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        黃土隧道施工工法變更設計應用

        2016-05-23 08:25:43姚興國
        科技視界 2016年11期
        關鍵詞:設計變更

        姚興國

        【摘 要】黃土隧道三臺階大拱腳臨時仰拱法取消臨時仰拱,大拱腳,加強鎖腳錨管,預留核心土施工應用。

        【關鍵詞】隧道三臺階;取消臨時仰拱;大拱腳;預留核心土;設計變更

        1 工程概況

        蒙西至華中地區(qū)鐵路煤運通道工程MHTJ-7標段共計13坐隧道,隧道全長31.862Km,8座是純黃土隧道,其中鄭莊隧道是控制性工程,兩端掘進,設計工期41個月。鄭莊隧道進口里程為改DK371+811.58,出口里程為DK376+147.47,隧道全長4335.89m,為單洞雙線隧道,隧道最大埋深約195.5m,最小埋深5m;進口為陜西省延安市杜家溝村,沿線經(jīng)過樊家塬與南溝,出口設在延長縣鄭莊村,該區(qū)是陜北黃土高原茆梁區(qū),沖溝發(fā)育,大部分地區(qū)覆蓋厚層黃土。

        2 工程水文地質

        鄭莊隧道進口改DK371+827~改DK371+847段地質情況為砂質新黃土:稍密-中密,稍濕,呈松散結構;黏質新黃土:硬塑-堅硬,呈松散結構;黏質老黃土:硬塑-堅硬,呈大塊狀壓密結構。隧道洞底以上無地表水系;埋深5~17m;地下水為第四系孔隙潛水,其中改DK372+850~改DK376+147.47段最大涌水量1874m3/d。

        3 設計情況

        3.1 超前支護

        鄭莊隧道進口改DK371+827~改DK371+847段設計圍巖級別為V級,開挖輪廓尺寸寬11.35m,高11.24m,開挖工法為三臺階大拱腳臨時仰拱法。采用?準108壁厚6mm的40m超前大管棚,管棚環(huán)向間距3根/米,傾角1~3°,管棚內增設鋼筋籠以提高抗彎能力,鋼筋籠由4根?準22主筋和?準42*3.5m固定環(huán)組成,用M15水泥砂漿充填鋼管。

        3.2 襯砌支護參數(shù)如表1所示。其中,鎖腳錨管為無縫鋼管(?準42 t=5mm)L=4m,每拱腳節(jié)點2根。

        3.3 施工工法

        (1)三臺階大拱腳臨時仰拱法中每榀上、中臺階拱腳設置大拱腳,大拱腳節(jié)點鋼板與初支鋼架間采用尺寸為20*20*1.4cm的等邊角鋼進行焊接連接,每處大拱腳處連接角鋼采用厚度為1.4cm的Q235鋼板與等邊角鋼內緣焊接,鋼板尺寸為18*18*1.4cm(長*寬*厚),每塊鋼板直角邊兩側均與等邊角鋼焊接;大拱腳位置縱向開挖長度為初支鋼架基腳處節(jié)點鋼板縱向長度,大拱腳處鋼板安裝完成后,在施做初期支護C25噴射混凝土時,同時將將大拱腳位置噴射混凝土封閉。

        (2)臨時仰拱采用I18,間隔1榀初支鋼架設置。

        三臺階大拱腳臨時仰拱法橫斷面圖如圖1 所示。

        4 工藝難點分析

        4.1 大拱腳

        (1)大拱腳開挖因尺寸小,全部采用人工開挖,且開挖完成后容易塌陷,造成拱腳及背后不密實,有虛渣;

        (2)在施做初期支護噴射混凝土時,不能保證大拱腳及其角鋼內鋼板間位置噴射密實,容易形成空洞,無法保證初期支護的穩(wěn)定。

        4.2 臨時仰拱

        (1)設置臨時仰拱無法保證掌子面前方土體的穩(wěn)定,坍塌嚴重;

