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        大斷面連拱隧道斜向橫洞輔助中隔墻施工技術(shù)研究

        2023-03-04 13:10:14張貝貝
        廣東建材 2023年1期
        關(guān)鍵詞:橫洞中導(dǎo)洞連拱

        陳 航 朱 靜 張貝貝

        (1 貴陽(yáng)學(xué)院;2 貴州建工集團(tuán)第三建筑工程有限責(zé)任公司)

        0 引言

        連拱隧道因其線形流暢、占地面積小、空間利用率高,與洞外線路連接方便等,近年來(lái)在交通建設(shè)領(lǐng)域廣泛應(yīng)用。連拱隧道建設(shè)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一是中隔墻澆筑施工,隨著近年連拱隧道逐漸向長(zhǎng)連拱隧道方向發(fā)展,中隔墻的施工方案選擇對(duì)隧道的工期控制、成本控制有重要作用,因此對(duì)連拱隧道中隔墻施工方案的不斷優(yōu)化研究,具有一定價(jià)值意義。劉向遠(yuǎn)[1]針對(duì)含不良地質(zhì)段的較長(zhǎng)雙連拱隧道,提出利用中導(dǎo)洞及側(cè)導(dǎo)洞作為施工通道,在隧道里部展開(kāi)多個(gè)作業(yè)面,將隧道分劃成多個(gè)施工部分進(jìn)行施工,進(jìn)而克服單向施工對(duì)工期的制約及不良地質(zhì)段施工緩慢形成的工期瓶頸,解決其施工進(jìn)度問(wèn)題;肖營(yíng)[2]基于淺埋連拱隧道三導(dǎo)洞法施工,在側(cè)導(dǎo)洞開(kāi)挖出現(xiàn)初支超量變形及塌方時(shí),采用從左主洞斜穿向中導(dǎo)洞開(kāi)挖施工通道,開(kāi)辟新工作面,加快中隔墻施工進(jìn)度,取得了顯著經(jīng)濟(jì)效益;葉建虎[3]基于強(qiáng)度折減法對(duì)淺埋偏壓大跨連拱隧道的合理開(kāi)挖順序進(jìn)行的研究,通過(guò)比較各開(kāi)挖工序的安全系數(shù)大小,得到針對(duì)偏壓隧道合理的開(kāi)挖順序。

        本文以興義市北環(huán)線馬嶺峽谷雙連拱隧道為研究對(duì)象,基于“中導(dǎo)洞臺(tái)階法+正洞CD 法”的開(kāi)挖方法,提出采用主洞斜向橫洞修筑中隔墻,開(kāi)辟工作面,加快隧道中隔墻的施工進(jìn)度,降低施工成本。

        1 工程概況

        興義北環(huán)線馬嶺峽谷隧道為雙向六車道連拱中長(zhǎng)隧道,隧道起訖樁號(hào)為K10+040~K10+815,全長(zhǎng)775m。隧道建筑限界凈寬為14.25m,隧道建筑限界凈高5.0m;隧道進(jìn)口端采用削竹式洞門(mén),出口端采用整體式端墻洞門(mén),連拱隧道主洞洞身結(jié)構(gòu)為三心圓弧形結(jié)構(gòu),中隔墻為復(fù)合式曲墻。隧道洞身圍巖主要為強(qiáng)風(fēng)化、中風(fēng)化白云巖,等級(jí)為Ⅳ~Ⅴ級(jí),巖體較破碎,圍巖自穩(wěn)能力較差,拱頂易坍塌。洞內(nèi)地下水出水狀態(tài)為淋雨?duì)畛鏊?/p>

        2 中隔墻施工方案優(yōu)化

        本工程連拱隧道施工采用先中導(dǎo)洞開(kāi)挖支護(hù)及中隔墻澆筑完成后,再進(jìn)行主洞隧道施工,因此中隔墻施工效率關(guān)系整個(gè)項(xiàng)目的施工進(jìn)度。中隔墻施工示意圖見(jiàn)圖1。

        圖1 中隔墻施工示意圖

        中隔墻施工順序?yàn)椋?/p>

        ⑴開(kāi)挖中導(dǎo)洞上臺(tái)階,施作中導(dǎo)洞①部開(kāi)挖及支護(hù);

        ⑵開(kāi)挖中導(dǎo)洞下臺(tái)階,滯后于①部40m 距離,開(kāi)挖中導(dǎo)洞②部,施作下臺(tái)階初期支護(hù),底部澆筑20㎝厚C25 混凝土墊層,初支封閉成環(huán)。重復(fù)步驟⑴、⑵直至完成全部中導(dǎo)洞開(kāi)挖。

