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        特長公路隧道建設(shè)中單頭快速掘進(jìn)施工技術(shù)

        2022-04-01 09:39:14何平
        關(guān)鍵詞:錨桿圍巖混凝土

        何平

        (四川公路橋梁建設(shè)集團(tuán)有限公司,成都 610093)

        1 工程概況

        某特長公路隧道,左洞長11 489 m,右洞長11 456 m。隧址區(qū)現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)條件錯(cuò)綜復(fù)雜,含塊狀角礫巖、白云巖,局部夾泥灰?guī)r、頁巖等,節(jié)理裂隙較發(fā)育,巖體的完整性不足,偏破碎。地勘結(jié)果顯示,隧道埋深超769 m 時(shí)存在較大的巖爆概率,如何在安全的前提下實(shí)現(xiàn)隧道的高效掘進(jìn)作業(yè)成為本工程的重難點(diǎn)內(nèi)容。經(jīng)技術(shù)可行性論證后,工程采用新型單頭快速掘進(jìn)設(shè)備,以便高效施工。

        2 單頭快速掘進(jìn)施工技術(shù)的原理及應(yīng)用優(yōu)勢(shì)

        單頭快速掘進(jìn)施工以三臂鑿巖臺(tái)車為核心裝置,負(fù)責(zé)測(cè)量、鉆眼、裝藥工作,可以減小施工期間對(duì)現(xiàn)場(chǎng)圍巖的擾動(dòng)性;隨后啟用車載式濕噴機(jī)械手,以自動(dòng)化的方式完成相關(guān)工作。利用自行式液壓仰拱棧橋可建立穩(wěn)定可靠的小型作業(yè)工作面,施工人員于該處開展仰拱澆筑作業(yè)。

        防水板臺(tái)車的基本功能是用于防水板的施工,除此之外還可以提供鋼筋網(wǎng)施工平臺(tái),以便在該處高效開展鋼筋網(wǎng)的相關(guān)工作,提高防水板的掛設(shè)效率,同時(shí)減輕員工的勞動(dòng)強(qiáng)度。施工中,二襯臺(tái)車及時(shí)跟進(jìn),可有效保證施工質(zhì)量。鑒于隧道施工安全隱患多,工程配備了監(jiān)控管理系統(tǒng),以便展開對(duì)有害氣體的監(jiān)測(cè)工作,通過24 h 不間斷監(jiān)測(cè)的方式掌握隧道內(nèi)的空氣質(zhì)量,若存在異常,則及時(shí)采取加強(qiáng)通風(fēng)等相關(guān)措施,從而提高施工的安全性。

        特長公路隧道施工過程中,使用單頭快速掘進(jìn)施工技術(shù)具有非常好的施工效果,具有4 個(gè)優(yōu)勢(shì):(1)可減小施工隊(duì)伍規(guī)模。隧道掌子面施工人數(shù)大大減少,降低了員工的勞動(dòng)強(qiáng)度。(2)有效優(yōu)化洞內(nèi)的作業(yè)環(huán)境,粉塵污染、噪聲污染問題得到有效解決,有效提升了施工作業(yè)過程中的安全性,工人患職業(yè)病的概率大幅度減小,施工過程更具人性化。(3)施工質(zhì)量好?;炷撩軐?shí)度大幅度提升,為最終的施工質(zhì)量提供了充足的保障。(4)施工全過程安全可監(jiān)控。單頭快速掘進(jìn)設(shè)備配備了完善的監(jiān)控系統(tǒng),能夠24 h 對(duì)隧道內(nèi)情況進(jìn)行監(jiān)控,發(fā)現(xiàn)問題第一時(shí)間尋找解決方案,最大限度地保障施工人員的安全。

        3 單頭快速掘進(jìn)施工技術(shù)的應(yīng)用要點(diǎn)

        3.1 超前地質(zhì)預(yù)報(bào)

