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        大斷面黃土隧道施工技術(shù)分析

        2021-04-23 09:12:22衛(wèi)學(xué)軍
        商品與質(zhì)量 2021年17期
        關(guān)鍵詞:仰拱黃土臺階

        衛(wèi)學(xué)軍

        山西路橋第五工程有限公司 山西太原 030000

        公路建設(shè)規(guī)模在社會經(jīng)濟發(fā)展的促進作用下而逐步擴大,施工期間易遇到較復(fù)雜的地質(zhì)條件,不利于工程建設(shè)工作的順利開展。黃土地區(qū)的地質(zhì)條件特殊,于該處施工大斷面隧道時,易誘發(fā)質(zhì)量問題甚至安全事故。對此,需要從實際建設(shè)條件出發(fā),引入先進的施工技術(shù),切實提高大斷面黃土隧道的施工質(zhì)量。

        1 工程概況

        某黃土隧道工程,全長1241m,最大、最小埋深分別為56m、12m,屬黃土淺埋隧道。隧道結(jié)構(gòu)方面,主體部分為曲墻帶仰拱復(fù)合式襯砌,施工材料為C35防水混凝土,抗?jié)B等級不低于P10。出于安全層面的考慮,加強初期支護,采取的是“鋼拱架+鋼筋網(wǎng)+錨桿+噴射混凝土”相結(jié)合的方案,以形成完整、穩(wěn)定的初期支護結(jié)構(gòu)體系[1]。

        2 大斷面黃土隧道的施工難點

        地質(zhì)勘察結(jié)果顯示,黃土地區(qū)主要含三層,自上而下分別為新黃土、老黃土、第三系泥巖。各部分的性質(zhì)不盡相同,其中新黃土的土體相對疏松,受外部壓力的作用,易出現(xiàn)土體變形、下沉現(xiàn)象。在常規(guī)的大斷面黃土隧道施工中,常采用的是掌子面分割開挖的方法,期間根據(jù)實際情況適時增設(shè)臨時支護結(jié)構(gòu)。但該方法存在局限之處,即擾動性較強,易導(dǎo)致本就缺乏穩(wěn)定性的圍巖進一步變得疏松,且洞內(nèi)作業(yè)空間有限,大型設(shè)備難以順利進場,不利于施工進程的高效推進。并且,隧道的圍巖條件錯綜復(fù)雜,存在諸多潛在影響因素,需根據(jù)實際情況靈活改變方法,由此帶來施工周期長、質(zhì)量可控性差、安全隱患多等問題。針對大斷面黃土隧道的施工難點,需要采取適應(yīng)性更強、效率更高的施工技術(shù)[2]。

        3 大斷面黃土隧道施工技術(shù)分析

        3.1 套拱及管棚施工

        套拱基礎(chǔ)用C25混凝土澆筑而成,按設(shè)計要求,將提前加工成型的鋼板和鋼筋預(yù)埋到位;配套φ42mm的鎖腳錨桿,利用該裝置穩(wěn)固套拱內(nèi)鋼板腳底,以免施工期間出現(xiàn)失穩(wěn)現(xiàn)象。

        于套拱上安裝2榀I20a型鋼拱架,彼此間用連接鋼筋穩(wěn)定連接。待工字鋼架安裝完成后,由技術(shù)人員檢測,確定導(dǎo)向管的具體位置。在本工程中,導(dǎo)管采用的是φ127mm×5mm鋼管,具體如圖1所示。套拱施工期間,于相鄰兩導(dǎo)向管間設(shè)置φ22mm錨栓,在采取此方法后,可抵消鉆孔時的反力,減小外力所帶來的不良影響。

        圖1 套拱中導(dǎo)向管示意圖

        大管棚成型后,鉆機就位,進入鉆孔施工環(huán)節(jié)。鉆進期間,操作人員精準(zhǔn)控制設(shè)備的作業(yè)姿態(tài),鉆桿和鉆具各自的軸線應(yīng)共處相同的直線上。導(dǎo)向管施工中,外插角按1°-3°控制。鉆孔作業(yè)落實到位后,及時澆筑水泥砂漿,隨著時間的推移,待水泥砂漿凝固后,即可關(guān)閉預(yù)先設(shè)置在管外的閥門,按照此方式有序施工。

        鋼管選用的是φ108mm×6mm熱軋無縫鋼管,按照環(huán)向間距40cm的標(biāo)準(zhǔn)依次設(shè)置,鋼管絲扣長15cm,相鄰鋼管接頭錯開量至少達到1m,具體根據(jù)實際情況靈活調(diào)整。鋼管需穩(wěn)定設(shè)置在襯砌拱部,實際位置與設(shè)計位置的誤差不可超過20cm。于明洞襯砌外設(shè)置套拱,縱向長2.0m、厚60cm。

        3.2 三臺階法施工

        根據(jù)隧道進口段的施工條件,采用三臺階法施工,基本思路為:測量放線→上、中臺階超前支護→鉆孔→注漿→扒渣→裝渣→打設(shè)錨桿→噴射混凝土→施作仰拱→施作二次襯砌。