        (2)臨時仰拱對正常施工的干擾非常大,每循環(huán)施工周期長,不能使項目綜合效益最大化。

        5 變更方案

        5.1 開挖方法

        將改DK371+827~改DK371+847段原設計的三臺階大拱腳臨時仰拱法調整為三臺階預留核心土法,即取消臨時仰拱及大拱腳,在上臺階預留核心土,鋼架部分采取掏槽施工,掏槽寬度以滿足人工開挖為準,隧道預留變形量30cm。

        三臺階預留核心土法橫斷面圖如圖2所示。

        5.2 施工保證措施

        (1)為應對因取消臨時仰拱導致的初期支護收斂的加大,將上、中臺階每節(jié)點處的鎖腳錨管由2根調整為4根,型號和長度與原設計一致;取消大拱腳,采用拱腳墊聚氨酯板和泡沫鋁(圖3),此墊板可循環(huán)使用;

        (2)采用短臺階快速落底,封閉成環(huán)的技術措施,仰拱鋼架封閉位置距離掌子面不超過1倍洞徑距離,上臺階長度控制在3.5米,中、下臺階長度控制在3.5~4米;

        (3)鎖腳錨管斜向下45°角安設,與鋼架通過?準25“ L”型螺紋鋼鋼筋焊接連成整體,保證焊接質量;

        (4)機械開挖時鋼架兩側腳部應預留不小于20cm厚的土體,人工清理,確保鋼架坐落在穩(wěn)定地層上,防止兩側腳部懸空;

        (5)上臺階每循環(huán)開挖進尺為1榀鋼架間距,邊墻每循環(huán)不超過2榀鋼架間距;

        (6)開挖過程中,出現(xiàn)滲水,涌水現(xiàn)象時,及時引排至洞外,保證不沖刷拱腳;

        (7)加強監(jiān)控量測,及時反饋結果,分析洞身結構的穩(wěn)定,為預留變形量及支護參數(shù)的調整提供依據(jù);

        (8)根據(jù)監(jiān)控量測結果,及時施做二次襯砌。

        6 監(jiān)控量測情況

        現(xiàn)場變更方案施工后照片如圖4所示。

        施作二次襯砌前,監(jiān)控量測顯示:拱頂累計最大沉降61mm,最大沉降速率12mm/d,最大收斂累計5.1cm,最大變形速率8mm/d,根據(jù)數(shù)據(jù)分析,變形已趨于穩(wěn)定。

        7 效益分析

        7.1 節(jié)約成本

        根據(jù)工程量變化計算,取消臨時仰拱節(jié)約直接成本66736元,取消大拱腳節(jié)約直接成本55929元,增加鎖腳錨管措施增加直接成本32093元,方案優(yōu)化后此段里程范圍節(jié)約直接成本90572元。

        7.2 縮短了工期

        根據(jù)工序增減計算,此段里程范圍共節(jié)約112小時(表2)。

        8 結論

        (1)黃土隧道在施工中,開挖后及時支護,短臺階施工,及時施作初支仰拱,封閉成環(huán);加強監(jiān)控量測,根據(jù)現(xiàn)場監(jiān)控量測數(shù)據(jù),及時調整支護參數(shù)。

        (2)施工中預留的核心土對掌子面土體的穩(wěn)定起到了至關重要的作用;鎖腳錨管來控制拱腳位移,避免了臨時仰拱給施工造成的干擾;大拱腳控制拱腳的沉降的作用不明顯,施工中客觀上不能保證其功能的發(fā)揮;采用墊設墊板可以有效的控制拱腳的沉降。

        (3)鄭莊隧道90%設計采用三臺階(大拱腳)臨時仰拱法施工,此種工法循環(huán)施工周期長,直接成本高,不利于控制項目的綜合效益;通過技術措施簡化施工流程,采用三臺階預留核心土法,即取消臨時仰拱及大拱腳,在上臺階預留核心土的方法,加快了施工進度,降低施工成本,為項目縮短工期,提高效益,值得推廣。

        [責任編輯:楊玉潔]

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