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正在興建的鐵路客運(yùn)專線隧道,設(shè)計(jì)使用年限長(zhǎng),質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)要求高,防水等級(jí)必須達(dá)到《地下工程防水規(guī)范》(GB50108)規(guī)定的一級(jí)防水標(biāo)準(zhǔn),二次襯砌表面無(wú)濕漬,因此,設(shè)計(jì)和規(guī)范對(duì)防排水提出了全面系統(tǒng)的要求。結(jié)合以往普速鐵路的實(shí)踐,隧道防排水施工技術(shù)水平距離一級(jí)防水的要求仍有差距,在施工中面臨與防排水質(zhì)量密切聯(lián)系的光面爆破、初期支護(hù)、圍巖注漿、二次襯砌、防水板等系列技術(shù)問(wèn)題和挑戰(zhàn),如何在施工過(guò)程中尋求可行的辦法對(duì)存在問(wèn)題進(jìn)行解決,是保證隧道通車運(yùn)營(yíng)后二次襯砌不滲漏和隧道整體施工技術(shù)水平提高的迫切需要。
2防排水技術(shù)特點(diǎn)和要求
與以往的普速鐵路相比,客運(yùn)專線隧道防排水在設(shè)計(jì)原則、防水體系和要求上有了變化。
2.1 設(shè)計(jì)原則變化
在以往的普速鐵路隧道防排水設(shè)計(jì)上,絕大多數(shù)山嶺隧道采取“以排為主”的方案,即采用設(shè)置在襯砌背后的盲溝及滲水墊層將地下水引入隧道水溝后排出,對(duì)圍巖和初支結(jié)構(gòu)的防水沒(méi)有納入整體防排水系統(tǒng)。客運(yùn)專線隧道則以限量排放為原則,采取防、排、堵、截措施相結(jié)合,因地制宜,綜合治理。施工防水設(shè)計(jì)以結(jié)構(gòu)自防水為主體,輔以圍巖注漿來(lái)滿足結(jié)構(gòu)使用功能。
2.2 防水體系和防水要求的變化
客運(yùn)專線隧道將圍巖納入防水結(jié)構(gòu),承擔(dān)提高結(jié)構(gòu)受力和降低襯砌水壓的角色,將地下工程防水視為一個(gè)系統(tǒng)工程,建立了完整的防水體系,對(duì)圍巖及支護(hù)結(jié)構(gòu)提出了高于普速鐵路的要求。
2.2.1 圍巖防水
(1)以“保護(hù)圍巖”為原則,采取安全的工法盡量減少施工對(duì)圍巖的擾動(dòng),避免圍巖節(jié)理張開(kāi)、裂隙擴(kuò)大造成自身防水性能降低。
(2)采取可靠的徑向圍巖注漿和局部注漿措施,降低圍巖的滲透系數(shù),使其滿足每延米隧道滲水量≤2m3/d。
2.2.2結(jié)構(gòu)防水
從結(jié)構(gòu)防水的作用上分析,一方面要求自身滿足一定的強(qiáng)度和抗?jié)B性,另一方面則要求防水板同初期支護(hù)、二次襯砌三者間的“處處密貼”。
(1)初期支護(hù)防水
隧道開(kāi)挖后要求立即進(jìn)行初期支護(hù)防滲,通過(guò)調(diào)整施工參數(shù)和摻加抗?jié)B外加劑,滿足噴射混凝土1d強(qiáng)度不小于10MPa,對(duì)圍巖變形引起的節(jié)理張開(kāi)、裂隙及時(shí)封閉,保證自身密實(shí)性并與圍巖密貼。
(2)襯砌結(jié)構(gòu)防水
襯砌厚度要求不小于30cm,采用高性能耐久性混凝土,強(qiáng)度等級(jí)在35MPa以上;一般地段混凝土防滲等級(jí)P8以上,富水段防滲等級(jí)為P12,高于普速鐵路P6的要求。
客運(yùn)專線隧道襯砌一般采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu),全周設(shè)置防水板,對(duì)防水板的原材料性能提出了比普速鐵路更高的要求,表1是350km/h客運(yùn)專線隧道與普速鐵路隧道防水板主要性能要求的對(duì)比統(tǒng)計(jì)。
表1350km/h鐵路客運(yùn)專線隧道與普速鐵路隧道防水板材料的主要技術(shù)指標(biāo)對(duì)比
技術(shù)指標(biāo) 350km/h客運(yùn)專線隧道 普速鐵路
平均厚度/mm ≥1.5 0.8~1.5
抗拉強(qiáng)度/MPa ≥16 ≥10
伸長(zhǎng)率/% ≥550 ≥200
抗水壓強(qiáng)度 0.3MPa,30min不透水 0.2MPa,24h不透水
(3)背后壓漿
襯砌完畢達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后進(jìn)行拱背填充壓漿,作為一道重要工序納入施工。壓漿系為保證初支、防水板及二次襯砌間密貼,避免因防水板意外損壞滲入水縱向竄流的可能,同時(shí)也為保證復(fù)合式襯砌整體結(jié)構(gòu)安全,避免混凝土開(kāi)裂破損。
3防排水施工技術(shù)面臨的挑戰(zhàn)
從上述“系統(tǒng)防水”“處處密貼”的原則出發(fā),客運(yùn)專線隧道防排水施工在光面爆破、初期支護(hù)、圍巖注漿、襯砌和防水板結(jié)構(gòu)施工中面臨著一系列新的技術(shù)問(wèn)題和挑戰(zhàn),這些問(wèn)題有待在今后的研究與實(shí)踐中得到重視和解決,是提高隧道防排水質(zhì)量的當(dāng)務(wù)之急。
3.1 光面爆破
客運(yùn)專線隧道光面爆破的實(shí)施既要考慮對(duì)圍巖裂隙擴(kuò)大張開(kāi)的影響,又要滿足規(guī)范所要求的超欠挖規(guī)定和平整度,關(guān)于布孔間距、裝藥量、循環(huán)進(jìn)尺等爆破參數(shù)的選擇,目前沒(méi)有標(biāo)準(zhǔn)的可供各級(jí)圍巖直接采納的參數(shù)規(guī)范,應(yīng)通過(guò)試驗(yàn)方法進(jìn)行確定,在反復(fù)的實(shí)踐中總結(jié)調(diào)整,以真正落實(shí)“保護(hù)圍巖”的理念,從源頭提高防水質(zhì)量。
3.2 初期支護(hù)
(1)客運(yùn)專線隧道初期支護(hù)平整度要求滿足邊墻D/L≤1/6(D為兩凸面間凹進(jìn)深度,L為兩凸面間距離),是對(duì)表面平整性和凸凹處連接圓順性同時(shí)進(jìn)行要求提出的指標(biāo)。普速鐵路對(duì)此規(guī)定的允許偏差為10cm,只是凸凹處的錯(cuò)位指標(biāo),不足以保證防水板鋪設(shè)時(shí)與基面的處處密貼,容易導(dǎo)致結(jié)構(gòu)面間的應(yīng)力集中??瓦\(yùn)專線隧道在初期支護(hù)平整度要求的達(dá)標(biāo)上,必須以光面爆破的達(dá)標(biāo)為基礎(chǔ),對(duì)圍巖開(kāi)挖面的凸凹超標(biāo)處在初支前進(jìn)行有效處理。
(2)客運(yùn)專線對(duì)初期支護(hù)噴射混凝土1d強(qiáng)度要求達(dá)10MPa,相比普速鐵路對(duì)初期支護(hù)強(qiáng)度做了明確要求,但是又沒(méi)有像襯砌防水混凝土那樣明確規(guī)定抗?jié)B的等級(jí)。噴射混凝土1d強(qiáng)度要達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求,目前對(duì)工藝的達(dá)標(biāo)是關(guān)鍵因素,應(yīng)推廣濕噴技術(shù)以減少回彈量。為充分發(fā)揮初期支護(hù)的防水抗?jié)B作用,噴射混凝土有待在高黏性、高強(qiáng)度技術(shù)的方向發(fā)展,目前客運(yùn)專線隧道噴射混凝土中采用的改性纖維,可以進(jìn)一步提高噴射混凝土的密實(shí)度,改善噴混凝土與圍巖的粘結(jié)性能。
(3)為保證與圍巖的密貼性,客運(yùn)專線隧道要求對(duì)噴射混凝土背后空隙進(jìn)行注漿。因?yàn)橹ёo(hù)采用格柵鋼架或型鋼鋼架,再加上錨桿、鋼筋網(wǎng)、縱向連接鋼筋等,使噴射混凝土層內(nèi)部鋼筋密布,加大了噴射難度,不可避免地造成噴射混凝土內(nèi)部與圍巖接觸面的不密實(shí),形成空隙。因此對(duì)支護(hù)及背后注漿是十分必要,是提高抗?jié)B能力的重要保證。然而對(duì)于初支及背后空隙程度的判斷標(biāo)準(zhǔn)、檢測(cè)和注漿工藝控制卻成為難點(diǎn),有待進(jìn)一步明確和研究。
(4)客運(yùn)專線隧道噴射混凝土自身密實(shí)性的保證不僅通過(guò)強(qiáng)度保證,還要求對(duì)表面裂紋采取補(bǔ)噴混凝土和灌漿方式將裂縫封閉。采取補(bǔ)噴混凝土只適合于小面積的封閉處理,面積過(guò)大勢(shì)必影響初支平整度、占據(jù)襯砌結(jié)構(gòu)空間,并且防滲的效果不明顯。對(duì)于裂縫發(fā)育情況難以客觀判斷和分析,灌漿的效果對(duì)于15~25cm左右厚度的初支結(jié)構(gòu)來(lái)說(shuō),效果值得推敲。目前施工中多采用從減少裂紋的辦法著手,一方面是調(diào)整混凝土配合比或摻加纖維等措施,提高防裂能力,另一方面則是加強(qiáng)濕潤(rùn)養(yǎng)護(hù),抑制裂紋擴(kuò)大和發(fā)展,因此,初期支護(hù)后的濕潤(rùn)養(yǎng)護(hù)對(duì)結(jié)構(gòu)防水也十分重要。
3.3 圍巖注漿
客運(yùn)專線隧道圍巖注漿參數(shù)的選擇和方法,與富水段超前預(yù)注漿方法是有區(qū)別的,采取照搬的方式對(duì)待圍巖注漿不合適。例如在武廣客運(yùn)專線大瑤山一號(hào)隧道灰?guī)r富水段,巖體中富含構(gòu)造裂隙水是隧道開(kāi)挖后滲漏水的基本特征,據(jù)此采取“初支為止?jié){墻,分區(qū)、隔斷、集中、封堵,一長(zhǎng)一短、先淺后深”的原則對(duì)裂隙水的封堵取得了良好效果,值得推廣。
3.4 防水板和排水管網(wǎng)
[關(guān)鍵詞]:隧道; 坍塌; 圍巖; 處理措施
[abstract] : the article introduces the ShiLang mountain tunnels with supporting spray concrete processing tunnel collapsed examples, causes soil slip to carry on the detailed analysis to determine treatment plan, probes into the soft rock tunnel collapse prevention measures, to the similar tunnel construction to provide certain reference value.
[keywords] : tunnel; Collapse; Surrounding rock; Processing measures
中圖分類號(hào):U455 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A 文章編號(hào):
1 工程概況
奉化市莼湖鎮(zhèn)對(duì)外快速通道工程,全長(zhǎng)6.164KM,起點(diǎn)位于莼湖鎮(zhèn)桐蕉司工業(yè)小區(qū)西側(cè),與規(guī)劃中的莼湖西環(huán)線相對(duì)接,路線往西北方向,經(jīng)金地村北、跨過(guò)里岙谷,隧道穿越石郎山脈,于橫坑水庫(kù)東側(cè)五獅岙出洞,經(jīng)上橫村,然后下穿甬臺(tái)溫鐵路,終點(diǎn)與奉化火車站通站道路相接。本項(xiàng)目設(shè)分離式特長(zhǎng)隧道一座,其中右線長(zhǎng)3250米,左線長(zhǎng)3270米,隧道平縱線形和隧道幾何尺寸、凈空斷面標(biāo)準(zhǔn)按80Km/h行車速度設(shè)計(jì)。隧道凈空寬度標(biāo)準(zhǔn)為隧道凈寬10.25 m即(0.75 m檢修道)+0.5 m(路緣帶)+7.5 m(行車道)+0.5 m(路緣帶)+0.75 m(檢修道)=10.25m),建筑限界高度5.0m。
隧道左線進(jìn)口端掘進(jìn)洞身約400米后,已至Ⅲ級(jí)圍巖,2011年11月30日晚,隧道進(jìn)口左洞Ⅲ級(jí)圍巖掌子面開(kāi)挖致ZK1+800后,在出渣過(guò)程中,ZK1+780拱頂發(fā)生局部掉塊,掉塊方量約0.8m³,12月1日晚,在準(zhǔn)備對(duì)該段加強(qiáng)支護(hù)的過(guò)程中,原ZK1+780位置掉塊繼續(xù)向掌子面方向發(fā)展,形成了縱向長(zhǎng)度約20m,底寬約5m(三角形布置),平均高度約1.5m塌方腔體,約75m³,屬小型塌方(≤300m³)。此段圍巖節(jié)理發(fā)育,圍巖穩(wěn)定性稍差。
2 坍方原因分析
坍方發(fā)生后,建設(shè)、設(shè)計(jì)、施工、監(jiān)理和其它相關(guān)單位多次到現(xiàn)場(chǎng)勘查和研究,確認(rèn)其坍方原因有:
2.1地質(zhì)巖性因素:
勘察及開(kāi)挖顯示,判斷該處圍巖巖體破碎,且存在較大節(jié)理面,原設(shè)計(jì)的支護(hù)參數(shù)不能滿足當(dāng)前圍巖的支護(hù)需要,原設(shè)計(jì)的Ⅲ級(jí)圍巖中局部存在未知的斷層,巖體破碎,隧道開(kāi)挖后形成的臨空面破壞了原有的應(yīng)力平衡,導(dǎo)致開(kāi)挖輪廓線外側(cè)的非整體性巖石滑落,造成塌方。
12月1日拱頂?shù)魤K12月2日拱頂塌方
3 塌方處理技術(shù)方案
3.1塌方處理步驟:
3.2具體施工措施:
①臨時(shí)加固塌方后方地段:對(duì)ZK1+775~ZK1+780段用11榀16#工字鋼,縱向間距50cm進(jìn)行加固,沿工字鋼設(shè)置長(zhǎng)度3.5m的砂漿錨桿,環(huán)縱間距1.0m×0.5m,尾部與工字鋼焊接牢固。16#工字鋼外弧半徑必須按Ⅲ級(jí)圍巖開(kāi)挖輪廓線加工,保證工字鋼與圍巖緊貼,能立即受力,控制圍巖變形。局部圍巖與工字鋼之間的空隙可用木制楔塊塞緊。臨時(shí)加固工作完成后,在ZK1+777布置監(jiān)控量測(cè)斷面一個(gè),并開(kāi)始監(jiān)控量測(cè)工作。
②塌方地段清除危石、排險(xiǎn):對(duì)ZK1+780~ZK1+800段進(jìn)行仔細(xì)排查,有裂縫或松動(dòng)的巖石及時(shí)用挖機(jī)進(jìn)行清除。局部松動(dòng)較大石塊可用爆破清除,但必須遵循“弱爆破”的原則。
圖1 進(jìn)口左洞塌方段縱斷面示意圖
③塌方段處理:
a.清危、排險(xiǎn)工作完成后,首先對(duì)塌方腔體用C20噴射混凝土進(jìn)行封閉,噴混厚度為15cm。然后沿塌方腔體的節(jié)理面,根據(jù)實(shí)際情況,按1.0m*1.0m縱橫間距施工長(zhǎng)度為3.0m的Φ22砂漿錨桿,對(duì)塌方腔體進(jìn)行加固。
b.按照Ⅲ級(jí)圍巖加強(qiáng)段襯砌對(duì)ZK1+780~ZK1+800塌方段進(jìn)行處理。另外在安裝完Φ22鋼筋拱架后,在距Φ22鋼筋拱架20cm高度的塌方腔體內(nèi)鋪設(shè)雙層φr6鋼筋網(wǎng)片(15cm*15cm),鋼筋網(wǎng)片同塌方腔體內(nèi)的砂漿錨桿固定。
圖1圖2
c.在Φ22鋼筋拱架和鋼筋網(wǎng)片安裝完成后,用C20噴射混凝土將鋼筋網(wǎng)片和Φ22鋼筋拱架包裹,噴混厚度為30cm,形成該段二襯混凝土的內(nèi)側(cè)殼體。此外應(yīng)注意在噴混施工前需將后期的注漿預(yù)留管按圖示位置固定好,注漿預(yù)留管應(yīng)設(shè)在二襯臺(tái)車縱坡最高的端頭,且管口距內(nèi)部圍巖距離不得大于10cm.
