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        大斷面石質(zhì)隧道CD法施工工藝探討

        2021-03-17 10:50:36陳躍進(jìn)
        綠色環(huán)保建材 2021年2期
        關(guān)鍵詞:導(dǎo)坑單日節(jié)理

        陳躍進(jìn)

        合誠(chéng)工程咨詢集團(tuán)股份有限公司

        1 引言

        CD 法也稱中隔壁法CD 工法(Center Diaphragm),它是在軟弱圍巖大跨度隧道中,先開挖隧道的一側(cè),并在設(shè)計(jì)中間部位作中隔壁,然后再開挖另一側(cè)的施工方法,主要應(yīng)用于雙線隧道Ⅳ級(jí)圍巖深埋硬質(zhì)巖地段以及老黃土隧道(Ⅳ級(jí)圍巖)地段。這種方法是將斷面從中間隔開,分為兩側(cè),先沿一側(cè)自上而下分為二或三部進(jìn)行,再開挖另一側(cè)。斷面每塊開挖和支護(hù)后形成閉合單元,有利于圍巖穩(wěn)定,減小凈空位移及地表深陷。中隔壁法適用于斷面跨度大,地表沉陷量要求較小的軟弱圍巖中的淺埋隧道。

        優(yōu)缺點(diǎn):(1)優(yōu)點(diǎn):各部開挖及支護(hù)自上而下,步步成環(huán),及時(shí)封閉,各分部封閉成環(huán)時(shí)間短。(2)缺點(diǎn):該工藝分部較多,施工速度慢,不利于機(jī)械化作業(yè);后部開挖和拆除支護(hù)對(duì)前面已形成的理學(xué)平衡體系產(chǎn)生影響,圍巖應(yīng)力狀態(tài)發(fā)生多次改變有可能引起最終較大的變形量,施工面多,作業(yè)干擾大;拆除臨時(shí)支撐時(shí),安全性較差。

        2 工程概況

        工程簡(jiǎn)介:本段為廈門海滄疏港通道工程B 標(biāo)段,線路全長(zhǎng)3260.883m(K3+580~K6+840.883),匝道分岔段由主線三車道隧道逐步加寬到“3+2”斷面,主洞隧道與匝道隧道平交口分岔部分采用分段逐步擴(kuò)大形式,斷面輪廓寬度由14.45m(三車道)→16.2m(FCI)→18.2m(FC2)→21.45mm(FC3)→24.95m(FC4)→28m(FC5)逐步擴(kuò)大,斷面輪廓寬度最大開挖凈跨度30.51m,最大斷面開挖面積421.73m2。

        3 工程地質(zhì)情況

        左線ZK3+917.8~ZK4+169大斷面地質(zhì):

        隧道通過燕山晚期第二次侵入花崗巖地層(Y53(1)b),中粗粒結(jié)構(gòu),塊狀構(gòu)造,節(jié)理、裂隙稍發(fā)育,主要節(jié)理為N10~39°,E65/85°S,巖體較完整。

        右線YK3+997.4~YK4+520大斷面地質(zhì):

        隧道通過燕山晚期第二次侵入花崗巖地層(Y53(1)b),中粗粒結(jié)構(gòu),塊狀構(gòu)造,節(jié)理、裂隙稍發(fā)育,主要節(jié)理為N10~39°,E65/85°S,巖體較完整~較破碎。

        4 本設(shè)計(jì)FC2/FC3分岔大斷面圍巖及支護(hù)參數(shù)

        支護(hù)參數(shù)根據(jù)圍巖級(jí)別、工程地質(zhì)水文地質(zhì)條件、地形及埋置深度、結(jié)構(gòu)跨度及施工方法等內(nèi)容,以工程類比法擬定。分岔大斷面各類圍巖支護(hù)參數(shù)詳見表1。

        5 原設(shè)計(jì)開挖工法

        表1

        5.1 雙側(cè)壁導(dǎo)坑七步法開挖工法

        主洞內(nèi)分岔段襯砌類型為FC3FⅢ型,采用雙側(cè)壁導(dǎo)坑七步法施工,并且要求在輔助施工措施完成并達(dá)到強(qiáng)度后進(jìn)行。

        分岔FC3FⅢ(支護(hù)榀距0.75m)一次開挖1.0m~2.0m。(Ⅳ、Ⅴ級(jí)圍巖一次1~2榀拱架、Ⅲ級(jí)圍巖一次2~3榀拱架)。

        6 開挖工法優(yōu)化依據(jù)