        ⑶中隔墻澆筑:中導(dǎo)洞開(kāi)挖及支護(hù)完成后,分段澆筑中隔墻。中隔墻與初支拱部預(yù)埋φ42 注漿管,澆筑中導(dǎo)洞①部混凝土,待中隔墻澆筑完成達(dá)到拆模強(qiáng)度后,通過(guò)預(yù)埋的φ42 注漿鋼花管對(duì)中隔墻項(xiàng)部及時(shí)補(bǔ)注漿,以確保中隔墻頂部密實(shí)。

        2.1中隔墻施工方案優(yōu)化

        本工程中隔墻的施工是整個(gè)項(xiàng)目建設(shè)的關(guān)鍵結(jié)點(diǎn)之一,中隔墻結(jié)構(gòu)施工須在整個(gè)中導(dǎo)洞開(kāi)挖貫通后進(jìn)行,考慮中導(dǎo)洞施工工期即將進(jìn)入雨季,中導(dǎo)洞的施工掘進(jìn)易出現(xiàn)初支超量變形與塌方,因此有必要加快中導(dǎo)洞的開(kāi)挖,及時(shí)完成中隔墻結(jié)構(gòu)施工,以此平衡隧道土壓,確保隧道洞內(nèi)的穩(wěn)定。

        綜合分析現(xiàn)場(chǎng)地理環(huán)境條件,為了加快施工中導(dǎo)洞的開(kāi)挖及中隔墻澆筑,開(kāi)辟施工工作面,提高施工效率,擬在隧道左洞K10+155~K10+182 線路前進(jìn)方向右側(cè)設(shè)置橫洞一座,作為中導(dǎo)洞開(kāi)挖與中隔墻混凝土澆筑通道,為了方便運(yùn)輸,橫洞軸線與中導(dǎo)洞軸線采用135°斜交,縱向坡度12%;橫洞凈寬設(shè)計(jì)為8m,高度與中導(dǎo)洞高度協(xié)調(diào),全長(zhǎng)27m,橫洞采用單車道無(wú)軌運(yùn)輸,橫洞段圍巖等級(jí)為Vb級(jí)。

        2.2斜向橫洞支護(hù)設(shè)計(jì)

        為了確保斜向橫洞的安全穩(wěn)定性,橫洞開(kāi)挖采用全斷面開(kāi)挖,采用φ42×4m 注漿花鋼管、工字鋼型鋼架、掛φ8 鋼筋網(wǎng)(20cm×20cm)后噴26cm 厚C25 混凝土作初期支護(hù)。型鋼鋼架拱頂、邊墻分別采用I22、I18 型鋼焊接而成,鋼架間距按0.6m一榀設(shè)置,鋼架間采用φ22的鋼筋連接,環(huán)向布置間距1m,每榀鋼架設(shè)6 道φ42×4m花鋼管作鎖腳錨桿,形成臨時(shí)支護(hù)體系。

        橫洞進(jìn)入中導(dǎo)洞范圍后,其開(kāi)挖及初期支護(hù)需比中導(dǎo)洞拱部相應(yīng)設(shè)計(jì)標(biāo)高加大,以預(yù)留臨時(shí)支護(hù)厚度??紤]到橫洞到中導(dǎo)洞的鋼拱架拱腳落腳位置的牢固性、穩(wěn)定性,橫洞拱架必須提供一個(gè)牢固且穩(wěn)定的落腳平臺(tái),在中導(dǎo)洞左側(cè)邊墻與橫洞交界里程處,設(shè)置3 榀并排焊接成整體的I20b 型鋼鋼架,拱腳用I20b 型鋼橫撐閉合成環(huán),型鋼鋼架沿正洞方向設(shè)置拱頂縱向拖梁,拖梁采用I20b 型鋼,拖梁牢固焊接于I20 鋼架拱頂,拖梁與橫洞拱架空隙處設(shè)置I20b 豎向立柱,立柱與正洞拱架位置對(duì)應(yīng),牢固焊接并全環(huán)噴射C25砼回填密實(shí)。

        橫洞進(jìn)入中導(dǎo)洞時(shí),中導(dǎo)洞采用小導(dǎo)洞沿中導(dǎo)洞開(kāi)挖輪廓線小坡度爬行開(kāi)挖,形成上臺(tái)階操作平臺(tái),上臺(tái)階進(jìn)行初期支護(hù),開(kāi)挖形成標(biāo)準(zhǔn)臺(tái)階長(zhǎng)度后,進(jìn)行下臺(tái)階開(kāi)挖,開(kāi)挖形成標(biāo)準(zhǔn)臺(tái)階長(zhǎng)度,再進(jìn)行正常工序施工。小導(dǎo)洞沿橫洞中線方向,便于形成操作空間。

        2.3中隔墻穩(wěn)定性監(jiān)控量測(cè)

