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        滇西地區(qū)復(fù)雜地質(zhì)條件下隧道施工技術(shù)研究

        2021-04-27 08:56:18曲登殿
        鐵道建筑技術(shù) 2021年2期
        關(guān)鍵詞:立架挖機(jī)下臺(tái)階

        曲登殿

        (中鐵二十一局集團(tuán)有限公司 甘肅蘭州 730070)

        1 引言

        祥云隧道位于三江褶皺帶推覆體構(gòu)造中部,地質(zhì)條件極為復(fù)雜,開挖后掌子面圍巖多變,施工中頻繁轉(zhuǎn)換開挖方法,管理難度大,安全風(fēng)險(xiǎn)高,施工進(jìn)度慢。隧道圍巖對(duì)隧道施工安全、進(jìn)度起決定性作用。對(duì)隧道工程建設(shè)者來說,最關(guān)心的問題則是開挖后圍巖的穩(wěn)定程度。本文對(duì)圍巖穩(wěn)定性進(jìn)行研究,確定隧道開挖后圍巖自穩(wěn)時(shí)間,在圍巖自穩(wěn)時(shí)間內(nèi)完成支護(hù),可以減少圍巖的變形、坍塌,為施工提供安全保障。

        2 工程概況

        祥云隧道位于廣大鐵路祥云縣境內(nèi),隧道全長6 940 m,最大埋深430 m。隧道施工區(qū)域主要巖性為玄武巖、凝灰?guī)r、砂巖、炭質(zhì)頁巖、灰?guī)r、泥灰?guī)r、輝長巖等。在區(qū)域性深大斷裂活動(dòng)影響下發(fā)育有小溝斷層、朝陽村斷層、上北邑?cái)鄬?、二臺(tái)坡1#斷層等斷裂構(gòu)造,次級(jí)構(gòu)造發(fā)育,層間構(gòu)造破碎帶多見,多期次侵入巖呈不規(guī)則穿插侵入,蝕變作用強(qiáng)烈,圍巖在構(gòu)造作用下裂隙發(fā)育,軟弱破碎,穩(wěn)定性極差。

        3 圍巖穩(wěn)定性研究

        通過巖石流變?cè)囼?yàn)[1]確定圍巖變形特怔,結(jié)合有限元計(jì)算,獲得祥云隧道圍巖自穩(wěn)時(shí)間:掌子面圍巖開挖后穩(wěn)定時(shí)間為4.5~14 h,仰拱初支未閉合成環(huán)穩(wěn)定時(shí)間15~16 d。各種圍巖條件下穩(wěn)定時(shí)間見表1。

        表1 隧道圍巖穩(wěn)定時(shí)間

        4 施工方法及工藝措施

        4.1 施工方法選擇

        根據(jù)圍巖自穩(wěn)時(shí)間,本項(xiàng)目采用三臺(tái)階施工方法,通過確定各工序時(shí)間,使初支封閉控制在圍巖穩(wěn)定時(shí)間內(nèi)[2],達(dá)到施工安全目的。

        4.2 工序循環(huán)時(shí)間分析

        鋼架間距0.8 m,一次開挖1榀、2榀鋼架工序循環(huán)時(shí)間見表2~表3,施工縱斷面見圖1,施工流程見圖2,施工橫斷面見圖3。

        圖1 施工縱斷面

        圖2 施工工藝流程

        圖3 施工工序橫斷面

        表2 一次開挖1榀鋼架間距工序循環(huán)時(shí)間

        表3 一次開挖2榀鋼架間距工序循環(huán)時(shí)間

        4.3 操作要點(diǎn)

        (1)臺(tái)階設(shè)置及開挖臺(tái)架要求

        上臺(tái)階:開挖高度為3.4 m,臺(tái)階長度3~5 m。

        中臺(tái)階:開挖高度為2.8 m,臺(tái)階長度4~6 m。左右兩側(cè)錯(cuò)開開挖,縱向錯(cuò)開距離2~3 m,左側(cè)開挖寬度10.5~11 m,右側(cè)開挖寬度2.5~3 m(寬臺(tái)階布置在圍巖軟弱側(cè))。

        下臺(tái)階:開挖高度為2.8 m,臺(tái)階長度6~18 m。左右兩側(cè)錯(cuò)開開挖,縱向錯(cuò)開距離2~3 m,左側(cè)開挖寬度10.5~11 m,右側(cè)開挖寬度2.5~3 m(寬臺(tái)階布置在圍巖軟弱側(cè))。

        簡易小型開挖臺(tái)架高1.7 m、長4.5 m、寬6 m,采用 16型鋼加工。

        (2)施工準(zhǔn)備

        施工開始前對(duì)作業(yè)人員進(jìn)行崗前培訓(xùn)并達(dá)到熟練工要求,作業(yè)人員數(shù)量滿足施工要求;調(diào)試高壓風(fēng)、水、電,準(zhǔn)備施工所需材料、場(chǎng)地和機(jī)械設(shè)備,施工設(shè)備數(shù)量、完好率滿足施工需要;測(cè)量放樣超前支護(hù)孔位、開挖輪廓線。

        (3)超前支護(hù)

        通過超前管棚或小導(dǎo)管注漿改變圍巖狀況及穩(wěn)定性[3]。漿液注入軟弱、松散地層或含水破碎圍巖裂隙后,能與之緊密接觸并凝固延長圍巖穩(wěn)定時(shí)間,改善開挖后、支護(hù)前圍巖穩(wěn)定狀況。

        (4)上、中、下臺(tái)階開挖

        在超前支護(hù)防護(hù)下,弱爆破后開挖上、中、下臺(tái)階①、②、③、④、⑤部,采用Y-28型風(fēng)動(dòng)鑿巖機(jī)開挖,上臺(tái)階開挖7人、中臺(tái)階開挖7人、下臺(tái)階開挖3 人,共 17 人[4]。