        綜合應(yīng)用隧道地震預(yù)測(cè)(Tunnel Seismic Prediction,TSP)、超前探測(cè)鉆孔、地質(zhì)雷達(dá)等多重技術(shù),準(zhǔn)確探明前方地質(zhì)以及水文的實(shí)際條件?;诔暗刭|(zhì)預(yù)報(bào)信息判斷是否有設(shè)置探孔的必要,若需設(shè)置,則嚴(yán)格控制探孔的位置以及具體的數(shù)量。除此之外,超前地質(zhì)預(yù)報(bào)還可以揭示掌子面前方的地質(zhì)條件,指導(dǎo)后續(xù)工作的開展。

        3.2 超前支護(hù)

        3.2.1 長管棚施工工藝

        長管棚施工工藝如圖1 所示。

        圖1 長管棚施工工藝

        3.2.2 施作導(dǎo)向墻

        導(dǎo)向墻施工工序:埋設(shè)工字鋼鋼架→導(dǎo)向鋼管安裝→支撐體系搭設(shè)和內(nèi)外模安裝→澆筑混凝土→混凝土拆模、養(yǎng)護(hù)。導(dǎo)向墻結(jié)構(gòu)如圖2 所示。

        圖2 導(dǎo)向墻結(jié)構(gòu)

        1)導(dǎo)向墻的關(guān)鍵參數(shù)。導(dǎo)向墻施工范圍為開挖輪廓線以外拱部140°范圍,用C20 混凝土施工成型,斷面尺寸為1.0 m×1.0 m,導(dǎo)向墻設(shè)在穩(wěn)定可靠的基巖上,向護(hù)筒內(nèi)埋設(shè)2 榀I18輕型鋼架,于架體外緣以焊接的方法設(shè)置壁厚為5 mm 的φ140 mm 導(dǎo)向鋼管,鋼架各單元均用螺栓連接。翼緣處、接頭焊縫腹板處的焊縫高度分別按12 mm、9 mm 予以控制[1]。

        2)在孔口管安裝完成后進(jìn)行支撐體系搭設(shè)和內(nèi)外模安裝,模板采用鋼模及木模組合,待質(zhì)檢工程師自檢合格后報(bào)監(jiān)理工程師驗(yàn)收,驗(yàn)收合格后進(jìn)行混凝土澆筑。澆筑后按要求進(jìn)行養(yǎng)護(hù)。

        3.3 圍巖徑向注漿

        正洞施工過程中,遇到初期支護(hù)結(jié)構(gòu)大幅度變形、大范圍滲漏水時(shí),采取徑向注漿處理措施。鉆孔時(shí),孔徑按52 mm 予以控制,用風(fēng)槍鉆開孔,而后用高壓風(fēng)清孔。鉆孔時(shí)加強(qiáng)信息的采集與記錄,例如,孔號(hào)、進(jìn)尺、圍巖裂隙發(fā)育情況、涌水情況,要求單孔出水量穩(wěn)定在0.5 L/s 以內(nèi),若超過該值,隨即暫停鉆進(jìn),盡快安排注漿,采用此方法封堵涌水。涌水量較大、進(jìn)漿速度較快時(shí),使用濃漿且其凝膠時(shí)間需較短,反之則選擇凝膠時(shí)間較長的漿液。

        3.4 開挖施工

        3.4.1 測(cè)量放線

        為保證鉆孔的準(zhǔn)確性,提前測(cè)量放樣,具體測(cè)放出開挖輪廓線及周邊眼、掏槽眼和輔助眼的位置,在距開挖面50 m 的位置埋設(shè)中線樁,按照100 m 的間距依次設(shè)置臨時(shí)水準(zhǔn)點(diǎn)。測(cè)量放樣過程中及時(shí)檢查上次爆破斷面的實(shí)際情況,動(dòng)態(tài)調(diào)整爆破參數(shù),保證其具有合理性,進(jìn)而取得良好的爆破效果(無安全事故、爆破范圍精準(zhǔn))。

        3.4.2 鉆孔作業(yè)

