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        城市軌道交通工程中的淺埋暗挖機(jī)械化施工工藝

        2022-07-21 05:03:26高遠(yuǎn)
        工程建設(shè)與設(shè)計(jì) 2022年12期
        關(guān)鍵詞:管棚注漿導(dǎo)管

        高遠(yuǎn)

        (中國(guó)建筑第五工程局有限公司,長(zhǎng)沙 410000)

        1 施工工藝的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)

        淺埋暗挖法在技術(shù)研究持續(xù)深入以及工程實(shí)踐活動(dòng)逐步開展的情況下已經(jīng)取得突出的發(fā)展成果,其施工技術(shù)日益成熟,常應(yīng)用于城市軌道等工程的建設(shè)中。初期支護(hù)用于承受基本荷載,并修筑合適規(guī)格的二次襯砌,增強(qiáng)支護(hù)效果。在應(yīng)用淺埋暗挖法時(shí),常輔以超前支護(hù)等相關(guān)方法,用于加固圍巖,連同支護(hù)結(jié)構(gòu)共同受力。

        在及時(shí)支護(hù)、盡快封閉成環(huán)的施工方法下,構(gòu)成完整的聯(lián)合支護(hù)體系。實(shí)際施工中,依托于全方位的監(jiān)控量測(cè)手段,及時(shí)掌握施工現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況,采取針對(duì)性的控制措施,以免發(fā)生塌方、沉降等異常情況,或是將突發(fā)事件造成的影響降到最低[1-3]。相比于明挖施工方法,淺埋暗挖施工具有更為突出的應(yīng)用優(yōu)勢(shì),主要體現(xiàn)在如下幾方面。

        1)穿越現(xiàn)狀道路以及橋梁時(shí),不會(huì)造成明顯的擾動(dòng)性影響,地面車輛能夠正常通行,規(guī)避施工期間的地面交通擁堵問(wèn)題。

        2)土方開挖量相對(duì)較小,減輕員工的工作強(qiáng)度,通常僅需完成豎井和隧道斷面兩部分的開挖即可。

        3)地表和管線得到有效的防護(hù),可避免異常沉降、受損等情況。

        4)對(duì)于埋深較大的隧道,應(yīng)用淺埋暗挖法后具有更為突出的經(jīng)濟(jì)效益優(yōu)勢(shì)。

        2 施工工藝方案及基本流程

        2.1 施工裝備功能要求

        結(jié)合淺埋暗挖施工現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際施工條件進(jìn)行綜合考量,具體包括施工裝備的使用功能、設(shè)備動(dòng)力、施工效率需求、作業(yè)范圍、移動(dòng)條件以及地質(zhì)條件適用性等。從整體造型上來(lái)說(shuō),施工過(guò)程中使用的機(jī)械化施工裝備應(yīng)具有簡(jiǎn)單靈活的特點(diǎn);從使用功能上來(lái)說(shuō),該裝備應(yīng)同時(shí)具有挖、裝、銑、錨、支護(hù)等各項(xiàng)功能。由于在狹小的空間內(nèi)很難實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)距離作業(yè),因此,為了滿足長(zhǎng)距離作業(yè)的需求,還應(yīng)對(duì)該設(shè)備開發(fā)新型的臂架系統(tǒng)技術(shù)。新型的臂架系統(tǒng)技術(shù)不僅能實(shí)現(xiàn)全面覆蓋,還具有良好的伸縮性,具備多種使用功能。為了防止長(zhǎng)錨桿受力彎曲,錨桿推進(jìn)夾緊裝置的研究也很有必要。