        (5)上臺(tái)階扒渣

        上臺(tái)階①部開挖結(jié)束后,采用挖機(jī)對(duì)上臺(tái)階①部的頂部及周邊排危,清理渣體至中臺(tái)階②部。

        (6)上臺(tái)階立架、中臺(tái)階扒渣、中臺(tái)階立架、下臺(tái)階扒渣

        上臺(tái)階①部排危、扒渣結(jié)束后平整運(yùn)輸通道,裝載機(jī)搬運(yùn)開挖臺(tái)架、型鋼鋼架等材料至上臺(tái)階①部并組織5人開始立架;挖機(jī)繼續(xù)清理中臺(tái)階②、③部渣體至下臺(tái)階④、⑤部,中臺(tái)階②部預(yù)留部分渣體作為開挖臺(tái)架運(yùn)輸通道和噴砼作業(yè)平臺(tái)。中臺(tái)階②、③部渣體清除完成后開始立架;挖機(jī)配合裝載機(jī)清理下臺(tái)階④、⑤部位置渣體至隧道中線位置,并平整場(chǎng)地,作為下臺(tái)階噴砼場(chǎng)地,多余渣體在上、中臺(tái)階立架時(shí)安排出渣。

        (7)上、中臺(tái)階噴砼、下臺(tái)階立架、下臺(tái)階噴砼

        上臺(tái)階①部和中臺(tái)階②、③部同時(shí)組織噴砼;噴砼開始時(shí)上、中臺(tái)階立架人員下撤至下臺(tái)階進(jìn)行立架作業(yè)。上臺(tái)階①部噴砼封頂時(shí)和中臺(tái)階②、③部噴砼結(jié)束后人員設(shè)備周轉(zhuǎn)至下臺(tái)階④、⑤部噴砼。

        (8)清理斷面

        采用1臺(tái)挖掘機(jī)清除上臺(tái)階①部噴砼回彈料至中臺(tái)階②部,并平整運(yùn)輸通道;裝載機(jī)搬運(yùn)開挖臺(tái)架至①部,上臺(tái)階①部準(zhǔn)備開挖,挖機(jī)繼續(xù)清理中臺(tái)階②、③部回彈料至下臺(tái)階④部,中臺(tái)階預(yù)留部分渣體作為開挖結(jié)束后開挖臺(tái)架下撤運(yùn)輸通道回填用渣。上、中臺(tái)階①、②、③部開挖時(shí)間下臺(tái)階④、⑤部開始采用挖機(jī)配合裝載機(jī)進(jìn)行部分渣體出渣。

        4.4 工藝特點(diǎn)分析

        本施工方法以上斷面施工循環(huán)為關(guān)鍵線路,中、下臺(tái)階平行流水作業(yè)[5],出渣不占用工序循環(huán)時(shí)間,與超前支護(hù)、開挖、立架平行作業(yè)。仰拱封閉在15 d內(nèi)完成,仰拱距離掌子面分別為32 m、37 m,滿足安全步距要求,做到了分部開挖、全斷面推進(jìn)[6],保證了施工安全。

        4.5 施工組織控制要點(diǎn)

        (1)嚴(yán)格控制臺(tái)階開挖長度和高度[7],實(shí)現(xiàn)上中下三臺(tái)階同時(shí)開挖、同步推進(jìn)。

        (2)認(rèn)真落實(shí)“內(nèi)部三檢制”,及時(shí)糾正出現(xiàn)的問題,確保工序質(zhì)量一次性驗(yàn)收合格[8]。

        (3)各工序開始前人員、材料、設(shè)備必須到作業(yè)面附近準(zhǔn)備,做到工序零銜接、負(fù)交接[9-10]。

        (4)交叉作業(yè)時(shí)要及時(shí)安排人員、設(shè)備、材料就位,必須做到一崗雙責(zé),能組織施工、能及時(shí)制止不安全行為。

        (5)挖機(jī)、裝載機(jī)、空壓機(jī)、砼運(yùn)輸車等大型設(shè)備需定期保養(yǎng)、維修,確保設(shè)備完好率符合作業(yè)要求[11]。

        5 應(yīng)用情況

        祥云隧道于2012年12月開工,2017年6月完工。施工過程中應(yīng)用“基于圍巖自穩(wěn)時(shí)間三臺(tái)階施工方法”解決了施工方法頻繁轉(zhuǎn)換、資源配置不穩(wěn)定、隧道塌方、變形等影響施工進(jìn)度的諸多問題,保證了施工安全及質(zhì)量,減少了施工人員及設(shè)備投入,施工進(jìn)度明顯提升,Ⅴ級(jí)圍巖施工進(jìn)度由原來的40 m/月提升到64 m/月;Ⅳ級(jí)圍巖施工進(jìn)度由原來的55 m/月提升到74 m/月,取得了良好的社會(huì)及經(jīng)濟(jì)效益。

        6 結(jié)束語

        針對(duì)不同的圍巖地質(zhì)條件,選擇合適的施工方法是隧道施工成敗的關(guān)鍵。滇西地區(qū)地質(zhì)條件復(fù)雜,建議隧道施工固化施工方法[12],避免頻繁轉(zhuǎn)換。基于圍巖自穩(wěn)時(shí)間的三臺(tái)階施工方法,在各個(gè)工序的施工中加入時(shí)間要素,通過對(duì)工序時(shí)間的控制,做到了復(fù)雜地質(zhì)條件下的快挖、快支、快成環(huán),為同類地質(zhì)條件下的隧道施工提供了參考。

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