何永勝

(中鐵十七局集團(tuán)第二工程有限公司)

1 工程概況

廈深鐵路(廣東段)XSGZQ-6標(biāo)段位于廣東省東部沿海揭陽市境內(nèi),東臨惠來縣。該線段共 6座小隧道,最長(zhǎng)246m,最短 93m,設(shè)計(jì)行車速度 200 km/h及以上。隧道為雙線泥巖隧道,均為淺埋偏壓,縱坡為單面下坡,線路進(jìn)口至出口坡度為-5.816‰。圍巖等級(jí)Ⅴ級(jí)位于右偏圓曲線上,線間距 4.6m。進(jìn)口采用斜切式洞門、出口采用端墻式洞門。

2 工程地質(zhì)及水文地質(zhì)特征

2.1 工程地質(zhì)特征

(1)地質(zhì)巖性。本線段隧道位于丘陵區(qū),地勢(shì)起伏較大,在進(jìn)口段有零星基巖出露。丘坡表層為厚 0～1.0m的Q4dl+el粉質(zhì)黏土,呈灰黃色,硬朔 ～堅(jiān)硬狀態(tài),而且夾 10%～30%碎石;下伏基巖為 J1jn泥質(zhì)粉砂巖,呈褐黃色,屬于強(qiáng)風(fēng)化巖,但節(jié)理裂隙較發(fā)育,巖性較破碎。

(2)地質(zhì)構(gòu)造特征。經(jīng)土地勘察報(bào)告表明,該段無不良地質(zhì)。發(fā)育節(jié)理有:①185°＜67°,張開,無充填,間距 10～30 cm,延伸約 20 cm;②20°＜44°,張開,粘性土充填,間距10～ 20 cm,延伸約 30 cm;③345°＜27°,密閉,間距約 20 cm,延伸約 15 cm。

2.2 水文地質(zhì)特征

本工程線路所在段的地下水類型主要為少量基巖裂隙水,且主要接受大氣降水補(bǔ)給。場(chǎng)地地基土中粉質(zhì)粘土和泥質(zhì)粉砂、強(qiáng)風(fēng)化巖為中等透水層。根據(jù)《巖土工程勘察規(guī)范》(GB50021-2001)有關(guān)標(biāo)準(zhǔn):判定場(chǎng)地地表水、地下水對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)無腐蝕性,對(duì)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中的鋼筋無腐蝕性。

3 隧道開挖方案

目前,國(guó)內(nèi)對(duì)于大斷面隧道的開挖方法主要是有 CRD法、CD法、雙側(cè)壁導(dǎo)坑法、三臺(tái)階七步開挖法、明挖法等。而三臺(tái)階七步開挖法是分前后左右 7個(gè)不同的開挖面,共 4部分同時(shí)開挖與支護(hù),最后形成一個(gè)整體支護(hù)體系。與其他開挖方法相比,這開挖方法因?yàn)槎嗖糠滞瑫r(shí)開挖、施工面多,可有效縮短開挖循環(huán)時(shí)間,可快速向縱深推進(jìn)開挖,施工進(jìn)度可以得到很大提高。由于隧道穿越圍巖為Ⅴ類圍巖,巖體強(qiáng)度較堅(jiān)硬,節(jié)理縫隙較發(fā)育,巖性較破碎,所以開挖時(shí)間不宜過長(zhǎng)。針對(duì)本工程的特點(diǎn),采取一工區(qū)隧道一隊(duì)組織施工,由進(jìn)口一側(cè)向出口一側(cè)掘進(jìn),進(jìn)出洞口采用明挖法施工,洞身均采用三臺(tái)階七步開挖法施工。

3.1 動(dòng)態(tài)開挖

采取監(jiān)控量測(cè)和超前地質(zhì)預(yù)報(bào)手段,及時(shí)反饋圍巖和支護(hù)的變化,為開挖過程的安全性提供可靠依據(jù);并采用TSP203、紅外探水、超前鉆孔等多種手段進(jìn)行超前地質(zhì)預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)及環(huán)境判釋,掌握隧道前方地質(zhì)條件,查清工程地質(zhì)及水文地質(zhì)條件;再根據(jù)超前地質(zhì)預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)資料、監(jiān)控量測(cè)資料及科研階段成果,對(duì)開挖進(jìn)行確認(rèn)、評(píng)價(jià),若地質(zhì)條件與設(shè)計(jì)不符或異常時(shí),對(duì)開挖時(shí)的結(jié)構(gòu)支護(hù)體系、施工工藝、施工方法等進(jìn)行調(diào)整和優(yōu)化。

