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【關鍵詞】隧道洞門;大管棚技術;施工要點
0.引言
大管棚技術能滿足不同隧道洞口對其的要求,在提升施工質量方面起著重要的作用。首先,大管棚加固技術通過直接利用隧道的開挖空間進行支護施工,在施工過程中,能滿足各種地質對其的要求。其次,大管棚技術利用管棚推進器,能減少施工的開挖工作,節約工程的成本,具有不錯的經濟效益,在降低軟弱底層的同時,還能夠降低管棚工作間的施工風險,實現隧道洞口開挖的切割問題。
1.工程概況
該工程位于云貴高原和滇池盆地交接的過渡地帶,隧道通過地帶隨未見明顯的斷層。但是由于地質狀況復雜,施工巖體較為破碎,巖體的層理變化大。該隧道為單洞雙線鐵路隧道,全長4000m-4200m.隧道進出口均連接路基,設計為5‰的單面下坡,其標準斷面的開挖高度為10m,寬度為11m。隧道洞口的埋度淺,因此,通過各種綜合因素的考量,設計采用大管棚對隧道洞口進行超前支護,保證進洞施工的安全性。
2.提升隧道洞門口大管棚施工技術質量控制的要點
2.1完善施工技術參數
該工程隧道洞口的厚度為90mm,縱向長度為1m。在隧道洞口設置C20混凝土澆筑的導向墻,并將導向墻設置在混凝土上面。在大管棚的技術參數考量上,通過選用直徑為108mm,厚度為6mm,管距為40cm的無縫鋼管進行參數設計。在導管上鉆上直徑為10mm的注漿孔,兩孔之間的間距為20cm,鉆孔呈梅花形分布,在鋼管的尾部預留大于100cm的止漿端。管棚的長度為6m和3m,首尾采用3m管棚,中間采用6m,奇數孔和偶數孔之間相互錯開。最后,采用C20混凝土進行一次性注漿[1]。
2.2嚴格施工工藝選擇
大管棚支護技術由于工程地質條件的不同,有管靴帶管棚跟進工藝、內套管焊接管棚頂進工藝、絲扣連接管棚推進工藝三種工藝形式。
管靴帶管棚跟進工藝,通過采用外直徑為108mm的無縫鋼管進行加工,在鋼管的兩端設置7CM的內外連接絲扣,利用直徑為125mm的錘頭設計孔深,利用108mm的管靴帶進行跟進成功,采用一次性注漿的方式進行大管棚注漿。在內套管焊接管棚頂進工藝中,采用外直徑為76mm,壁厚為9mm的無縫鋼管進行加工,通過內套管的焊接和管棚前端的尖頭加工,采用90mm的鉆頭鉆孔,進行錘頭的頂進和內套管的焊接,完成后采用一次性注漿的方式進行管棚注漿。最后一種絲扣連接管棚工藝的無縫鋼管規格選用與管靴帶管棚跟進工藝相同。但是,在工藝上,它是通過管棚絲扣和連接件的連接,通過鉆機的沖擊力進行管棚鉆孔的逐級深入,最后,同樣采用一次性注漿的方式進行管棚注漿。
在以上三種工藝中,管靴帶工藝易發生絲扣斷裂的現象,而且鉆孔的速度較慢,在隧道洞口施工中應用程度不高。內套管焊接管棚頂進工藝因需焊接連接,管棚的直徑不能過大。絲扣鏈接管棚推進工藝的鉆孔速度快,而且操作簡單。經比較,本隧道洞口采用絲扣連接管棚推進工藝。
2.3嚴格施工流程
2.3.1導向管定位及套拱施工要點
首先,要按照施工的材質要求選擇適當的套管。將套管將工程罐形,運用長度為15cm的絲扣進行連接,為了防止漿液外流的情況發生,在每節接管的尾部采用焊接紙漿板,一般來講,紙漿板由厚度為2cm的鋼板制作而成,在絲扣的連接中,做好注漿止漿工作。另外,在套拱的制作中,套拱一般不能隨意地切割,只能在大管棚施工完成后,進行擴充和挖建。在管棚的施工中,通過采用套拱,能夠有效保證隧道洞口施工的安全性,保證管棚洞口切割位置的準確[2]。
2.3.2鉆孔施工和管棚頂進施工
鉆孔的機器選用KR50412-3型鉆機進行鉆孔定位。在鉆孔施工前,施工人員要嚴格按照施工圖紙要求標注出鉆孔的位置,通過鉆孔角度的控制,保準鉆孔位置的準確性。首先,鉆孔的施工平臺必須要搭建牢固,防止作業中產生下沉、擺動和位移的現象。按照實現標準的鉆孔位置,利用導向管進行施鉆,在由高到低、隔空鉆孔的過程中,保證鉆孔數量和方向的準確性。
在管棚的頂進中,鋼管事先在專用的管床上加工好了絲扣,因此,通過利用專用的機器,在強力作用下,將鋼管導進巖層內部。連接套管時,通過人工裝接鋼管,套管之間進行適當的對正,在鉆機緩慢的鉆進過程中,嚴格控制前后兩節套管之間的角度。當角度不正確時,通過及時的調整,再在鑿巖機和推進機的作用下,確保鋼管進入巖層的深度不超過50%。在鋼管插入完成后,立即將套管取出,而鉆孔和鋼管之間的縫隙用水泥密封。最后,還要利用巖芯鉆桿配合鉆頭進行掃空,在空壓機送風清除浮渣的合力下,進行清孔工作。
2.3.3注漿施工工藝
在注漿開始之前,首先要檢查注漿設備運轉的正常性,大棚管理是否暢通。在現場進行合理實驗,通過演示裂縫情況和施工半徑的情況,選擇合適的漿液配合比例進行施工。將水泥漿攪拌均勻。
注漿工作是在管棚順利安裝的前提下進行的,當管棚順利安裝完成后,通過安裝孔口止漿閥、出氣閥以及連接注漿管線道路,在注漿泵壓水實驗下,檢查設備是否處于正常運行狀態。另外,還應當通過增加漿液的密實性和擴大漿液的暢通道路,對破碎巖層的滲透性進行核實。在此過程中,通過對巖石裂縫的沖洗,實現這一目標。在單根鋼管的安裝上,采用由下到上,先偶數后奇數的方式進行注漿。的那個注漿量達到設計標準后,停止注漿工作[3]。
2.4進行施工經驗總結
在大管棚支護施工完成后,發現在洞口出現部分管棚掉管的現象。在及時的檢測中,通過在導向墻上設置 的外插角解決這一問題。這是由于管棚上存在著線路曲折的現象,在施工中應當及時按照實際情況進行外插角度的調整。另外,由于掉管上出現質地較為松軟的填土,在填土和原土交融的過程中,發生土質變硬的情況,應根據實際地質情況,進行鉆頭的變更。最后,由于管棚鉆桿較長,管棚在重力的作用下發生傾斜而偏向隧道內側。為了減少因下垂引起的技術偏差,要嚴格控制鉆孔的偏斜度,并進行及時的糾正。
3.工程效果檢驗
大管棚支護技術不僅能夠改善破碎圍巖的力學性質,通過在開挖段上方形成具有承載力的拱圈,在各種破隊巖體和殘積層中具有廣闊的應用前景。通過大管棚在隧道洞口的支護,在洞口形成了良好的拱梁效應和圍巖效應,在提升拱梁支撐度的同時,提升了圍巖的彈性,在該工程施工中提升了隧道洞口施工的安全性。
4.結語
該工程施工中,由于隧道洞口施工非常困難,采用大管棚技術對洞口進行注漿支護,能有效保證洞口坡度的安全性。該洞口在采用了大管棚技術后,不僅提升了圍巖的穩定性,形成了有效的支護體系,防止圍巖的下沉、變形和坍塌,而且提升了圍巖的支護能力。通過對施工技術要點的完善,提升了施工質量,保證了工程施工的安全進行,對于隧道洞口施工技術的改進,具有重要意義。
【參考文獻】
[1]李小龍.長大管棚在隧道淺埋段的施工技術和質量控制[J].施工技術,2010,4(25):13-16.