        鉆工要先熟悉炮眼布置圖,嚴(yán)格依據(jù)測(cè)量放樣結(jié)果鉆孔,保證鉆孔位置、數(shù)量及間距的合理性。根據(jù)施工要求,安排鑿巖機(jī)就位,準(zhǔn)確調(diào)整鉆桿的位置,確保鉆孔位置偏差不超過5 cm,而后由具有資質(zhì)的司鉆工鉆進(jìn)成孔。周邊眼鉆孔外插角度控制:應(yīng)減小外插角的誤差,一般鉆孔孔深<3 m 時(shí)外插角的斜率宜為0.05,鉆孔孔深>3 m 時(shí),外插角的斜率宜為0.03~0.05。

        4 系統(tǒng)支護(hù)

        4.1 混凝土噴射作業(yè)

        基本作業(yè)流程為:開啟速凝劑輔助風(fēng)→開啟主風(fēng)閥→開啟速凝劑計(jì)量泵、主電機(jī)、振動(dòng)器→加入混凝土→正式噴射。

        4.2 錨桿施工

        4.2.1 砂漿錨桿

        風(fēng)鉆鉆孔,達(dá)到指定深度后用高壓風(fēng)吹孔,將砂漿灌注至孔內(nèi),直至達(dá)到孔深的2/3 為止;而后將錨桿打設(shè)到位,繼續(xù)用注漿泵補(bǔ)灌;再用適量的砂漿抹平孔口,將托板螺栓安裝到位并有效緊固。

        4.2.2 中空錨桿

        風(fēng)鉆鉆孔,達(dá)到指定深度后用高壓風(fēng)吹孔,置入錨桿,配套托板螺栓,拌制滿足質(zhì)量要求的漿液,用注漿泵向桿體內(nèi)灌注。

        4.2.3 鋼筋網(wǎng)

        沿拱墻巖面鋪設(shè)鋼筋網(wǎng),將其固定在錨桿末端,安裝后鋼筋網(wǎng)應(yīng)具有順直性,若被支護(hù)巖面有波動(dòng),對(duì)應(yīng)的鋼筋網(wǎng)也需隨之起伏,即兩者在形態(tài)上應(yīng)具有一致性,與被支護(hù)巖面的間隙控制在約3 cm。對(duì)于鋼筋網(wǎng)之間及其與錨桿的連接部位,均以點(diǎn)焊的方式處理,保證鋼筋網(wǎng)的穩(wěn)定性。為使鋼筋網(wǎng)有足夠的完整性,搭接至少一個(gè)網(wǎng)格,必要時(shí)適當(dāng)增加。

        4.3 監(jiān)控量測(cè)要求

        監(jiān)控量測(cè)的覆蓋對(duì)象較多,包含凈空、拱頂下沉及地表沉降等。監(jiān)控量測(cè)點(diǎn)的布設(shè)及數(shù)據(jù)采集要注意兩點(diǎn):(1)測(cè)點(diǎn)布置要有針對(duì)性。在洞外地表開裂、洞內(nèi)圍巖惡化、初支開裂區(qū)域、富水等地段,應(yīng)特別加密觀測(cè)點(diǎn)位。(2)觀測(cè)時(shí)段要有針對(duì)性。應(yīng)對(duì)施工中極易產(chǎn)生變形的工序加密監(jiān)測(cè)頻率,例如,在鋼架落底、隧底開挖等時(shí)段變形一般急劇增大,要重點(diǎn)監(jiān)測(cè)。施工期間,監(jiān)測(cè)人員在每次監(jiān)測(cè)后應(yīng)及時(shí)進(jìn)行校對(duì)和整理,及時(shí)對(duì)量測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析,預(yù)測(cè)該斷面可能出現(xiàn)的變形速率和變形加速度,準(zhǔn)確判斷圍巖和支護(hù)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性,并根據(jù)規(guī)范防控變形等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)指導(dǎo)施工。若量測(cè)數(shù)據(jù)有突變(例如,明顯超出許可范圍),則隨即暫停施工,經(jīng)過全面調(diào)查后,根據(jù)實(shí)際情況采取針對(duì)性的應(yīng)對(duì)措施。

        4.4 注意事項(xiàng)