d.按圖紙做好初支面的防水施工,施工二襯混凝土。二襯混凝土施工完成7天后進(jìn)行塌方剩余腔體的泵送C30混凝土處理。
e.塌方段初支完成后恢復(fù)掌子面開(kāi)挖,暫定ZK1+800~ZK1+805段開(kāi)挖斷面尺寸按S4b控制,每循環(huán)進(jìn)尺不得超過(guò)2.5m。根據(jù)圍巖情況由設(shè)計(jì)確定是否增加鋼拱架。
圖2塌方段處理過(guò)程示意圖
4 安全保證措施
⑴、在ZK1+780~ZK1+800段噴射混凝土前,在塌方體左右兩側(cè)布置ZK1+785、ZK1+795兩個(gè)監(jiān)測(cè)斷面,監(jiān)測(cè)點(diǎn)必須固定在圍巖上,保證能反映圍巖的位移情況。進(jìn)行拱頂下沉和周邊收斂觀測(cè),正常情況下每半天觀測(cè)一次,即沉降、收斂速率0.2mm/d~1mm/d,沉降、收斂速率大于1mm/d時(shí),每2小時(shí)觀測(cè)一次。從塌方段處理完畢到二次襯砌開(kāi)始施工之間,第一個(gè)星期內(nèi)每天觀測(cè)一次,若測(cè)量數(shù)據(jù)表明沉降收斂穩(wěn)定,則以后每三天觀測(cè)一次,若測(cè)量數(shù)據(jù)表明沉降收斂不穩(wěn)定,則保持一天一次的測(cè)量頻率。
⑵、安排專人觀測(cè)初支變形,如發(fā)現(xiàn)有初支開(kāi)裂、變形時(shí),立即疏散洞內(nèi)施工人員。
⑶、洞內(nèi)塌方段必須保證充足照明,現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)人員佩戴好安全帽,并有反光標(biāo)識(shí)。
⑷、工字鋼拆除過(guò)程中,先拆除拱頂單元,然后依次左右對(duì)稱拆除,一次拆除一榀,拆除前后密切注意監(jiān)測(cè)斷面的數(shù)據(jù)變化,當(dāng)觀測(cè)數(shù)據(jù)有異常時(shí),應(yīng)立即停止拆除作業(yè)。
5 體會(huì)
此次塌方事故的處理,效果較好,主要因方案正確、措施恰當(dāng)、及時(shí)處理、組織嚴(yán)密。從中得到以下幾點(diǎn)體會(huì):
1)正確認(rèn)識(shí)塌方、處理塌方,塌方事故發(fā)生后,詳細(xì)察看塌穴高度、寬度、縱向長(zhǎng)度及塌穴穩(wěn)定情況;加強(qiáng)對(duì)山體隧道地質(zhì)的勘測(cè);充分了解了隧道的地質(zhì)結(jié)構(gòu)及圍巖狀況,進(jìn)而研究分析,從中確定最佳施工處理方案。
2)加強(qiáng)對(duì)隧道的監(jiān)控量測(cè),掌握圍巖的穩(wěn)定性,及早采取處理措施,并對(duì)所采取的處理措施有效性做出正確評(píng)價(jià)。
3)隧道施工過(guò)程中要早封閉成環(huán)及緊跟二次襯砌,做到“隨開(kāi)挖,隨支護(hù)”,使其與初期襯砌共同參與受力。實(shí)踐證明,及時(shí)支護(hù)可避免隧道開(kāi)挖后圍巖暴露過(guò)久產(chǎn)生風(fēng)化作用而降低其強(qiáng)度和穩(wěn)定性,使支護(hù)和圍巖作為一個(gè)統(tǒng)一的整體共同工作,降低塌方事故發(fā)生的可能性。
4)做好安全生產(chǎn),及時(shí)處理塌方等多發(fā)隱患。進(jìn)行處理時(shí)要制定符合實(shí)際情況的有效措施,并將施工人員的安全作為制定處理方案的首要考慮因素,在確保安全的情況下進(jìn)行施工作業(yè)。
參 考 文 獻(xiàn)
[1]交通部.公路隧道施工技術(shù)規(guī)范(JTJ042-94).北京.人民交通出版社,1994年
[2]陳小雄. 現(xiàn)代隧道工程理論與隧道施工.西南交大出版社,2006年
[3]范智杰. 隧道施工與檢測(cè)技術(shù). 人民交通出版社,2006年
單曉晴,女,1978.12,本科,工程師
王沖,男,1989年生,2010年6月畢業(yè)于武漢鐵路橋梁學(xué)校道路與橋梁專業(yè),大專學(xué)歷。
六狼山隧道地質(zhì)條件
楊美鋒
(中鐵七局武漢工程有限公司 湖北省武漢市 430000 )
工程概況
六狼山隧道位于朔準(zhǔn)線歭峪車站和六狼山西車站之間,隧道通過(guò)該區(qū)域最高
山黑陀山的邊緣,黑陀山最高高程為2147m,隧道設(shè)計(jì)為單線隧道。六狼山隧道穿越涔山脈低中山,地形起伏較大,沖溝發(fā)育,進(jìn)出口均為黃土覆蓋,山坡坡度較緩。
隧道施工方法
基本原則
基于上述地質(zhì)條件,我們按以下基本原則組織施工。
(1) 緊跟掘進(jìn)過(guò)程,做好掌子面前方的超前地質(zhì)預(yù)報(bào)。根據(jù)預(yù)報(bào)所揭示的前方工程地質(zhì)及水文地質(zhì)變化情況及時(shí)調(diào)整施工方法及施組;
(2) 短進(jìn)尺掘進(jìn):在本隧道大量的地質(zhì)不良及軟弱破碎地段,嚴(yán)格按短進(jìn)尺掘進(jìn)。
本隧道按新奧法原理設(shè)計(jì)施工,Ⅱ、Ⅲ級(jí)圍巖采用全斷面法施工;Ⅳ級(jí)圍巖采用臺(tái)階法施工或必要時(shí)采用環(huán)形開(kāi)挖預(yù)留核心土法施工;Ⅴ級(jí)圍巖采用段臺(tái)階法施工或者采用環(huán)形開(kāi)挖留核心土法施工;Ⅴ級(jí)黃土地段采用短臺(tái)階、上臺(tái)階環(huán)形開(kāi)挖留核心土施工或采用三臺(tái)階法施工。施工方法應(yīng)根據(jù)地質(zhì)條件、監(jiān)控量測(cè)結(jié)果進(jìn)行適時(shí)轉(zhuǎn)換,已確保施工安全及施工效率。
Ⅱ、Ⅲ級(jí)圍巖采用全斷面法施工一個(gè)循環(huán)進(jìn)尺一般控制在2.5~3.5m。
Ⅳ級(jí)圍巖采用臺(tái)階法施工時(shí),上下臺(tái)階距離不應(yīng)超過(guò)50m,沒(méi)循環(huán)進(jìn)尺應(yīng)控制在1m~1.5m,并且在下一個(gè)循環(huán)開(kāi)挖之前必須完成實(shí)際要求的初期支護(hù);
Ⅴ級(jí)圍巖地段采用上下臺(tái)階法施工時(shí),上下臺(tái)階距離不應(yīng)超過(guò)15m,在設(shè)有超前支護(hù)的情況下,每循環(huán)進(jìn)尺不應(yīng)大于1m。
(3) 初期支護(hù)緊跟:由于大部分地層為軟巖,地壓增長(zhǎng)快,自穩(wěn)時(shí)間短。錨、噴、掛網(wǎng)及格柵架設(shè)工作,在爆破、排險(xiǎn)后馬上施作,基本與出碴同時(shí)或交錯(cuò)進(jìn)行,尤其在地層破碎或構(gòu)造帶地段更要緊跟,以保證圍巖穩(wěn)定。
(4) 為維護(hù)開(kāi)挖周邊穩(wěn)定,Ⅱ~Ⅲ級(jí)圍巖開(kāi)挖中都必須采用光爆。爆破后形成平順的開(kāi)挖輪廓,不但對(duì)維護(hù)圍巖穩(wěn)定有利,也為后續(xù)工序創(chuàng)造良好條件,同時(shí)有效地控制超挖,也是提高企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益的有效途徑。
(5) 仰拱緊跟:根據(jù)本隧道地質(zhì)情況,仰拱必須在二襯之前施作。拱、墻部初期支護(hù)形成之后要盡早施設(shè)仰拱,以使初期支護(hù)盡快形成封閉受力結(jié)構(gòu),并為二襯施工的模板臺(tái)車軌道鋪設(shè)提供條件,同時(shí)仰拱及早鋪設(shè)也為洞內(nèi)運(yùn)輸提供便利。一般仰拱與正面下部開(kāi)挖面保持距離為40~50m左右,以保證開(kāi)挖、裝碴機(jī)具活動(dòng)場(chǎng)地。
(6) 把握時(shí)機(jī),及時(shí)設(shè)置二襯:二襯不能緊跟初期支護(hù)。初期支護(hù)設(shè)置后,仍需對(duì)圍巖及初期支護(hù)變形進(jìn)行不間斷量測(cè)。如圍巖及初期支護(hù)變形仍在急劇增長(zhǎng),則需補(bǔ)強(qiáng)初期支護(hù),不能用加厚二襯的辦法作為結(jié)構(gòu)加強(qiáng)手段。直到圍巖及初期支護(hù)變形基本穩(wěn)定時(shí)(收斂小于0.1~0.2mm/d及拱頂下沉小于0.07~0.15mm/d時(shí))則可施作二襯。但在2級(jí)圍巖時(shí),當(dāng)變形得不到有效控制的情況下,應(yīng)迅速施做二次襯砌。
緩傾或近于水平的中、厚層砂巖地層
【關(guān)鍵詞】爆破技術(shù) 水壓爆破 節(jié)能 環(huán)保
1.工程概況
1.1基本情況
七里店隧道位于留壩縣馬道鎮(zhèn)仙人溝村西北側(cè),G316國(guó)道西側(cè)。隧道按左、右線分離式設(shè)計(jì),設(shè)計(jì)為雙向六車道高速公路,凈寬0.75+0.5+3×3.75+0.75+0.75m,隧道凈寬為14.00,凈高為5.00m,行車速度為80km/h,為高速公路隧道;地震烈度:Ⅶ度。左線隧道進(jìn)口樁號(hào)ZK175+966,出口樁號(hào)ZK176+153,長(zhǎng)187m;右線隧道進(jìn)口樁號(hào)YK175+887,出口YK176+248,長(zhǎng)358m,屬短隧道。本隧道是寶漢高速公路11標(biāo)工程的重點(diǎn)控制工程之一。
1.2工程地質(zhì)、水文地質(zhì)情況
隧址區(qū)位于秦嶺南側(cè),地貌形態(tài)特征分為兩種成因類型,即構(gòu)造侵蝕堆積地貌和侵蝕構(gòu)造地貌,五個(gè)形態(tài)類型,即階地、河漫灘、丘陵、低山、中山和高山。地質(zhì)巖層分區(qū)留壩-白河小區(qū),根據(jù)勘察的鉆孔揭示及工程地質(zhì)調(diào)查結(jié)果,勘察區(qū)內(nèi)出露的地層為志留系和泥盆系。秦嶺以南是北亞熱帶濕潤(rùn)季風(fēng)氣候區(qū),太陽(yáng)輻射較少,氣溫較高,降水較多,氣候濕潤(rùn)。區(qū)內(nèi)氣候濕潤(rùn),降雨量較大,地下水資源豐富。
2.爆破原理
水壓爆破是由我國(guó)著名的爆破專家何廣沂教授研究出來(lái)的,其中的爆破設(shè)計(jì)與傳統(tǒng)的隧道光面爆破設(shè)計(jì)方法是基本相同的,只是在炮孔堵眼和裝藥結(jié)構(gòu)方法上進(jìn)行了創(chuàng)新與改變。水壓爆破原理是向爆破眼中注入一定量的水,然后用炮泥堵塞炮眼。從而達(dá)到利用在水中傳播的爆破應(yīng)力波對(duì)水的不可壓縮性,使爆炸能量經(jīng)過(guò)水傳遞到圍巖中幾乎無(wú)損失。同時(shí),水在爆炸氣體膨脹作用下產(chǎn)生的“水楔”效應(yīng),有利于巖石破碎,炮眼中的水可以起到霧化降塵作用,大大降低粉塵對(duì)環(huán)境的污染。
3.水壓爆破設(shè)計(jì)
水壓爆破與傳統(tǒng)的光面爆破設(shè)計(jì)方法基本相同,只是在裝藥結(jié)構(gòu)和炮孔堵眼上進(jìn)行了創(chuàng)新與調(diào)整。隧道爆破時(shí)產(chǎn)生的沖擊波,在水中的衰減速度要遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于在空氣中衰減的速度。所以在炮孔底部加入適當(dāng)?shù)乃?,使炸藥產(chǎn)生的沖擊波通過(guò)水袋作用在巖石上,大大的減少了炸藥能量的消耗,提高了炮孔的利用率。同時(shí)炮孔中的水袋,在炸藥爆破的作用下,會(huì)產(chǎn)生“水楔”效應(yīng),有利于對(duì)圍巖的進(jìn)一步破碎,從而減少爆破產(chǎn)生的大塊圍巖不易運(yùn)輸。水袋在爆炸的作用下會(huì)產(chǎn)生霧化作用,能夠大大的降低爆破后的粉塵濃度,減少爆后對(duì)現(xiàn)場(chǎng)施工環(huán)境的污染。
3.1爆破器材
根據(jù)施工中常用的爆破器材、現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的選用,以及水壓爆破的特殊要求,爆破器材選用直徑為32的防水乳化炸藥、電雷管和導(dǎo)爆管雷管。爆破孔內(nèi)所用水袋及堵眼材料都由專用機(jī)械加工而成,長(zhǎng)度為20cm。
3.2水壓爆破參數(shù)
3.2.1孔距
炮眼直徑為d=40mm,所以周邊孔間距a=(8~16)d=32~64M。