        除此之外,該裝備還應(yīng)具備格柵輔助架設(shè)功能和土方裝運(yùn)功能。前者通過(guò)機(jī)械臂輔助提升格柵拱架,降低安裝難度,后者通過(guò)傳送帶將土方運(yùn)送至運(yùn)輸車中。由于傳送帶為縱向通長(zhǎng)布置,提升了運(yùn)送到機(jī)械尾部的便利性。淺埋暗挖法施工的各道工序有相應(yīng)的機(jī)械裝備進(jìn)行操作,但這些裝備之間相互獨(dú)立。淺埋暗挖機(jī)械化施工裝備應(yīng)將這些獨(dú)立的功能整合起來(lái),真正實(shí)現(xiàn)一臺(tái)設(shè)備多項(xiàng)功能,能根據(jù)施工要求靈活作業(yè)。

        2.2 工藝原理

        淺埋暗挖法施工中的各道工序由人工完成轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械化施工需要遵循以下原則:(1)不突破現(xiàn)有的暗挖施工理論;(2)施工工藝流程不發(fā)生改變;(3)施工安全質(zhì)量仍按原來(lái)的控制要求控制,不得降低要求。

        淺埋暗挖機(jī)械化施工裝備的設(shè)計(jì)充分借鑒了山嶺隧道工程機(jī)械化施工技術(shù)的先進(jìn)經(jīng)驗(yàn),將包括鑿巖臺(tái)車、扒渣機(jī)以及懸臂掘進(jìn)機(jī)等多種隧道施工機(jī)械在內(nèi)的設(shè)備功能整合在一起,全方位地滿足了施工需求。

        2.3 施工方案

        本項(xiàng)目左右線間距17.2 m,全線均為直線布線形式,規(guī)定埋深約29~35 m,兩端均為暗挖車站。結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)施工條件,經(jīng)過(guò)可行性分析后,選擇的是礦山法,中間區(qū)域設(shè)臨時(shí)施工豎井以及橫通道,以滿足施工要求。在掌子面開挖施工中,適度預(yù)留核心土,開挖施工選用的是上下臺(tái)階開挖的方法??紤]到現(xiàn)場(chǎng)的穩(wěn)定性和安全性要求,設(shè)初期支護(hù),采取拱背后背注漿回填措施,力爭(zhēng)在較短的時(shí)間內(nèi)封閉成環(huán)。從現(xiàn)場(chǎng)勘察情況來(lái)看,地下水對(duì)施工的擾動(dòng)作用較強(qiáng),同時(shí)水位特殊,即高于隧道底板,為此采取降水和堵水雙重方法,并在此基礎(chǔ)上輔以注漿處理措施,有效加固地層[4]。

        2.4 施工工藝流程

        考慮到施工安全、施工質(zhì)量、施工便捷性等多重要求,此處采用淺埋暗挖機(jī)械化施工技術(shù),其作業(yè)流程與人工開挖并無(wú)明顯差異,主要區(qū)別在于施工模式的升級(jí),即不再采取人工作業(yè)的方法,取而代之的是機(jī)械化施工,具體的作業(yè)流程如圖1 所示。

        圖1 淺埋暗挖施工工藝流程

        3 施工工藝的具體應(yīng)用

        3.1 超前小導(dǎo)管施工

        根據(jù)施工要求,搭建超前預(yù)支護(hù)結(jié)構(gòu),通過(guò)采取花管注漿的方式有效固結(jié)地層,提高穩(wěn)定性。小導(dǎo)管搭設(shè)施工采用頂進(jìn)法,環(huán)向間距300 mm,傾角22°~25°,小導(dǎo)管外露長(zhǎng)度控制在20 cm。注漿材料選用的是水泥水玻璃或其他滿足工程要求的漿液,注漿壓力穩(wěn)定在0.3~0.5 MPa,具體根據(jù)實(shí)際注漿情況在該區(qū)間內(nèi)做合理的調(diào)整。

        現(xiàn)場(chǎng)施工條件復(fù)雜,存在諸多技術(shù)細(xì)節(jié)。

        1)鉆孔前落實(shí)準(zhǔn)備工作,由專員深入現(xiàn)場(chǎng)做詳細(xì)的勘察,掌握地質(zhì)、水文等基礎(chǔ)條件,選定合適的鉆孔位置,形成孔位標(biāo)記。

