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        高原高寒地區(qū)軟弱圍巖隧道施工探討

        2018-03-25 20:58:27王傳虎
        關(guān)鍵詞:主洞導(dǎo)洞鋼架

        王傳虎

        中鐵十五局集團(tuán)第四工程有限公司 河南 鄭州 450000

        正文:

        如今,高原地區(qū)的隧道工程數(shù)量越來越多,這些隧道不僅氣候條件極端,而且圍巖大多為軟弱圍巖,這就對施工,尤其是圍巖支護(hù)提出了很高的要求,必須對此引起重視,采取有效的支護(hù)措施。

        1 工程概況

        省道217線石馬公路改建工程Sm4標(biāo)段海子山隧道長1397m始止里程為k189+803~k191+200,海子山隧道隸屬德格縣窩公鄉(xiāng)管轄,隧道軸向近NW向展布。隧址區(qū)為構(gòu)造剝蝕中高山地貌,最高點(diǎn)為海子山海拔4634m,呈梁狀,呈EW向展布,為兩側(cè)溝道發(fā)源山脊,區(qū)內(nèi)最低點(diǎn)為隧道進(jìn)口外側(cè)的丹日溝,海拔4283m,相對高差351m,切割劇烈。隧道原設(shè)計(jì)地質(zhì)條件主要為三疊系上統(tǒng)曲嘎寺組下段板巖夾變質(zhì)砂巖。層理較明顯,節(jié)理裂隙極為發(fā)育,巖體破碎,板質(zhì)巖軟,巖石遇水易軟化,抗風(fēng)化能力弱,穩(wěn)定性差。在施工過程中,水量較大,巖石呈粉末狀和表面極其光滑的碳質(zhì)板巖,節(jié)理裂隙紊亂,自穩(wěn)能力極差,發(fā)生大塌方和變形侵限次數(shù)較多,帶來了很大的施工難度。

        2 隧道開挖

        2.1 工藝流程

        本隧道開挖主要采用CD法,其工藝流程為:采用導(dǎo)管注漿的方法對導(dǎo)洞和部分主洞進(jìn)行超前支護(hù);對導(dǎo)洞的上半部分?jǐn)嗝孢M(jìn)行開挖;對導(dǎo)洞和部分主洞進(jìn)行初期支護(hù);對導(dǎo)洞的下半部分截面進(jìn)行開挖;對導(dǎo)洞和部分主洞進(jìn)行初期支護(hù);采用導(dǎo)管注漿的方法對主洞拱部進(jìn)行超前支護(hù);對主洞的上半部分?jǐn)嗝孢M(jìn)行開挖;對主洞的上半部分?jǐn)嗝孢M(jìn)行初期支護(hù);對主洞的下半部分?jǐn)嗝孢M(jìn)行開挖;對主洞的下半部分?jǐn)嗝孢M(jìn)行初期支護(hù);仰拱澆筑與填充;排水施工,并利用臺車在全斷面開展二襯施工。

        2.2 注意事項(xiàng)

        (1)在施工過程中應(yīng)對導(dǎo)洞及主洞上臺階實(shí)際長度進(jìn)行嚴(yán)格控制,同時以監(jiān)測結(jié)果為依據(jù),對主洞與導(dǎo)洞之間的距離進(jìn)行調(diào)整,若拱頂發(fā)生下沉,則需要進(jìn)行臨時仰拱的施工。

        (2)在初期支護(hù)時,應(yīng)每開挖完一榀桁架就支護(hù)一榀,將循環(huán)進(jìn)尺控制在50cm以內(nèi),同時盡可能早的進(jìn)行初支與仰拱施工,確保支護(hù)系統(tǒng)可以盡早封閉成環(huán),隧道的二襯需要以監(jiān)控結(jié)果為依據(jù)做綜合分析,并根據(jù)分析的結(jié)果適時施做。

        (3)在開挖施工中必須嚴(yán)格遵循“超前支護(hù)、短進(jìn)尺和強(qiáng)支護(hù)”等基本原則,將震動速度始終限制在15cm/s以內(nèi)。

        3 圍巖超前支護(hù)

        3.1 大管棚施工

        待右線出口上段邊仰坡安全防護(hù)施做完成,且掌子面的上部也已經(jīng)成型,同時用混凝土做好封閉處理后,與掌子面緊貼開始導(dǎo)向墻的施工,然后用長度為30cm的管棚按照40cm的間隔距離設(shè)置鋼花管,通過注漿對圍巖進(jìn)行加固,以此形成穩(wěn)定的支護(hù)體系,為后續(xù)的開挖進(jìn)洞創(chuàng)造良好條件。

        3.2 超前小導(dǎo)管

        (1)先封閉工作面,并將其清理干凈,然后對機(jī)械設(shè)備進(jìn)行檢查,確認(rèn)是否正常,對于注漿機(jī)需要在使用前做好壓水試驗(yàn)。