        隧道安全步距必須得到有效控制,其指的是隧道仰拱至掌子面的距離,也可以指隧道二襯至掌子面的距離,具體根據(jù)不同的圍巖等級(jí)而定。對(duì)于Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ級(jí)圍巖,要求仰拱與掌子面的距離≤35 m;Ⅲ級(jí)圍巖抑拱與掌子面的距離≤90 m;類似地,根據(jù)圍巖等級(jí)的不同,二次襯砌與掌子面的合適距離也存在差異,即Ⅰ、Ⅱ級(jí)圍巖≤200 m;Ⅲ級(jí)圍巖≤120 m;Ⅳ級(jí)圍巖≤90 m;V 級(jí)圍巖≥20 m。待圍巖和初期支護(hù)變形基本穩(wěn)定后,再組織二次襯砌施工。

        嚴(yán)格控制二次襯砌的施作時(shí)間,通常宜在圍巖和初期支護(hù)變形基本完成時(shí)施工。遇到圍巖變形量明顯偏大的情況時(shí),若需提前施作二次襯砌,還需對(duì)初支以及襯砌采取加強(qiáng)措施。

        混凝土灌注施工期間加強(qiáng)振搗,有效減小混凝土內(nèi)部的空隙,切實(shí)提高其密實(shí)性。對(duì)于混凝土的拆模,主要根據(jù)實(shí)際強(qiáng)度而定,禁止在未滿足強(qiáng)度要求時(shí)拆模,實(shí)際拆模過程中要加強(qiáng)防護(hù),以免損傷混凝土。

        養(yǎng)護(hù)是提高混凝土成型質(zhì)量的重要方法,需編制混凝土養(yǎng)護(hù)作業(yè)指導(dǎo)書,以此為基準(zhǔn),開展相應(yīng)的指導(dǎo)工作。混凝土養(yǎng)護(hù)過程中注重保濕,根據(jù)混凝土的成型情況以及現(xiàn)場(chǎng)氣溫適當(dāng)調(diào)整灑水的頻率,通常養(yǎng)護(hù)時(shí)間需達(dá)到28 d 及以上。

        5 施工效果分析

        通過單頭快速掘進(jìn)施工技術(shù)的應(yīng)用,可以有效改善特長隧道的施工環(huán)境,提高施工質(zhì)量;掌子面施工、防水板臺(tái)車掛設(shè)等環(huán)節(jié)的人員投入量較少,同時(shí)員工的工作強(qiáng)度降低;現(xiàn)場(chǎng)施工條件好轉(zhuǎn),可以較好地緩解噪聲污染、粉塵污染等問題,符合文明施工的理念,為一線施工人員提供了安全和健康的雙重屏障;施工時(shí)應(yīng)用的是高精度、高穩(wěn)定性的車載式濕噴機(jī)械手,可以有效保證混凝土噴射的施工效果,而通過二襯臺(tái)車的應(yīng)用,可以提高混凝土的密實(shí)度,由于在拱頂處預(yù)留了注漿孔,后續(xù)可以實(shí)現(xiàn)帶模注漿,從源頭上規(guī)避了拱頂空洞問題;各道工序緊密銜接,機(jī)械設(shè)備的性能優(yōu)勢(shì)突出,可以實(shí)現(xiàn)集約化建設(shè)的目標(biāo),有助于提高項(xiàng)目的經(jīng)濟(jì)效益。

        6 結(jié)語

        在特長隧道施工中,單頭快速掘進(jìn)施工技術(shù)具有良好的應(yīng)用優(yōu)勢(shì),可以有效改善洞內(nèi)施工環(huán)境,在安全的環(huán)境下高效開展各項(xiàng)施工作業(yè),由此降低事故的發(fā)生概率,是公路隧道尤其是特長公路隧道掘進(jìn)中較為關(guān)鍵的方法。在后續(xù)的公路工程中,有關(guān)技術(shù)人員仍需持續(xù)探索,結(jié)合實(shí)際情況合理優(yōu)化施工技術(shù),進(jìn)一步提高施工技術(shù)的應(yīng)用水平,為公路隧道工程的高品質(zhì)發(fā)展提供有力的技術(shù)支撐。

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