關鍵詞:高速公路;隧道洞口;施工;特點;技術
前言:高速公路是現代交通運輸業的重要組成部分,并成為經濟發展中必不可少的基礎設施。在高速公路建設中,隧道是其中最為常見的工程之一,而隧道洞口施工則是隧道建設的中樞環節,同時也是隧道建設施工的難點。隨著現代科技水平的不斷提高,隧道洞口建設水平也得到一定程度的提高。但隧道工程屬于地下結構物,所涉及的工序、技術等均比較多,因而加大了高速公路隧道洞口施工的難度。而要保證隧道洞口施工的安全、順利進行,就應了解和掌握隧道洞口施工的技術方法。
一、高速公路隧道洞口施工概述
(一)隧道洞口施工的特征
總結高速公路隧道洞口施工的特征主要有以下幾點:(1)工序復雜:與露天施工相比,地下施工的難度更大,且工序更為復雜。在有限的空間和相對惡劣的施工環境下,要完成鉆孔、防排水水管安設、裝藥、出渣、爆破、噴砼、安設錨桿、防水板懸掛等工序[1],且這些工序很多都是交叉作業,各工序之間存在相互制約的關系。(2)隱蔽性較大:隧道竣工后,只能看到外觀,內部的二襯厚度、防水板、防排水的環向水管、防水板、錨桿、鋼拱架等均在隱蔽的地方。(3)受地質環境的影響大:在進行山嶺隧道施工時,常遭遇斷層、褶皺、節理等地質現象,這些地質因素都是影響巖體穩定的重要因素,并是引發地質災害的主要原因。而高速公路隧道洞口通常為“U”形,若坡腳、山體存在地形不對稱現象,則會造成隧道洞口兩端承載壓力的不對稱,從而易引起偏壓、淺埋和坍塌現象。因此,隧道洞口施工受地質環境因素的制約很大,并直接影響施工的難度和進程。(4)施工的動態變化較大:地質條件的復雜性、地質勘探的局限性等使得隧道洞口施工的動態變化較大。如常遭遇突發地質災害或意外事故(漏水、塌方等),除了影響施工進度之外,原制定的施工方案、施工技術方法也會隨之進行調整和修改。
(二)隧道洞口施工的原則及注意事項
進行隧道洞口施工時,應遵循一定的施工原則和注重有關事項。施工原因主要是應遵循淺埋暗挖的原則,即在距離地表比較的近的地下進行地下洞室暗挖施工。同時,執行“管超前、強支護、短進尺、嚴注漿、勤測、早封閉”措施[2]。其次,進行隧道洞口施工時,應充分保證周圍巖石結構的完整性。為此,在洞口開挖時,可適當應用機器進行挖掘或采取人工爆破等輔助方法,保證最大限度降低對山體巖層的干擾和損壞。以充分發揮巖石的承壓能力。第三,做好施工前的各項準備工作。包括嚴密勘查施工地點的地質結構類型、特點,周圍地理環境等,特別應對地層、地形等進行詳細的研究,充分做好潛在災害的預防工作。另外,詳細羅列施工技術方案,并進行嚴格的審核。
二、高速公路隧道洞口施工工藝
(一)超前預支護工藝
超前預支護是隧道開挖前所進行的一種支護方法,與超前預加固共同構成超前支護。超前預支護工藝又包括超前小導管法、掌子面噴射混凝土封閉法、管棚法、超前錨桿法。
1.超前小導管法
一般多用于預支護自穩時間比較短的砂層段、淺埋段、軟弱破碎帶、洞口偏壓段、斷層破碎帶、砂卵石段等地段。破碎或軟弱地層鑿空后易發生塌孔現象,或者在施作超前錨桿時較為困難等情況下,應用超前小導管支護工藝是首選。但超前小導管支護需要與鋼拱架配合使用。注漿加固時,在條件允許的情況下可直接在地面進行注漿加固。若有導洞則可在洞內完成注漿加固。同時,安裝導管前應清理干凈工作面,并對其進行牢固、嚴密封閉。加固小導管時,應保證其安裝位置的正確性,并留有足夠的長度,控制好小導管的鉆設角度,以保證工作面的穩定。為提高小導管自身的強度和剛度,可在小導管的鋼管處鉆設注漿孔。為防止隧道開挖時,小導管在地層壓力下出現漏漿現象,可在小導管的尾部設有封堵孔。另外,注漿時,可根據土質條件進行注漿工藝選擇。例如,在砂層中可選擇劈裂注漿法,在砂卵石地層中可選擇滲入注漿法,而在淤泥質軟土層中選擇高壓噴射注漿法等[3]。注漿材料應保證具有較強的穩定性、抗滲性、耐久性等。
2.掌子面噴射混凝土封閉法
隧道洞口巖石的含水量較大或穩定性較差的情況下,一般多采用掌子面噴射混凝土封閉法。該方法對掌子面噴射混凝土能起到暫時密封的作用,從而有效防止巖體由于風化作用而出現坍塌的現象。同時,又能使掌子面保持較好的穩定性。但在進行混凝土噴射前,為確保漿液能夠深入巖縫,提高巖石和漿液之間的融合性,可對掌子面進行封閉,使其發揮止漿墻的作用,從而提高灌注的效果[4]。
3.管棚法
管棚法也叫傘拱法,是下地結構工程進行淺埋暗挖時的一種常見支護結構。該工藝是在已經鉆好的空洞中,按照設計將鋼管安裝好,同時對鋼管內部進行灌漿,使鋼管和鋼架構成一個預支護系統,使其能有效承擔周圍巖石的壓力,增加縱向梁、橫向的作用,從而提高周巖的穩定性。這對防止地表下沉和土層坍塌有重要作用,并有利于確保后續支護施工的安全進行。管棚法即使在地質比較松軟或不完整的地層上也能發揮較強的支護力。
4.超前錨桿法
超前錨桿法也叫斜錨桿法,是沿著開挖的輪廓線,通過比較大的外插角向著開挖面的前方進行錨桿安裝,以對前方圍巖形成預支護,從而能對出渣、裝渣、襯砌、開挖等作業起到良好的保護作用。該工藝一般用于淺埋松散、地下水較少、圍巖應力比較小的破碎地層。但應用該工藝時應注意抓住質量控制要點,如錨桿盡量早強,外露長度在10cm之內;錨桿安裝后4h內禁止進行爆破作業;錨桿及藥包等材料應先進行質量檢定;進行洞內作業時保證有良好的照明;廢料廢氣必須在處理合格后再進行排放等。
(二)超前預加固技術
超前預加固技術分為洞內鉆孔注漿和地表注漿兩種。洞內鉆孔注漿是將具有凝膠和填充性能的漿液材料,利用注漿機將其壓入地層中,漿液經過凝膠硬化作用,將地層中的縫隙進行堵塞和充填,在隧道開挖時則能起到良好的防滲漏效果。地表注漿則一般應用在地質條件相對較差的地區,但不適合用于粘土土質中。而選擇漿液時應注意與周圍巖石的性質相適應。注漿時先將帶孔的鋼管置于圍巖當中,然后在密排花管中進行注漿,以提高圍巖的承壓能力。
三、結語
總之,高速公路隧道洞口施工是隧道建設施工的重點,了解高速公路隧道洞口施工的特征以及相關施工工藝,對提高我國公路隧道工程建設水平具有重要意義,為此,應引起足夠重視。
參考文獻:
[1]田力.公路隧道洞口工程施工技術研究[J].黑龍江交通科技,2013(10):119-120.
[2]趙翔宇.公路隧道洞口工程施工技術探討[J].科技創新導報,2012(31):98.
