、应急抢险人员组织,特别是在特殊气候条件下(雨夜、冬季)现场组织抢险工作。
7、对于地质水文情况较为复杂的工况,涌水的具体情况和主要原因分析十分困难,这给确定抢险处理方案也增加了难度。
8、对于基坑围护结构中部的渗漏或涌水,采用双液注浆处理时,根据不同的地质条件确定注浆深度,往往以隔水层基底以下2~3m控制。
9、基坑开挖时必须遵循时空效应理论,做到“按需降水、分层开挖、及时支撑、快速封闭”。
1.概况
杭州至长沙铁路客运专线为350km/h的高速铁路,其接入长沙南站的西北下行联络线罗家一号隧道下穿新建杭州至长沙铁路正线曾家岭一号隧道,曾家岭一号隧道进口里程DK913+680,出口里程DK913+852,隧道全长172m。罗家一号隧道为单线隧道,全长1040m,两隧道立体交叉,交叉位置在曾家岭一号隧道出口向进口方向35m处,平面交叉角度为23°。上部曾家岭一号隧道,隧道开挖面积达152.4m2,埋深2-12m。下部罗家一号隧道拱顶标高距离上部曾家岭一号隧道隧底标高仅1.3m。属于浅埋条件下超近距离立体交叉大断面隧道工程。交叉隧道穿越地层属于Ⅴ级泥岩地质。曾家岭一号隧道与罗家一号隧道位置关系如图1 -1~图1-2所示。
图1-1 隧道关系意图
图1-2 隧道位置三维示意图
2、施工工艺原理
2.1施工顺序
运用工程类比、全断面无支护开挖数值模拟、台阶法加支护开挖数值模拟三种研究方法,经过对围岩和衬砌结构位移场、应力场以及围岩塑性区的对比分析,本工程先施工罗家一号隧道,并将二次衬砌全部施工完成后,再进行曾家岭一号隧道的施工。
2.2超前预支护
罗家一号隧道在NXDK1+790.00~NXDK1+825.00里程段采用明挖法施工,因此罗家一号隧道开挖洞口距离交叉位置仅35m,而曾家岭一号隧道距离交叉位置为15m。罗家一号隧道施工前对边仰坡进行喷锚支护,锚杆长度为6.0m,喷射混凝土厚度为10cm,洞口采用47根φ108、73m长管棚超前预支护。上部双线隧道洞口采用47根φ108、43m长管棚超前预支护。解决了地表沉降、裂缝和易坍塌的难题,使施工安全得到保证。
2.3开挖工法
先施工的罗家一号隧道采用上下短台阶法进行开挖,开挖采用弱爆破开挖,每循环进尺不大于0.6m。后施工的曾家岭一号隧道采用三台阶临时仰拱法施工,由于埋深浅,且立体交叉的罗家一号隧道已完成,为了围岩稳定和罗家一号隧道安全,曾家岭一号隧道采用机械开挖,每循环开挖进尺不大于0.6m。
2.4监控量测
地表每10m设1排监测桩,间距为2.5m,每排设5个监测点。洞内每5m为1个监测断面,每个断面设5个监测点,分别为拱顶下沉监测点和边墙收敛点。在开挖后的3~6h内进行初始值测量,测量频次严格按《铁路隧道监控量测技术规程规范》(TB10121-2007)要求进行,用监测数据指导施工。
2.5封闭成环
开挖完成后要尽早封闭成环,仰拱距离掌子面不得大于30m,拱墙衬砌距离掌子面不得大于70m。
3、隧道超前支护及开挖技术
3.1 罗家一号隧道洞口边仰坡开挖加固防护
确定施工顺序后,对罗家一号隧道的边仰坡进行开挖及锚喷网加固,支护参数为:锚杆采用ф22砂浆锚杆,L-6.0m,间距为1.5×1.5m,梅花形布置,喷混凝土采用10cm厚C25网喷混凝土,钢筋网ф6,网格20×20cm。
3.2 管棚施工
管棚施工见图3.2-1所示。由于两隧道立体交叉,因此,洞口长管棚超前支护,对拱部围岩予以加固,以增强其稳定性。
图3.2-1曾家岭一号隧道管棚布置图
3.3 洞身开挖
洞身开挖施工组织原则:严格按照“管超前、严注浆、短开挖、强支护、勤量测、快封闭” 的十组织施工。
3.3.1罗家一号隧道开挖顺序
罗家一号隧道开挖顺序见图3.3-1所示,采用短台阶法施工。
1-上台阶开挖立拱架喷锚支护;2-左下台阶侧壁开挖拱架喷锚支护;3-右下台阶侧壁开挖拱架喷锚支护;4-开挖施工仰拱全环封闭(上下台阶错开5m,下台阶左右错开3m为宜)。
图3.3-1 罗家一号单线隧道开挖顺序
3.3.2曾家岭一号隧道开挖顺序
曾家岭一号隧道开挖顺序如图3.3-2所示;采用三台阶临时仰拱法施工。
图3.3-2 曾家岭一号隧道开挖顺序
1-上台阶开挖支护立钢架喷锚支护;2-设临时钢架喷混凝土封闭;3-阶左侧壁开挖立钢架喷锚支护;4-阶右侧壁开挖立钢架喷锚支护;5-阶核心土开挖;6-阶设临时钢架喷混凝土封闭;7-下台阶左侧壁开挖立钢架喷锚支护;8-下台阶右侧壁开挖立钢架喷锚支护;9-开挖下台阶核心土;10-开挖施工仰拱,全换封闭(上、中、下台阶错开10m,中下台阶左右错开5m为宜)。