3.2.2不耦合系數(shù)
水壓爆破的不耦合系數(shù)λ=d0/d(d0為炮眼裝藥直徑),一般情況在0.8~1之間變化。當(dāng)λ逐漸變小時(shí),孔壁上的最大切向應(yīng)力逐漸減小,爆炸波的作用時(shí)間就會(huì)延長(zhǎng),同時(shí)有利于應(yīng)力疊加和應(yīng)力相對(duì)集中,可以產(chǎn)生拉伸裂隙,從而不容易產(chǎn)生大量的粉碎。通過(guò)大量的生產(chǎn)實(shí)踐表明,在不耦合系數(shù)加大,通過(guò)空氣的間隔裝藥效果,可以減少壓碎破壞,從而控制放射狀裂隙的直接發(fā)生,提高了炮眼的殘留率。根據(jù)最小抵抗線與炮孔間距的關(guān)系:光爆層厚度w=a/λ。
3.2.3周邊眼裝藥量
周邊眼裝藥量的計(jì)算:q1=cwa=0.06~0.15K/m
計(jì)算式中:c-爆破系數(shù),一般情況下,c=0.2~0.5K/m3;
3.3鉆爆設(shè)計(jì)示意圖
3.4.裝藥方法、裝藥結(jié)構(gòu)及炮孔堵塞
3.4.1 裝藥方法
人工用木制炮棍裝藥,由爆破人員將藥卷逐個(gè)裝入爆破孔,同時(shí)用炮棍輕輕搗實(shí),注意避免藥卷間隔過(guò)大,影響傳爆。在裝藥過(guò)程中注意禁止過(guò)力用木棍搗實(shí)炸藥,用力過(guò)猛后會(huì)使水袋破裂或使裝藥的密度過(guò)大,造成炸藥壓死不能爆破。
3.4.2 裝藥結(jié)構(gòu)
(1)周邊眼采用空氣間隔、不耦合裝藥,采用導(dǎo)爆索起爆,將導(dǎo)爆索插入空底藥卷內(nèi),炸藥均勻分布裝入炮孔內(nèi)。為解決了底板眼的阻力,通常將底部藥量加大。在裝藥的過(guò)程中,首先在炮眼的孔底處裝入長(zhǎng)約25cm的一節(jié)水帶,然后在裝藥完成后,再裝入2節(jié)同樣的水袋,最后進(jìn)行堵塞。
(2)掏槽眼、輔助眼、底邊眼等要設(shè)計(jì)為連續(xù)耦合裝藥方法,雷管要埋入孔底藥卷內(nèi),聚能穴朝孔口方向。在裝藥過(guò)程中,首先要在炮眼孔底裝入長(zhǎng)約25cm的一節(jié)水帶,然后在裝藥完成后再裝入2節(jié)同樣的水袋,最后進(jìn)行堵塞。
3.4.3 爆破網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)和起爆方式
起爆網(wǎng)絡(luò)采用簇連法,俗稱一把抓起爆法。就是每個(gè)炮孔內(nèi)裝一發(fā)延期導(dǎo)爆管雷管,然后將導(dǎo)爆管連成一把后,用2發(fā)8號(hào)電雷管起爆。連接好網(wǎng)絡(luò)后,等待其他施工人員撤離到警戒線以外后,由爆破員用起爆器在安全避炮點(diǎn)起爆。
3.4.4 起爆順序
為滿足光面爆破的要求,先起爆掏槽眼,為其他炮孔提供臨空面,然后再起爆輔助眼、擴(kuò)槽眼,最后起爆周邊眼、底眼。為了保證各類炮眼之間的起爆時(shí)差,增強(qiáng)起爆效果,在選用毫秒雷管時(shí)一般隔段使用,即選用1#、3#、5#、7#、9#、11#、13#等。
4.傳統(tǒng)隧道爆破與水壓爆破的對(duì)比
當(dāng)圖4-1 中的炸藥一旦被起爆,則在藥卷中產(chǎn)生爆破應(yīng)力波,爆破的應(yīng)力波首先是沿炮眼徑向方向擴(kuò)散傳播,應(yīng)力波的強(qiáng)度不受炮眼堵塞的情況影響;當(dāng)爆破應(yīng)力波在炮眼無(wú)回填堵塞部位傳播稱為擊波,由于這個(gè)部位充滿了空氣,擊波部分能量被壓縮而損失(損失氣體能量45%),擊波在炮眼圍巖中傳播部分稱為應(yīng)力波,所以這部分應(yīng)力波的強(qiáng) 度受無(wú)回填堵塞而降低,結(jié)果削弱了對(duì)圍巖的破碎,這是炮眼無(wú)回填堵塞存在的問(wèn)題之一。 存在的問(wèn)題之二,炸藥爆炸在炮眼圍巖中除產(chǎn)生應(yīng)力波作用之外,還有爆炸氣體膨脹作用, 由于無(wú)堵塞,膨脹氣體很迅速?gòu)呐谘劭跊_出,極大地削弱了膨脹氣體進(jìn)一步破碎巖石的作用。 綜上分析,以往隧道掘進(jìn)爆破炮眼無(wú)回填堵塞從根本上不能充分利用炸藥的能量;目前,隧 道掘進(jìn)爆破還普遍存在采用紙卷在炮眼口堵塞,在高溫高壓的擊波的作用下紙卷變成灰燼, 對(duì)抑制膨脹氣體沖出炮眼可以說(shuō)無(wú)能為力,如同不堵一樣。
采用水壓爆破解決了炮眼無(wú)回填堵塞或利用紙卷回填堵塞所存在的問(wèn)題(如圖 4-2 所 示)。所謂水壓爆破,就是在每個(gè)炮眼內(nèi)的一定位置按一定比例裝放藥包和水袋,與常規(guī)爆破相比較,水壓爆破的鉆孔數(shù)量,布眼方式,起爆順序,鉆孔深度,周邊眼裝藥量等都與常規(guī)爆破相同,不同的僅僅是增加了一些水袋,然后用專用設(shè)備加工成的“炮泥”回填。由于炮眼中有水,在水中傳播的擊波對(duì)水不可壓縮,爆炸能量無(wú)損失地經(jīng)過(guò)水傳遞到炮眼圍巖中, 這種無(wú)能量損失的應(yīng)力波十分有利于巖石破碎,此外還會(huì)產(chǎn)生“水楔”效應(yīng),更利于巖石破 碎,水霧作用有利于降塵;由于炮泥的成分(土:砂:水=0.8:0.05:0.15)所決定,炮泥 曬后比純土堅(jiān)實(shí),密度大,抑制爆炸氣體膨脹沖出炮眼口要比純土堵塞好得多,而且還會(huì)大 大降低了爆破粉塵對(duì)環(huán)境的污染,這對(duì)長(zhǎng)、大斷面隧道的開(kāi)挖尤為重要??偠灾?,由于炮 眼中有水,并用炮泥回填堵塞,能充分利用炸藥能量,大大降低了粉塵對(duì)環(huán)境的污染,所以 水壓爆破也被稱為“綠色爆破”。
5.水壓爆破的效益
5.1經(jīng)濟(jì)效益
根據(jù)常規(guī)爆破和水壓爆破的現(xiàn)場(chǎng)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)對(duì)比,在相同開(kāi)挖斷面面積、炮眼布置和鉆孔深度的前提下,水壓爆破比普通爆破每個(gè)循環(huán)多開(kāi)挖 0.2m,每循環(huán)節(jié)省炸藥24.1kg,每爆破一立方巖石節(jié)省炸藥0.08kg,最為顯著的是通風(fēng)降塵時(shí)間縮短了30 分鐘。
5.1.1使用水壓爆破每延米所節(jié)省的費(fèi)用
(1)火工品節(jié)省的費(fèi)用
七里店隧道V級(jí)圍巖斷面尺寸是158.8m2,炸藥的單價(jià)是每公斤14.5 元,每發(fā)雷管單價(jià)8.8元。普通爆破方法一循環(huán)用藥量為217.3公斤,如果采用水壓爆破方法一循環(huán)用藥量為193.2公斤。 隧道每掘進(jìn)一米節(jié)省炸藥:
(217.3/3.4-193.2/3.6)×14.5=148.55元
隧道每掘進(jìn)一米節(jié)省雷管(一循環(huán)用200 發(fā))
(200/3.4-200/3.6)×8.8=28.76 元
合計(jì)每米可以節(jié)省炸藥和雷管的費(fèi)用為148.55+28.76=177.31 元。
(2)人工費(fèi)用的節(jié)省
一循環(huán)施工作業(yè)可提高進(jìn)尺0.2m,斷面尺寸是158.8m2,一個(gè)循環(huán)施工作業(yè)可進(jìn)尺3.6m,每開(kāi)挖1m3 人工工資為20 元
0.2×158.8×20/3.6=176.4 元
(3)電費(fèi)的節(jié)約
隧道每掘進(jìn)一米節(jié)省電費(fèi)
75Kw×2 臺(tái)×1.0 元/度×0.5h/3.6=20.8 元
合計(jì)可節(jié)省的費(fèi)用為177.31+176.4+20.8=374.51元
5.1.2采用水壓爆破每米需另外支出的費(fèi)用
(1)生產(chǎn)炮泥和水袋的人工費(fèi)
生產(chǎn)炮泥和水袋需要兩個(gè)人,每天每人按 100 元計(jì)算,2 個(gè)人,按每天 1.5 個(gè)循環(huán)計(jì)算,折合每米支出費(fèi)用共為: 100×2/3.6/1.5=37.0 元
(2)水袋費(fèi)用
水袋每循環(huán)施工使用580 個(gè),每個(gè)0.1 元,每延米費(fèi)用: 580×0.1/3.6=16.1 元
(3)制作炮泥的土砂費(fèi)用
每方40 元,1 方可做1000 米,5000 根,可做10個(gè)施工循環(huán),每延米費(fèi)用 40/10/3.6=1.1 元
(4)電費(fèi)
(4+0.68)kw×1h/3.6×1.0 元/度=1.3 元
采用水壓爆破每米需另外支出的費(fèi)用為: 37+16.1+1.1+1.3=55.5 元
5.1.3、經(jīng)濟(jì)效益分析
把以上每延米節(jié)省的火工品費(fèi)用、人工費(fèi)用和電費(fèi)合計(jì),再除去水袋、炮泥加工人工費(fèi),材料費(fèi)、電費(fèi)的支出費(fèi)用后,應(yīng)用水壓爆破每延米可節(jié)省費(fèi)用 374.51-55.5=319.01 元(沒(méi)有包含管理費(fèi)用等)。
七里店隧道單洞長(zhǎng)度545米,按照水壓爆破掘進(jìn)每延米節(jié)省 319.01 元,貫通后可以節(jié)省費(fèi)用 17.4萬(wàn)元;
如果按照水壓爆破掘進(jìn)120 米可少鉆爆7個(gè)循環(huán),那么七里店隧道的545米隧道,可少鉆爆28 個(gè)循環(huán),可以縮短工期18-19 天。
5.2 環(huán)保效益
通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)比較,用水壓爆破比通常隧道爆破產(chǎn)生的粉塵量要減少很多,爆破所產(chǎn)生的粉塵實(shí)測(cè)值為1.18mg/ m 3 ,隧道洞內(nèi)粉塵要減少45%以上,可見(jiàn)度能夠明顯增強(qiáng);常規(guī)的爆破至少需要30 多分鐘的時(shí)間才能到掌子面進(jìn)行排險(xiǎn),水壓爆破僅10 分鐘左右就可以到撐子面排險(xiǎn)。
水壓爆破解決了隧道由于爆破而產(chǎn)生的粉塵多,通風(fēng)困難的壓力,這樣有利于提高工效。而且爆破后巖石較破碎,粒徑小于80cm的巖石占總體積的70%~75%(比較接近做路基填料),爆破渣堆拋距 16m 左右,易于機(jī)械挖裝,爆破產(chǎn)生的噪聲為 58~82dB,采用 DSV-4C 振動(dòng)測(cè)試儀監(jiān)測(cè)爆破振動(dòng)速度為0.52cm/s,均滿足環(huán)保要求。
結(jié)束語(yǔ)
隧道掘進(jìn)水壓爆破技術(shù)是綠色環(huán)保的新技術(shù),是我國(guó)隧道掘進(jìn)技術(shù)從“濕法”鉆孔代替“干法”鉆孔、從非電起爆代替火爆和電爆以來(lái)的第三個(gè)質(zhì)的飛躍和變化。隧道掘進(jìn)水壓爆破技術(shù)在寶漢十一標(biāo)七里店隧道成功應(yīng)用,提高提高了炸藥能量利用率,提高施工效率,提高經(jīng)濟(jì)效益,保護(hù)洞內(nèi)作業(yè)環(huán)境,經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益顯著。
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關(guān)鍵詞:淺埋暗挖法下穿密集建筑群施工原則施工技術(shù)
我國(guó)的城市建設(shè)和公共交通設(shè)施的發(fā)展已經(jīng)進(jìn)入了大規(guī)模利用地下空間的階段。修建城市隧道是解決城市用地緊張、交通擁擠的有效辦法,其涉及市政、公路、鐵路、地鐵等多個(gè)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)領(lǐng)域。一般來(lái)說(shuō),隧道施工因其技術(shù)難度大、工期控制嚴(yán)、安全風(fēng)險(xiǎn)高等因素,往往都是建設(shè)項(xiàng)目的控制性節(jié)點(diǎn)工程,其重要性不言而喻。所以,在隧道施工領(lǐng)域積極掌握先進(jìn)技術(shù)對(duì)于企業(yè)在基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)領(lǐng)域拓展市場(chǎng)具有重要的作用。