關鍵詞:公路隧道;洞口工程;施工技術
在公路隧道洞口施工過程中,影響其施工質量問題的因素較多,因而在施工過程中必須必須加強這些因素的分析,并在一定的原則下開展施工工作,才能最大化的確保整個工程質量。基于此,筆者結合自身工作實踐,就公路隧道洞口工程施工技術做出以下幾點研究。
1.公路隧道洞口工程施工的根本前提
在公路隧道洞口工程施工中,為了確保工程質量得到有效的提升,應在做好以下幾方面的工作:一是在隧道施工之前必須對周圍的地形地貌以及地質特征進行調研,例如在山洞入口開挖隧道時,就不得盲目地開挖直接進入洞內,否則可能導致坍塌等安全事故的發生;二是在開挖時必須嚴格按照規范工序進行,不得打亂工序,尤其是應在確保安全的前提下進行施工,否則極易導致安全事故的發生,例如在支護過程中,必須做好孔截面表面的監測工作,做好初期支護的圍巖變形觀測工作,確保數據收集的準確性和反饋的及時性,才能更好地確保支護的安全性。由此可見,在公路隧道洞口工程施工中應堅持的根本前提就是安全,只有在確保安全的前提下才能進行施工[1]。
2.分析影響公路隧道洞口工程施工質量的因素
由于公路隧道洞口工程是一項系統而又復雜的工程。其施工過程中面臨著諸多因素的影響,因而在采取施工技術之前,必須對其影響的因素進行分析,才能針對性的采用施工技術,最大化地確保其施工質量。
2.1地形因素
隧道開挖過程中,往往由于地形地貌等因素導致偏壓和淺埋等情況的粗線,而隧道的主要結構為“馬蹄形”,而由于這些因素的因素經常導致其結構的雙面荷載不對稱,從而導致施工難度加大,在施工過程中一旦由于施工技術不當或者開挖與支護不帶哦為,經常導致隧道洞口出現垮塌的安全事故,因而必須在施工過程中考慮地形因素。
2.2地下水
在隧道工程中,由于其位置的特殊性,經常在山凹和溝谷處修建,而這些地方又是地下水匯集的主要地點,且地質構造十分復雜,尤其是軟弱性較強,進而給后期的施工帶來難處,因而在確定洞口位置時,應盡可能地設置在突出的山坡周圍進洞,并做好地表流經的處理,以最大化的避免地下水給隧道施工帶來的影響[2]。
3.公路隧道洞口工程施工技術研究
通過上述分析,我們對公路隧道洞口工程施工的根本前提和影響因素有了一定的認識,那么我們應采取哪些技術確保隧道洞口施工質量呢?筆者以下就此展開論述。
3.1準備階段的技術措施
在工程準備階段,首先應加強與設計方的交流,明確設計意圖,加強設計交底,精心確定隧道口的位置,結合隧道工程所在地的地質條件和水文條件針對性的開展施工組織設計工作,其次,應在施工之前結合企業實際針對性的確定工程的施工方案,做好各項準備工作,例如原材料、施工機械、人員、安全管理制度、施工制度等最大化的確保施工順利的進行;最后,應做好施工現場的清表工作,確保截水溝施工的有效性,并嚴格按照設計的需要開展放線刷坡工作,采取從上到下的原則進行開挖。
3.2施工階段的技術措施
3.2.1明洞開挖技術
在明洞開挖過程中,首先應進行測量定位,在邊坡采取1:1的比例開挖到拱線高程,而在仰坡則采取1:1.25的比例進行開挖;其次,在支護過程中,應選用砂漿錨桿(長度為3.5米,直徑為22毫米),以1.2×1.2m的規格,采取梅花形的方式進行布置,并掛上直徑為6毫米的鋼筋網片,且網格尺寸規格為0.2×0.2m,并進行混凝土的噴射(砼型號為C20,厚度為12cm);再次,在洞口進行超前支護時同樣應進行測量定位,通常應采取環向的方式進行,且間距為40cm,再將鋼花管(直徑為42mm,壁厚為4mm)打入,仰角為5到10°,每次打入的長度應為15米,鋼花管外露的長度為1.5米,再采取直徑為14mm的鋼筋焊牢在鋼花管端頭;最后,在進行水泥漿注射時,應選用1:1的水泥漿,也注漿出壓在0.5兆帕到1.0兆帕之間,終壓為2.0兆帕。
3.2.2套拱灌注技術
在套拱灌注施工過程中,首先,由于成洞面已經形成,因而應選用簡易的臺架立模進行套拱砼的澆筑,并在砌襯輪廓線外進行施工再與巖面進行緊密相貼,再將套拱鋼筋進行綁扎,對管棚孔口套管進行埋設,再將二者進行焊接并固定;其次,應做好鉆機平臺的搭設,將套拱作為整個管棚施工過程中的導向墻,再通過鉆孔將小導管打入,但無孔管的鉆孔必須在有孔管中進行注漿并凝固之后方能進行,在鉆孔過程中,還應對壓漿的質量進行檢查,以最大化的確保壓漿的質量,當質量達標后,就應對無孔鋼管進行混凝土的灌注;最后,應采用無縫鋼管(直徑為42mm,壁厚8mm),并將其前端加工為錐形,再利用絲扣連接接頭,且相鄰的鋼管接頭應至少錯開一幕,并在管壁鉆壓漿孔(直接為12mm),同樣采取梅花形的形式進行布置,在注漿過程中,應選用水泥單液進行注漿,且擴散直徑大于等于1.0m,當注漿施工結束后,應根據隧道洞口段的V級圍巖超短臺階法的開挖順序開展掘進工作。
3.2.3洞身開挖技術
在洞身開挖過程中,應選用正臺階法進行開挖,并在拱部留下核心土進行開挖,在開挖時應嚴格按照以下順序進行開挖:首先應放線測量,再對管棚進行超前支護,鋪設鋼格柵以及錨桿和鋼筋網片,最后進行混凝土的噴射實施聯合支護,再經過監控和測量進入下一環節的施工。
3.2.4爆破施工技術
在爆破施工過程中,首先應確保所選爆破器材的有效性,一般選用的炸藥應具有爆速低和爆力高的特點;其次,應精心確定爆破參數,通常洞口段應采取光面控制的方式進行爆破,因而周邊眼的間距應在42.5±7.5cm之間,最小的抵抗線間距應在65±5cm之間,其裝藥參數應在0.10±0.02kg/m之間,炮眼的密集系數應在0.8±1.0之間;最后,在裝藥過程中,應采取小直徑的藥卷進行間隔的的方式裝藥,再利用黃泥堵塞炮孔,且堵塞的長度應大于等于30cm,再結合洞口段Ⅴ級圍巖炮眼的布置實施爆破。
3.2.5洞身支護技術
為防止工作面失穩,上弧開挖完畢后,清理開挖輪廓支護,上弧開挖推進5m以后,準備下斷面開挖,先開挖上部核心土,核心土與下部斷面開挖同時推進。開挖下斷面中槽。進行左右側邊墻開挖。為了防止拱部下沉,左右開挖交替推進,工作面交錯2-3m。當進行墻部初期支護時,邊墻推進10m左右,開挖仰拱仰拱開挖完畢后立即進行混凝土施工,使開挖斷面形成環形支護結構。仰拱施工完畢,二次襯砌緊跟,形成隧道永久封閉。
3.2.6防水板鋪設技術
防水層用墊圈和繩扣掛在固定點上,固定點的間距根據防水板每幅寬度、厚度及自重進行布設,并在鋪設時要預留松弛度,不能張拉過緊,以免混凝土灌注時損壞防水板[3]。
4.結語
綜上所述,對公路隧道洞口工程施工技術進行研究具有十分重要的意義。作為施工人員,必須認真分析影響隧道洞口工程施工的影響因素,并采取有效的技術措施促進工程質量的提升,為整個工程質量的提升而不懈努力。
參考文獻:
[1]趙翔宇.公路隧道洞口工程施工技術探討[J].科技創新導報,2012,31:98.