        (2)小導(dǎo)管為熱軋無縫鋼管,其長度和規(guī)格都要按照設(shè)計(jì)要求確定,其中一端為尖頭,5mm長,另外一端在1m范圍內(nèi)不可鉆孔,并焊接鐵箍,管壁上的注漿孔按梅花形進(jìn)行布置,間隔距離為150mm。

        (3)在小導(dǎo)管注漿中使用使用的漿液,其水灰比為1:1,在0.5-1.0MPa的壓力條件下連續(xù)注漿,經(jīng)開挖以后,拱部應(yīng)沒有坍塌和滲水的現(xiàn)象。

        (4)將小導(dǎo)管制備好后按照設(shè)計(jì)要求開始布孔,同時用紅色的油漆對每個孔位做出標(biāo)記。

        (5)布好孔后,用鑿巖機(jī)進(jìn)行鉆孔,將鉆頭對準(zhǔn)鉆孔中心,鉆孔實(shí)際直徑應(yīng)大于鋼管。鉆進(jìn)到要求的深度后,拔出鉆桿與鉆頭。然后開始清孔,將孔內(nèi)的巖屑和積水都清除干凈。

        (6)向孔中插入鋼管的前端,由人工使用錘擊的方法頂入,實(shí)際頂入的長度應(yīng)達(dá)到鋼管總長90%以上,同時還要使用空壓機(jī)清理鋼管中進(jìn)入的砂石巖屑。

        (7)將鋼管安裝好后進(jìn)行封堵,并在鋼管的周圍噴射一層混凝土,避免漿液冒出。

        (8)漿液嚴(yán)格按照生產(chǎn)配合比進(jìn)行配制,在注漿時需要使用專門的注漿機(jī)。

        (9)待確認(rèn)實(shí)際注漿壓力與注漿量都達(dá)到要求后,完成注漿。

        4 圍巖初支

        4.1 錨桿

        這是隧道施工中保證圍巖穩(wěn)定性,避免圍巖的重要方法,完成施工以后還能成為永久支護(hù)系統(tǒng)主要組成部分。本工程采用中空注漿錨桿,其施工工藝為:先根據(jù)設(shè)計(jì)要求,在開挖施工面上放出需要布置錨桿的位置,其鉆孔的方式和砂漿錨桿完全相同。經(jīng)檢查確認(rèn)導(dǎo)管孔滿足要求后,對錨桿進(jìn)行安裝并按照設(shè)計(jì)比例進(jìn)行漿液配制,用注漿機(jī)開始注漿。待設(shè)計(jì)注漿量滿足要求后結(jié)束注漿,最后對注漿質(zhì)量進(jìn)行整體檢查和綜合判斷,確認(rèn)合格后使用專門的螺帽對錨桿端頭進(jìn)行封閉,避免錨桿中的漿液遺流。

        4.2 鋼筋網(wǎng)

        鋼筋網(wǎng)主要作用是和噴射的混凝土同時受力,保證混凝土各項(xiàng)性能,避免混凝土受到應(yīng)力后產(chǎn)生折斷與開裂,進(jìn)而保證支護(hù)效果。待錨桿施工完成后立即進(jìn)行鋼筋網(wǎng)的布置。

        (1)掛設(shè)鋼筋網(wǎng):鋼筋網(wǎng)的掛設(shè)需要在初次混凝土噴射完成并布置好錨桿后立即進(jìn)行,采用作業(yè)臺架,由人工沿被開挖的圍巖表面逐環(huán)鋪設(shè),在鋼筋網(wǎng)片間使用焊接的方法相連,在施工過程中可采用錨桿來加固鋼筋網(wǎng),確保鋼筋網(wǎng)和圍巖的表面緊貼。

        (2)焊接:將鋼筋網(wǎng)片鋪設(shè)好后,對接頭、鋼架與錨桿頭進(jìn)行焊接,以此避免在混凝土噴射過程中鋼筋網(wǎng)片發(fā)生晃動。

        4.3 型鋼鋼架

        (1)待掌子面初次混凝土噴射施工完成后開始型鋼鋼架的安裝。

        (2)以測設(shè)具體位置為依據(jù),每個節(jié)段的鋼架和掌子面之間采用螺栓相連,使連接板和圍巖緊貼。

        (3)為了使鋼架的具體位置準(zhǔn)確無誤,在隧道開挖過程中需要在連接的部位設(shè)置凹槽。在初次混凝土噴射中,向凹槽中設(shè)置木楔,以此留出連接板的安裝位置。鋼架安裝時,如果混凝土層與鋼架間存在很大間隙,則需要按照1m的間隔距離設(shè)置預(yù)制塊,并在鋼架的背后通過噴漿填充。