在公路、鐵路隧道施工時(shí),一個(gè)很頭疼的難題就是下穿密集建筑群的施工。由于隧道為淺埋隧道,圍巖自身承載能力差,呈松散狀態(tài),地表又有密集的建筑群,為避免隧道拱部垂直壓力過(guò)大,造成隧道拱部下沉過(guò)多,危及地表建筑物的安全,施工方法宜采用淺埋暗挖法。
一、淺埋暗挖法含義
淺埋暗挖法是在距離地表較近的地下進(jìn)行各種類型地下洞室暗挖施工的一種方法,它沿用了新奧法基本原理。初次支護(hù)按承擔(dān)全部基本荷載設(shè)計(jì),二次模筑襯砌作為安全儲(chǔ)備;初次支護(hù)和二次襯砌共同承擔(dān)特殊荷載。其施工步驟為:先將鋼管打入地層,然后注入水泥或化學(xué)漿液,使地層加固。開(kāi)挖面土體穩(wěn)定是采用淺埋暗挖法的基本條件。地層加固后,進(jìn)行短進(jìn)尺開(kāi)挖,一般每循環(huán)在0.5-1.0米左右。隨后即作初期支護(hù)。第三步,施作防水層。開(kāi)挖面的穩(wěn)定性時(shí)刻受到水的危脅,嚴(yán)重時(shí)可導(dǎo)致塌方,處理好地下水是非常關(guān)鍵的環(huán)節(jié)。最后,完成二次支護(hù)。一般情況下,可注入混凝土,特殊情況下要進(jìn)行鋼筋設(shè)計(jì)。當(dāng)然,淺埋暗挖法的施工需利用監(jiān)控測(cè)量獲得的信息進(jìn)行指導(dǎo),這對(duì)施工的安全與質(zhì)量都是重要的。
二、下穿密集建筑群施工原則
隧道施工既滿足設(shè)計(jì)要求又要保證密集建筑群以及淺埋地段不發(fā)生坍塌,可采取了以下兩種主要技術(shù)措施:一是利用控爆技術(shù)進(jìn)行隧道掘進(jìn),盡量減少因爆破對(duì)圍巖的振動(dòng);二是采取管超前加強(qiáng)支護(hù)措施提高圍巖穩(wěn)定性,并緊跟襯砌及時(shí)封閉,使圍巖在被暴露的時(shí)間內(nèi)不至發(fā)生沉降位移現(xiàn)象。
具體的施工原則包括以下幾個(gè)方面:
(一)短進(jìn)尺掘進(jìn):在隧道進(jìn)口淺埋軟弱地段,人工配合挖掘機(jī)嚴(yán)格按短進(jìn)尺開(kāi)挖,局部堅(jiān)石采用弱爆破掘進(jìn)。
(二)初期支護(hù)緊跟:尤其在軟弱圍巖段,地壓增長(zhǎng)快,自穩(wěn)時(shí)間短。錨、網(wǎng)、噴及鋼支撐架設(shè)工作在爆破、排險(xiǎn)后馬上施作,基本與出碴同時(shí)或交錯(cuò)進(jìn)行,尤其在地層破碎或構(gòu)造帶地段更要緊跟,以保證圍巖穩(wěn)定。
(三)為維護(hù)開(kāi)挖周邊穩(wěn)定,開(kāi)挖必須形成平順的開(kāi)挖輪廓,不但對(duì)維護(hù)圍巖穩(wěn)定有利,也為后續(xù)工序創(chuàng)造良好條件,同時(shí)有效地控制超欠挖,也是提高企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益的有效途徑
(四)仰拱緊跟:根據(jù)隧道地質(zhì)情況,拱、墻部初期支護(hù)形成之后要盡早施設(shè)仰拱,以使初期支護(hù)盡快形成封閉受力結(jié)構(gòu),并為二襯施工的模板臺(tái)車軌道鋪設(shè)提供條件,同時(shí)仰拱及早鋪設(shè)也為洞內(nèi)運(yùn)輸提供便利。一般仰拱與正面下部開(kāi)挖面保持距離為40~50m左右,以保證開(kāi)挖、裝碴機(jī)具活動(dòng)場(chǎng)地。
(五)及時(shí)施作二次襯砌:二襯不能緊跟初期支護(hù)。初期支護(hù)設(shè)置后,仍需對(duì)圍巖及初期支護(hù)變形進(jìn)行不間斷量測(cè)。如圍巖及初期支護(hù)變形仍在急劇增長(zhǎng),則需補(bǔ)強(qiáng)初期支護(hù),不能用加厚二襯的辦法作為結(jié)構(gòu)加強(qiáng)手段;直到圍巖及初期支護(hù)變形基本穩(wěn)定時(shí)(收斂小于0.1~0.2mm/d及拱頂下沉小于0.07~0.15mm/d時(shí))則可施作二襯。但在Ⅴ級(jí)圍巖段,當(dāng)變形得不到有效控制的情況下,應(yīng)迅速施做二次襯砌,然后再進(jìn)行長(zhǎng)期檢測(cè)、觀察。
三、淺埋隧道下穿密集群重點(diǎn)施工技術(shù)
(一)地表加固處理
首先,刷清表層松土及危石;其次,掛網(wǎng)錨噴砼;再次,對(duì)淺埋只有3.4m段地表采用豎向小導(dǎo)管注漿固結(jié),鋪設(shè)鋼筋網(wǎng),在其上按縱、橫間距1m布置22kg/m輕型鋼軌,最后再打入豎向錨桿并與鋼軌焊接牢固之后噴射砼封閉,形成“螺帽”形整體受力結(jié)構(gòu)。
(二)正洞施工
采用正臺(tái)階法,人工手持風(fēng)鉆鉆眼,微振控爆開(kāi)挖,側(cè)卸裝載機(jī)裝碴,自卸汽車運(yùn)輸。初期支護(hù)采用全環(huán)格柵錨網(wǎng)噴支護(hù),輔以水平大管棚注漿超前預(yù)加固,斜插自進(jìn)式注漿錨桿支護(hù)。上臺(tái)階、上、下格柵噴砼緊跟開(kāi)挖面;襯砌采用全斷面襯砌,襯砌距開(kāi)挖面距離,要達(dá)到及時(shí)襯砌又不至于被損害的目的,抑制地表及建筑物破壞。
(三)超前支護(hù)
針對(duì)隧道洞口段淺埋的具體特點(diǎn),施工時(shí)先要圍巖進(jìn)行超前支護(hù)加固。超前支護(hù)是保證隧道工程開(kāi)挖工作面穩(wěn)定而采取的超前于開(kāi)挖的輔助措施的一種,主要形式有:
1.超前錨桿或超前小鋼管,一般長(zhǎng)3-5米,用于錨固前方圍巖;
2.超前管棚,用于錨固前方圍巖,適用于特殊困難地段,搭配鋼架使用。短管棚超前支護(hù)采用長(zhǎng)度小于10米的小鋼管;長(zhǎng)(大)管棚超前支護(hù)采用長(zhǎng)度為10-45米且較粗鋼管;鋼插板超前支護(hù)采用長(zhǎng)度小于10米鋼插板的稱為板棚預(yù)支護(hù);
3.注漿加固圍巖和堵截水:
超前小導(dǎo)管注漿:沿開(kāi)挖外輪廓線向前以一定角度打入管壁帶有小孔的導(dǎo)管,且以一定壓力向管內(nèi)壓注起膠結(jié)作用的漿液,待其硬化后巖體得到預(yù)加固;
超前深孔圍巖注漿:又叫深孔注漿,目的是加固地層、封堵水源,適用于特殊困難地段。其機(jī)理是依靠漿液壓力,將破碎圍巖或黏土層壓裂成縫用漿液充填、固結(jié),通過(guò)壓密作用達(dá)到加固和堵水的作用。
(四)微振控爆開(kāi)挖
爆破要選擇正確的施工方法和起爆方式,盡量減少同時(shí)起爆藥量;因掏槽眼的裝藥量往往比較大,因此,掏槽眼要布置在隧道右側(cè)(左側(cè)緊靠既有隧道),并選擇合理的掏槽形式;在隧道開(kāi)挖左邊界首先打隔離減震孔;選擇正確的施工方法,例如,在遠(yuǎn)離既有隧道側(cè)采用側(cè)壁導(dǎo)坑先行,創(chuàng)造出臨空面后,再逐層剝離;短進(jìn)尺、密打眼、少裝藥、弱爆破、減小振動(dòng)。
(五)監(jiān)控量測(cè)
隧道工程是一種特殊的工程結(jié)構(gòu)體系。從巖體力學(xué)的角度看,它是處于與圍巖相互作用的體系之中的結(jié)構(gòu)物;從地質(zhì)力學(xué)的角度看,它是處于千變?nèi)f化的地質(zhì)體之中的工程單元體。在這樣的巖體或地質(zhì)體中,隧道必將受到周圍地質(zhì)環(huán)境的強(qiáng)烈影響。因此,監(jiān)控測(cè)量就顯得尤為重要,而淺埋下穿密集建筑群施工監(jiān)測(cè)就更為必要。
1.隧道監(jiān)測(cè)項(xiàng)目
施工監(jiān)控量測(cè)的項(xiàng)目應(yīng)根據(jù)隧道工程地質(zhì)條件、圍巖類別、圍巖應(yīng)力分布情況、隧道跨度、埋深、工程性質(zhì)、開(kāi)挖方法、支護(hù)類型等因素確定。
2.隧道監(jiān)控量測(cè)要求
第一,能快速埋設(shè)測(cè)點(diǎn),隧道在開(kāi)挖過(guò)程中,開(kāi)挖土作面四周兩倍洞徑范圍內(nèi)受開(kāi)挖影響最大。測(cè)點(diǎn)一般是開(kāi)挖后埋設(shè)的,為盡早獲得圍巖開(kāi)挖初始階段的變形動(dòng)態(tài),測(cè)點(diǎn)應(yīng)緊靠工作面快速埋設(shè),盡早量測(cè)。
第二,每一次量測(cè)數(shù)據(jù)所需時(shí)間應(yīng)盡可能短。
第三,測(cè)試元件應(yīng)具有良好的防震、防沖擊波能力。
第四,測(cè)試數(shù)據(jù)應(yīng)準(zhǔn)確可靠、直觀,不必復(fù)雜計(jì)算即可直接應(yīng)用。
第五,測(cè)試元件在埋設(shè)后能長(zhǎng)期有效工作,應(yīng)有足夠的精度。
關(guān)鍵詞:錨噴支護(hù) 支護(hù)質(zhì)量 控制
中圖分類號(hào):O213.1文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼: A 文章編號(hào):
前言
錨噴支護(hù)是一種適應(yīng)性很強(qiáng)的先進(jìn)技術(shù), 不但用于礦山井巷工程, 而且大量用于道路、隧道及其它地下建筑工程。既適用于中等穩(wěn)定巖層, 也適用于節(jié)理裂隙發(fā)育的松軟破碎巖層;不僅可作為巷道的永久支護(hù), 而且可用于臨時(shí)支護(hù)和處理冒頂事故。
一、錨噴支護(hù)施工
1錨桿施工,原材料準(zhǔn)備
1) 錨桿材料: 錨桿材料采用20錳硅鋼筋或中空注漿錨桿, 特殊情況采用縫管式摩擦錨桿或楔縫式內(nèi)錨頭錨桿。鋼筋直徑22mm 或25mm,按設(shè)計(jì)要求規(guī)定的材質(zhì)、規(guī)格備料, 并進(jìn)行調(diào)直、除銹、除油, 以保證砂漿錨桿的施工質(zhì)量和施工的順利進(jìn)行。
2) 水泥: 通常情況選用普通硅酸鹽早強(qiáng)水泥。
3) 砂: 宜采用清潔、堅(jiān)硬的中細(xì)砂, 粒徑不宜大于3mm, 使用前應(yīng)過(guò)篩。
4) 配合比: 普通水泥砂漿的配合比(水泥:砂) 一般宜為1: 1~ 1: 1.5 (重量比), 水灰比宜為0.45~ 0.50。
5) 砂漿拌制: 砂漿應(yīng)拌合均勻, 隨拌隨用。一次拌和的砂漿應(yīng)在初凝前用完, 并嚴(yán)防石塊雜物混入。主要為了保證砂漿本身的質(zhì)量及砂漿與錨桿桿體、砂漿與孔壁的粘結(jié)強(qiáng)度, 也就是為了保證錨桿的錨固力和錨固效果。
2 錨桿孔的施工
1) 孔位布置: 孔位應(yīng)根據(jù)設(shè)計(jì)要求和圍巖情況布孔并標(biāo)記, 偏差不得大于50mm;
2) 錨桿孔徑: 砂漿錨桿孔徑應(yīng)大于錨桿體直徑15mm;
3) 鉆孔方向: 宜沿隧道周邊徑向鉆孔, 以保證錨桿的作用半徑。部分情況可沿巖層主要結(jié)構(gòu)面垂直打入, 但鉆孔不宜平行巖面;
4) 鉆孔深度: 砂漿錨桿孔深誤差不應(yīng)大于10cm;
3 錨桿安裝
1) 注漿: 砂漿錨桿孔內(nèi)的砂漿采用注漿罐和注漿管進(jìn)行注漿。注漿開(kāi)始或中途停止超過(guò)30m in時(shí)應(yīng)用水注漿罐及其管路。注漿孔口壓力不得大于04MPa, 注漿時(shí)應(yīng)堵塞孔口。注漿管應(yīng)插至距孔底5 ~ 10cm 處, 隨水泥砂漿的注入緩慢勻速拔出, 并用手將水泥紙堵住孔口。
2) 錨桿安裝: 錨桿頭就位孔口后, 將堵塞孔口水泥紙掀開(kāi), 隨即迅速將桿體插入并安裝到位。若孔口無(wú)水泥砂漿溢出, 說(shuō)明注入砂漿不足,應(yīng)將桿體拔出重新灌注后再安裝錨桿; 錨桿插入孔內(nèi)的長(zhǎng)度不宜小于設(shè)計(jì)規(guī)定。錨桿安設(shè)后, 不得隨意敲擊、碰撞, 三天內(nèi)不得懸掛重物。
二、鋼筋網(wǎng)片施工
1 鋼筋網(wǎng)采用類圍巖襯砌鋼筋網(wǎng),網(wǎng)格為15x 15cm, 類圍巖襯砌鋼筋網(wǎng)網(wǎng)格為20x 20cm, 固結(jié)在錨桿端頭上。
2 鋼筋須調(diào)直除銹, 按規(guī)定長(zhǎng)度下料。鋼筋網(wǎng)成形后, 每根鋼筋都應(yīng)綁扎或焊接。按順序堆放在工作面上使用。鋼筋網(wǎng)片加工大小視開(kāi)挖循環(huán)進(jìn)尺決定。