關鍵詞:鐵路隧道;進口段;施工方法;主要技術
中圖分類號:U459.1 文獻標識碼:A 文章編號:
隨著鐵路施工技術的高速發展,在鐵路隧道的建設迎來新曙光的同時,也面臨著嚴峻的考驗。由于地質地貌的不同,鐵路隧道進口段的施工方案以及關鍵技術也各不相同。鐵路隧道進口段處于開端,風化相對嚴重,容易引起坍塌,危及人們的生命安全。
隧道進口段施工方案
進口段的特點及注意問題
隧道進口段,處于施工地段的外端,常年經歷風吹日曬等環境的考驗,變得異常脆弱,地表水的匯集以及各種地形地質條件的影響,進口段的施工十分困難。若是施工方法以及關鍵技術采用不當,若不經常維護,很容易產生坍塌。
在修建隧道口時,一定要注意洞口仰坡的成片滑落以及周邊邊坡的坍塌;時刻注意隧道頂板交叉處是否會產生塌方以及頂板冒頂和洞口段下沉。在洞口段采取爆破時,要根據當地的地形地貌等因素控制爆破震動、范圍,要時刻監控量測和超前地質預報。
進口段的主要施工方案
進口段的施工方案,主要基于進口段的關鍵問題而采用的。
在施工前,要認真的對隧道進口的地形、地貌以及地質情況進行勘察、核對。排除一切會引起坍塌、滑落等安全隱患。當塹頂斜坡存在松散的土體,易松動的石塊時,必須要及時的清理,無法或不易清除的應該采取加固的方法,保證洞口、仰坡、邊坡的穩定安全,避免意外事故發生。在施工的過程中,要嚴格的遵守“管超前、短進尺、弱爆破、強支護、勤測量、速反饋”的施工原則。特別在洞口挖開后,為了保障進洞的安全,及時的支護是十分必要的。
施工過程中,要利用監控量測,實施動態施工,將所得到的數據及時準確的進行分析計算,從而調整支護參數,引導施工快速、安全的進行。
洞口施工的關鍵技術
根據各地的地形地貌等因素的不同,在洞口施工時,就要選擇適合當地的施工方法以及進洞方法。
進洞技術
1.洞口長管棚技術
長管棚主要施工工序為:施工準備、混凝土導向墻施工、利用預留核心土為鉆孔作業平臺、管棚鉆機就位、鉆奇數孔、頂進Φ108mm花鋼管、清孔、管棚注漿、鉆偶數孔、頂進鋼管、鋼管填充以及孔口封堵。
長管棚施工,起超前支護剛度大,你能夠有效的承受住上方以及側向土體的壓力,具有棚架、錨固、固結地層的的三種主要功能。在松軟、風化的的地質處,采用長管棚注漿固結土體,可以增強進口段上方土體的穩定性,從而保證進洞施工的安全。
貴廣鐵路工程隧道施工,洞口便采用地長管棚施工技術。該項技術在新建貴廣鐵路隧道口得到了廣泛的應用,特別是在進洞口淺埋、偏壓地段應用的次數較多。該種施工技術,為作業人員在隧道口的安全提供了全面的保障,確保了對道口處的安全,有效的防止了進洞口處的拱頂下沉以及淺埋段的坍塌冒頂。
2.小導坑進洞法
面對復雜的地形,我們可以選取小導坑進洞法。小導坑的大小要根據所修建的通道大小進行選取,不可盲目采用。
小導坑進洞法要堅持“管超前、嚴注漿、短進尺、少擾動、強支護、快加固、早成環、勤測量” 的原則。 其工序為: 超前小導管—工字鋼架設—錨桿安裝—鋼筋網鋪設—噴射混凝土。
例如,湖北滬蓉西高速公路第二特長隧道夾活巖隧道便采用的小導坑的進洞方法。夾活巖隧道屬于巖溶地貌,高山峻嶺,地形險峻復雜,且隧道進口又位于沿線的河流左岸,周圍的巖石穩定性很差,巖質疏松,風化嚴重。為了避免破壞生態環境,該地作業人員便采用了小導坑的進洞方法,先采用小導坑形式出洞,再反向擴大隧洞。
該施工方法,先采用增加側墻的方法來阻擋來自土體的壓力,然后采用小導坑出洞,為施工人員創造了可以施工的頁面,然后在利用小導坑反向擴大隧洞,從而完整地保留了該處山體原來的面貌,減少了開挖量,很好的保護了自然環境的同時,還保障了作業人員的人身安全。這種方法要選擇適當的地形地貌,不可盲目的采用,否則只會弄巧成拙,適得其反。
3.加固地層進洞法
在構建鐵路隧道進洞口時,若洞口處所處的地層較差,地形不利于進洞時,可采用加固地層的進洞方法。我們可將加固地層進洞法分為兩種,一種是注漿加固地層,一種是接長明洞保持洞口穩定,之后再采用填土反壓法。
注漿方法可以采用地表垂直注漿,也可以采用從坡面水平注漿。在這里,漿液的采用一定要與當地的土體狀況,地質好壞相適合。經過認真考察核對后,可選擇水泥漿、水泥、水玻璃雙漿液,還可以選擇超細水泥漿以及其他適合當地土體的漿液。在注漿方式的選擇上,我們可以采用單孔注漿、旋噴注漿等方法。當漿液凝結,形成硬化的固體后,會形成一道堅硬的防護墻。這種墻可以加固周圍疏松的巖石,截斷水流,減少施工時出現的圖層坍塌,為作業人員提供良好的工作環境。
當地地形出現偏壓或者覆土層面較淺時,為了保證更快更安全的施工,作業人員可采用長明洞的方法將洞口保持穩定。完成這項技術后,切不可急于進洞施工,因為當地的地質疏松,明洞開挖便會引起周圍邊坡圖層的不穩定,容易出現危險。所以,在完成長明洞后,再采用填土反壓的方法,穩定邊坡的坡腳,加大洞頂填土的厚度。完成后,作業人員便可采用明洞暗做的方法進洞,或者采用蓋挖法施工明洞,然后進洞施工。
采用爆破技術
在洞口施工時,會采用爆破技術,然而,爆破技術的采用也要與根據當地的地形地貌,土質情況相結合,所以,在采用爆破技術的時候,一定要控制爆破的震動。在構建隧道時,采用爆破技術,往往會產生巨大的震動力,從而造成周邊的巖石松動,破壞周邊圖層的平衡,進而會導致滑坡以及巖體解體,在開挖的時候,易造成洞口地表下沉、塌穴等現象。也就是說,在采用爆破技術的時候,要嚴格控制爆破的震動幅度,這樣才可能減少圍巖松動、掉落乃至塌方。在爆破技術當中,微震控制爆破技術就是一個非常好的選擇,既可以讓作業人員快速的進洞,還可以減少圍巖的松動,保障作業人員的安全。
(三)加強監控
天有不測風云,人有旦夕禍福,計劃永遠沒有變化快。在鐵路隧道進口段施工時,往往會發生一些我們始料不及的事情。所以,為了盡量避免意外的發生,作業人員就要時時刻刻的做好監控的任務,做好測量工作,始終堅持動態設計、施工、管理。只有時時刻刻的監控、測量,及時匯報情況,才能夠減少意外的發生次數。
為了做到實時監控、測量,作業人員要布置好隧道洞口、洞頂的觀測點,做到全方位監控,及時作好隧道洞口段圍巖監控量測、地表的沉降觀測和地質超前預報工作,及時構建隧道洞門和二次襯砌。
注意初期支護與二次襯砌
隧洞口所承受的荷載很大,且隨著不斷的開挖,其荷載仍會繼續增加,這就要求作業人員要注意初期支護以及二次襯砌,從而減少圍巖暴露時間,增加作業時的安全。
總結:打蛇打七寸,擒賊先擒王,這些諺語都在告訴我們做事要抓關鍵。而鐵路隧道進口段就是整條隧道的關鍵,只有進洞口段的穩固安全,后續任務才可以快速、安全的完成。所以,在構建進洞口段時,一定要結合實際,選擇適當的施工方案與施工技術,做好實時監控。
參考文獻:
[l]關寶樹.隧道工程設計要點集[M].北京:人民交通出版社,2003
關鍵詞:公路隧道;大管棚;施工技術
中圖分類號:TU74 文獻標識碼:A
一、工程的主要情況
承德朝陽高速公路第十五段保神廟隧道左洞的長度是1395米,右洞的長度是1405米。隧道形式是兩車道分離式的,兩個洞的軸線間距是35米,最淺埋的深度是2.8米,其中四級以及五級的圍巖就占一半,這是這個項目中的一個難點。隧道洞口處巖體埋的深度很淺,在對洞口處超前支護時應用的是40米的大管棚。因為隧道洞口覆蓋了2米左右的巖體,所以進洞施工是非常困難的,因此設計方案是首先注漿固結洞口,應用的就是大管棚超前支護施工技術,然后在開挖進洞施工,這樣維持了穩定的洞口邊仰坡,同時在開挖輪廓線外形成了一層混凝土的立柱棚架,大大提高了在洞內施工的安全程度。
二、 設計的參數
首先是鋼管的規格:熱軋無縫鋼管的外徑是108mm,鋼管的壁厚是5mm,鋼管的節長是6.0m,鋼管的總長度是40m。其次是管距,環向間的距離是0.4m,一共設置了35根,確立的外插角是1度到2度。最后是管棚注漿應用的水泥砂漿是M30,水和灰之間的比例是1:1。
三、大管棚施工的工藝技術
大管棚施工主要有施作套拱、鉆孔、頂進鋼管、清孔、注漿幾個環節。
(一)施工之前的準備