3.3.3开挖方法
第一步罗家一号隧道采用弱爆破开挖上台阶,曾家岭一号隧道采用机械配合人工开挖,开挖高度均在3.5m左右为宜,进尺为0.6m,然后立一榀钢架装锚杆,用小导管对拱架锁脚,最后喷锚。
第二步开挖左下侧壁,开挖进尺为1.2m(两榀钢架),中间预留核心土,挖至边墙脚,将上导坑初支拱架自底部接出,用小导管对拱架锁脚,后用混凝土浇筑作为初期支护。
第三步对称开挖右下侧壁,其余同第二步。
第四步开挖仰拱,接拱架,浇筑砼,形成全环初支。
按照以上步骤,向前开挖,待开挖进洞一衬砌台车长度后,施作全环衬砌砼。单线隧道开挖至立体交叉处,增设拱部小导管加强支护,防止拱顶沉降。
4、 曾家岭一号隧道施工时罗家一号隧道结构受力特征测试研究
为掌握曾家岭一号隧道施工时,引起的罗家一号隧道二次衬砌的受力特征变化,对罗家一号隧道的二次衬砌进行现场测试。通过现场测试,可掌握衬砌结构的受力特征,对围岩稳定性和支护结构作出正确的定量评价。
4.1 隧道交叉段结构受力监测项目及断面布置
监测项目包括初期支护与二次衬砌之间的压力、二次衬砌钢筋内力、二次衬砌混凝土应变。监测点的布置见图4.1-1所示;隧道交叉段重点监测五个断面,断面间隔15米。
图4.1-1测点布置详图
4.2 现场测试结果与分析
4.2.1初期支护与二次衬砌之间的压力
根据上面叙述的处理方法得到罗家一号隧道二次衬砌承担的围岩压力,见表4.2-1。
表4.2-1 围岩压力测试结果
隧道名 测试断面编号 各测点位置的围岩压力值(MPa)
测点1
(左拱脚) 测点2
(左边墙) 测点3
(左拱腰) 测点4
(拱顶) 测点5
(右拱腰) 测点6
(右边墙) 测点7
(右拱脚) 测点8
(仰拱)
1 2 1 2 1 2 1 2 1 2 1 2 1 2 1 2
罗家一号隧道 测试断面1(NXDK1+745) 0.049 0.431 0.042 0.372 0.010 0.235 0.011 0.439 0.011 0.341 0.042 0.322 0.048 0.192 0.023 0.107
测试断面2(NXDK1+760) 0.065 0.424 0.034 0.365 0.008 0.148 0.011 0.212 0.030 0.148 0.027 0.402 0.032 0.434 0.069 0.268
测试断面3(NXDK1+775) 0.064 0.531 0.025 0.238 0.012 0.279 0.010 0.363 0.020 0.343 0.029 0.389 0.053 0.429 0.021 0.321
测试断面4(NXDK1+790) 0.065 0.098 0.022 0.084 0.025 0.098 0.010 0.209 0.040 0.096 0.055 0.089 0.075 0.073 0.062 0.127
测试断面5(NXDK1+805) 0.059 0.074 0.020 0.065 0.027 0.082 0.046 0.161 0.020 0.101 0.031 0.116 0.079 0.077 0.051 0.135
注:1为罗家一号隧道完成后的层间压力值,2为曾家岭一号隧道通过影响区域后的层间压力值。
图4.2-2~图4.2-5为各监测断面在曾家岭一号隧道施工前后的围岩压力分布图;图4.2-6为曾家岭一号隧道施工完成后罗家一号隧道各部位沿其纵向的围岩压力分布图。
(a)罗家一号隧道施工完成后(b)曾家岭一号隧道施工完成后
图4.2-2NXDK1+745断面(单位:MPa)
(a)罗家一号隧道施工完成后(b)曾家岭一号隧道施工完成后
图4.2-3NXDK1+760断面(单位:MPa)
(a)罗家一号隧道施工完成后(b)曾家岭一号隧道施工完成后
图4.2-4NXDK1+775断面(单位:MPa)
(a)罗家一号隧道施工完成后(b)曾家岭一号隧道施工完成后
图4.2-5NXDK1+790断面(单位:MPa)
(a)罗家一号隧道施工完成后(b)曾家岭一号隧道施工完成后
图4.2-6NXDK1+805断面(单位:MPa)
图4.2-7曾家岭一号隧道施工完成后罗家一号隧道围岩压力沿隧道纵向分布图(单位:MPa)