3 鋼筋網(wǎng)應(yīng)隨噴射混凝土面的起伏進(jìn)行鋪設(shè), 緊貼初噴混凝土表面。在二次噴射混凝土?xí)r,鋼筋極少顫動(dòng)。
4 鋼筋網(wǎng)應(yīng)鋪設(shè)在第一次噴射混凝土和錨桿施工后進(jìn)行。搭接處應(yīng)預(yù)留10cm 左右, 以保證和下一循環(huán)拼接。
5 如設(shè)置了型鋼或格柵鋼架時(shí), 鋼筋網(wǎng)片應(yīng)與型鋼或格柵鋼架聯(lián)接牢固。
三、型鋼或格柵鋼架施工
型鋼或格柵鋼架具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、受力結(jié)構(gòu)條件好、加工制造方便、架設(shè)工藝簡(jiǎn)便等優(yōu)點(diǎn)。對(duì)于隧道軟弱破碎圍巖加強(qiáng)地段的施工和處理險(xiǎn)情、坍方處理都是一種應(yīng)急而有效的施工措施和手段。加工及架設(shè)時(shí)應(yīng)做到:
1 加工時(shí)應(yīng)按設(shè)計(jì)規(guī)定尺寸采用千斤頂進(jìn)行, 為保證弧度, 頂點(diǎn)間距不能過(guò)大; 分幾段連接時(shí), 連接鋼板與拱架軸線夾角須控制好。
2 按設(shè)計(jì)位置安設(shè), 一般在初噴后進(jìn)行。對(duì)局部欠挖部位應(yīng)予鑿除, 以確保證拱架正確就位, 拱架應(yīng)垂直于隧道中線。上下、左右偏差應(yīng)小于5cm, 拱架傾斜度小于2。連接鋼板騎縫焊接及螺栓連接要保證質(zhì)量。
3 拱架之間必須按設(shè)計(jì)要求進(jìn)行縱向聯(lián)接。以保證處于良好的聯(lián)合受力狀態(tài)。
四、噴射混凝土施工
用壓縮空氣將摻有速凝劑的混凝土拌合料通過(guò)混凝土噴射機(jī)高速噴射到開(kāi)挖成型的隧道巖面上,使其迅速凝固而起支護(hù)作用。噴射混凝土可分為干噴、、濕噴三種方式。目前隧道施工大多采用干噴法及法。
1 噴射混凝土的原材料和配合比
1) 原材料: 水泥采用PO325# 普硅早強(qiáng)水泥;砂一般用堅(jiān)硬耐久的中砂或粗砂, 細(xì)度模數(shù)一般宜大于25, 含水率以5~ 7% 為宜;石子采用堅(jiān)固耐久的碎石或卵石, 粒徑小于15mm;水采用潔凈水, 不得使用污水以及PH 值小于4的酸性水和含硫酸鹽超過(guò)l% 的水, 也不得使用含有害物質(zhì)的其它水;速凝劑采用BR 型外加劑, 初凝不大于5min,終凝不大于10min。一般摻量為水泥用量的2% ~4%, 邊部可用2% 。
2) 配合比的選定可根據(jù)試驗(yàn)確定。含砂率過(guò)小或過(guò)大都易造成堵管、回彈量大、強(qiáng)度低、且收縮加大。
2 噴射混凝土施工(見(jiàn)圖1)
場(chǎng)地布置: 攪拌機(jī)一般布置在洞外, 通過(guò)運(yùn)輸車運(yùn)入洞內(nèi), 然后給料于噴射機(jī), 同時(shí)應(yīng)搭設(shè)晴雨棚, 以控制砂石的含水率。
清理工作面: 噴射混凝土前, 應(yīng)認(rèn)真檢查開(kāi)挖斷面尺寸, 欠挖者應(yīng)予以鑿除, 修整斷面, 清理浮石及拱腳的虛碴等。
噴射混凝土作業(yè):
1) 混合料的制備: 混合時(shí), 各種材料應(yīng)按配合比準(zhǔn)確稱量; 采用強(qiáng)制式密封攪拌, 時(shí)間不少于90s;
2) 機(jī)具就位: 機(jī)具安裝在圍巖穩(wěn)定地段,保證輸送線路通暢。未上料前, 先進(jìn)行混凝土噴射機(jī)試運(yùn)轉(zhuǎn): 開(kāi)啟高壓風(fēng)及高壓水, 如噴嘴風(fēng)壓正常噴出的呈霧狀; 如噴嘴風(fēng)壓不足, 可能出料口堵塞; 如噴嘴不出風(fēng), 則可能輸料管堵塞。有故障及時(shí)排除, 待噴射機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)正常后才能進(jìn)行噴射作業(yè)。
3) 噴射混凝土作業(yè)要點(diǎn): 噴前應(yīng)用高壓風(fēng)或高壓水清洗巖面, 將附著在巖面上的粉塵、巖屑沖洗干凈, 以保證混凝土與巖面粘結(jié)牢固。若用高壓水清洗會(huì)引起巖面軟化時(shí), 只能用高壓風(fēng)清掃巖面雜物(視地質(zhì)情況而定)。
噴嘴移動(dòng)軌跡應(yīng)因地制宜, 橫條、豎條、圓圈等應(yīng)交替使用, 移動(dòng)速度要慢, 讓混凝土“堆”起來(lái), 有了一定厚度再移開(kāi), 然后逐塊擴(kuò)大其噴射范圍;噴射順序一般采用先下后上, 先墻后拱, 以減少因重力作用而引起的滑動(dòng)或脫落現(xiàn)象發(fā)生。噴射應(yīng)分層進(jìn)行, 一次噴射厚度一般拱部為5~ 6cm, 邊墻為7~ 10cm, 具體以噴射效率、回彈損失率等確定。凹凸不平時(shí)應(yīng)先將凹處噴平, 按正常順序噴射, 以減少回彈。
五、安全措施
1 錨桿施工安全措施
1) 錨桿作業(yè)中, 要密切注意觀察圍巖或噴射混凝土的剝落、坍塌現(xiàn)象。清理浮石要徹底, 要及早發(fā)現(xiàn)危險(xiǎn)征兆, 及時(shí)處理。
2) 錨桿種類及錨固方式要選擇得當(dāng), 嚴(yán)防錨固用的砂漿流失及錨固力不夠, 導(dǎo)致錨桿脫落而造成事故, 因此要指定專人負(fù)責(zé), 定期檢查錨桿抗拔力。
2 噴射混凝土安全措施
1) 噴射前要檢查作業(yè)地段的圍巖, 并進(jìn)行清理浮石、危石等必要的排險(xiǎn)作業(yè)。
2) 噴射機(jī)要安放在圍巖穩(wěn)定或已襯砌地段內(nèi), 同時(shí)噴射作業(yè)地段應(yīng)加強(qiáng)照明和通風(fēng)。
3) 噴射時(shí)嚴(yán)格掌握好風(fēng)壓、水壓, 加強(qiáng)綜合防塵措施。
4) 注意風(fēng)嘴不準(zhǔn)對(duì)人, 以免射傷人。
3 拱架施工安全措施
1) 搬運(yùn)過(guò)程中, 應(yīng)將拱架構(gòu)件綁扎牢固。以免發(fā)生碰撞傷人。
2) 拱架腳槽鋼的連接必須置于原狀土(石)上, 并焊接牢固。
3) 拱架盡量與系統(tǒng)錨桿焊接, 必要時(shí)須設(shè)鎖腳錨桿, 以免拱架傾覆傷人。
4) 拱架之間連接鋼板騎縫焊接牢固, 兩榀之間用連接鋼筋焊接穩(wěn)定。
結(jié)束語(yǔ)
錨噴支護(hù)能有效的與圍巖形成共同的受力支護(hù)體系, 是施工中早封閉、強(qiáng)支護(hù)的關(guān)鍵手段, 是防止圍巖坍塌的有效措施。施工中的嚴(yán)格控制是隧道施工安全和質(zhì)量的保證。可積累錨噴支護(hù)的參數(shù)、質(zhì)量控制與監(jiān)控量測(cè)的信息反饋, 根據(jù)隧道設(shè)計(jì)的經(jīng)驗(yàn), 進(jìn)一步完善設(shè)計(jì)參數(shù), 使得設(shè)計(jì)參數(shù)更加合理、安全、節(jié)約投資。在施工中, 建議對(duì)噴射混凝土的施作進(jìn)行回彈量的測(cè)試, 總結(jié)回彈量的指標(biāo)和強(qiáng)度之間的關(guān)系, 從施工工藝、設(shè)備配套和施工過(guò)程中提高噴射混凝土的質(zhì)量。
參考文獻(xiàn)
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[2] 李恒力,王子鵬. 錨噴支護(hù)在隧道加固中的應(yīng)用[J]. 公路交通科技(應(yīng)用技術(shù)版). 2010(04)
關(guān)鍵詞:不良地質(zhì);隧道;施工技術(shù)
中圖分類號(hào):U455文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼: A 文章編號(hào):
1 巖溶地段的施工
1、1 巖溶類型
(1)溶洞位于隧道底部,充填物松軟且深,隧道基底難以處理;
(2)溶洞巖質(zhì)破碎,容易發(fā)生坍塌;
(3)有大的水囊或暗河,巖溶水或泥砂夾水大量涌入隧道;
(4)有填滿飽含水份的充填物溶槽,當(dāng)坑道掘進(jìn)至其邊緣時(shí),含水充填物不斷涌入坑道,難以遏止,甚至地表開(kāi)裂下沉,巖體壓力劇增;
(5)溶洞、暗河迂回交錯(cuò)、分支錯(cuò)綜復(fù)雜、范圍寬廣,處理十分困難。
1、2 巖溶地段隧道施工處理措施
隧道在溶洞地段施工時(shí),應(yīng)首先根據(jù)設(shè)計(jì)文件有關(guān)資料及現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況,查明溶洞分布范圍、類型情況、巖層的穩(wěn)定程度和地下水情況等,分別以引、堵、越、繞等措施進(jìn)行處理。
(1)引排水。當(dāng)暗河和溶洞有水流時(shí),宜排不宜堵。在查明水源流向及其與隧道位置的關(guān)系后,用暗管、涵洞、小橋等設(shè)施,渲泄水流或開(kāi)鑿引水洞,將水排出洞外。
當(dāng)水流的位置在隧道上部或高于隧道時(shí),在適當(dāng)距離外,開(kāi)鑿引水洞(或引水槽)將水位降低到隧道底部位置以下,再行引排。
(2)堵填。當(dāng)不能排水,或由于溶洞規(guī)模大且溶洞填充物為含水量較大的溶洞泥時(shí),采用封堵的方法。對(duì)于已停止發(fā)育、徑跨較小、無(wú)水的溶洞,根據(jù)其與隧道相交的位置及其充填情況,采用混凝土、漿砌片石或干砌片石予以回填封閉,根據(jù)地質(zhì)情況決定是否需要加深邊墻基礎(chǔ)。拱部以上溶洞,視溶洞的巖石破碎程度采用噴錨支護(hù)加固,或加設(shè)護(hù)拱及拱頂回填的辦法處理。
(3)跨越。當(dāng)溶洞僅在隧道底部較大較深,或者填充物松軟不能承載結(jié)構(gòu)物時(shí),采用梁、拱跨越。但梁端或拱座必須置于穩(wěn)固可靠的基巖上,必要時(shí)用圬工加固。隧道在不同部位遇到溶洞時(shí)可分別采用以下跨越措施:
當(dāng)隧道一側(cè)遇到狹長(zhǎng)而較深的溶洞時(shí),加深該側(cè)的邊墻基礎(chǔ)通過(guò)。當(dāng)隧道底部遇有較大溶洞并有流水時(shí),可在隧底以下砌筑漿砌片石支墻,支承隧道結(jié)構(gòu),并在支墻內(nèi)套設(shè)涵管引排溶洞水。當(dāng)隧道邊墻部位遇到較大、較深的溶洞,不宜加深邊墻基礎(chǔ)時(shí),在邊墻部位或隧底以下筑拱跨過(guò)。當(dāng)隧道中部及底部遇有深狹的溶洞時(shí),加強(qiáng)兩邊墻基礎(chǔ),并根據(jù)情況設(shè)置橋臺(tái)架梁通過(guò)。溶洞上大下小,且有部分充填物時(shí),將隧道頂部的充填物清除,然后在隧道底部標(biāo)高以下設(shè)置鋼筋混凝土橫梁及縱梁,橫梁兩端嵌入巖層。隧道穿過(guò)大溶洞,情況較為復(fù)雜時(shí),可根據(jù)情況,以邊墻梁及行車梁通過(guò)。
(4)繞行施工。施工中遇到一時(shí)難以處理的溶洞時(shí),采用迂回導(dǎo)坑或通過(guò)平導(dǎo)繞過(guò)溶洞區(qū),繼續(xù)進(jìn)行隧道施工,再行處理溶洞。
1、3 巖溶地段隧道施工時(shí)應(yīng)加強(qiáng)的工作
