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        水工隧洞穿越砂壤地層技術(shù)應(yīng)用

        2016-11-04 10:57:02董國(guó)偉
        科技與創(chuàng)新 2016年18期
        關(guān)鍵詞:南水北調(diào)

        摘 要:淺埋暗挖穿越砂壤地層應(yīng)提前做好地質(zhì)超前預(yù)報(bào)工作,在施工時(shí),應(yīng)嚴(yán)格遵循“管超前,嚴(yán)注漿,短進(jìn)尺,強(qiáng)支護(hù),快封閉,勤量測(cè)”的原則,充分調(diào)動(dòng)圍巖的自穩(wěn)能力,盡快閉合成環(huán),及時(shí)背回填灌漿,實(shí)時(shí)監(jiān)控量測(cè),以達(dá)到安全、經(jīng)濟(jì)、快速的施工目的。

        關(guān)鍵詞:南水北調(diào);水工遂洞;淺埋暗挖;砂壤地層

        中圖分類號(hào):TV554+.12 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A DOI:10.15913/j.cnki.kjycx.2016.18.138

        南水北調(diào)中線工程京石段應(yīng)急供水工程(惠南莊~大寧段)水工隧洞在北京市房山區(qū)長(zhǎng)陽(yáng)鎮(zhèn)穿越京石高速公路,隧道長(zhǎng)為69 m,隧洞上部平均覆土厚度為5.3 m。隧道結(jié)構(gòu)形式為正圓形并聯(lián)兩洞,開(kāi)挖直徑為6 m,兩洞中心軸距為4.85 m。在施工方案中,采用淺埋暗挖施工工藝,初襯結(jié)構(gòu)為C30鋼格柵噴射混凝土,內(nèi)徑為5.4 m。

        隧道所在地層比較簡(jiǎn)單,主要為第四系全新統(tǒng)砂壤土結(jié)構(gòu),具有弱透水性,自穩(wěn)能力比較差等。連接隧洞兩側(cè)槽底標(biāo)高都低于隧洞下拱2 m以上,隧洞開(kāi)挖施工時(shí)不存在施工降水問(wèn)題。本文主要介紹了淺埋暗挖工藝成形技術(shù)在隧洞砂壤地層中的應(yīng)用情況。

        1 隧洞開(kāi)挖方法

        在遂洞穿越的砂壤地層中,層間多夾黏土、粉砂,自穩(wěn)能力比較差。為了減少施工開(kāi)挖擾動(dòng),加強(qiáng)隧洞支護(hù),在施工方案中采用CD法開(kāi)挖。CD法是在隧洞全斷面開(kāi)挖的基礎(chǔ)上增加水平支撐和豎向支撐,并與環(huán)向格柵支撐相連接,分成4個(gè)獨(dú)立開(kāi)挖區(qū)域,縮少施工擾動(dòng),以提高開(kāi)挖的安全程度。采用CD法施工時(shí),同側(cè)上下導(dǎo)洞的開(kāi)挖距離不宜過(guò)長(zhǎng),也不宜過(guò)短,過(guò)長(zhǎng),因出渣時(shí)間較長(zhǎng)而延長(zhǎng)仰拱封閉時(shí)間,進(jìn)而影響施工效率;過(guò)短,則會(huì)擾動(dòng)相鄰導(dǎo)洞周圍土體的穩(wěn)定性,增加不安全因素。根據(jù)以往隧洞暗挖施工經(jīng)驗(yàn)和土層情況,施工方案中確定各導(dǎo)洞間前后開(kāi)挖錯(cuò)距為6 m。具體施工步驟是:①左上導(dǎo)洞土體開(kāi)挖和支護(hù)時(shí),沿該導(dǎo)洞向前打設(shè)直徑為32 mm的超前小導(dǎo)管,注射水泥-水玻璃雙液漿超前支護(hù),開(kāi)挖該導(dǎo)洞土方,開(kāi)挖步距為0.5 m,架設(shè)鋼格柵及水平和豎向支撐,形成一個(gè)閉合支撐環(huán),并打設(shè)鎖腳錨管,掛設(shè)鋼筋網(wǎng)片,噴射C30混凝土,完成該導(dǎo)洞一個(gè)開(kāi)挖支護(hù)循環(huán)。②在左上導(dǎo)洞進(jìn)尺6 m后,進(jìn)行左下導(dǎo)洞土體開(kāi)挖和支護(hù),開(kāi)挖步距與左上導(dǎo)洞相同,為0.5 m。架設(shè)鋼格棚和豎向支撐與左上導(dǎo)洞支撐焊接連接,掛網(wǎng)噴射C30混凝土,左側(cè)上下導(dǎo)洞襯砌閉合連接。③在左下導(dǎo)洞進(jìn)尺6 m后進(jìn)行右上導(dǎo)洞土體開(kāi)挖和支護(hù),與左上導(dǎo)洞一樣,打直徑為32 mm的超前小導(dǎo)管,注射水泥-水玻璃雙液漿,開(kāi)挖該導(dǎo)洞土方,開(kāi)挖步距0.5 m,架設(shè)鋼格柵和水平支撐,并與左上導(dǎo)洞格柵和水平支撐相連接。同時(shí),要打鎖腳錨管,掛網(wǎng)噴射C30混凝土。④在右上導(dǎo)洞進(jìn)尺6 m后進(jìn)行右下導(dǎo)洞土體開(kāi)挖和支護(hù),開(kāi)挖步距為0.5 m,并支設(shè)格柵,與相鄰格柵和支撐相連接,掛網(wǎng)噴射C30混凝土。此時(shí),主洞初襯已封閉相對(duì)穩(wěn)定的環(huán)狀支護(hù),以此工序循環(huán),至隧洞貫通。當(dāng)初襯混凝土達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度時(shí),要拆除水平支撐和豎向支撐。