1.套拱施作
在穩定洞口邊仰坡之后,施作套拱,在開挖套拱以后就不能隨便的切坡,只能在完成管棚施作以后,才能挖擴。在進行管棚施工的過程中,需要保持穩定的套拱,不能出現偏離或者沉降的現象,在需要的時候要加上一些臨時的支撐點,促使管棚的施工更加安全,孔口管的就位更加準確。
2.鋼管的施工
根據材質的標準和要求讓鋼管進入施工現場以后,在制作的時候要依據設計的要求,為了促使接頭的質量更好,管口更好,需要用絲扣連接起來,絲扣的長度是15cm,其作用就是連接和導向。為了避免漿液流向外面,要焊接止漿板于每根鋼管的尾部,需要注意的是用厚度為2cm的鋼板制作止漿板,在止漿板的中間還要鉆出外徑為20mm的螺紋眼,為注漿做準備。
(二)管棚的施工
1.需要注意的問題
編制詳細的專項施工組織和設計為大管棚施工做準備;依照設計圖的標準和要求在標識出實地中鉆孔的位置;對鉆孔的角度要進行嚴格的控制;在注漿時,對注漿壓力的變化要時刻保持注意;在施工的過程中要有專人進行統一的指揮。
2.鉆孔的施工
鉆孔的施工,一定要夯實鉆機的平臺,進行牢固的搭設,促使鉆機穩定安裝,避免在實際作業的過程中發生擺動、下沉或者移動位置的現象。采用的管棚鉆機是KR50412-3型號的,鉆機到位以后,根據之前標志的實際鉆孔位置鉆孔,在鉆孔的過程中要準確控制鉆機立軸方向,同時在鉆孔的過程中可以應用導向管,促使其發揮導向的作用,提高鉆孔的準確性。在鉆孔的整個過程中依據的鉆孔原則是由高到低、隔孔鉆孔。
3.鉆孔的清潔
第一是清除浮渣,應用巖芯鉆桿和鉆孔配合掃孔,還要應用空壓機向鉆孔內吹風。
4.將鋼管頂進管棚
在專用的管床上加工好鋼管的絲扣,然后將鋼管打進巖土層,提高鋼管在孔口中的穩定性。插入完鋼管以后,就要將套管取出。用水泥將鋼管口和孔口密封。在進行鋼管的連接時,施工人員首先要在第一節鋼管上接上后一節鋼管,接著進行校正,然后使鉆機慢慢的和前一節鋼管的端部對準,在這個過程中要對角度進行嚴格的控制,緊接著施工人員用鏈鉗聯接鋼管,促使前后兩節鋼管可以在聯接出形成一個整體,最后鑿巖機低速度的將鋼管頂進,此時應用的是沖擊和推進的壓力。需要注意的是在一個橫斷面內的接頭數不超過一半。在安裝完管棚之后,對鋼管以及圍巖的緊密度進行檢查,如果發現松動的情況,就用錨固劑封閉空隙。
(三)管棚的注漿
首先是施工的程序以及施工方法。第一是對機械的運轉情況進行檢查,看其是否運轉正常、管路是不是順暢,檢查如果是正常的,就要進行壓漿的試驗,明確正確的注漿參數,接著進行正式的壓漿。第二,注漿是從兩端管棚的鋼管開始進行的,從上到下,然后注漿時是跳孔進行的。第三,拌制均勻的水泥漿,間隔進行注漿,在這個過程中要對孔口、鄰孔、其他的坡面進行隨時的檢查,看是否出現了串漿的現象,如果有,就要將注漿工作停止,封堵孔口,此時使用的是速凝水泥砂漿、錨固劑等。第四,對漿液的配合比進行調試,對注漿的壓力以及注漿的量進行控制。第五,對漿液的滲透情況以及固結情況進行檢查,然后進行分析判斷,其依據就是壓力漿的曲線,看這兩種情況是否和設計要求相符,如果不相符,就要進行補孔注漿工作,然后在注漿固結后的12小時開始進行下一步的施工。
四、結束語
從管棚施工的實際過程來看,鉆眼較深,鉆孔工藝要求技術較高,遇到的地質情況復雜,需要不斷總結經驗,提高成孔率和成孔速度。管棚注漿時,由于地質條件不同,壓力控制和注漿量的確定以及注漿終孔的判定比較難,還需要在施工中不斷總結、積累經驗。大量的實踐和實際操作證明,在公路隧道的施工中應用大管棚施工技術是非常關鍵和重要的,大管棚的超前支護適用于各種地段的圍巖,對公路隧道的施工技術進行了改進和完善,為我國的公路事業提供更先進的施工技術和施工方法,促進我國公路事業的全面發展。
參考文獻
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關鍵詞:復雜地形地質;隧道進洞;施工技術
Abstract: with the national highway and railway transportation industry development, the scope of its construction has increased, and in the process of building may meet different topographical and geological conditions, including the complicated terrain geological conditions tunnel construction has strong into the hole of the technical. Through the previous YouXi tunnel on fujian and jiangxi view sound tunnel construction of depression into the hole of the summary and research, the paper will be elaborated in the complex terrain geological condition, the construction of the tunnel hole in technology and project, and for future tunnel into the hole technology provides the construction experience, and to promote the rapid development of China's transportation roads.
Keywords: complex topography and geology; Tunnel into the hole; Construction technology
中圖分類號:TU74文獻標識碼:A 文章編號
復雜的地形地質在道路修建中常有遇到,而在此種狀況下的隧道進洞技術成為整個隧道修建的關鍵所在。通過先前對福建尤溪隧道和江西觀音坳隧道進洞施工情況的分析和總結,不難看出隧道進洞的技術施工方案是根據洞口段的圍巖及地形情況來確定的。如何安全可靠的進入正洞進行下一步施工的關鍵因素,就在于隧道進洞具體方案的合理性與準確性。前文所述的福建尤溪隧道地形險峻、山峰林立、溝谷縱橫,而江西的觀音坳隧道處于斷裂構造的交錯位置,并且圍巖十分的不穩定,兩處隧道的修建都處于復雜的地形地質條件之下。所以通過對其的全面分析和總結,本文將進一步對復雜地形地質條件下的隧道進洞施工技術,分析研究出更為具體、有效的施工方案。
一、復雜地形地質條件下隧道進洞施工工藝流程。
復雜地形地質條件下,隧道進洞的施工工藝流程與正常的隧道進洞施工工藝流程大同小異,只是在復雜地形地質條件下隧道進洞要進行細節化的施工,其整個施工流程可用下圖表示:
二、復雜地形地質條件下隧道進洞前的準備工作。
隧道施工的復雜地形地質條件包括軟弱圍巖、不規則山體及碎石棄渣等不利于隧道施工的自然狀況。復雜的地形地質條件在不利于隧道施工的同時,對隧道施工過程中的人員安全也造成了很大的威脅,所以針對于復雜地形地質條件下,隧道在進行正常開挖前,做好隧道進洞前的洞外控制測量的準備,以保證隧道的順利開挖。
洞外控制測量。由于隧道進洞的施工處于復雜的地形地質條件下,所以施工前期首先要進行洞外控制測量。由于隧道洞口的地形及地質條件較為復雜,因此洞外控制測量成為進行開工后洞內施工測量的主要依據。通常隧道施工的洞外控制測量一般采用平面控制測量和高程控制測量兩種方式,但由于施工處于復雜地形地質條件下,因此為了保證控制測量的精確度,往往會選擇采用GPS控制測量系統。GPS控制測量系統,在設計好的洞口處分別設置GPS測點,同時將其與三角測量法有效的結合起來,從而形成穩固的洞外控制網。然后通過洞外控制測量成果,計算由洞外控制點引測進洞測設數據,并據此指導隧道的進洞。