施工過(guò)程中應(yīng)進(jìn)行綜合詳細(xì)的超前地質(zhì)探測(cè)預(yù)報(bào)工作,調(diào)查清楚巖溶的大小和其它發(fā)育情況,根據(jù)其類型確定正確的處理方案。充分體現(xiàn)以人為本的觀念,確保施工安全。在施工過(guò)程中,噴錨支護(hù)及開(kāi)挖應(yīng)在無(wú)水壓或低水壓的狀態(tài)下施工。在進(jìn)入設(shè)計(jì)高水壓地段施工前,進(jìn)一步加強(qiáng)工作面前方地質(zhì)超前預(yù)測(cè)預(yù)報(bào),施工中根據(jù)富水情況及水壓大小,采用超前帷幕注漿、徑向注漿或限量管道排放等手段降低作業(yè)面水壓。并在開(kāi)挖時(shí)嚴(yán)格遵循“短進(jìn)尺、弱(不)爆破、早封閉、強(qiáng)支護(hù)、勤量測(cè)、緊襯砌”的原則。施工中加強(qiáng)檢查溶洞頂板,及時(shí)處理危石。當(dāng)溶洞較高時(shí),設(shè)置施工防護(hù)排架或鋼筋防護(hù)網(wǎng)。在溶蝕地段的爆破作業(yè),做到多打眼,打淺眼,并控制裝藥量。在溶洞填充體中掘進(jìn)時(shí),加強(qiáng)超前支護(hù)措施,必要時(shí)采取預(yù)注漿加固地層。采用抗水壓鋼筋混凝土襯砌的地段,填充性溶洞地段不設(shè)盲溝和泄水孔,防水板全環(huán)鋪設(shè),并在襯砌兩端設(shè)鋼片止水帶,溶洞襯砌段不設(shè)避車洞和少設(shè)施工縫,使高壓水安全封堵在襯砌之外。為防止隧道施工可能造成的地下水嚴(yán)重流失、地表塌陷、水源枯竭導(dǎo)致生態(tài)環(huán)境遭到破壞,做好地表水、出水點(diǎn)以及地表塌陷區(qū)的觀測(cè)工作,必要時(shí)對(duì)地表進(jìn)行處理。同時(shí)在巖溶發(fā)育地段,盡量維系巖溶暗河的既有通道,使地下水恢復(fù)到原有水位。
2 暗河、巖溶高壓涌水、突泥地段的施工
2.1 突水地段施工
洞內(nèi)突水對(duì)隧道施工的危害很大,施工中采取相應(yīng)的防水、排水措施。根據(jù)涌水量大小,提前封堵和疏排,同時(shí)做好應(yīng)急準(zhǔn)備,一旦發(fā)生涌水,迅速排出,以防大量地下水涌入洞內(nèi)造成危害。可采取下列措施:
(1)進(jìn)行超前鉆孔探測(cè),采用綜合物探手段預(yù)測(cè)預(yù)報(bào),判明水源補(bǔ)給、涌水量和突水壓等情況,有針對(duì)性地采取帷幕注漿、超前注漿或管道引排等方案,排出部分地下水,減少水量,降低水壓。
(2)采用上部弧形導(dǎo)坑預(yù)留核心土法、臺(tái)階法等開(kāi)挖方法,并輔之以超前小導(dǎo)管注漿止水穿越突水段。按順序分部開(kāi)挖隧道斷面,施作支護(hù)。支護(hù)系統(tǒng)錨桿由厚壁小導(dǎo)管代替,施作支護(hù)時(shí),根據(jù)滲漏水的情況,在各滲漏水處鉆眼引水,設(shè)置彈簧排水管。在大面積淋水或水流量仍很大的情況下,設(shè)置多層彈簧排水管,通過(guò)彈簧排水管將水引入墻腳縱向排水管,流人排水溝將水排出洞外。
(3)鋪設(shè)復(fù)合防水板,全斷面模筑防水鋼筋混凝土。
(4)富水地段備足抽水設(shè)備,加強(qiáng)施工用水、排水管理,防止拱腳和基底浸泡。
2.2 突泥地段施工
涌水在較厚斷層或溶洞填充物中往往導(dǎo)致突泥,造成塌方,而且使隧道周圍巖體產(chǎn)生空隙或大體積的空洞,危害更大。施工中,首先要依靠地質(zhì)超前預(yù)報(bào)作出判斷,根據(jù)涌泥量的大小,提前采用帷幕注漿或超前小導(dǎo)管預(yù)注漿進(jìn)行封堵,以加固地層止水。一旦發(fā)生有危害的突泥時(shí),必須盡快將口堵住。堵塞的材料以鋼筋、鋼管和型鋼為骨架,填塞草袋、劈柴和木板。堵口后,用噴混凝土將其封閉,并將周圍洞身加固;然后沿開(kāi)挖面周邊設(shè)超前鋼管支護(hù),采用φ 40mm、φ 50mm或φ 80mm長(zhǎng)6~8m的無(wú)縫鋼管。必要時(shí)兩層、三層重疊,形成“套管”以增大其抵抗松散地層壓力的能力。同時(shí)在此斷面附近設(shè)置監(jiān)控量測(cè)點(diǎn),監(jiān)控量測(cè)圍巖的收斂變形情況。
3 瓦斯地段的施工
3.1 瓦斯監(jiān)測(cè)
為了保證監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確度,采用便攜式瓦斯檢測(cè)儀進(jìn)行定期監(jiān)測(cè)。在隧道開(kāi)挖工作面測(cè)定瓦斯含量時(shí),每次測(cè)點(diǎn)不少于3個(gè),即工作面左、中、右部。鉆眼前、放炮前測(cè)定工作面和工作面以外20m范圍內(nèi)風(fēng)流中的瓦斯含量,放炮后在回風(fēng)流中測(cè)定,并加強(qiáng)超挖、凹隙、塌方裂隙處、風(fēng)流死角處的測(cè)定。瓦斯檢測(cè)人員跟班檢測(cè),保證“一炮三檢制”和“三人連鎖放炮制”,其余工作時(shí)間每小時(shí)檢測(cè)一次。結(jié)合超前水平鉆孔兼做瓦斯探測(cè)孔。
3.2 瓦斯排放
隧道掘進(jìn)由巖層進(jìn)入有可能出現(xiàn)瓦斯的地層前,首先探測(cè)該地層是否有瓦斯突出危險(xiǎn)。掘進(jìn)工作面向前至少打3個(gè)超前深孔,探清其位置。測(cè)定瓦斯壓力等瓦斯參數(shù),觀察是否有打鉆噴孔現(xiàn)象等,確定是否有突出危險(xiǎn),若突出,先排放瓦斯,瓦斯排放采用多層鉆孔、分段施工、逐步排放的方法,排放范圍為開(kāi)挖輪廓線外、底、幫、頂。在鉆孔前,噴砼封閉工作面圍巖,在工作面lOm范圍內(nèi)加強(qiáng)支護(hù)。鉆完孔后5~7d,做防突措施效果檢驗(yàn),使工作面經(jīng)過(guò)排放瓦斯后符合消除突出危險(xiǎn)的安全指標(biāo)值的要求。掘進(jìn)該種地層遵循“短掘進(jìn)、弱爆破、強(qiáng)支護(hù)、勤檢驗(yàn)、快噴錨”的原則,采用“低爆力震動(dòng)爆破”。放炮前20min 專人通知人員撤至安全地帶;放炮前5min 通知停電,待人員全部撤出警戒區(qū),方可聯(lián)線起爆。掘進(jìn)該種地層后,通風(fēng)排煙。設(shè)專人檢查突出預(yù)兆,發(fā)現(xiàn)有突出預(yù)兆時(shí),立即撤人、停電,并做好瓦斯突出事故預(yù)防和救護(hù)工作,以防炮后瓦斯延期突出。除結(jié)合超前水平鉆孔兼做瓦斯探測(cè)孔外,還應(yīng)結(jié)合隧道穿越瓦斯層等地質(zhì)不良地段的工程措施,通過(guò)實(shí)施注漿,減少瓦斯氣體逸出。拱部、邊墻及仰拱的初期支護(hù)與二次襯砌間設(shè)防水板;二次襯砌采用氣密性防滲砼,施工中嚴(yán)格監(jiān)控瓦斯含量,加強(qiáng)施工通風(fēng),盡快封閉襯砌結(jié)構(gòu)。
4 巖爆地段的施工
隧道洞身最大埋深較大地段硬巖可能發(fā)生巖爆。施工前,應(yīng)通過(guò)綜合超前地質(zhì)探測(cè)預(yù)報(bào),分析有可能發(fā)生巖爆的地段,以便正洞施工達(dá)到相應(yīng)地段時(shí)加強(qiáng)防衛(wèi),采取以下必要措施:使用光面爆破,并嚴(yán)格控制用藥量,以盡可能減少爆破對(duì)圍巖的影響??蛇x用超前鉆孔預(yù)爆法,噴射高壓水沖洗巖面預(yù)先釋放部分能量,以減少巖爆的發(fā)生。巖爆嚴(yán)重地段,可增加鋼筋網(wǎng)、噴砼等支護(hù)措施。
5 結(jié)束語(yǔ)
隧道的施工質(zhì)量的好壞直接影響到使用方的生命安全,不良地質(zhì)地段的變異條件是非常復(fù)雜的,在施工全過(guò)程中,應(yīng)經(jīng)常觀察地層與地質(zhì)條件的變化,勤檢查支護(hù)與襯砌的受力狀態(tài),及時(shí)排險(xiǎn),防止突然事故的發(fā)生,保證隧道施工的順利進(jìn)行
參考文獻(xiàn)
關(guān)鍵詞:光面爆破,技術(shù)要求,原理
目前,無(wú)論是公路隧道還是鐵路隧道,無(wú)論是市政隧道還是水利隧洞,無(wú)論是軟巖還是硬巖,都需要運(yùn)用光面爆破技術(shù)。但是,在具體施工中,光爆效果卻沒(méi)有得到有效而全面的解決??赡苓@段效果較好,但另一段效果就較差;可能拱部效果較好,但邊墻部位效果就較差。本文主要介紹光面爆破技術(shù)各個(gè)環(huán)節(jié)中所需要注意的問(wèn)題,并簡(jiǎn)要介紹其在工程實(shí)例中的應(yīng)用。
1光面爆破的優(yōu)點(diǎn)1)巷道成形規(guī)整、光滑,接近于設(shè)計(jì)輪廓線的要求。應(yīng)力分布均勻,圍巖穩(wěn)定。
2)對(duì)井巷圍巖的炮震擾動(dòng)范圍小,相應(yīng)的炮震裂縫少,可有效地減少應(yīng)力集中引起的塌方。減少落石和危險(xiǎn)斷面,減少放炮后的排險(xiǎn)時(shí)間,避免事故發(fā)生和人員傷亡,提高施工速度,對(duì)巖性不良地段,效果更為顯著。
3)由于光爆成形規(guī)整,對(duì)于不少井巷(隧道、巷道),一般只做5~15cm的噴射混凝土支護(hù)。與普通爆破后的混凝土碹(襯砌)相比,可相應(yīng)的增大使用面積,更合理、更有效地利用空間。
4)節(jié)約材料,降低工程造價(jià)。光面爆破與普通爆破相比,可節(jié)省炸藥15%左右,眼孔利用率高10%左右。
2光面爆破技術(shù)2.1 爆破原理應(yīng)力波和爆生氣體綜合作用理論認(rèn)為,炮眼裝藥爆炸后,應(yīng)力波的主要作用是在炮眼周圍造成一稠密的徑向裂隙。爆生氣體準(zhǔn)靜壓力作用于隨機(jī)微裂隙的炮眼壁上,炮眼間形成準(zhǔn)靜應(yīng)力場(chǎng),使徑向裂隙進(jìn)一步發(fā)展而貫通。論文參考網(wǎng)。相鄰炮眼起爆時(shí)差不同,應(yīng)力波與爆生氣體壓力作用情況也不同,裂隙形成也有不同。
2.2 鉆眼為了保證達(dá)到良好的爆破效果,鉆孔前要在斷面上布置鉆孔位置,測(cè)量組利用全站儀或經(jīng)緯儀畫出周邊輪廓線位置,然后技術(shù)人員按測(cè)量組畫出的輪廓線布置炮眼。鉆孔的誤差應(yīng)符合下列標(biāo)準(zhǔn):周邊眼的孔底不能超出開(kāi)挖輪廓線外15cm,掏槽孔的誤差是每米不超過(guò)5 cm左右。論文參考網(wǎng)。造成誤差的原因是孔位偏位,鉆孔方向偏差,巖石的不均勻性及鉆桿剛度不足。
施工過(guò)程中,應(yīng)防止炮眼交叉打穿,炮眼數(shù)不小于設(shè)計(jì)的90 % ,注意掌握周邊眼的外插角,太大超挖大,太小造成欠挖或造成下一循環(huán)“作業(yè)凈空”不夠。平行打眼時(shí),應(yīng)注意掌子面明顯不平整時(shí),應(yīng)調(diào)整炮眼的孔深,使炮眼眼底在同一個(gè)斷面上。當(dāng)巖層層理明顯時(shí),炮眼方向應(yīng)盡量垂直于巖面。
裝藥與堵塞
在將炸藥裝入炮眼前,應(yīng)將炮眼內(nèi)的殘?jiān)⒎e水排除干凈,并仔細(xì)檢查炮眼的位置、深度、角度是否滿足設(shè)計(jì)要求,裝藥時(shí)應(yīng)嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)的炸藥量進(jìn)行裝填。隧道爆破所使用的炮眼堵塞材料一般為砂子和黏土的混合物,其比例大致為砂子40%~50% ,黏土50%~60%,堵塞長(zhǎng)度視炮眼直徑而定,一般不能小于20cm,堵塞可采用分層人工搗實(shí)法進(jìn)行。
2.3 起爆起爆網(wǎng)絡(luò)必須保證每個(gè)藥卷按設(shè)計(jì)的起爆順序和起爆時(shí)間起爆。采用導(dǎo)爆管法起爆時(shí),連接方法必須正確,串聯(lián)每束不超過(guò)15根導(dǎo)爆管,為了“準(zhǔn)爆”可以采用雙雷管起爆,所有連接雷管都必須使用即發(fā)雷管或用火雷管加裝導(dǎo)爆管,連接必須牢靠。
3在工程中的應(yīng)用3.1 在隧道中的應(yīng)用目前,在公路隧道、山體隧道、鐵路隧道以及市政隧道中主要的掘進(jìn)還是光面爆破,主要要達(dá)到下述技術(shù)要求:開(kāi)挖輪廓尺寸基本符合設(shè)計(jì)要求,欠挖不大于50mm,超挖不大于150mm,壁面不平度小于150mm;爆破后壁面上保留的半眼孔痕率為:堅(jiān)硬且完整性好的巖石≥80%,中等強(qiáng)度的巖石≥65%,軟巖或節(jié)理發(fā)育的巖石>50%;爆破作用對(duì)保留部分巖體破壞輕微,保留下的炮眼壁面上無(wú)粉碎和明顯的爆破縫隙、松軟破碎的巖體,爆破后盡量無(wú)大的危巖浮石、堅(jiān)硬面完整的巖體,無(wú)危巖或很少危巖。
3.2 在軟巖中的應(yīng)用軟巖中的光面爆破需要進(jìn)行特殊的處理包括如下方面:
3.2.1 周邊眼的間距和最小抵抗線在采用預(yù)留光面層的爆破中,爆破后巖面的平整程度與最小抵抗線W和周邊眼距E的比值K(密集系數(shù))有關(guān)。實(shí)驗(yàn)表明,當(dāng)K=E/W=0. 8~1.0時(shí),能得到較好的爆破效果;在巷道巖石松軟、破碎、節(jié)理發(fā)育帶,應(yīng)取K=0. 6~0. 8;巷道斷面小或巖石堅(jiān)硬時(shí),取K= 1. 0~1. 2為宜。