        6.1 施工圖設(shè)計(jì)說明

        施工設(shè)計(jì)圖關(guān)于隧道支護(hù)參數(shù)的確定,要求應(yīng)通過對(duì)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控量測(cè)分析,及時(shí)調(diào)整支護(hù)參數(shù),實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)、過程控制。對(duì)于大斷面隧道制定合理的開挖支護(hù)方案是隧道設(shè)計(jì)中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。施工中應(yīng)根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙的開挖方法嚴(yán)格進(jìn)行,對(duì)于大斷面開挖的經(jīng)驗(yàn)不足,施工中可根據(jù)實(shí)際情況以及監(jiān)控量測(cè)結(jié)果采用更為科學(xué)合理的開挖方法,由業(yè)主、設(shè)計(jì)、施工、監(jiān)理和專項(xiàng)監(jiān)控量測(cè)組等多方共同確定方可實(shí)施。

        6.2 已開挖地段支護(hù)結(jié)構(gòu)監(jiān)測(cè)情況

        左線FC2FⅢ分岔段已施工地段累計(jì)最大沉降22.2mm,單日最大沉降0.8mm;累計(jì)最大收斂位移15.9mm,單日最大收斂值2.5mm。

        右線FC3FⅢ分岔段與橫通道交叉體系轉(zhuǎn)換部位,小里程累計(jì)最大沉降18.6mm,單日最大沉降0.7mm;累計(jì)最大收斂位移22.3mm,單日最大收斂值1.4mm。大里程累計(jì)最大沉降22.1mm,單日最大沉降1.2mm;累計(jì)最大收斂位移19.7mm,單日最大收斂值0.6mm。

        以上各組監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)顯示,拱頂最大沉降均小于預(yù)設(shè)定預(yù)警值(累計(jì)50mm,單日最大3mm/d),凈空收斂均小于預(yù)設(shè)定預(yù)警值(累計(jì)30mm,單日最大2mm/d),圍巖及支護(hù)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定。

        根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)已揭示圍巖地質(zhì)情況、超前地質(zhì)預(yù)報(bào)情況及圍巖監(jiān)控量測(cè)結(jié)果,目前施工地段左洞FC2FⅢ,采用三臺(tái)階法能夠滿足支護(hù)穩(wěn)定要求;右洞FC3FⅢ與橫通道交叉段落圍巖整體穩(wěn)定,自穩(wěn)能力較強(qiáng),具備工法優(yōu)化條件選用較簡(jiǎn)單、成熟的開挖工法,有利于節(jié)約投資、減少臨時(shí)支護(hù)浪費(fèi)、加快施工進(jìn)度。

        6.3 超前地質(zhì)預(yù)報(bào)情況

        據(jù)超前地質(zhì)預(yù)報(bào)顯示,左線ZK4+035~ZK4+085 段FC3 圍巖以中~微風(fēng)化花崗巖、塊狀結(jié)構(gòu)為主,節(jié)理裂隙稍發(fā)育,巖體較完整,圍巖綜合巖性較好,節(jié)理裂隙水弱發(fā)育,綜合判定圍巖等級(jí)為Ⅲ級(jí)。右線YK4+226~YK4+320段FC4圍巖以中~微風(fēng)化花崗巖為主,巖質(zhì)較堅(jiān)硬~堅(jiān)硬,整體圍巖較破碎,節(jié)理裂隙稍發(fā)育,裂隙水弱發(fā)育,整體穩(wěn)定性較好,綜合判定圍巖等級(jí)為Ⅲ級(jí)。

        7 工法優(yōu)化方案

        7.1 工法對(duì)比分析

        7.1.1 雙側(cè)壁導(dǎo)坑法與CD法對(duì)比分析

        兩種工法都是屬于將大斷面隧道分割成小的斷面,從而減小開挖斷面面積和開挖跨度,針對(duì)大斷面及軟弱圍巖隧道都能有效降低隧道開挖拱頂下沉及周邊位移。

        (1)雙側(cè)壁導(dǎo)坑法適合軟巖及超大斷面隧道開挖,開挖分部很多,導(dǎo)致單個(gè)分部斷面開挖寬度很小,施工干擾性大,尤其是對(duì)爆破開挖的石質(zhì)隧道擾動(dòng)性大,隧道開挖寬度約為6.3m~7.9m,長(zhǎng)4m~5m錨桿(管)不宜施作,且每個(gè)開挖斷面不規(guī)則,尤其是側(cè)壁導(dǎo)坑頂部較尖,爆破開挖成形困難,很難控制超欠挖,同時(shí)兩側(cè)導(dǎo)坑開挖完成后中間導(dǎo)坑開挖初期支護(hù)拱架很難在同一斷面正好吻合拼接,施工過程中造成必然的施工安全隱患,同時(shí)臨時(shí)支護(hù)拆除步驟繁瑣,難度大,作業(yè)面較多,對(duì)于爆破開挖工序銜接很不利,單個(gè)循環(huán)施工周期很長(zhǎng),且拆除臨時(shí)支撐不能重復(fù)利用,材料浪費(fèi)很嚴(yán)重。