由图4.2-2~4.2-6可以看出,在罗家一号隧道二衬浇筑完成后,初期支护与二次衬砌的层间压力较小,五个断面的最大压力仅为0.08MPa,说明在此时二次衬砌承担的围岩压力相对较小,在曾家岭一号隧道修建完成后,罗家一号隧道的二次衬砌压力增加较大,即上部隧道的开挖对下部罗家一号隧道的扰动较大。
罗家一号各横断面的围岩压力全部为压力,但是由于罗家一号隧道与曾家岭一号隧道为小角度交叉,罗家一号横断面的围岩压力呈非对称分布,NXDK1+745断面右侧较左侧稍大,是因为上部隧道从其右侧穿过,在NXDK1+760围岩压力趋于对称,是因为此断面为交叉断面,上下两个隧道处于平行状态,之后到NXDK1+775断面时围岩压力左侧较右侧稍大,且较为明显,此时上部隧道已处于罗家一号隧道左侧,在NXDK1+790、NXDK1+805处,上部隧道对罗家一号隧道的影响已经较小,虽然围岩压力较小,但是偏压作用已经消失。
由图4.2-7可以看出,围岩压力从NXDK1+745到NXDK1+775范围内变化较大,之后便趋于稳定,拱顶及左拱腰的变化趋势是由逐渐变小后又逐渐增加之后又再次减小,主要是因为曾家岭一号隧道断面较大,施工时的大量开挖,使罗家一号隧道产生了较大的“卸载”作用,使拱顶及拱腰处的压力较小,而曾家岭一号隧道开挖过程中对围岩的再次扰动所产生的附加应力都作用在了边墙处,故除拱顶及右拱腰外,其他关键点都在逐渐增大后再逐渐减小。
4.2.2衬砌结构内力测试结果与处理
根据数据处理方法得到现场测得的衬砌结构的轴力和弯矩并计算了安全系数,见表4.2-1。
表4.2-1 罗家一号隧道衬砌断面环向轴力、弯矩数据表
断面编号 测点位置 截面轴力(kN) 截面弯矩(kN·m) 安全系数K
施工前 施工后 施工前 施工后 施工前 施工后 增加值
测试断面1
(里程NXDK1+745) 测点1(左拱脚) -1.5 -499.8 0.9 105.5 31.54 2.97 -28.57
测点2(左边墙) -0.3 -187.2 -0.1 -104.0 707.30 14.90 -692.4
测点3(左拱腰) -1.5 -56.6 0.6 42.1 75.81 12.12 -63.69
测点4(拱顶) -2.7 463.9 -0.7 -95.3 181.83 5.61 -176.22
测点5(右拱腰) -1.4 382.3 0.5 69.3 119.35 7.13 -112.22
测点6(右边墙) -0.4 35.3 -0.3 -12.0 83.56 127.22 43.66
测点7(右拱脚) -0.9 -10.8 0.8 0.2 29.20 566.60 537.4
测点8(仰拱) -26.2 -163.7 -6.2 -26.1 22.81 14.08 -8.73
测试断面2
(里程NXDK1+760) 测点1(左拱脚) -2.1 -12.0 0.7 5.3 101.04 138.12 37.08
测点2(左边墙) -0.4 -4.0 -0.4 -4.9 56.11 222.14 166.03
测点3(左拱腰) -3.6 34.9 0.1 6.5 411.03 38.84 -372.19
测点4(拱顶) -4.0 4.2 -0.5 -1.9 271.12 60.98 -210.14
测点5(右拱腰) -2.7 34.2 0.7 5.0 181.83 83.94 -97.89
测点6(右边墙) -3.1 -31.2 -0.2 -1.4 419.55 40.01 -379.54
测点7(右拱脚) -3.7 -50.5 0.2 3.5 364.07 44.94 -319.13
测点8(仰拱) -30.8 -142.9 -5.9 -17.1 27.19 27.42 0.23
测试断面3
(里程NXDK1+775)
测点1(左拱脚) -1.1 -56.9 0.8 41.4 31.80 8.60 -23.2
测点2(左边墙) -2.7 -307.5 -0.5 -17.7 323.48 42.81 -280.67
测点3(左拱腰) -1.9 765.4 0.7 108.6 79.00 3.24 -75.76
测点4(拱顶) -2.5 247.8 -0.7 -37.2 161.79 44.40 -117.39
测点5(右拱腰) -1.4 -155.6 0.5 46.2 119.35 16.45 -102.9
测点6(右边墙) -2.2 -613.7 -0.6 -57.4 197.01 23.53 -173.48