        為了進(jìn)一步分析斜向橫洞的輔助施工對(duì)中隔墻穩(wěn)定性影響,本工程在施工中采用預(yù)埋鋼筋應(yīng)力計(jì)、土壓力盒、位移計(jì),對(duì)輔助橫洞與中導(dǎo)洞交叉段的典型斷面力學(xué)響應(yīng)進(jìn)行監(jiān)控測(cè)量。監(jiān)控量測(cè)斷面布置在中隔墻K10+125與K10+158斷面,監(jiān)測(cè)點(diǎn)布置如圖2所示。

        圖2 中隔墻監(jiān)測(cè)點(diǎn)布置圖

        中隔墻主筋軸力監(jiān)測(cè)是從中隔墻澆筑后至隧道的二次襯砌完成,貫穿連拱隧道的全部施工過(guò)程,這為研究連拱隧道中隔墻的受力特性提供了大量真實(shí)有效的數(shù)據(jù)資料。不同的施工工序會(huì)對(duì)圍巖和支護(hù)造成頻繁的擾動(dòng),從而造成中隔墻主筋軸力的變化。為了研究斜向橫洞的存在對(duì)中隔墻穩(wěn)定性的影響,現(xiàn)場(chǎng)采用鋼筋軸力計(jì)采集各工序下中隔墻軸力時(shí)程曲線及中隔墻拱頂位移曲線,分別如圖3、圖4、圖5、圖6所示。

        圖3 K10+125 斷面中隔墻主筋左右兩側(cè)軸力時(shí)程曲線

        圖4 K10+158 斷面中隔墻主筋左右兩側(cè)軸力時(shí)程曲線

        圖5 K10+125斷面中隔墻拱頂左右側(cè)位移時(shí)程曲線

        圖6 K10+125斷面中隔墻拱頂左右側(cè)位移時(shí)程曲線

        從K10+125、K10+158 兩個(gè)斷面中隔墻主筋左右兩側(cè)軸力時(shí)程曲線對(duì)比分析可知,斜向輔助橫洞的存在與否對(duì)中隔墻左右軸向受力變化影響不大,其對(duì)穩(wěn)定性影響可以忽略。

        從K10+125、K10+158 兩個(gè)斷面中隔墻拱頂左右側(cè)位移曲線對(duì)比分析可知,斜向輔助橫洞的存在與否對(duì)中隔墻拱頂左右側(cè)位移影響較小,因此對(duì)位移的影響可以忽略。

        3 施工方案優(yōu)化效益分析

        斜向橫洞輔助施工方法可以有效地開(kāi)辟工作面,充分調(diào)度機(jī)械設(shè)備的利用率,縮短工期成本,但同時(shí)斜向橫洞的輔助施工增加了開(kāi)挖工程量及支護(hù)費(fèi)用。從經(jīng)濟(jì)效益方面分析,設(shè)置斜向橫洞時(shí)施工成本費(fèi)用約為49萬(wàn)元,不設(shè)置斜向橫洞施工時(shí)成本費(fèi)用約為46萬(wàn)元,兩者相比,設(shè)置斜向橫洞輔助施工成本費(fèi)用增加約6.5%;從工期效益方面分析,該工程施工工期緊、任務(wù)重,對(duì)比斜向橫洞設(shè)計(jì)前后工期的變化可知,斜向橫洞開(kāi)挖可節(jié)約中隔墻掘進(jìn)時(shí)間32 d,加快了中隔混凝土澆筑,節(jié)約工期10d,工期效益具有明顯的優(yōu)勢(shì)。綜合經(jīng)濟(jì)效益和工期效益,設(shè)置斜向橫洞施工方案具有較大優(yōu)勢(shì)。

        4 結(jié)語(yǔ)

        在連拱隧道中隔墻施工中,為了加快連拱隧道的貫通,降低隧道施工塌方的風(fēng)險(xiǎn),可采用斜向橫洞輔助中隔墻施工方法,本文結(jié)合興義北環(huán)線馬玲峽谷隧道的中隔墻施工,對(duì)中斜向橫洞輔助施工中隔墻的施工方法進(jìn)行分析,得出如下結(jié)論:

        ⑴斜向橫洞開(kāi)挖應(yīng)注意開(kāi)挖超前支護(hù);從中隔墻各工序下的左右側(cè)軸力時(shí)程曲線、拱頂位移曲線分析可知,斜向輔助橫洞的存在對(duì)中隔墻穩(wěn)定性變化影響較小,幾乎可以忽略。

        ⑵斜向輔助橫洞開(kāi)挖與支護(hù)會(huì)增加整個(gè)施工經(jīng)濟(jì)成本,但采用斜向橫洞輔助中隔墻施工,工期效益明顯,可縮短中隔墻貫通時(shí)間及混凝土澆筑時(shí)間,降低隧道進(jìn)入雨季施工的施工風(fēng)險(xiǎn),因此在本項(xiàng)目中,采用斜向橫洞施工方案具有較大的優(yōu)勢(shì),類似工程可以借鑒。

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