周邊眼距E,一般取250~300 mm;在兩幫間距可增大至400mm;在裂隙、節(jié)理發(fā)育或?qū)永锩黠@的巖石中,眼距亦應(yīng)適當(dāng)縮小。在軟巖中增加1~2個(gè)起導(dǎo)向作用的空眼,以保證成形規(guī)整。
3.2.2周邊眼的裝藥量為避免圍巖產(chǎn)生裂縫,必須嚴(yán)格控制周邊眼的裝藥量。根據(jù)實(shí)驗(yàn),使用化學(xué)炸藥,眼深小于 2 m時(shí),一般不宜超過(guò)以下數(shù)值:軟巖( f = 2~3) 100~150 g/ m;中硬巖(f = 4~6) 150~200 g/ m;硬巖( f= 8~10) 200~250g/ m。
3.2.3合理選擇炸藥光爆用炸藥應(yīng)當(dāng)是爆速較低、 密度小、 感度高、爆轟穩(wěn)定的低威力炸藥。
3.2.4合理選擇裝藥結(jié)構(gòu)選擇裝藥結(jié)構(gòu)的目的,是使藥卷能均勻地分布在炮眼中,并緩沖炸藥對(duì)圍巖的破壞作用。
3.2.5控制周邊眼的起爆時(shí)差各周邊眼起爆時(shí)采用同段管起爆,同時(shí)起爆對(duì)產(chǎn)生兩炮眼之間的貫穿裂縫有益。論文參考網(wǎng)。周邊眼采用毫秒雷管。
4結(jié)語(yǔ)各種光面爆破要根據(jù)各自特點(diǎn)進(jìn)行,最好采用新奧法,并控制好爆破參數(shù),注意炮眼內(nèi)有水時(shí),應(yīng)使用抗水炸藥并按有偶合裝藥確定裝藥量;在節(jié)理發(fā)育,夾有軟弱夾層,裂隙方向不易控制的巖層,應(yīng)減小炮孔間距和密集系數(shù)。
參考文獻(xiàn)
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關(guān)鍵詞:施家梁隧道 大跨度 淺埋土質(zhì)段 管棚施工 臺(tái)階法施工
0 引言
施家梁隧道位于北碚區(qū)施家梁鎮(zhèn)境內(nèi),是重慶外環(huán)高速公路北段項(xiàng)目的重點(diǎn)控制性工程之一,也是我國(guó)在建的最長(zhǎng)的三車道大跨隧道。本文結(jié)合施家梁隧道進(jìn)口端施工過(guò)程中采用的一些施工方法和技術(shù)參數(shù)來(lái)淺談大跨度隧道在洞口淺埋土質(zhì)地層段的施工技術(shù)方法。
1 工程概況及特點(diǎn)
施家梁隧道屬特長(zhǎng)隧道,設(shè)計(jì)為雙洞六車道,隧道左線(LK43+107~LK47+410)全長(zhǎng)4303m,右線(LK43+103~LK47+370.5)全長(zhǎng)4267.5m。隧道地質(zhì)結(jié)構(gòu)復(fù)雜,圍巖破碎,Ⅳ、Ⅴ級(jí)圍巖占67.5%;進(jìn)口淺埋段地層表面覆蓋第四系全新統(tǒng)崩坡積層、殘坡積層粘土,下伏巖層主要為泥巖、粉砂質(zhì)泥巖。隧址區(qū)由于地下水接受補(bǔ)給的來(lái)源單一,主要為大氣降水,故地下水動(dòng)態(tài)變化同大氣降水密切相關(guān),隨降雨量的變化而變化。左右線之間有一沖溝,每當(dāng)暴雨發(fā)生,地表排水通暢,山洪暴發(fā)時(shí)消漲亦快。隧道最大開(kāi)挖寬度17.82m,最大開(kāi)挖高度12.47m(含仰拱),最大開(kāi)挖斷面177.1m2。
設(shè)計(jì)荷載為公路—Ⅰ級(jí),計(jì)算行車速度100km/h;建筑限界寬14.5m,高5.0m。隧道襯砌內(nèi)輪廓為三心圓曲墻結(jié)構(gòu),內(nèi)凈空面積100.69m2。隧道襯砌支護(hù)采用復(fù)合式襯砌,初期支護(hù)以錨、網(wǎng)、噴為主,并輔以超前小導(dǎo)管/超前錨桿及鋼支撐支護(hù),二次襯砌為模筑混凝土(鋼筋混凝土)。左線設(shè)計(jì)路塹式明洞70m,右線18m。暗洞施工時(shí)首先采用50mφ127mm超前大管棚預(yù)支護(hù)作為施工輔助措施。
2 淺埋土質(zhì)地層段施工方案
2.1 基本原則
2.1.1 短進(jìn)尺掘進(jìn):在隧道進(jìn)口淺埋軟弱地段,人工配合挖掘機(jī)嚴(yán)格按短進(jìn)尺開(kāi)挖,局部堅(jiān)石采用弱爆破掘進(jìn)。
2.1.2 初期支護(hù)緊跟:尤其在軟弱圍巖段,地壓增長(zhǎng)快,自穩(wěn)時(shí)間短。錨、網(wǎng)、噴及鋼支撐架設(shè)工作在爆破、排險(xiǎn)后馬上施作,基本與出碴同時(shí)或交錯(cuò)進(jìn)行,尤其在地層破碎或構(gòu)造帶地段更要緊跟,以保證圍巖穩(wěn)定。
2.1.3 為維護(hù)開(kāi)挖周邊穩(wěn)定,開(kāi)挖必須形成平順的開(kāi)挖輪廓,不但對(duì)維護(hù)圍巖穩(wěn)定有利,也為后續(xù)工序創(chuàng)造良好條件,同時(shí)有效地控制超欠挖,也是提高企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益的有效途徑。
2.1.4 仰拱緊跟:根據(jù)本隧道地質(zhì)情況,拱、墻部初期支護(hù)形成之后要盡早施設(shè)仰拱,以使初期支護(hù)盡快形成封閉受力結(jié)構(gòu),并為二襯施工的模板臺(tái)車軌道鋪設(shè)提供條件,同時(shí)仰拱及早鋪設(shè)也為洞內(nèi)運(yùn)輸提供便利。一般仰拱與正面下部開(kāi)挖面保持距離為40~50m左右,以保證開(kāi)挖、裝碴機(jī)具活動(dòng)場(chǎng)地。
2.1.5 及時(shí)施作二次襯砌:二襯不能緊跟初期支護(hù)。初期支護(hù)設(shè)置后,仍需對(duì)圍巖及初期支護(hù)變形進(jìn)行不間斷量測(cè)。如圍巖及初期支護(hù)變形仍在急劇增長(zhǎng),則需補(bǔ)強(qiáng)初期支護(hù),不能用加厚二襯的辦法作為結(jié)構(gòu)加強(qiáng)手段;直到圍巖及初期支護(hù)變形基本穩(wěn)定時(shí)(收斂小于0.1~0.2mm/d及拱頂下沉小于0.07~0.15mm/d時(shí))則可施作二襯。但在Ⅴ級(jí)圍巖段,當(dāng)變形得不到有效控制的情況下,應(yīng)迅速施做二次襯砌,然后再進(jìn)行長(zhǎng)期檢測(cè)、觀察。
2.2 施工方案簡(jiǎn)述 施家梁隧道明洞段在拉槽開(kāi)挖的同時(shí)對(duì)邊仰坡進(jìn)行支護(hù),暗洞段在超前大管棚支護(hù)下短進(jìn)尺掘進(jìn)。隧道進(jìn)洞采用上下臺(tái)階法,上臺(tái)階預(yù)留核心土施工,開(kāi)挖后及時(shí)進(jìn)行初期支護(hù)封閉巖面。開(kāi)挖支護(hù)過(guò)程中重點(diǎn)進(jìn)行隧道的周邊位移、拱頂下沉等量側(cè)項(xiàng)目的工作,根據(jù)量測(cè)數(shù)據(jù),及時(shí)調(diào)整施工方案,必要時(shí)上半斷面設(shè)臨時(shí)仰拱。上半斷面開(kāi)挖約10~15m后,開(kāi)挖下部。在施工過(guò)程中隧道防坍塌問(wèn)題是本工程在洞口段的最大施工控制重點(diǎn)。
3 關(guān)鍵施工技術(shù)
3.1 洞口土石方施工 首先施工洞口邊仰坡頂?shù)慕厮疁?,開(kāi)挖過(guò)程避開(kāi)雨天進(jìn)行。采用挖掘機(jī)開(kāi)挖,孤石和挖掘機(jī)挖不動(dòng)的巖石,采用小型控制爆破,裝載機(jī)或挖掘機(jī)裝碴,自卸汽車運(yùn)輸。洞口段邊仰坡開(kāi)挖嚴(yán)格按設(shè)計(jì)控制坡度,松軟地層開(kāi)挖時(shí)從上至下,隨挖隨防護(hù),隨時(shí)監(jiān)測(cè)、檢查山坡穩(wěn)定情況。邊仰坡上浮石、危石要清除,坡面凹凸不平處予以修整平順。
明洞段根據(jù)洞口地形地質(zhì)條件分為明挖段和暗挖段。明挖段采用拉槽開(kāi)挖,臨時(shí)邊坡隨挖隨支護(hù),支護(hù)參數(shù)為:普通砂漿錨桿長(zhǎng)3.5m,按1.5×1.5m間距梅花型布置,Φ6.5鋼筋網(wǎng)網(wǎng)孔間距0.25m,C20噴射混凝土厚8cm。開(kāi)挖到暗挖段時(shí)要求預(yù)留核心土體,待洞口超前支護(hù)、暗挖段附加套拱施工完成后再開(kāi)挖進(jìn)洞。
3.2 超前大管棚施工 超前大管棚作為洞口淺埋加強(qiáng)段的輔助施工措施,它通過(guò)管棚和注漿來(lái)穩(wěn)固地層,防止隧道開(kāi)挖爆破時(shí)造成拱部坍塌。
施家梁隧道超前大管棚支護(hù)一環(huán)長(zhǎng)50m,采用外徑φ127 mm,壁厚的4.5mm的熱軋無(wú)縫鋼管,鋼管前段呈錐形,尾部焊接φ10mm加勁箍,管壁四周鉆2排φ20mm壓漿孔。管棚的環(huán)向布置間距為35cm,共布置55根,外插角1~2度,在拱部120度范圍內(nèi)布置。
3.2.1 混凝土套拱施工 套拱即導(dǎo)拱,主要是起到管棚支撐及導(dǎo)向作用。套拱由五榀鋼拱架、55根2m長(zhǎng)的Φ150×4mm導(dǎo)向鋼管及厚80cm、長(zhǎng)2m的 C25混凝土護(hù)拱組成。管棚導(dǎo)向管安裝時(shí),考慮到隧道圓曲線半徑及50m長(zhǎng)度,外插角控制在1.5°。每根導(dǎo)向管安裝時(shí)均采用水平尺及儀器測(cè)量檢測(cè),以保證鉆機(jī)鉆孔時(shí)不侵入隧道開(kāi)挖凈空,并能很好地起到超前支護(hù)的作用。架立鋼拱架,在鋼拱架背部焊接2m長(zhǎng)的Φ150×4mm導(dǎo)向鋼管后,安裝模板,澆注C25混凝土護(hù)拱。
3.2.2 管棚鉆孔及鋼管施工
①鉆孔:在套拱完成并養(yǎng)護(hù)3天后開(kāi)始鉆孔,采用兩臺(tái)MGJ-50水平地質(zhì)鉆機(jī)從套拱兩側(cè)底部開(kāi)始施鉆,并把每孔標(biāo)號(hào),方便施工時(shí)記錄每孔的成孔時(shí)間、頂管時(shí)間及注漿量,以保證超前管棚的施工質(zhì)量。在鉆孔施工時(shí)為了確保鉆桿接頭有足夠的強(qiáng)度、剛度和韌性,鉆桿聯(lián)接套應(yīng)與鉆桿同材質(zhì),兩端加工成內(nèi)螺扣(鉆桿首尾端外螺扣),聯(lián)接套的最小壁厚≥10mm。防止鉆桿在推力和振動(dòng)力的雙重作用下,上下顫動(dòng),導(dǎo)致鉆孔不直,鉆孔時(shí),把扶直器套在鉆桿上,隨鉆桿鉆進(jìn)向前平移;鉆機(jī)開(kāi)孔時(shí)鉆速宜低,鉆深20cm后轉(zhuǎn)入正常鉆速。第一節(jié)鉆桿鉆入巖層尾部剩余20-30cm時(shí)鉆進(jìn)停止,用兩把管鉗人工卡緊鉆桿(不得卡絲扣),鉆機(jī)低速反轉(zhuǎn),脫開(kāi)鉆桿。鉆機(jī)沿導(dǎo)軌退回原位,人工裝入第二根鉆桿,并在鉆桿前端安裝好聯(lián)接套,鉆機(jī)低速送至第一根鉆桿尾部,方向?qū)?zhǔn)后聯(lián)接成一體。換鉆桿時(shí),要注意檢查鉆桿是否彎曲,有無(wú)損傷,中心水孔是否暢通等,不符合要求的應(yīng)更換以確保正常作業(yè)。鉆孔達(dá)到要求深度后,按同樣方法拆卸鉆桿,鉆機(jī)退回原位。同時(shí)詳細(xì)記錄前方的地質(zhì)巖層情況。
②頂管:利用改裝后鉆機(jī)的沖擊和推力,將安有工作管頭的棚管沿引導(dǎo)孔鉆進(jìn),接長(zhǎng)棚管,直至孔底。管棚采用Φ127mm無(wú)縫鋼管,管棚接長(zhǎng)時(shí)先將第一根鋼管頂入鉆好的孔內(nèi),再逐根聯(lián)接。事先加工好的管節(jié)聯(lián)接套,要預(yù)先焊接在每節(jié)鋼管兩端,便于聯(lián)接。第一根鋼管前端要焊上合金鋼片空心鉆頭,以防管頭頂彎或劈裂。相鄰管的接頭應(yīng)前后錯(cuò)開(kāi),避免接頭在同一斷面受力。將鋼管安放在大臂上后,鑿巖機(jī)要對(duì)已鉆好的導(dǎo)向孔,低速推進(jìn)鋼管,其沖擊壓力控制在18-22Mpa,推進(jìn)壓力控制在4.0-6.0Mpa。當(dāng)?shù)谝桓摴芡七M(jìn)孔內(nèi),孔外剩余30-40cm時(shí),開(kāi)動(dòng)鑿巖機(jī)反轉(zhuǎn),使頂進(jìn)聯(lián)接套與鋼管脫離,鑿巖機(jī)退回原位,人工裝上第二節(jié)鋼管,大臂重新對(duì)正,鑿巖機(jī)緩慢低速前進(jìn)對(duì)準(zhǔn)第一節(jié)鋼管端部(嚴(yán)格控制角度),人工持鏈鉗進(jìn)行鋼管聯(lián)接,使兩節(jié)鋼管在聯(lián)接套處聯(lián)成一體。鑿巖機(jī)再以沖擊壓力和推進(jìn)壓力低速頂進(jìn)鋼管。
