【摘要】本文以湖南桃花江核電廠進(jìn)廠道路洞沖里隧道為例,著重介紹大斷面紅土淺埋隧道在V級圍巖段,采用三臺階預(yù)留核心土開挖法施工措施及施工要點(diǎn)。
【關(guān)鍵詞】紅土;大斷面;隧道;三臺階;預(yù)留核心土
1工程概述
1.1工程概況
洞沖里隧道是湖南桃花江核電進(jìn)場道路大斷面紅土淺埋隧道,位于湖南省桃江縣,起訖里程為K0+650~K1+465,隧道全長815m,隧道進(jìn)口有近150米V級圍巖,該段隧道埋深為16m~19m,圍巖開挖寬度為15.5m,開挖高度為13.28m。在該段施工時,采用三臺階預(yù)留核心土開挖法施工。
1.2工程地質(zhì)及水文條件
該隧道通過地層為第四系上更新統(tǒng)風(fēng)積黏質(zhì)紅土及黏質(zhì)紅土,下部為第四系中更新統(tǒng)風(fēng)積黏質(zhì)紅土夾黏質(zhì)紅土,底部為中更新統(tǒng)沖積砂及圓礫等,工程區(qū)域無斷裂構(gòu)造。地表范圍內(nèi)發(fā)育第四系上更新統(tǒng)風(fēng)積黏質(zhì)紅土,厚9~16m,自重濕陷系數(shù)0.001~0.075,按Ⅱ級自重濕陷性場地考慮。工程范圍內(nèi)第四系上更新統(tǒng)及中更新統(tǒng)風(fēng)積黏質(zhì)紅土均夾有古土壤層,厚1~3m,為弱膨脹土。區(qū)內(nèi)地表水及地下水發(fā)育。
2 圍巖變形破壞情況
在淺埋段,由于圍巖的流變性質(zhì),隧道開挖后由于初始應(yīng)力的釋放引起圍巖變形,表現(xiàn)為拱頂將沉降和周邊收斂。隧道拱頂下沉量過大將導(dǎo)致地表出現(xiàn)大沉降量、開裂以及洞內(nèi)初支開裂的現(xiàn)象;而隧道的周邊收斂過大可能導(dǎo)致鋼架的變形失穩(wěn)、初支傾入二襯限界的現(xiàn)象。
2.1 拱頂沉降
通過長時間監(jiān)控量測數(shù)據(jù)顯示,在隧道工法進(jìn)行轉(zhuǎn)換后的一段時間內(nèi),由于沒有采取有效的施工措施,隧道拱頂沉降很大,也很快,下面以一段斷面為例介紹該段的拱頂下沉情況。該斷面襯砌類型為Ⅱ超淺(近)類,圍巖屬弱風(fēng)化砂巖,隧道埋深12m。
拱頂測點(diǎn)下沉變化曲線成“拋物線”型,整體符合正常規(guī)律,但其變化數(shù)據(jù)都很大:拱頂沉降測點(diǎn)有3個,左側(cè)拱頂測點(diǎn)、右側(cè)拱頂測點(diǎn)、中部拱頂測點(diǎn),在測點(diǎn)埋設(shè)后第一天的下沉量最大即達(dá)22.00mm,隨后隨著時間成曲線上升趨勢波動,其中0-12天下沉曲線呈直線增長且增長幅度很大,12-18天曲線變化幅度變小,18天之后收斂趨于穩(wěn)定,最大累計沉降值為左側(cè)-213mm、中側(cè)-223.69mm、右側(cè)-208.97mm;平均累計沉降值都超過15mm/d。
2.2 周邊收斂
斷面中臺階周邊收斂變化曲線總體呈“拋物線” 形:在測點(diǎn)埋設(shè)后的第1天,收斂值已達(dá)3.78mm;隨后則進(jìn)入波動增長階段;到測點(diǎn)埋設(shè)0-12天收斂曲線幅度變化較大收斂值累計達(dá)49.83mm。下臺階收斂速率明顯小于中臺階,收斂值變化曲線呈“廠”形:總體收斂值不大,在測點(diǎn)埋設(shè)后當(dāng)天收斂值達(dá)到2.82 ;隨后5天呈遞增上升但變化幅度不大,累計值在16.99mm,在第6-15天后收斂曲線變化平穩(wěn),隨著時間遞增收斂值基本穩(wěn)定。
2.3 地表裂縫及沉降
在施工過程中,由于隧道埋深只有16米,且該段洞內(nèi)紅土含水量達(dá)到23.5%。在施工該段時嚴(yán)格按照規(guī)范施工,隧道地表最終仍出現(xiàn)開裂及下沉量較大現(xiàn)象。在隧道軸線兩側(cè)距軸線15米附近出現(xiàn)了3條縱向裂縫,部分?jǐn)嗝婀绊敵两盗窟_(dá)到40.79mm,地表開裂。
在隧道中軸線每邊10~15米的范圍內(nèi)一般有3條平行中軸線的裂縫,其寬度為部分為4cm,最寬的達(dá)到10cm。中線處地表,沉降量及裂縫寬度均為該段最大值,沉降量為333.7mm,裂縫寬度為10mm。
