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        黃土隧道快速臺階法施工技術(shù)

        2020-10-29 05:18:28
        中國建材科技 2020年2期
        關(guān)鍵詞:鋼架黃土臺階

        (中鐵十六局集團(tuán)第一工程有限公司,北京 101300)

        1 黃土隧道工程特性

        黃土隧道修建難度大、要求高,黃土多濕陷性,穩(wěn)定性差、變形大,若施工不當(dāng)極易出現(xiàn)坍塌事故,機(jī)械化施工、快速施工、超前加固與預(yù)報(bào)是黃土隧道施工技術(shù)發(fā)展的重要方向[1]。

        黃土隧道的地質(zhì)情況極為復(fù)雜,有新、老黃土之分,也有部分隧道洞身低于地下水位,本文主要對不同工程特性展開分析:

        1)黃土節(jié)理:黃土構(gòu)造節(jié)理發(fā)育,隧道一旦開挖土體極易沿著節(jié)理剪斷,處理不當(dāng)存在坍塌風(fēng)險(xiǎn)。

        2)黃土沖溝:沖溝多由流水侵蝕而致,長度幾十、幾百米不等,若隧道與沖溝存在較長范圍的平行情況,必須做好滑坡、坍塌事故的預(yù)防工作。

        3)暗穴與黃土溶洞:此為常見不良地質(zhì),隧道在其上、下分別有基礎(chǔ)下沉、冒頂風(fēng)險(xiǎn),在其側(cè)面有偏壓問題。

        4)地下水:當(dāng)黃土受到水的侵蝕出現(xiàn)濕陷性,一旦施工擾動圍巖極易突然失穩(wěn),引發(fā)安全事故。

        2 黃土隧道開挖施工方法的選擇與應(yīng)用分析

        2.1 常見施工方法

        1)雙側(cè)壁導(dǎo)坑法

        此法需在開挖斷面中設(shè)支撐壁,將大斷面分為小斷面后按順序施工。我國首次采用此方法的是大秦鐵路西坪隧道出口黃土段,安全性較高,且對原狀土體的影響小,適用于圍巖易坍塌段。

        2)交叉中隔壁法

        此法也是通過設(shè)置臨時(shí)支撐壁的方式加固圍巖,確保黃土隧道施工安全,主要用于Ⅴ級老黃土深埋地段。但是,此法應(yīng)用中需大量架設(shè)、拆除臨時(shí)支撐,施工作業(yè)面的限制導(dǎo)致大型機(jī)械不易使用。

        3)預(yù)留核心土臺階法

        此法在掌子面預(yù)留核心土、分部開挖,不架設(shè)臨時(shí)支撐,作業(yè)空間大,可使用大型機(jī)械設(shè)備,在施工效率上優(yōu)勢較為顯著。目前多應(yīng)用于老黃土段,新黃土段施工經(jīng)驗(yàn)相對較少。

        2.2 施工方法比選

        就以上介紹的黃土隧道常用施工方法,現(xiàn)主要對其工法選擇進(jìn)行分析,主要指標(biāo)比對如表1所示。

        表1 黃土隧道常用施工方法比較

        綜上,雙側(cè)壁導(dǎo)坑法安全可靠,但是進(jìn)度較慢且造價(jià)高;交叉中隔壁法在控制沉降方面具有一定優(yōu)勢,適用于淺埋段;預(yù)留核心土臺階法機(jī)械化程度高、進(jìn)度快,但需及時(shí)施作支護(hù),保證圍巖安全。

        3 實(shí)例探析黃土隧道快速臺階法施工技術(shù)

        本文以某黃土隧道工程為例展開分析,此隧道對工期要求較高,通過工程地質(zhì)、施工條件綜合分析后,決定采用預(yù)留核心土臺階快速施工方法。

        3.1 工程概況

        本項(xiàng)目為單洞雙線黃土隧道,新、老黃土均有分布,經(jīng)地質(zhì)調(diào)查顯示,新黃土濕陷等級為Ⅰ(輕微)。同時(shí),由于項(xiàng)目所在地區(qū)溝壑下切較劇,水文地質(zhì)條件復(fù)雜,分布有孔隙潛水、基巖裂隙水,地表水補(bǔ)充有限,且砂巖風(fēng)化不均,裂隙發(fā)育程度存在差異,存在局部水量大或小的情況。

