摘要:寧安鐵路(南京至安慶)銅池段(銅陵至池州段)由于標準提高橋梁梁型改變,為滿足橋梁運架的凈空要求需對已完成開挖、支護的隧道進行擴孔換拱處理。擴孔換拱施工會對隧道圍巖造成二次擾動,使隧道結構應力重新組合,最終達到新的平衡,施工難度及風險極高。本文結合寧安鐵路岱嶺1#隧道、九華隧道、馬衙隧道擴拱施工實例,詳細介紹擴孔換拱施工方案,并總結了施工經(jīng)驗。
關鍵詞:隧道;擴孔換拱;處理
1 換拱擴孔原因
寧安鐵路岱嶺1#隧道、九華隧道、馬衙隧道于2009年9月相繼開始進行暗洞(V級圍巖)開挖支護施工,施工過程中由于寧安鐵路標準提高,由有碴軌道變?yōu)闊o碴軌道,梁型由原來的“橋通(2008)2224A”12m梁寬變更為“橋通(2009)2229”12.2m梁寬,所以原隧道設計斷面90.2m2無法滿足運架一體機帶梁通過隧道的要求,梁翼緣板超出隧道輪廓12cm,因此需要對已完成開挖支護的隧道進行換拱擴孔處理。
2 工程概況
岱嶺1#隧道起訖里程DK192+745.00~DK193+000,長度255.00m;進洞里程DK192+761,需要擴孔換拱施工76m,其中Ⅴ級圍巖加強復合襯砌類型50m,Ⅴ級圍巖復合襯砌類型26m;九華隧道DK197+205.00~DK197+340,長度135.00m;進洞里程DK197+324;需要擴孔換拱施工64m,全部為Ⅴ級圍巖加強復合襯砌類型;馬衙隧道DK205+250.00~DK205+565,長度315.00m,需要擴孔換拱施工114m,其中Ⅴ級圍巖加強復合襯砌類型4m,Ⅳ級圍巖加強復合襯砌類型30m,Ⅳ級圍巖復合襯砌類型80m。擴孔換拱施工均位于隧道洞口段淺埋偏壓地段地質復雜,且以V級圍巖為主。
原設計軌面以上襯砌半徑為r=6.38m,擴孔后設計軌面以上襯砌半徑為r=6.65m,內軌頂面標高抬高17.8cm,隧道拱頂標高整體提高71.8cm,詳見圖1。
3 擴孔換拱方案
3.1 總體方案
擴孔換拱施工前先對已掘進地段進行加固圈3m全斷面徑向注漿加固,加固后由內向外對隧道進行回填反壓,回填至距拱頂3米,利用反壓土作后續(xù)施工工作平臺,擴孔開挖時采用三臺階臨時仰拱開挖法由外向內擴孔換拱施工。
圖1 隧道擴孔前后斷面對比圖
3.2 加固圈3m全斷面徑向注漿
圖2 加固圈3m徑向注漿斷面圖
(1)注漿孔布置
注漿孔按漿液擴散半徑1m考慮,注漿孔梅花型布置,孔口環(huán)向間距約100cm孔底環(huán)向間距約150cm,縱向間距150cm,注漿孔在用風動鑿巖機成孔,孔徑50mm,見圖2。
(2)注漿管設置
注漿管采用φ42mm,壁厚3.5mm的熱軋無縫鋼管,鋼管長3.2m,為便于導管插入鋼管前端做成尖錐狀,尾部焊上箍筋,見圖3。
圖3 加固圈3m徑向注漿施工圖
3)注漿材料采用普通水泥漿,注漿參數(shù)
a、水灰比:1;1;注漿壓力:0.5~1.0MPa
b、注漿量計算
單孔注漿量:Q=Aμ=лR2Lμ+лr2L
μ-圍巖空隙率,根隧道地質情況確定,本隧道按5%計算;
R-擴散半徑,根隧道地質情況確定,本隧道按1計算;
r-注漿孔直徑
L-注漿孔深度
3.3 回填反壓
利用原隧道碴對洞內進行返壓回填,回填至距拱頂3米。
3.4 初期支護拆除及擴大斷面施工
(1)在導向墻與暗洞結合處施作小導管
①小導管先用風鉆成孔,傾角:仰角20°,孔徑為50mm,成孔后用人工或鉆機頂入,頂入長度不小于鋼管長度的90%,并用高壓風將鋼管內的砂石吹出;
②小導管搭接長度>1米;
③小導管布設在隧道擴孔段拱部;
④小導管長度3.5m、環(huán)向間距30cm;
⑤注漿前進行壓水試驗,檢查機械設備是否正常,管路連接是否正確。
⑥注漿過程中要隨時觀察注漿壓力及注漿泵排漿量的變化,分析注漿情況,防止堵管、跑漿、漏漿。做好注漿記錄,以便分析注漿效果。
⑦注漿材料需滿足下列要求:漿液流動性好,固結后收縮小,具有良好的粘結和較高的早期強度;結石體透水性低,抗?jié)B性能好。
⑧注漿終壓為0.5~1.0MPa,并派專人做好記錄。注漿結束后檢查其效果,不合格者補漿,注漿達到需要的強度后方可進行鑿除混凝土和開挖。
(2)初期支護拆除施工
在初期支護噴射混凝土面上時行徑向打孔,孔深30cm,炮孔環(huán)向間距50cm,每個炮孔內裝放半節(jié)炸藥,對噴射混凝土進行松動爆破,每次松動爆破一榀拱架;
(3)擴大斷面施工
松動爆破后人工配合風鎬鑿除砼并擴孔開挖至設計斷面,用氧氣切割拆除鋼構件;
3.5 重新施作初期支護
開挖至設計斷面后按設計及驗標要求重新施作初期支護詳見下圖;
3.6 中、下臺階施工
按同樣方法開挖6榀拱架后開始施工中臺階,中臺階施工5榀后進行下臺階開挖,仰拱緊跟,當仰拱夠一模二襯長度時,立即進行襯砌施工;
4 監(jiān)控量測
開展有效圍巖監(jiān)控量測,采用無棱角激光測距全站儀,檢測圍巖位移等;對地表進行全天觀測,記錄詳細數(shù)據(jù)。嚴格按照量測數(shù)據(jù)指導現(xiàn)場進行洞內涌體處理。
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