3.2 方案指導(dǎo)原則

突出開挖重點(diǎn),主攻淺埋斷層等不良地質(zhì)地段施工難點(diǎn),強(qiáng)化錨噴支護(hù)關(guān)鍵,把握防水襯砌焦點(diǎn)。以“快速施工”為核心,強(qiáng)化配置“超前地質(zhì)預(yù)報(bào)”、“開挖鉆爆”、“裝碴運(yùn)輸”、“錨噴支護(hù)”、“防水襯砌”幾條機(jī)械化作業(yè)線。以先進(jìn)的大型機(jī)械設(shè)備配套和技術(shù)手段為基礎(chǔ);以科學(xué)管理、合理組織為手段,在V級(jí)圍巖、淺埋地段及斷層破碎帶地段做到一個(gè)“穩(wěn)”字,確保開挖工期、質(zhì)量、安全、效率各項(xiàng)目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。

3.3 開挖技術(shù)方案

三臺(tái)階七步開挖法實(shí)質(zhì)為臺(tái)階法的一種,本隧道洞身段Ⅴ級(jí)圍巖采用三臺(tái)階七步開挖法方案為環(huán)形開挖拱部以預(yù)留核心土來對(duì)掌子面施壓,中下部則采用先開挖兩側(cè)來保持中部土體不動(dòng)以保證掌子面的穩(wěn)定性。施工中以機(jī)械開挖為主,并采取人工配合機(jī)械開挖,必要時(shí)輔以弱爆破,各分步平行作業(yè),平行施作初期支護(hù)應(yīng)銜接緊密,及時(shí)封閉成環(huán),對(duì)于支護(hù)作業(yè)采用錨桿臺(tái)車或多功能作業(yè)臺(tái)架配合風(fēng)動(dòng)鑿巖機(jī)施工。進(jìn)度安排為每循環(huán)進(jìn)尺為 0.6m,日循環(huán)兩次,理論月進(jìn)尺 36m,考慮不可預(yù)見因素,月進(jìn)尺采用 30m。為加快施工進(jìn)度,盡早封閉圍巖,必要時(shí)采用智能化注漿系統(tǒng)進(jìn)行注漿;防水方面主要采取防水卷材與土工布,且采用多功能臺(tái)架進(jìn)行防水板掛鋪,爬焊機(jī)雙縫焊接。每作業(yè)面配備1臺(tái) 9m的整體式液壓襯砌臺(tái)車全斷面襯砌,混凝土采用洞外拌合站工廠化生產(chǎn),混凝土輸送車運(yùn)輸和泵送入模。

4 施工方法

4.1 施工準(zhǔn)備

開工之后首先修筑臨時(shí)施工便道,架設(shè)施工供電線路、鋪設(shè)供水管道,砌筑洞頂截水溝,開挖洞口段土方。洞口場(chǎng)地開挖完成后,安裝和修建隧道供風(fēng)、供水、發(fā)電、混凝土生產(chǎn)、鋼結(jié)構(gòu)加工等設(shè)備與設(shè)施。洞門工程在進(jìn)洞施工正常后及時(shí)安排施工,盡量避開雨季。

4.2 施工測(cè)量

隧道配一個(gè)由 1名測(cè)量工程師、4名測(cè)量技工組成的測(cè)量班,完成測(cè)量工作?？刂茰y(cè)量主要搞好開挖前平面控制網(wǎng)復(fù)測(cè)。隧道洞身施工測(cè)量根據(jù)本工程隧道設(shè)計(jì)圖,精確計(jì)算出線路百米樁的坐標(biāo)及結(jié)構(gòu)的相關(guān)尺寸和標(biāo)高,并按每10m編制出本標(biāo)段隧道標(biāo)高表。測(cè)量工程師利用洞內(nèi)測(cè)量控制點(diǎn),及時(shí)向開挖面?zhèn)鬟f中線和高程;由測(cè)量班用斷面測(cè)量?jī)x測(cè)設(shè)隧道開挖輪廓線、支護(hù)鋼架架立前后和二次襯砌立模前后輪廓尺寸,進(jìn)行復(fù)核,確認(rèn)準(zhǔn)確后方可進(jìn)行下道工序施工,并對(duì)混凝土凈空斷面應(yīng)用激光隧道限界檢測(cè)儀檢查。