测点7(右拱脚) -1.2 -524.3 0.9 86.8 27.85 3.63 -24.22
测点8(仰拱) -25.9 -264.6 -6.6 -27.8 19.72 12.59 -7.13
测试断面4
(里程NXDK1+790) 测点1(左拱脚) -0.5 -67.7 0.6 13.8 35.55 54.82 19.27
测点2(左边墙) -0.8 -42.5 -0.5 -6.9 55.31 202.17 146.86
测点3(左拱腰) -1.8 -57.6 0.9 8.6 36.36 189.07 152.71
测点4(拱顶) -3.3 -442.8 -0.2 -171.3 399.27 3.83 -395.44
测点5(右拱腰) -3.6 -178.9 0.3 24.1 340.19 38.59 -301.6
测点6(右边墙) -0.4 -74.0 -0.4 -4.3 56.11 229.67 173.56
测点7(右拱脚) -0.7 -261.1 0.6 53.9 39.47 6.54 -32.93
测点8(仰拱) -26.9 -429.3 -6.1 -88.6 24.07 3.51 -20.56
测试断面5
(里程NXDK1+805) 测点1(左拱脚) -3.2 -39.2 0.4 2.2 338.90 48.89 -290.01
测点2(左边墙) -0.5 -65.3 -1.2 -21.0 15.81 16.88 1.07
测点3(左拱腰) -1.1 -110.5 0.5 8.5 72.04 158.16 86.12
测点4(拱顶) -3.1 -226.4 -1.4 -69.4 25.91 4.60 -21.31
测点5(右拱腰) -11.1 -76.3 0.7 3.8 117.74 127.35 9.61
测点6(右边墙) -4.3 1.9 -0.7 -0.5 228.49 73.81 -154.68
测点7(右拱脚) -1.1 -43.1 0.4 0.8 142.73 116.51 -26.22
测点8(仰拱) -25.1 -384.9 -3.3 -72.3 42.45 4.68 -37.77
由上表可以看出,在罗家一号隧道修建完成后,二次衬砌的轴力与弯矩均较小,说明在罗家一号隧道修建完成时围岩压力主要由其初期支护承担,二次衬砌只起到安全储备的作用;而在曾家岭一号隧道修建完成后,罗家一号隧道二次衬砌受力大幅增加,说明曾家岭一号隧道在施工过程中对罗家一号隧道的扰动较大,对罗家一号隧道二次衬砌的内力影响较大。曾家岭一号隧道施工前后,罗家一号二次衬砌的安全系数有着大幅下降,但是并未小于规范要求的最小值,且其安全系数最小的断面为NXDK1+775断面。
5、施工注意事项
下部罗家一号隧道严格控制进尺和装药量,减少超挖。上部曾家岭一号隧道开挖严禁放炮,采用人工配合机械开挖,如果岩石变硬,可采用预裂法掏槽开挖上弧导,下导坑及仰拱震动锤开挖。
加强洞内外的监控量测,随时掌握隧道围岩变化情况,用真实的监测数据指导施工。监测若发现异常或围岩变形过大,及时上报有关部门,封闭掌子面,采取处理措施。
施工时先进行下部罗家一号隧道的施工,等下方罗家一号隧道完成了交叉影响范围内的70m进尺,且二次衬砌混凝土达到100%强度后才能进行上部曾家岭一号隧道的开挖施工。
施工前必须编制施工危险应急预案,并进行实际演练。
6 效益分析
6.1 经济效益
本施工方法技术可靠,超前支护增强了围岩的自稳能力,施工安全稳妥,在施工中没有发生坍塌、人员伤亡事故,减少了安全费用。
管棚加固和分部开挖,有效地控制了围岩变形和地表沉降,从而保证了周边围岩和临近交叉隧道的安全。
由于施工中未出现异常情况,快速的通过了立体交叉段的施工,缩短施工工期,节约了施工费用。
6.2 社会效益
随着社会的发展,铁路建设进入一个新的阶段,铁路线路也越来越密集,施工条件、施工工期、难度和技术要求也越来越高,处理不好会造成非常坏的社会影响,本文对施工场地狭小,埋深浅,工期紧,在软弱围岩条件下的两条近距离交叉隧道施工进行了总结分析,实践证明其超前支护措施、开挖方法、支护措施是可行的、安全的。其成功经验可为今后类似工程的设计与施工提供借鉴。
参考文献
王梦恕.地下工程浅理暗挖技术通论[M].安徽:安徽教育出版社.2004:109-111
关宝树.隧道工程施工要点集(第二版)[M].北京:人民交通出版社,2011