        2 小導(dǎo)管注漿超前加固

        采用地質(zhì)雷達(dá)探測(cè)預(yù)報(bào)開(kāi)挖面前方的地層,判明地層的基本情況,根據(jù)土體情況選用注漿漿液種類和配合比。通過(guò)超前小導(dǎo)管注漿改善圍巖的受力狀況,減少圍巖的松弛變形。

        在砂壤地層中施工,采用超前小導(dǎo)管支護(hù)預(yù)加固地層,用注漿土體膠結(jié)成拱形承載體。在超前小導(dǎo)管和加固體的作用下開(kāi)挖,能有效地控制塌方。

        一般情況下,小導(dǎo)管采用直徑為25 mm、長(zhǎng)度為2.25 m的無(wú)縫鋼管制作,端頭花管長(zhǎng)為1.0 m。出漿端制成封閉錐形,在花管段四周每隔20 cm鉆8 mm的出漿孔。小導(dǎo)管沿隧洞開(kāi)挖上拱180°布置,其環(huán)向間距為0.3 m,外插角為18°~22°,打入后縱向搭接長(zhǎng)度為1.0 m。注漿壓力應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)工藝試驗(yàn)確定為0.30~0.35 MPa,并將充填系數(shù)控制在0.3~0.35.

        3 鋼格柵加工質(zhì)量

        支撐體系是由鋼格柵和噴射混凝土組成的,最終共同成為隧洞的永久結(jié)構(gòu),因此,必須嚴(yán)格控制格柵加工和安裝質(zhì)量。鋼格柵在加工廠制作完成并試拼合格后,運(yùn)至現(xiàn)場(chǎng)安裝前,必須通過(guò)二次驗(yàn)收。鋼格柵在開(kāi)挖完成后緊跟安裝,安裝時(shí),使用儀器精確定位,使格柵安裝的標(biāo)高、中線、傾斜度都符合設(shè)計(jì)和規(guī)范的要求。格柵間采用螺栓連接,拱部格柵安裝前,應(yīng)清除拱腳下的虛碴和其他雜物,格柵腳部采用砼塊墊實(shí)。安裝完成后,要嚴(yán)格檢查格柵間間距、鋼格柵縱向和環(huán)向之間連接、鋼格柵拱腳處臨時(shí)支撐和拱腳處鎖腳錨管的打設(shè)情況。

        4 噴射混凝土

        隧洞噴射混凝土采用潮噴工藝施工,格柵安裝完成后,開(kāi)始噴射混凝土。由于格柵鋼筋比較密集,混凝土噴射時(shí)回彈比較大,容易出現(xiàn)不密實(shí)的情況。為了保證噴射混凝土的質(zhì)量,施工方案中采取用分層噴射的方式,一次噴射厚度控制7 cm之內(nèi)。

        混凝土噴射機(jī)安裝好后,先試噴清除管道內(nèi)雜物,隨后用高壓風(fēng)吹掃受噴面,清除受噴面上的灰塵,然后開(kāi)始噴射混凝土,噴射壓力為0.3~0.5 MPa。在此過(guò)程中,噴頭與受噴面要保持垂直,噴頭與受噴面的距離為0.5~1.0 m,噴射規(guī)跡應(yīng)自上而下呈螺旋形移動(dòng),后一圈壓前一圈1/3.如果遇到受噴面被鋼筋網(wǎng)片、格柵遮擋時(shí),可將噴頭稍微傾斜,上一層初凝后噴射下層混凝土,完成后的噴射面應(yīng)平整順直。

        5 回填灌漿

        初襯完成后,要及時(shí)背后回填灌漿?;靥罟酀{可以填充初襯混凝土與圍巖之間的空隙,使初襯混凝土與圍巖共同承受其上部土體的壓力和控制地表沉降?;靥罟酀{范圍隧洞上部為270°范圍,回填灌漿管是用直徑為25 mm的無(wú)縫鋼管制作而成的,長(zhǎng)度為0.5 m,縱向安裝間距為2 m,環(huán)向間距也為2 m,梅花型布置。

        回填灌漿漿液為水泥漿,水灰比為0.5∶1,采用水泥單液注漿機(jī)灌注,灌漿壓力不宜過(guò)高,只要能克服管道阻力、初期支護(hù)間空隙阻力即可,一般為0.30~0.35 MPa?;靥罟酀{之前,先清孔,保證其管路暢通,灌漿順序應(yīng)分段分序閉合進(jìn)行。在灌漿過(guò)程中,要嚴(yán)格控制灌漿壓力。灌漿時(shí),應(yīng)由下游向上游、低端向高端緩慢推進(jìn),當(dāng)灌漿壓力達(dá)到設(shè)計(jì)壓力并不再進(jìn)漿時(shí),持續(xù)穩(wěn)壓5 min即可停止單孔灌漿,最后進(jìn)行封孔作業(yè)。

        6 加強(qiáng)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控量測(cè)

        在開(kāi)挖過(guò)程中,應(yīng)監(jiān)測(cè)地面和洞內(nèi)斷面變形收斂情況,隨時(shí)掌握隧洞的變形,將數(shù)據(jù)整理和分析后形成的信息及時(shí)反饋到施工中,用以科學(xué)指導(dǎo)施工。

        作者簡(jiǎn)介:董國(guó)偉(1970—),男,山西忻州人,2016年畢業(yè)于大連理工大學(xué)水利水電建筑工程專業(yè),主要從事水利工程管理方面的工作。

        〔編輯:白潔〕

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