三、復雜地形地質條件下隧道進洞的施工方案。
由于處于復雜地形地質條件下,通常會有圍巖固定性差、地質斷裂及水文地質條件復雜等現象,所以在進行隧道進洞施工時要根據實際情況來制定相關的施工方案方法。通過對先前各地隧道進洞施工技術方案的了解和分析,總結出以下在復雜地形地質條件下隧道進洞的施工方案,以完善隧道施工的技術工藝和方法。
1、隧道洞外截水溝。
對于在水文地質條件較為復雜的區域進行的隧道進洞施工,要在隧道洞外設置修建截水溝,避免發生水流灌洞的現象。例如已修建江西觀音坳隧道,隧道洞口處于低凹處且正對峽谷,此時如果不做好洞外截水工作,就很容易造成雨季洪水灌洞的不良后果,甚至導致洞口坍陷,由此看來進洞前做好防水工作具有重要作用。所以對于復雜地形地質條件下的隧道施工,要根據實際情況全面考慮施工的具體方案。
2、明洞施工及邊仰坡的防護。
在復雜地形地質條件下,隧道洞口多采用明洞施工,因為明洞更加適用于偏壓、淺埋等復雜得地形地質條件。復雜地形地質條件下,隧道進行明洞施工即采用明挖法施工,但是在洞口土石方開挖前,首先要進行仰坡防護工作。仰坡防護工作,即對隧道進洞區域仰坡上的碎石、浮砂及危石進行清除,并與截水溝有效結合,從而形成暢通的洞口排水系統。然后對于隧道洞口的邊仰坡,要按照先期的設計要求從上往下開挖,并且在挖的過程中對于雨水較強的地方,要實行分臺階開挖,以免雨水過強而影響施工。同時在進行刷坡的過程中,要實現仰坡開挖與防護的同步進行,并且在開挖后及時檢查坡度,在坡度合格后進行相關的支護工作。
3、隧道進洞的支護及輔助措施。
3.1、套拱超前小導管進洞。
對于隧道洞口圍巖穩定性較差的狀況下,通常采用套拱超前小導管進洞的支護方法。在復雜的地形地質條件下,圍巖穩定性較差,所以為了保證隧道洞口仰坡的穩定性,制定相應長度的套拱,并且使之與混凝土及鋼架焊接牢固,同時在仰坡開挖線20米外設置相應規格的小導管,從而用小導管進行灌注水泥砂漿。最后檢查套拱混凝土的各個尺寸,達標后進行拆模并采用人工弧形導坑開挖進洞。
3.2、管棚施工。
通常情況下的復雜地形地質條件下,實行套拱超前小導管進洞就已足夠,但是對于V級淺埋土質的隧道洞口施工中,為有效保證洞口段的安全性,有必要采用超前大管棚。如此在隧道洞口搭建大管棚不但確保了洞口段的施工安全,而且還對隧道洞口的仰坡起到了很好的穩定作用。
3.3、洞口段地表加固。
由于隧道洞口可能處于軟弱圍巖淺埋地段等因素,造成地表下沉、拱頂下沉等不良后果,所以在施工前要進行隧道洞口地標的加固工作。隧道洞口地表加固可采用地標鉆孔注漿等類似方法,均能取得良好的加固效果。
3.4、隧道進洞洞身開挖。
在一切隧道進洞準備及支護工作做好后,就要進一步實施洞口的開挖工程,隧道洞口開挖的施工過程包括洞口的鉆爆施工、棄渣裝運及洞口開挖后的支護,最后繼續隧道的整體施工。
3.4.1、隧道進洞的鉆爆施工。
進行洞口開挖,首先要對洞口進行鉆爆施工。對于洞口的鉆爆必須要經過專業精心的設計,測量放樣布眼并采用鉆孔臺車或風動鑿巖機進行鉆眼。施工時要根據施工地段具體情況,控制好炮眼的深度、角度以及密度,從而保證良好的爆破質量。
3.4.2、隧道洞口棄渣裝運。
在完成隧道進洞的鉆爆施工后,要及時將棄渣運出洞口。棄渣通常采用隧道專用挖掘裝載機運出,從而進行隧道進洞的下一步施工。
3.4.3、隧道進洞的支護。
隧道進洞的初期支護由隧道施工中的“新奧法”而來,根據圍巖的自身承載能力,設置相應的支護。首先,隧道進洞的初期維護,通常采用噴射混凝土的方法,但由于隧道施工處于復雜的地形地質條件下,所以建議采用濕噴罰噴射混凝土;其次進行錨桿施工,以作為基坑支護用;最后是鋼架和鋼筋網的制作,以確保隧道進洞鉆豹施工后,洞頂及四周圍巖的穩定,為隧道的深層施工起到了重要的保障作用。如此施工過后,復雜地形地質條件下的隧道進洞施工就得以完成了,為后序的隧道施工奠定了堅實的基礎。
綜上文所述,復雜地形地質條件下隧道進洞施工前,應根據掀起的設計做好相應的準備工作,以確保隧道進洞施工的安全性,并且積極做好洞口仰坡的清除與支護工作。由于復雜地形地質條件帶來的諸多不便,都會對隧道進洞的施工安全和施工質量造成嚴重的影響,因此我們有必要不斷的分析探究出更好的隧道進洞施工方案。通過不斷的實踐證明,在復雜地形地質條件下進行隧道進洞施工,都應根據施工地段的具體情況,經過全面有效的分析和總結,制定出相應的隧道進洞施工方案,從而確保隧道施工的安全性和可靠性。
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關鍵詞:隧道工程;小凈距;施工技術;預應力錨桿;監控量測
Abstract: in recent years, China's rapid development of highway construction and road transportation construction is one of the most important hub project, tunnel project in the process of highway construction in increases gradually, and the little interval tunnel because suitable for restraint, topography condition is relatively low cost and difficulty in construction and cycle are higher than the ordinary double double hole tunnel, already receiving more and more attention and application. Based on a project as an example, this paper analyzes the small interval tunnel construction and the key points of the technical difficulties, and summarizes the small interval tunnel key working procedure, the construction methods and the technical method and construction technology measures of small interval tunnel in urban backbone of application promotion provide a solid theoretical basis and reliable practice experience.
Keywords: tunnel project; Small interval; Construction technology; Prestressed anchor; Monitoring measurement
中圖分類號:U45文獻標識碼:A 文章編號:
0 引言
現行《公路隧道設計規范》(JTGD70-2004)規定,兩條平行隧道的凈距不宜小于隧道外輪廓直徑,在設計階段,小凈距隧道方案應盡量避免。但是,由于線路周圍的既有建筑物基礎、既有構筑物、既有隧道和其他條件約束,有時不可避免地采用小凈距隧道方案。隨著道路建設的發展,小凈距隧道工程不斷出現。小凈距隧道施工技術無成熟的“工法”參照,因此,研究小凈距隧道的施工技術具有重要意義。本文根據某小凈距隧道工程實踐,分析了小凈距隧道圍巖力學特征,以及小凈距隧道的技術難點和對策,總結了小凈距隧道的施工方法、施工工藝和技術措施。
1 工程概況