        (4)將鋼架安裝就位后,進(jìn)行位置誤差的檢查,允許偏差為:鋼架之間的距離偏差不能超過±100mm;鋼架在橫向上的偏差不能超過±50mm;鋼架高程偏差不能超過±50mm;垂直度偏差不能超過±2°;保護(hù)層厚度偏差不能超過-5mm。

        4.4 濕噴混凝土

        4.4.1 混凝土配制與運(yùn)輸

        (1)混凝土配制使用具有計(jì)量功能的攪拌機(jī),配料嚴(yán)格按照生產(chǎn)配合比控制,攪拌的時間應(yīng)達(dá)到1min以后。

        (2)利用專門的運(yùn)輸車對混凝土進(jìn)行運(yùn)輸,做到隨運(yùn)隨拌。在噴射施工中,應(yīng)采用多臺運(yùn)輸車進(jìn)行交替運(yùn)輸,滿足連續(xù)噴射施工要求?;炷吝\(yùn)輸時,應(yīng)避免離析和坍落度發(fā)生變化。

        4.4.2 混凝土噴射

        (1)噴射施工應(yīng)分段和分層進(jìn)行,按照從下到上的順序控制,一般分段的長度應(yīng)控制在6m以內(nèi)。在噴射過程中,要先將低洼處整平,然后再按照以上順序進(jìn)行噴射。

        (2)混凝土噴射的速度應(yīng)得當(dāng),便于混凝土強(qiáng)度的形成。當(dāng)風(fēng)壓較大時,應(yīng)加快噴射的速度;而當(dāng)風(fēng)壓較小時,應(yīng)減慢噴射的速度。

        (3)噴射過程中噴嘴需要和圍巖表面保持一定距離,通常按80-150cm控制,角度盡量和圍巖表面垂直,可以有傾斜,但夾角必須達(dá)到70°以上。

        (4)為了加快施工效率,并保證施工質(zhì)量,可采取分片進(jìn)行的方法施工,每片的長度和寬度一般為2m、1.5m。

        5 二次襯砌

        5.1 仰拱施工

        (1)現(xiàn)場測放,根據(jù)內(nèi)軌的頂部標(biāo)高對仰拱基坑底部實(shí)際標(biāo)高進(jìn)行計(jì)算。

        (2)用挖掘機(jī)進(jìn)行開挖施工,在機(jī)械設(shè)備無法到達(dá)的地方使用人工進(jìn)行開挖。

        (3)對仰拱的接頭進(jìn)行鑿毛處理,并嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)要求進(jìn)行仰拱鋼筋的安裝,同時預(yù)留和邊墻之間的連接鋼筋。

        (4)經(jīng)自檢確認(rèn)合格后,由監(jiān)理工程師作隱蔽檢查和驗(yàn)收,將混凝土運(yùn)輸?shù)浆F(xiàn)場后并通過檢查合格后,開始澆筑和振搗施工。

        5.2 拱墻施工

        拱墻的二襯利用臺車進(jìn)行鋼模板施工,用攪拌車運(yùn)輸混凝土,用注漿泵進(jìn)行灌注,同時用振搗棒進(jìn)行振搗。澆筑必須做到左右對稱,避免臺車發(fā)生偏移。混凝土的生產(chǎn)由具有計(jì)量功能的拌和機(jī)完成,同時應(yīng)充分考慮低溫施工要求,保證混凝土施工質(zhì)量。

        5.3 鋼筋工程施工

        (1)鋼筋加工必須滿足相關(guān)設(shè)計(jì)要求,對于受力鋼筋,其順長度方向上的長度偏差不能超過±10mm,對于彎起鋼筋,起彎折處的位置偏差不能超過20mm,對于箍筋,其內(nèi)凈尺寸偏差不能超過±3mm。

        (2)鋼筋的接頭必須設(shè)置在應(yīng)力相對較小的部位,同時應(yīng)保持分散。在相同截面中配置的受力鋼筋,其接頭面積應(yīng)達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

        (3)當(dāng)采用電弧焊進(jìn)行焊接時,應(yīng)單面搭接焊接,此時焊接的長度應(yīng)達(dá)到鋼筋直徑的10倍,在雙面搭接焊過程中,搭接的長度應(yīng)達(dá)到鋼筋直徑的5倍,對于焊縫的寬度,應(yīng)達(dá)到鋼筋直徑的0.8倍以上,同時不能小于10mm,而焊縫的高度應(yīng)達(dá)到鋼筋直徑的0.3倍以上,同時不能小于4mm。

        6 結(jié)束語

        目前本隧道工程已經(jīng)順利完成,經(jīng)檢查,隧道施工質(zhì)量合格,施工過程中軟弱圍巖經(jīng)有效加固處理始終處在安全穩(wěn)定的狀態(tài),說明以上施工方法合理可行,值得其它工程參考借鑒,提高軟弱圍巖隧道施工技術(shù)水平。

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