        2)鉆孔全程由專員指揮,避免誤操作;鉆孔過(guò)程中,加強(qiáng)對(duì)孔深的檢測(cè),若滿足要求,則隨即調(diào)整為慢速運(yùn)行狀態(tài),將鉆頭緩慢撤出。

        3)小導(dǎo)管安裝必須在鉆機(jī)完全停機(jī)的前提下進(jìn)行,以保證施工安全。

        4)右臂工作的過(guò)程中,車體應(yīng)與下臺(tái)階接近;同時(shí)應(yīng)將滑臺(tái)移動(dòng)到最前端,并通過(guò)錐形銷軸對(duì)其進(jìn)行固定。

        5)施工過(guò)程中,應(yīng)盡量避免管路受大臂的擠壓而靠在核心土或洞壁上,同時(shí)做好相應(yīng)的保護(hù)措施,避免液壓管路遭到擠壓和損壞。通常情況下,施工人員不能使用快換油缸旋鈕,只有在更換打錨桿機(jī)構(gòu)和銑刨裝置時(shí)才能進(jìn)行操作。

        6)打設(shè)完小導(dǎo)管后,利用夾緊裝置將其夾緊,并利用反轉(zhuǎn)打錨桿機(jī)構(gòu)使超前小導(dǎo)管和打錨桿機(jī)構(gòu)分離。

        7)小導(dǎo)管的打設(shè)采取的是先拱頂、后兩側(cè)的基本流程,每打設(shè)1 根后,隨即安排注漿,以此類推。施工現(xiàn)場(chǎng)存在粉土層,針對(duì)此類地質(zhì)條件,可采用靜壓的方法將導(dǎo)管打設(shè)到位;對(duì)于卵石以及其他硬度較大的地層,較為合適的是采用振動(dòng)自轉(zhuǎn)式設(shè)備進(jìn)行施工。

        3.2 土方開挖

        臺(tái)階長(zhǎng)度不小于4 m,由專員在現(xiàn)場(chǎng)指揮,左右機(jī)械臂協(xié)同運(yùn)行,高效挖土、掏槽。適度預(yù)留核心土,長(zhǎng)度≥1.5 m,高度≥1.5 m,目的在于利用此部分穩(wěn)定支撐掌子面。土方開挖施工環(huán)節(jié),統(tǒng)一要求步距≤750 mm。

        土方開挖施工的關(guān)鍵要點(diǎn)如下:

        1)遵循因地制宜的原則,根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的地質(zhì)條件,對(duì)臺(tái)階法做靈活的調(diào)整,使成型臺(tái)階的長(zhǎng)度可以滿足要求。

        2)按照自上而下的順序依次開挖土方,拱頂部位則先處理中間區(qū)域、再向兩側(cè)開挖,仰拱采取與之相反的順序。結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)條件,以妥當(dāng)?shù)姆椒ㄩ_挖上臺(tái)階,若現(xiàn)場(chǎng)為豁土粉土地層,則適配銑刨頭,以便有效切割土體;若現(xiàn)場(chǎng)為砂卵石地層,為保證開挖效果,采取以人工為主、機(jī)械設(shè)備為輔(機(jī)械臂配合出土)的方法。

        3)施工現(xiàn)場(chǎng)存在大石塊時(shí),及時(shí)將該部分清理干凈,在此前提下繼續(xù)開挖。開挖時(shí),操作人員精細(xì)化控制鏟斗,保證姿態(tài)的合理性,以免碰觸壁面;對(duì)于粉細(xì)砂地層,為避免土體滑塌問(wèn)題,需要根據(jù)施工進(jìn)程及時(shí)施作卸力槽(在下臺(tái)階施工時(shí)進(jìn)行),但需要在卸力槽與核心土間留充足的空間,以滿足施工人員的正常通行需求[5]。