該工程全長約5.8 km,為雙向4車道城市主干路,設計行車速度60 km /h,主要由隧道組成,其中的壩光隧道全長4 600m,左、右線隧道為分修的兩條單洞隧道,中線間距一般為40m,出口地段線位間距變小,最小僅為6 m,尤其是該段為淺埋段,圍巖風化嚴重,自穩性差,極易產生塌方。
出口洞口處微地貌為一低山丘陵,隧道左線出洞口處里程樁號K5+541,隧道左線軸中心線與山體等高線大致正交出洞;隧道右線進洞口處里程樁號為K5+538,隧道軸中心線與山體等高線成30°小角度斜交進洞,會有一定的偏壓產生,均采用削竹式洞門。
隧道洞身圍巖大部分為第四系覆蓋層,下部局部為強風化凝灰巖,結構較為松散,自穩能力差,圍巖級別均為Ⅴ級圍巖,圍巖極不穩定,極易坍塌。隧道洞口段ZK5+181~ZK5+541段、YK5+201~YK 5+538段均為淺埋隧道,經現場測量,洞頂埋深4~20m左右,隧道頂板上覆土層為強風化凝灰巖及第四系覆蓋層。第四系覆蓋層結構松散,圍巖穩定性差,一般無自穩能力,容易發生松動變形、小塌方,進而發展成為大塌方。
調查現場地表為山體崩塌坡積層,土夾孤石、漂石,結構松散,溝系縱橫,植被茂密,水量充沛。隧道于該段穿越某高速公路C段高架橋4#、5#、6#墩樁基和泄洪渠。隧道下穿某高速公路高架橋段,山體邊坡地表被第四系覆蓋,履蓋層厚度較大,基巖受風化作用強烈,巖石較破碎,巖芯呈塊狀。隧道穿越地層巖性主要為殘坡積亞粘土、強風化凝灰巖等。
2 小凈距隧道圍巖力學特征
該小凈距隧道左右線均采用上下臺階法施工,左線隧道先掘。施工過程中的監測結果表明,右線隧道開挖引起先掘的左線隧道圍巖應力劇烈變化,隧道偏壓顯著。
2.1 圍巖應力狀態復雜,施工中變化劇烈
監測表明,右線隧道開挖引起先掘的左線隧道圍巖應力劇烈變化。左線隧道ZK5+520斷面,由于右線上臺階開挖,兩隧道間土體從較大的拉應力狀態快速增大為很大的拉應力狀態,再快速下降成為較小的拉應力,直至壓應力。
右線隧道開挖引起兩隧道間圍巖內存在拉應力狀態。土體和風化巖體的抗拉強度極低,拉應力狀態的存在使隧道圍巖處于極為不利的應力狀態。因此,施工中保證支護與圍巖的密實接觸是十分重要的。
2.2 偏壓顯著
小凈距隧道施工過程中隧道偏壓顯著,左線隧道ZK5+520斷面,在右線隧道開挖后,靠右線拱腰圍巖應力遠小于另一側拱腰,靠右線幫腳和底板存在較大的拉應力,而另一側應力很小。
左線隧道ZS5+490斷面,在右線隧道開挖后,靠右線拱腰圍巖應力遠小于另一側拱腰。靠右線幫腳處圍巖應力持續增加,遠大于另一側幫腳,形成顯著偏壓。隨著隧道開挖過程進行,格柵鋼筋應力和圍巖應力變化明顯,分布復雜;特別是兩隧道之間的T型土體和相鄰的兩側初期支護應力變化劇烈,狀態復雜。
圖 1 ZK5+520中夾巖柱加固圖(單位:㎝)
3小凈距隧道施工
3.1 施工難點
根據該隧道小凈距隧道工程和其他小凈距隧道工程實踐,小凈距隧道施工必須妥善解決以下技術難點:
(1)先掘隧道對后掘隧道的偏壓影響。
(2)后掘隧道對先掘隧道的擾動影響。
(3)兩隧道中間T型土體在兩次開挖擾動情況下的穩定。
(4)兩條隧道先后開挖引起的地面沉降等圍巖變形控制。
(5)軟弱巖土體問題:隧道出口處于風化巖體內,強度低,性質軟弱,易受水的影響。
(6)淺埋問題:隧道出口段一般埋深較淺,屬淺埋隧道。兩條隧道先后開挖,容易引起地面沉降量過大等問題。
3.2 施工方法與技術措施
根據上述小凈距隧道的圍巖變形特點和技術難點,洞口開挖遵循“早進晚出”原則, 減少洞口仰坡擾動,維持仰坡穩定,及時施作防護及排水系統,盡量減少爆破開挖,必要時采取弱爆破方法進行,洞身設計、施工中必須盡可能減少對圍巖的擾動,特別是對中間土(巖)體的擾動。同時,支護強度和剛度要大,支護結構的整體性要強,以限制圍巖變形,保持圍巖自身強度和承載力,促使圍巖初期支護系統及時達到長期穩定。而且,要減少和控制先掘和后掘隧道開挖時的相互影響。總體目標是,合理利用圍巖自承能力,保證圍巖與支護結構共同作用。
因此,小凈距隧道施工中,采用單一的、單方面的或局部的方法、措施難以達到上述目標和要求,而應在施工方法、施工工藝、支護形式與參數、特殊施工方法的應用等方面采用綜合性技術、措施。其要點如下:
(1)施工方法主要采用臺階法、單側壁導坑法或兩者組合,并控制循環進尺;
(2)控制和減小開挖對圍巖的擾動;
(3)左、右線隧道開挖面錯開一定距離;
(4)提高支護的強度、剛度和整體性,控制圍巖變形;
(5)兩隧道前方土體和兩隧道間T型土體預加固;
(6)加強先掘隧道支護,及時施作先掘隧道的二次襯砌,促使圍巖支護系統及時達到長期穩定;
(7)及時施作仰拱,形成封閉支護結構;
(8)監控量測,信息化施工。
3.3 小凈距隧道施工
小凈距隧道工程,一次支護為噴錨網與格柵鋼架,二次襯砌為鋼筋混凝土。為防止該小凈距隧道出口段中夾巖柱的巖體不均勻沉降、松動、垮塌等,進而對隧道上方運營的鹽壩高速高架橋造成不利影響,在隧道里程K5+480~K5+520的中夾巖施作對拉錨桿進行加固。對拉錨桿采用Φ32精軋螺紋鋼,間距為(縱向)1.2 m ×(環向)1.2 m;高強螺栓螺帽加墊板鎖定;兩端同時張拉,張拉力不少于100kN,張拉過程中要注意同一斷面要間隔進行,避免局部壓應力集中現象,張拉采用雙控法,油壓值的誤差不得超過±2%,伸長量誤差不得超過±5%(量測伸長量時注意巖體壓縮,參照點不得采用墊板),施工中千斤頂端部不得站人,并加設防護措施。張拉后的鋼筋在未灌漿前嚴禁觸碰。張拉后及時按照設計灌注M25水泥砂漿,注漿設備采用雙液漿機,在孔口處設置止漿閥,按照設計壓力及時間進行嚴格控制。
3.4 施工工藝流程及操作要點
(1)當洞口長管棚施作完畢,管棚強度達80%以上,即可進行洞口施工,洞口首次開挖頂部弧形導坑( 型鋼鋼架基腳約在最大跨以上2.8m,以保證二臺階施工高度的可操作性)弧形槽挖高度為2.0m,縱向槽挖長度達L=0.8H(例×××隧道進口,泥盆系強風化粉砂巖,V級圍巖,雙向4車道,單洞開挖總高度:H=11.77m,總寬度B=18.06m)則頂部弧形槽挖縱向長度可達L=0.8×11.77+6.0=15.4(m),按L=16 m計。
(2)因其洞口段埋深很薄,敷設環狀徑向錨桿作用不大,且鋼架距長管棚鋼管很近,可掏現長管棚,用Φ22 螺紋鋼筋將鋼架與長管棚鋼管牢固焊接,掛網噴混凝土,使初支和長管棚構成組合受力結構,增強管棚整體承載能力。
(3)采取一榀一挖,緊跟型鋼、網噴混凝土,及時封閉,但必須注意型鋼支撐基底地層的承載力,其基底必須硬實,不得松軟、虛空。應作擴大基礎處理,(如初支厚度為30㎝應擴大至45㎝,1.5
倍初支厚度),增大基底承載受力面積,清底時用風鎬清挖,防止挖深、掏松.一般基底地層承載力大于0.25 M Pa。如軟弱、有水應作注漿錨管加固。
(4)應加強鎖腳錨桿的鎖定作用,設對應扣拉錨桿,確保拱腳型鋼架處應力分散在周邊圍巖內,強化噴混凝土質量,確保所噴混凝土與圍巖緊密咬合,初支與圍巖不得有空隙和空洞,否則作注漿處理。
(5)當頂部弧形導坑開挖達到0.8H +6.0m長度后,停止上一臺階施工,對稱進行二臺階開挖,直達一臺階開挖面2.5~3.0m (兩臺階之間步距),寬度為2.0~2.5m,側導底達洞身最大寬度處(起拱線位置)。同樣作擴大拱墻腳,加強錨腳錨桿。注意核心土邊坡的穩定。
(6)對稱開挖第三臺階,側壁導洞寬度為2.0m,基底達仰拱底標高面,加強鎖腳錨桿錨鎖。
(7)平行清挖核心土,注意核心土縱向邊坡的穩定性,確保施工安全。
(8)進行仰拱基底清挖,及時施作仰拱初期支護3~6m,形成初支閉合環。
(9)隨即進行洞口處3~6m,仰拱鋼筋混凝土和填充混凝土,形成洞口結構,鎖定洞口。為洞身施工作為堅強依托支撐點,防止洞口變形,為施工提供安全保證。
關鍵詞: 水利工程;隧洞;隧道; 施工方法
1隧洞施工的方法