        3.2 洞身施工方案

        為避免黃土隧道出現(xiàn)坍塌事故,本項(xiàng)目采用分部開挖法,要求在保證圍巖基本穩(wěn)定的前提下,盡可能減少工序,加快進(jìn)度。

        經(jīng)項(xiàng)目部研究決定,Ⅴ級圍巖黃土地層采用預(yù)留核心土臺階法(臺階長3~5m),在保證安全性的同時(shí),可大幅加快施工進(jìn)度。同時(shí),為減少開挖面暴露時(shí)間,項(xiàng)目要求快速開挖,支護(hù)、仰拱緊跟,為此輔以鋼架快速安裝、多工序平行施工以及加快裝運(yùn)速度等措施,縮短循環(huán)時(shí)間。

        3.3 快速臺階法施工技術(shù)措施

        3.3.1 臺階法施工

        1)上臺階:采用人工風(fēng)鎬+挖掘機(jī)開挖,支護(hù)方法為I20a型鋼拱架+φ42mm鎖腳錨管+φ42mm超前小導(dǎo)管(預(yù)注漿加固);

        2)上臺階核心土:采用FLAC3D模擬地層變形規(guī)律,計(jì)算預(yù)留核心土長度,宜為0.5D,具有較好的加固作用,防止巖體遇水軟化[2];

        3)中、下臺階:挖掘機(jī)+裝載機(jī)施工,每循環(huán)進(jìn)尺2~3榀拱架;

        4)二次襯砌:根據(jù)監(jiān)控量測情況確定二次襯砌時(shí)間,鋼模襯砌臺車作業(yè)。

        3.3.2 地下水處理

        本項(xiàng)目為黃土隧道,水的影響較大,隧道開發(fā)后地下水涌出方式有“滲水”“線水”“股水”,采取堵排結(jié)合的處理措施,具體如圖1所示。

        圖1 拱部注漿、邊墻排水孔位布置示意圖

        由圖可見,拱部滲漏水位置梅花形布置注漿孔,先鉆3m深孔注漿,再鉆5m深孔注漿加固圍巖;邊墻鉆導(dǎo)水孔、分流孔。

        3.3.3 監(jiān)控量測

        本項(xiàng)目采用洞內(nèi)+地表監(jiān)控量測方法,評價(jià)隧道開挖穩(wěn)定性,及時(shí)預(yù)防突發(fā)事故,監(jiān)測點(diǎn)布置情況如圖2所示。

        圖2 監(jiān)測點(diǎn)布置情況

        三臺階施工中,上、中臺階拱頂沉降、位移較大,控制措施包括:合理確定小導(dǎo)管長度,中、下臺階支撐及時(shí)落地,及時(shí)施作仰拱。

        3.3.4 輔助措施

        1)鋼架快速安裝:為加快施工速度,本項(xiàng)目鋼架采用套管連接方式,焊接方便快捷、安全可靠;

        2)多工序平行施工:上臺階施作鋼支撐、錨桿,同時(shí)中臺階扒碴;上、中臺階復(fù)噴,同時(shí)鋼支撐、錨桿施工。

        3)提高出碴效率:扒碴與裝運(yùn)洞碴平行施工,2臺裝載機(jī)同時(shí)裝碴。

        4 結(jié)語

        綜上所述,雙側(cè)壁導(dǎo)坑法、交叉中隔壁法、預(yù)留核心土臺階法是黃土隧道開挖工程中的常用方法,在施工安全、成本、進(jìn)度等方面各有優(yōu)勢,具體需根據(jù)工程地質(zhì)情況與要求合理選擇。本文實(shí)例對工期要求較高,同時(shí)隧道地質(zhì)情況相對較少,存在輕微濕陷,因此選用了預(yù)留核心土臺階法,施工中全面落實(shí)支護(hù)、地下水處理、監(jiān)控量測等工作;同時(shí),通過鋼架快速安裝、多工序平行施工、提高出碴效率等輔助措施的應(yīng)用,實(shí)現(xiàn)了項(xiàng)目高效、安全作業(yè)。

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