        (2)CD 法適合軟巖及超大斷面石質(zhì)隧道開挖,開挖分部較多,單個(gè)分部斷面開挖寬度大,施工干擾性小,爆破開挖的石質(zhì)隧道擾動(dòng)性較小,隧道開挖寬度約為11m~13.9m,長(zhǎng)4m~5m錨桿(管)宜施做,每個(gè)開挖斷面較規(guī)則,超欠挖較好控制,兩個(gè)導(dǎo)坑開挖完后初期支護(hù)拱架可以較好吻合拼接,可較好的確保施工過程中施工安全,作業(yè)面較少,對(duì)于爆破開挖工序銜接較為有利,單個(gè)循環(huán)施工周期較雙側(cè)壁有所降低,臨時(shí)支護(hù)拆除較為簡(jiǎn)單,材料浪費(fèi)少。

        7.2 優(yōu)化方案

        7.2.1 FC3FⅢ雙側(cè)壁導(dǎo)坑七步法優(yōu)化為CD法

        實(shí)際勘測(cè)圍巖與原設(shè)計(jì)Ⅲ級(jí)圍巖相符時(shí),將原設(shè)計(jì)雙側(cè)壁導(dǎo)坑七步開挖法優(yōu)化為CD 法七步開挖,仰拱快速封閉成環(huán);臨時(shí)支撐由I18型鋼加大為I20b型鋼。同時(shí):①對(duì)左右側(cè)導(dǎo)坑拱頂初支拱架每榀分別增設(shè)2 根Φ42×3.5mm,長(zhǎng)度4m 鎖腳錨管,對(duì)拱部初期支護(hù)進(jìn)行加固,各導(dǎo)坑拱腳位置均采用鎖腳錨管進(jìn)行固定。②下臺(tái)階邊墻拱架拱腳處在原設(shè)計(jì)2根Φ42×3.5mm鎖腳錨管的基礎(chǔ)上增加2根,仰拱施作快速封閉成環(huán)。③仰拱拱架與邊墻拱腳連接由設(shè)計(jì)底部順接法改為側(cè)接法,減少仰拱開挖時(shí)對(duì)邊墻拱腳的擾動(dòng)。

        7.2.2 中隔壁臨時(shí)支撐拆除

        (1)臨時(shí)支護(hù)拆除前該拆除段沉降和收斂量測(cè)結(jié)果都滿足穩(wěn)定條件:沉降收斂達(dá)到穩(wěn)定的標(biāo)準(zhǔn)為收斂不超過0.2mm/d,拱頂下沉量控制在7d 時(shí)間的增量≤2mm;凈空位移量控制在7d 間的增量≤4mm。

        (2)采取隔3 拆1 的方法,在鋼架頂部切開2m~3cm,觀測(cè)隧道變形量和變形速率,當(dāng)處于正常范圍內(nèi)時(shí),采取隔1 拆1 的方法,切開鋼架頂部,嚴(yán)禁連續(xù)切開鋼架,以防中隔壁支撐突然失穩(wěn)倒塌。

        (3)分析監(jiān)控量測(cè)數(shù)據(jù),當(dāng)變形穩(wěn)定后,鑿除臨時(shí)支撐噴射混凝土,逐環(huán)拆除鋼筋網(wǎng)及鋼架。

        (4)拆除時(shí)采用破碎錘破除噴射混凝土,用氧炔焰割除連接,局部采用人工風(fēng)鎬破碎。臨時(shí)支護(hù)拆除時(shí)一次性拆除長(zhǎng)度以不大于1m為宜,單循環(huán)拆除長(zhǎng)度不大于6m,與仰拱施作同步推進(jìn)。

        (5)拆除臨時(shí)支護(hù)過程中應(yīng)加強(qiáng)監(jiān)控量測(cè)工作,若拆除過程中,量測(cè)人員發(fā)現(xiàn)拱頂下沉異常時(shí),或觀測(cè)數(shù)據(jù)接近設(shè)計(jì)或計(jì)算預(yù)警指標(biāo)時(shí),暫停鋼架拆除,并適當(dāng)采取加固措施。

        8 FC3 大斷面CD法7步開挖法實(shí)際施工效果

        表2

        9 結(jié)論

        綜上所述,本文以海滄疏港通道工程B 標(biāo)蔡尖尾山2#隧道FC3分岔段為例,介紹了CD法7步開挖法施工工藝的應(yīng)用,由于隧道跨度較大,采用CD 法開挖操作后,減少了由于隧道地質(zhì)原因造成的不穩(wěn)定因素的影響,確保了工程的順利進(jìn)行。

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