        3.3 管棚支護(hù)施工

        淺埋暗挖隧道施工復(fù)雜度較高,必須合理采用預(yù)支護(hù)技術(shù),以保證施工安全?,F(xiàn)階段,超前預(yù)支護(hù)工法在淺埋隧道工程中取得了廣泛的應(yīng)用,在該技術(shù)體系中,以管棚法最為突出,兼具操作便捷、經(jīng)濟(jì)高效等多重優(yōu)勢(shì)。根據(jù)管徑的不同,可分為3 種形式:管徑<129 mm,屬于小管棚;管徑129~299 mm,屬于中管棚;管徑>300 mm,屬于大管棚。

        通常選用的是大直徑的管棚,其有足夠的剛度,并在兩端適配支撐梁,可有效避免因開挖而引發(fā)的變形問(wèn)題。為了最大限度地減小施工變形量,需要將提高管棚與支撐梁的剛度作為工作著力點(diǎn),建立完整可靠的管棚體系,以便發(fā)揮如下作用:(1)在管間的軟弱圍巖中建立微拱;(2)通過(guò)大量桿件的共同作用,有效減小圍巖的壓力。縱觀現(xiàn)階段的管棚施工,常采用的是錨固巖體法。為了合理設(shè)計(jì)并有效落實(shí)管棚設(shè)計(jì)方案,需要準(zhǔn)確探明管棚支護(hù)體的受力特點(diǎn),控制好管徑、管間距、初支厚度、注漿量、注漿壓力幾項(xiàng)關(guān)鍵的參數(shù)。

        3.4 雙側(cè)壁導(dǎo)坑法施工

        針對(duì)豁性土層以及其他性質(zhì)與之相類似的地層,較為合適的是采用雙側(cè)壁導(dǎo)坑法,為了順利推進(jìn)施工進(jìn)程,將大斷面劃分為6 個(gè)小斷面,按照順序依次掘進(jìn),并根據(jù)實(shí)際進(jìn)度適時(shí)安排混凝土澆筑施工。優(yōu)先施工兩側(cè)導(dǎo)坑上部,基本流程為:超前小導(dǎo)管注漿→開挖→初噴(厚度5~6 cm)→搭設(shè)格柵鋼架→掛網(wǎng)→復(fù)噴→下一循環(huán)施工。

        隨后,施工兩側(cè)下部,此處的基本流程為:開挖→初噴(厚度5~6 cm)→搭設(shè)格柵鋼架→掛網(wǎng)→復(fù)噴→下一循環(huán)施工。

        再施工中間上部區(qū)域,此處的基本流程為:超前小導(dǎo)管注漿→土石方開挖→初噴(厚度5~6 cm)→搭設(shè)格柵鋼架→掛網(wǎng)→復(fù)噴→下一循環(huán)施工。

        按照前述順序施工后,全方位檢查現(xiàn)場(chǎng)的各類支撐裝置,判斷收斂程度。最后,安排中間下部區(qū)域的施工,此處的基本流程為:土石方開挖→搭設(shè)格柵鋼架→掛網(wǎng)→封閉底部仰拱(此部分采用的是噴射混凝土的方法,加強(qiáng)對(duì)混凝土性能、噴射量、噴射速度等方面的控制,保證噴射效果)→下一循環(huán)施工。

        4 結(jié)語(yǔ)

        綜上所述,城市軌道建設(shè)的環(huán)境相對(duì)復(fù)雜,受特殊地質(zhì)、水文等多重因素的影響,容易出現(xiàn)質(zhì)量問(wèn)題甚至誘發(fā)安全事故。隨著技術(shù)水平的提升,當(dāng)前淺埋暗挖法常被應(yīng)用于軌道交通工程建設(shè)中,具有安全條件良好、效率高、整體質(zhì)量可靠等多重優(yōu)勢(shì)。作為施工單位,需遵循因地制宜的原則,正確選擇機(jī)械設(shè)備并合理操作,依托于機(jī)械化施工的模式,達(dá)到提質(zhì)增效的效果。

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