頂進(jìn)鋼管后即可安設(shè)加工好的鋼筋籠,起到管棚補(bǔ)強(qiáng)的作用。
3.2.3 管棚注漿 鋼管及鋼筋籠安裝后即封堵管口,留注漿孔、止回閥及止?jié){塞,即可進(jìn)行注漿。根據(jù)地質(zhì)條件、圍巖特性及注漿目的的不同,注漿材料一般分為兩類:第一類為注水泥砂漿,其主要作用為增強(qiáng)鋼管強(qiáng)度;第二類為注水泥漿或水泥-水玻璃雙液漿等化學(xué)漿液,其主要作用為:①漿液通常超前壓注到巖體裂隙中經(jīng)過(guò)物力化學(xué)作用,即能將破碎圍巖或松散顆粒在短時(shí)間內(nèi)膠結(jié)成整體,起到超前預(yù)支護(hù)作用,為隧道開(kāi)挖施工安全提供保障,又能增強(qiáng)圍巖的整體穩(wěn)定性;②漿液填充巖體空隙,凝結(jié)固化后,阻隔了地下水或雨水向隧道內(nèi)的滲入,起到了堵水防水的作用。
注漿前對(duì)管棚套拱周圍的地表進(jìn)行8~10cm厚的噴射混凝土封閉,防止?jié){液從巖面裂隙中反滲。漿液通過(guò)過(guò)濾網(wǎng)用HVF-50注漿機(jī)進(jìn)行注漿,首先從無(wú)滲水孔進(jìn)行,然后再注有滲水孔。嚴(yán)格控制注漿壓力,既要有足夠的注漿壓力來(lái)克服巖(土)內(nèi)天然水壓力和地層裂隙阻力才能使?jié){液充分?jǐn)U散填充,達(dá)到加固堵水的作用;也不能壓力太大而壓裂開(kāi)挖面。配制的漿液要在規(guī)定時(shí)間內(nèi)用完,同時(shí)嚴(yán)格記錄注漿機(jī)吸管頭容器內(nèi)的原有漿液體積、中間加入的漿液體積、剩余漿液的體積,把握總體注漿量。
3.3 地表注漿 注漿法是利用壓力將能固化的漿液通過(guò)鉆孔注入巖土孔隙或建筑物的裂隙中,使其物理力學(xué)性能得到改善的一種方法。注漿法出現(xiàn)于19世紀(jì)初的法國(guó),我國(guó)的注漿技術(shù)研究起步較晚,20世紀(jì)50年代以前所做工作很少,50年代開(kāi)始初步掌握注漿技術(shù)。在隧道工程中,地表注漿主要應(yīng)用于圍巖地質(zhì)條件差、偏壓、洞口及淺埋層土體的固結(jié)、加固洞周圍巖,來(lái)維護(hù)土體在施工過(guò)程穩(wěn)定,改善隧道成洞條件。
施家梁隧道右線進(jìn)口處于土層中,且右側(cè)邊坡處于一崩坡積層滑坡體上,開(kāi)挖跨度大,成洞困難,為預(yù)防隧道拱部上方出現(xiàn)拉應(yīng)力而坍塌,多方研究決定采用地表預(yù)注漿技術(shù)對(duì)隧道周圍地層進(jìn)行加固,以保證施工安全。
隧道開(kāi)挖輪廓線以外的注漿管采用外徑Φ108mm,壁厚4.5mm的熱軋無(wú)縫鋼管加工制成,開(kāi)挖輪廓線以內(nèi)注漿管采用外徑Φ42mm壁厚4.5mm的熱軋無(wú)縫鋼管制成,前端加工成錐形,垂直打入地層。水泥漿液采用P.O32.5水泥制作,水灰比采用W/C=1.0,注漿壓力控制在0.7~1.0MPa之間;通過(guò)鋼管周圍的Φ20mm的注漿孔擴(kuò)散至圍巖層;注漿工藝同大管棚注漿施工。
3.4 暗洞開(kāi)挖及支護(hù) 在超前大管棚及地表注漿達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后進(jìn)行暗洞段的開(kāi)挖、支護(hù)。在無(wú)較大構(gòu)造影響的一般地段,根據(jù)超前地質(zhì)預(yù)報(bào)確定的前方圍巖軟弱破碎程度,施工中及時(shí)調(diào)整開(kāi)挖斷面及支護(hù)措施。在進(jìn)口淺埋段均為Ⅴ級(jí)圍巖土質(zhì)地段,為適應(yīng)鉆孔臺(tái)車掘進(jìn)需要并縮短作業(yè)循環(huán)時(shí)間,采用大半斷面短臺(tái)階并預(yù)留核心土法施工的掘進(jìn)方法,取得良好效果。
3.4.1 開(kāi)挖方法 在軟弱圍巖的條件下,采用臺(tái)階法開(kāi)挖。洞身拱部超前10~15m,以滿足施工工作平臺(tái)的需要,而后進(jìn)行洞身的下半部爆破開(kāi)挖,洞身開(kāi)挖后,立即進(jìn)行噴錨支護(hù)。圍巖非常破碎的情況下采用側(cè)壁導(dǎo)坑法施工,先開(kāi)挖中夾巖側(cè)導(dǎo)坑上臺(tái)階,支護(hù)完成后開(kāi)挖中夾巖側(cè)導(dǎo)坑下臺(tái)階及仰拱,并及時(shí)做好支護(hù)。導(dǎo)坑側(cè)壁安裝臨時(shí)鋼拱架支撐,保證隧道施工安全。其次開(kāi)挖另側(cè)導(dǎo)坑上、下臺(tái)階及仰拱,及時(shí)支護(hù),形成全斷面封閉支護(hù)環(huán)。仰拱開(kāi)挖后及時(shí)進(jìn)行仰拱、填充和邊墻基礎(chǔ)砼施工,與拱墻初期支護(hù)封閉成環(huán)。
施家梁隧道進(jìn)口段地層極為軟弱,地層松散。由于開(kāi)挖跨度大,開(kāi)挖后洞體容易變形,周邊穩(wěn)定性較差,拱部極易坍塌。所以采用人工開(kāi)挖,工人手持風(fēng)鎬、鐵鍬配合挖掘機(jī)進(jìn)行開(kāi)挖,同時(shí)控制開(kāi)挖進(jìn)尺,開(kāi)挖后及時(shí)進(jìn)行初期支護(hù)。在人工無(wú)法開(kāi)挖,確須爆破施工時(shí),重點(diǎn)控制裝藥量,采取松動(dòng)爆破,減少對(duì)周圍圍巖的擾動(dòng)。隧道開(kāi)挖時(shí),要求施工淺孔爆破分部開(kāi)挖,400m范圍內(nèi)安全震動(dòng)速度控制在1.2cm/s,相當(dāng)于Ⅵ級(jí)以下地震烈度。
3.4.2 噴射混凝土施工 噴射機(jī)安裝調(diào)試后先注水后通風(fēng),清通機(jī)筒及管路投料。連續(xù)喂料,經(jīng)常保持料斗內(nèi)料滿,料斗上設(shè)12mm孔徑的篩網(wǎng)一道,避免超徑骨料進(jìn)入機(jī)內(nèi),造成堵管。噴射時(shí),先注水(注意噴嘴要朝下,避免水流入輸料管),后送風(fēng),然后上料,根據(jù)受噴面和噴出的拌和物情況調(diào)整注水量,以噴后易粘著,回彈小和表面呈濕潤(rùn)光澤為度。
噴射順序:采取分段、分塊,先墻后拱,自下布上的順序,進(jìn)行噴射作業(yè)。噴射時(shí),噴嘴做緩慢的螺旋形運(yùn)動(dòng),使噴射料束運(yùn)動(dòng)軌跡呈環(huán)形螺旋式移動(dòng),旋轉(zhuǎn)直徑約20~30cm,自噴射面的下部開(kāi)始,水平旋轉(zhuǎn)噴射,噴料要一圈壓半圈,噴至段尾時(shí)上移返回,同時(shí)要求一排壓排,如此往復(fù)噴射。
為保證噴射砼密實(shí)度,減少回彈量,對(duì)于風(fēng)壓、水壓及噴頭的噴射距離、噴射角度都應(yīng)合理調(diào)整。噴嘴至受噴面距離以0.6~1.0m為宜,料束以垂直于噴射面為佳。
噴射料束放置速度及一次噴射厚度,以每2秒左右轉(zhuǎn)動(dòng)一圈為宜,一次噴厚以不回落時(shí)的臨界厚度或達(dá)到設(shè)計(jì)要求厚度時(shí)向前移動(dòng),每次噴射厚度一般不小于5cm。若噴射要求厚度較大,一次不能達(dá)到時(shí),第二次噴射應(yīng)在第一層砼終凝1小時(shí)后進(jìn)行。兩次噴射注意找平巖面,以便于鋪設(shè)防水層。
3.4.3 錨桿施工 開(kāi)挖后先進(jìn)行第一層噴射砼施工,待該層砼終凝并形成一定強(qiáng)度后,按設(shè)計(jì)要求布置錨桿,用紅油漆標(biāo)示清楚位置后利用開(kāi)挖臺(tái)架進(jìn)行錨桿鉆孔。鉆孔完成后將制作好的錨桿插入孔內(nèi)至設(shè)計(jì)深度,安好墊板及螺帽,并安裝止?jié){塞。
注漿采用水泥砂漿,注漿壓力控制在0.5~1.0MPa,并隨時(shí)排除孔中空氣,保證錨桿砂漿飽滿。
3.4.4 鋼筋網(wǎng)施工 按設(shè)計(jì)要求加工鋼筋網(wǎng),隨受噴面起伏鋪設(shè),并將鋼筋網(wǎng)同定位錨桿固定牢固,鋼筋網(wǎng)與受噴面的間隙以3cm左右為宜,砼保護(hù)層厚度應(yīng)大于2cm。
3.4.5 鋼支撐施工 按測(cè)量給定的中線,水平標(biāo)高,標(biāo)準(zhǔn)間距垂直架立,支撐鋼架應(yīng)與圍巖盡量靠近,留2~3cm的間隙做保護(hù)層,當(dāng)鋼架與圍巖間隙較大時(shí),安設(shè)鞍形砼墊塊,確保巖面與拱架密貼。
控制鋼拱架受力情況的薄弱環(huán)節(jié)在于節(jié)點(diǎn)聯(lián)結(jié)螺栓,定位錨桿及縱向連結(jié)筋,因此,所有螺栓要上齊,旋緊、擰好,按設(shè)計(jì)焊連定位錨桿和縱向連接筋,確保安裝質(zhì)量。
鋼架的架設(shè)應(yīng)由專人按規(guī)定的信號(hào)進(jìn)行指揮,隨時(shí)觀察圍巖動(dòng)態(tài)或噴射砼的情況,防止落石,坍塌引起傷人事故。
當(dāng)緊固頂部連接螺栓,楔緊鋼架時(shí),作業(yè)人員應(yīng)以正確的姿勢(shì)站在平穩(wěn),牢固的腳手架上,并配帶安全防護(hù)用具防止發(fā)生墜落事故。
3.4.6 隧道監(jiān)控量測(cè) 監(jiān)控量測(cè)的項(xiàng)目主要根據(jù)隧道工程的地質(zhì)條件、圍巖類別、跨度、埋深、開(kāi)挖方法和支護(hù)類型等綜合確定。而且,在隧道工程中進(jìn)行量測(cè),絕不是單純地為了獲取信息,而是把它作為施工管理的一個(gè)積極有效的手段,因此量測(cè)信息應(yīng)能確切地預(yù)報(bào)破壞和變形等未來(lái)的動(dòng)態(tài),對(duì)設(shè)計(jì)參數(shù)和施工流程加以監(jiān)控,以便及時(shí)掌握圍巖動(dòng)態(tài)而采取適當(dāng)?shù)拇胧?。結(jié)合施家梁隧道的實(shí)際情況,將地質(zhì)與初期支護(hù)觀察、水平凈空收斂量測(cè)、拱頂下沉量測(cè)作為施工監(jiān)控量測(cè)項(xiàng)目。
4 結(jié)束語(yǔ)
目前三車道公路長(zhǎng)大隧道正在建設(shè)的不少,并逐漸積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)。本文結(jié)合施家梁隧道設(shè)計(jì),對(duì)大斷面單洞三車道公路隧道的洞口淺埋土質(zhì)段結(jié)構(gòu)支護(hù)參數(shù)、施工開(kāi)挖方案進(jìn)行了淺討,為今后大斷面公路隧道的施工積累了經(jīng)驗(yàn)。但對(duì)這樣的大斷面隧道,施工中尚存在許多技術(shù)問(wèn)題有待研究,例如隧道斷面形狀的優(yōu)化、支護(hù)參數(shù)的合理確定、開(kāi)挖方法的正確選擇以及新技術(shù)、新材料的應(yīng)用等,還需要進(jìn)一步系統(tǒng)研究。隧道施工過(guò)程中,必須認(rèn)真進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控量測(cè),特別是圍巖壓力、洞周的位移、拱頂?shù)南鲁?、初次襯砌的應(yīng)力、臨時(shí)支護(hù)的變形等應(yīng)該作為監(jiān)控量測(cè)的重點(diǎn),通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)量測(cè)及時(shí)掌握圍巖和支護(hù)結(jié)構(gòu)的動(dòng)態(tài),以實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)支護(hù)參數(shù)和施工方案的動(dòng)態(tài)優(yōu)化。
參考文獻(xiàn)
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