4.3 施工運(yùn)輸

本線段隧道均采用無軌運(yùn)輸方式,出碴采用挖裝機(jī)或裝載機(jī)裝碴,自卸車運(yùn)輸;小斷面分部開挖時(shí)采用人工配合挖掘機(jī)扒碴,挖掘機(jī)配合裝載機(jī)裝碴,自卸車運(yùn)輸。

4.4 開挖施工

三臺(tái)階七步開挖法在隧道開挖過程中分上中下和仰拱4部分。對(duì)于上臺(tái)階的開挖,本工程利用開挖機(jī)開挖,每循環(huán)開挖長(zhǎng)度都控制在 0.8～1.0m,大約為 1榀鋼架的距離,開挖后采用人工修邊并及時(shí)噴射 4 cm厚混凝土以封閉作業(yè)面。對(duì)于下臺(tái)階右側(cè)與中臺(tái)階左側(cè)邊墻的開挖是在上臺(tái)階超前中臺(tái)階 3～5m后進(jìn)行,兩者交錯(cuò)開外,每次開挖都控制在 1～2榀鋼架距離,使左右兩側(cè)暴露的初期支護(hù)不同時(shí)處于懸空狀態(tài)。特別對(duì)于中臺(tái)階開挖,由于開挖高度約4.5m,所以采取上下兩次開挖,便于對(duì)上臺(tái)階初期支護(hù)底部修鑿和人工修邊。這三個(gè)部分開挖后接著開挖中部預(yù)留核心土。待下臺(tái)階開挖長(zhǎng)度達(dá)到 25m時(shí)進(jìn)行仰拱開挖。仰拱開挖同樣分兩次,控制開挖長(zhǎng)度為3m。

4.5 初期支護(hù)施工

本線段隧道初期支護(hù)采用帶排氣裝置的 Φ25中空注漿錨桿、Ф22mm砂漿錨桿、鋼筋網(wǎng)、型鋼鋼架、C25噴射(合成纖維)混凝土,按圍巖類別設(shè)計(jì)綜合使用。支護(hù)緊跟開挖面及時(shí)施作,盡量減少圍巖暴露時(shí)間,抑制圍巖變形,防止圍巖在短期內(nèi)松弛剝落。鋼架、鋼筋網(wǎng)和錨桿在洞外構(gòu)件廠加工,人工安裝鋼架,掛設(shè)鋼筋網(wǎng),錨桿臺(tái)車或風(fēng)動(dòng)鑿巖機(jī)施作系統(tǒng)錨桿,噴射機(jī)械手濕噴混凝土或濕噴機(jī)噴射混凝土。

4.6 系統(tǒng)錨桿施工

本工程采取的系統(tǒng)錨桿主要有中空注漿錨桿和砂漿錨桿。兩種錨桿在本工程中的主要施工要點(diǎn)是以下兩方面。

(1)中空注漿錨桿。隧道拱部系統(tǒng)錨桿采用帶排氣裝置的Φ25中空注漿錨桿,施工方法除設(shè)置角度不同外,其施工方法見超前支護(hù)中Φ25中空注漿錨桿施工。

(2)砂漿錨桿施工。錨桿預(yù)先在洞外鋼結(jié)構(gòu)廠按設(shè)計(jì)要求加工制作,錨桿砂漿強(qiáng)度不得低于M20。施工時(shí)采用風(fēng)動(dòng)鑿巖機(jī)或錨桿臺(tái)車,按設(shè)計(jì)要求鉆孔,達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)后,用高壓風(fēng)清除孔內(nèi)巖屑;用注漿泵將水泥砂漿注入孔內(nèi),砂漿填充錨桿孔體積的 2/3后停止注漿;及時(shí)將加工好的桿體插入孔內(nèi),安裝錨桿墊板。關(guān)鍵技術(shù)措施是,錨桿鉆孔位置及孔深必須準(zhǔn)確;錨桿要除去油污、鐵銹和雜質(zhì);錨桿體插入孔內(nèi)不小于設(shè)計(jì)長(zhǎng)度的 95%。錨桿施工應(yīng)在初噴混凝土后進(jìn)行,以保證錨桿墊板有較平整的基面。錨桿用的水泥砂漿,其強(qiáng)度不應(yīng)低于M20。錨桿孔內(nèi)灌注砂漿應(yīng)飽滿密實(shí)。水泥砂漿達(dá)到一定強(qiáng)度后才能上緊墊板螺母。