        開挖施工中,首先處理的是上邊的弧形導(dǎo)坑,再轉(zhuǎn)為左右錯位開挖的方法,由此完成中臺階的開挖作業(yè),期間密切關(guān)注現(xiàn)場情況,及時挖除上中臺階的核心土,再施作下臺階的仰拱,期間各道工序緊密銜接,形成流水化作業(yè)模式,盡可能在短時間內(nèi)實現(xiàn)仰拱封閉成環(huán)的目標(biāo)。

        各階段開挖的關(guān)鍵作業(yè)要點有:

        (1)上臺階開挖:經(jīng)前期的超前支護作業(yè)后,若無誤即可進入上臺階開挖環(huán)節(jié),采取機械設(shè)備為主、人工為輔的方法,預(yù)留核心土,高度2.3-2.5m。

        (2)中臺階開挖:以兩側(cè)左右錯開的方式開挖,原因在于經(jīng)前期施工后,已經(jīng)形成具有穩(wěn)定性的上臺階初期支護結(jié)構(gòu),可以發(fā)揮出支護的作用,因此具備錯開開挖中臺階的施工條件。挖掘機應(yīng)在中臺階的核心土處穩(wěn)定運行,由專員操作,精準(zhǔn)控制開挖進尺,隨后再由人工修整,全面保證開挖質(zhì)量。

        (3)下臺階開挖:施工方法與上臺階相類似,開挖長度取3-4榀拱架間距。

        (4)出碴:各部分開挖期間將產(chǎn)生棄碴,為避免現(xiàn)場堆積現(xiàn)象,宜利用挖掘機裝載,由自卸車轉(zhuǎn)移至指定堆放場所。

        3.3 初期支護施工

        以隧道開挖進度為準(zhǔn),合理安排初期支護作業(yè),保證兩項工作同步開展。嚴格按照設(shè)計要求控制施工長度,未經(jīng)許可時不可隨意變更;及時設(shè)置支撐裝置,發(fā)揮出防護作用;密切測量挖掘深度,根據(jù)實測數(shù)據(jù)指導(dǎo)后續(xù)的開挖施工,在安全的環(huán)境下完成各項開挖作業(yè)[3]。

        3.4 二襯施工

        為充分發(fā)揮出二次襯砌的支護作用,需嚴格控制其與仰拱的安全距離,具體根據(jù)現(xiàn)場圍巖等級而定,Ⅳ級圍巖時該值≤90m,Ⅴ圍巖時該值≤40m。此外,根據(jù)各施工部位選擇合適的材料,填充環(huán)節(jié)以C15混凝土為宜,仰拱施工可采用C30混凝土。以施工要求為準(zhǔn),在攪拌站集中生產(chǎn)適量質(zhì)量達標(biāo)的混凝土,遵循隨拌隨用的原則,將出廠后的混凝土及時轉(zhuǎn)運至現(xiàn)場,檢測其坍落度,滿足要求后方可用于澆筑,優(yōu)先施工仰拱中心,逐步向兩邊對稱推進。為確?;炷辆哂凶銐虻拿軐嵭院推秸?,澆筑期間利用振搗器振搗。需注意的是,振搗器的作業(yè)點位應(yīng)具有合理性,不可出現(xiàn)振搗點過密或過于疏松的情況。

        圖2 隧道初期支護施工

        3.5 防排水施工

        初支與二襯間設(shè)置防水板(1.5mm厚)和無紡布,縫隙處使用雙焊接縫。

        根據(jù)施工要求,在矮邊墻處設(shè)置防水板,該板材結(jié)構(gòu)與二襯間易形成縱向接縫,為盡可能避免此問題,在二襯施工前便制作合適尺寸的襯砌臺車,對其兩側(cè)底模采取加長處理措施。仰拱以上的部分采取二襯混凝土一次澆筑成型的方法。經(jīng)過一系列的技術(shù)優(yōu)化后,可以提高矮邊墻的施工效率,并且可減少防水板兩側(cè)的縱向接縫,具有較好的綜合應(yīng)用效果。

        隧道為上坡施工,在此條件下,隨著掌子面的開挖,部分水(指的是灑水濕潤處理后多余的水)易向下流淌,從而聚積在仰拱開挖處。針對此問題,采取的是霧炮機噴霧降塵的方法,此時可以有效減少多余的水分,由此避免水分大范圍聚集在仰拱開挖處的情況。在錨桿鉆孔施工環(huán)節(jié),加強對用水量的控制,在不影響施工質(zhì)量的前提下盡可能減少用水量,以免因水分過多而流淌至仰拱基坑處。此外,經(jīng)仰拱開挖作業(yè)后,需隨即組織仰拱混凝土回填,通常該間隔時間不超過1h。

        4 結(jié)語

        綜上所述,大斷面黃土隧道的地質(zhì)條件特殊,隧道開挖期間易出現(xiàn)失穩(wěn)現(xiàn)象。對此,工程技術(shù)人員需遵循因地制宜的原則,做好前期勘察工作,根據(jù)現(xiàn)場施工條件合理制定施工方案,適配先進的施工技術(shù),以規(guī)范化的方式將相關(guān)工作落實到位,保證大斷面黃土隧道的施工質(zhì)量。

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