2.4 洞內(nèi)初支開裂
在施工過程中,隧道內(nèi)初支在仰拱前端前后2~3m處出現(xiàn)環(huán)向裂縫。
3 大變形段的施工措施
根據(jù)現(xiàn)場施工的實(shí)際情況,主要從工藝和工序上對三臺階七步開挖法拱頂下沉量進(jìn)行控制。
3.1 控制安全距離
安全距離指仰拱或者拱墻二襯與掌子面的距離。先施做第八板拱墻二襯(跳過第六、第七板),使拱墻二襯距掌子面的距離為43.8m,之前是69.4m。接著把仰拱初支及仰拱二襯施工處距掌子面的距離為12.6m,停工前仰拱處距掌子面的距離為35.4m。
本隧道將仰拱初支距掌子面的距離控制在30m以內(nèi),拱墻二襯距掌子面的距離控制在60m以內(nèi)。
3.2 淺埋段地表處理
由于地表的裂縫較大(最大處有43mm),為避免雨天雨水滲入地下,在隧道中線附近用土做成人字坡、鋪設(shè)彩條布,以利于雨水排出。
3.3 增加監(jiān)控量測頻次
在隧道產(chǎn)生較大裂縫后,監(jiān)控量測組從發(fā)現(xiàn)該問題開始,監(jiān)控量測人員由5人增加至10人,每天洞內(nèi)量測由一天兩次增加至一天4次(或6次),地表每天量測由一天兩次增加至一天4次。及時準(zhǔn)確地監(jiān)控隧道的變形情況,為后續(xù)工作的施工提供依據(jù)。
4 效果
在隧道施工不斷摸索中,隧道施工陸續(xù)的采取了以上措施后,隧道圍巖變形得到了很好的控制?,F(xiàn)以另一斷面為例,介紹該斷面圍巖變形的特點(diǎn)。該斷面襯砌類型為Ⅱ超淺(近)類,圍巖屬弱風(fēng)化砂巖。
4.1 周邊收斂
該斷面中臺階周邊收斂變化曲線總體呈“拋物線”形(圖4-1):在測點(diǎn)埋設(shè)后收斂值已達(dá)1.82mm,隨后則進(jìn)入遞減增長—趨穩(wěn)階段,收斂速率慢慢變?。▓D4-2),到測點(diǎn)埋設(shè),8天后,收斂值已達(dá)12.47mm;已趨于穩(wěn)定。下臺階收斂值變化曲線呈似 “廠”形:在測點(diǎn)埋設(shè)后的前3天收斂值較大,收斂值已達(dá)7.53mm,隨后收斂測慢慢減小,在測點(diǎn)埋設(shè)5天后,收斂值達(dá)8.21mm,已趨于穩(wěn)定。
4.2拱頂下沉
左側(cè)拱頂測點(diǎn)下沉變化曲線呈“拋物線” 形:在測點(diǎn)埋設(shè)后下沉既達(dá)4.33mm,隨后則進(jìn)入遞減增長—趨穩(wěn)階段,且有微量波動,到測點(diǎn)埋設(shè)后13天,下沉穩(wěn)定于78.50mm,中部拱頂測點(diǎn)下沉曲線同樣呈 “拋物線”形:在測點(diǎn)埋設(shè)后下沉既達(dá)5.22mm,隨后則進(jìn)入遞減增長—趨穩(wěn)階段,且有微量波動,到測點(diǎn)埋設(shè)第14天后,下沉量基本穩(wěn)定于78.67mm。右側(cè)拱頂測點(diǎn)的下沉曲線呈“拋物線”形:在測點(diǎn)埋設(shè)后的前1天,下沉較大,下沉量達(dá)16.06mm,隨后則慢慢變小,在測點(diǎn)埋設(shè)后第2天和第7天下沉有較小的波動,到測點(diǎn)埋設(shè)后第14天后,下沉量基本穩(wěn)定于82.27mm。
5 結(jié)語
該隧道安全順利通過了淺埋段的施工,我們充分掌握了大斷面淺埋隧道施工措施,并從施工藝和工序上對三臺階七步開挖法進(jìn)行了分析和總結(jié),在控制安全歩距的前提下,隧道施工要著重加強(qiáng)現(xiàn)場質(zhì)量管控,總結(jié)要點(diǎn)如下:
(1)人工輔助修邊,嚴(yán)格控制超欠挖;
(2)規(guī)范施做大拱腳;
(3)控制型鋼鋼架的制安質(zhì)量,保證鋼架的整體性,結(jié)合圍巖的自穩(wěn),形成受力整體;
(4)加強(qiáng)監(jiān)控量測,實(shí)時監(jiān)控圍巖變形情況,及時反饋成果,調(diào)整現(xiàn)場開挖;
(5)控制施工用水,嚴(yán)禁在作業(yè)現(xiàn)場有滲漏現(xiàn)場的發(fā)生;
(6)現(xiàn)場工序銜接要緊湊,保證現(xiàn)場施工不誤工、不窩工。