5 施工要點(diǎn)及主要技術(shù)措施

隧道施工的方法應(yīng)根據(jù)本工程特點(diǎn),工程及水文地質(zhì)條件,斷面大小、結(jié)構(gòu)形式、機(jī)械配備、周圍環(huán)境的需要及工期要求,在確保安全經(jīng)濟(jì)的前提下,編制科學(xué)、合理的施工組織設(shè)計(jì)。應(yīng)充分利用現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控量信息指導(dǎo)施工,嚴(yán)格施工程序,不得任意省略。

5.1 總體施工要點(diǎn)

開挖輪廓形狀和斷面尺寸符合設(shè)計(jì)要求,盡量減小開挖輪廓線的放樣誤差,采用激光指向儀、隧道激光斷面儀等輔助手段確定開挖輪廓線和炮孔位置。隧道開挖斷面以襯砌設(shè)計(jì)輪廓線為基準(zhǔn),考慮預(yù)留變形量、測(cè)量貫通誤差和施工誤差等因素適當(dāng)放大。預(yù)留變形量符合設(shè)計(jì)規(guī)定,或根據(jù)圍巖級(jí)別、隧道寬度、埋置深度、施工方法和支護(hù)情況等條件,采用工程類比法確定。

光面爆破施工中通過爆破試驗(yàn),選擇合理的鉆爆參數(shù),必要時(shí)在施工過程中,根據(jù)地質(zhì)條件的變化和對(duì)振動(dòng)波的監(jiān)測(cè),不斷調(diào)整鉆爆參數(shù),把對(duì)圍巖、支護(hù)及襯砌的擾動(dòng)減到最小程度。施工過程中把監(jiān)控量測(cè)、地質(zhì)預(yù)報(bào)納入工序中,作好設(shè)計(jì)與施工間的信息傳遞與反饋,修正開挖方法和參數(shù),實(shí)現(xiàn)優(yōu)化設(shè)計(jì)和安全施工。另外,開挖時(shí)按設(shè)計(jì)預(yù)留沉降量。

5.2 主要技術(shù)措施

(1)仰拱應(yīng)緊跟下臺(tái)階施作,及時(shí)閉合構(gòu)成穩(wěn)固的支護(hù)體系。

(2)應(yīng)完善洞內(nèi)臨時(shí)防排水系統(tǒng),防止地下浸泡拱墻角基礎(chǔ)。

(3)拱部超前支護(hù)完成后,環(huán)向開挖山臺(tái)階弧形導(dǎo)坑,預(yù)留核心土長(zhǎng)度宜為 3～5m,寬度宜為隧道開挖寬度的1/3～1/2。開挖循環(huán)進(jìn)尺應(yīng)根據(jù)初期支護(hù)鋼架間距確定,最大不得超過 1.5m,上臺(tái)階矢跨比應(yīng)大于 0.3。

(4)中臺(tái)階及下臺(tái)階左、右側(cè)開挖尺寸應(yīng)根據(jù)初期支護(hù)鋼架間距確定,最大不得超過 1.5 m,開挖高度宜為 3～3.5m,左、右側(cè)開挖錯(cuò)開 2～3m。

(5)上、中、下臺(tái)階預(yù)留核心土開挖尺寸與各臺(tái)階循環(huán)進(jìn)尺相一致。

(6)仰拱循環(huán)開挖長(zhǎng)度宜為 2～3m,開挖后及時(shí)施作仰拱初期支護(hù),完成兩個(gè)隧底開挖、支護(hù)循環(huán)后,及時(shí)施作仰拱,仰拱分段長(zhǎng)度宜為 4～6m。

6 監(jiān)控量測(cè)

具體實(shí)施是在開挖及支護(hù)后進(jìn)行測(cè)點(diǎn)布置,地質(zhì)觀察在爆破后初噴前進(jìn)行,繪制地質(zhì)素描圖,填寫開挖工作面地質(zhì)調(diào)查記錄表;測(cè)量工程師利用洞內(nèi)測(cè)量控制點(diǎn),及時(shí)向開挖面?zhèn)鬟f中線和高程;由測(cè)量班用斷面測(cè)量?jī)x測(cè)設(shè)隧道開挖輪廓線、支護(hù)鋼架架立前后和二次襯砌立模前后輪廓尺寸,進(jìn)行復(fù)核,確認(rèn)準(zhǔn)確后方可進(jìn)行下道工序施工,并對(duì)混凝土凈空斷面應(yīng)用激光隧道限界檢測(cè)儀檢查。

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