隧道施工過程通常包括:在地層中開挖出土石,形成符合設計輪廓的坑道;行必要的初次支護和砌筑最后的永久襯砌,以控制坑道圍巖變形,保證隧道長期的安全使用。進行隧道施工時,必須充分考慮隧道工程的特點,才能在保證施工安全的條件下,快速、優質的完成隧道施工。隧道工程有如下特點:工程地質和水文地質條件對隧道施工的成敗起著很重要甚至決定性作用;隧道施工過程比較慢,工期也比較長;地下施工環境較差,甚至施工過程中還會惡化;山嶺隧道大多穿越崇山峻嶺,施工過程中運輸不便,供應困難;山嶺隧道埋于地下,一旦建成難以修改。
施工方法的選擇應以地質條件為主要依據,結合工期、建筑物長度、斷面尺寸、結構類型以及施工技術力量等綜合考慮。同時,要考慮在地質條件變化的情況下,變換施工方法的可能性。其指導思想可概括為:
1)不論何種施工方案都應確保施工的安全,并需制定相應的安全技術措施,以適應隧道施工環境差、不安全因素多的狀況。
2)選擇施工方法應根據設計文件、施工調查情況、地質、圍巖類別、隧道長度、斷面、襯砌、工期要求以及施工隊伍的技術水平等因素綜合考慮。
3)優先選用全斷面或少分部的開挖方法,以減少施工工序,便于機械化作業,改善作業環境,利于施工安全。
4)對地質變化較大的隧道施工環境,選擇施工方法時要考慮地質變化的適應性,盡量避免變更施工方法打亂工序,影響進度和安全。
5)盡量采用成熟的新技術、新工藝、新設備,積極開拓創新,提高綜合施工水平。
2 大跨度水利工程隧洞適用施工方法分析
隨著隧道水工隧洞施工實踐的積累,以及大跨度隧道施工技術研究的深入和施工設備的革新,尤其是NATM理論的日趨完善在世界各國地下工程中的廣泛應用,使大跨度隧道的施工方法較80年代以前有了很大程度的改善。傳統的小塊、多次分割斷面的挖掘方法已基本被摒棄,取而代之的是采用快速、安全、有效及有利于圍巖及掌子面穩定的多種施工方法,如:臺階法、CD法和CRD法、眼鏡法等。同時輔助工法也有了較大的發展。這些施工技術的改進和發展對大跨交通隧道的建設產生了巨大的影響。
2.1隧道的基本施工方法
通過對隧道基本施工方法的研究以及工程實例的調研,結合目前的施工技術水平,可以認為處于軟弱圍巖的大跨度隧道的開挖方法主要有下列三類六種基本施工方法。
(1)上半斷面臺階法(短臺階法、上半斷面臨時封閉臺階法)上半斷面臺階法由于施工空間大,速度相對較快,適于大型機械開挖,故采用較多,在大部分圍巖條件下都可采用。
(2)中壁法(CD法、CRD法)
在掌子面不穩定,不適合使用上半斷面臺階法的情況下可使用中壁法。該法可較好的適用與淺埋、圍巖特別差、地表沉陷要求嚴格的工程施工。
(3)雙側導坑開挖法(雙側導坑超前開挖法、眼鏡法)在不適合使用上半斷面臺階法,承載力不足的地段,可采用雙側壁導坑法。該法可較好的適用于淺埋、圍巖特別差、地表沉陷要求嚴格的工程施工。在洞口段以及未固結圍巖、斷層破碎帶等不穩定圍巖中施工時,加之,大跨度隧道施工中拱腳處應力集中、拱頂彎矩大等特點,應盡量控制圍巖松弛,防止失穩。對洞口段,由于其地質條件一般較差、圍巖較破碎,地表水及地下水較豐富,施工困難、易塌方,因此,在施工前應充分調查,認真核實文件。且宜先修洞外工程,如邊、仰坡土石方,路塹擋墻,天溝、邊溝等排水工程,以在進洞前修建為宜。這樣,可使邊坡穩定,隧道開挖得以順利進行,雨季還可以減少雨水沖刷造成洞口塌方。對不穩定圍巖可采取的主要對策有:采
用輔助工法,縮短進尺和分割掌子面等。綜上所述,在選擇大跨度隧道的施工方法時,除了要考慮現有的施工技術水平和機械設備外,尤其要注重隧道的特定形狀,通過洞室形狀確定的開挖次序對抑制地層的松動、優化斷面閉合時間都有很大的影響。
2 . 2隧洞或隧道的輔助施工方法
大跨度隧道的施工主要應解決兩大問題即:掌子面的穩定與合理化施工(安全而快速的施工)。除基本施工方法外,輔助工法的選用是解決上述兩個問題必不可少的手段。輔助工法作為基本施工方法的重要補充,在隧道洞口地段、軟弱圍巖地段的應用是必不可少的。從目前的施工實踐情況來看,輔助工法大體分為兩類,即超前支護和一般的輔助工法。其中,在大跨度隧道施工中,超前支護是研究的重點。按構造形式、超前支護長度分,超前支護可分為:
(1)超前加固:如插板、注漿錨桿、超前錨桿等,超前長度一般在5m以下。
(2)管棚:管棚是在惡劣條件下能安全開挖、防治地表下沉、防護地中及地上結構物的有效施工方法,其主要適用于軟弱、硬質、砂礫地層或軟巖、破碎地層帶。管棚的布置,管間距及施工區間主要決定于地表及地質條件、施工精度等。另外,插入的鋼管周圍及內部,也可以壓注水泥漿、砂漿,使鋼管與圍巖密貼并強化管棚的效果。
(3)預襯砌:如預切槽法等,超前長度一般小于5m。
(4)注漿法:如圍巖化學注漿等,其超前長度可達幾十米。實際應用時,要根據工程情況和地質條件決定注漿范圍、注漿壓力及漿液配合比。
3 隧道施工方法的選擇和新技術
選擇施工方案時,要考慮的因素主要有:工程重要性;隧道所處工程地質和水文地質條件;施工技術條件和機械裝備情況;施工中動力和原材料供應情況;工程投資與運營后的社會效益和經濟效益;施工安全情況;有關污染、地面沉降等環境方面的要求和限制。同時,為了有效、全的進行大跨度隧道的施工,需要進行新技術的開發,這些技術包括:
1)光面爆破、使裝藥作業省力化。特別是因下半斷面和仰拱的開挖部分占的比重增大,有必要開發適合此部位開挖的技術研究。
2)國外工程實踐表明:長錨桿的作用是顯著的,特別是在孔壁不能自穩的圍巖中,長錨桿更為必要。因此,開發在不能自穩的圍巖中打設長錨桿的技術也是重要的研究課題。
3)對于大斷面隧道工程,噴混凝土的設計厚度和噴射量都變大了,因此,采用高效率的、大容量的機械和高強度混凝土施作,以控制厚度的增加。
關鍵詞:隧道、軟弱圍巖、施工、總結
中圖分類號:U45 文獻標識碼: A
1 工程施工特點
1.1圍巖風化程度較高
淺埋及軟弱圍巖隧道圍巖多為強風化、全風化,全部或部分圍巖呈砂土狀、土夾石狀或泥夾石狀。
1.2自穩能力差
淺埋及軟弱圍巖隧道圍巖風化程度較高,當該圍巖受到輕微擾動時,往往就會失去自穩能力,出現掉塊、脫落,控制不當甚至會坍塌冒頂。
2 施工技術及控制要點
2.1暗洞進洞前施工準備
由于隧道洞口一般為淺埋段,施工時應采取一定的技術措施,確保洞口的穩定,為進洞做好準備。
邊仰坡開挖應避開雨季,開挖前應施作好截水天溝,邊仰坡應自上而下開挖,坡面可能滑塌的土及危石應全部清除,邊仰坡開挖完成后,應及時施作臨時防護措施。
2.2超前支護
超前支護主要劃分為超前管棚、超前小導管。超前管棚在前文已做了介紹,本節重點總結超前小導管施工技術。
超前小導管管體材料為無縫鋼管,需根據不同的圍巖級別選擇不同的直徑及壁厚,管身前端鉆設直徑為1.0cm的漿液擴散孔,尾端預留1.0~1.5m的止漿段。小導管長度為4.0~5.0m,外插角為10?~15?,小導管前端加工為錐形,便于插入,尾端與鋼架焊接形成完整的臨時支護體系。注漿時,漿液通過管身的漿液擴散孔滲入圍巖,起到固結加固圍巖的作用。
兩個循環的小導管應有1.0~1.5m的搭接,當下一循環的開挖時,應注意觀察驗證已施工完的超前小導管的施作質量,并作好記錄,指導后續施工。
圖3-1 使用風動鉆機送頂超前小導管
2.3開挖
軟弱圍巖隧道開挖應以“新奧法”的少擾動、短進尺、弱爆破、緊封閉為總體指導思想,同時,施工時嚴格依照原鐵道部【120號】文的規定的每循環開挖進尺及施工步距要求,即Ⅴ級圍巖上臺階每循環開挖控制在1榀鋼架間距,下臺階開挖為兩榀鋼架間距,仰拱至掌子面的距離不得大于35m,二襯至掌子面的距離不得大于70m。
開挖前應編制詳細的施工技術交底,對開挖工法、中線及高程、預留變形量、超欠挖等作出明確要求。
2.4初期支護
由于鋼架施工直接關系到凈空、二襯厚度、噴射混凝土平整度、初期支護施工質量等重要技術指標,個人認為鋼架施工是初期支護最重要的環節,因此本節重點介紹鋼架施工技術及控制要點。
2.4.1鋼架的加工制作
施工前應按設計尺寸繪制鋼架詳細尺寸圖,便于加工廠下料加工。鋼架尺寸應充分考慮施工誤差及預留變形量,施工前期應遵循寧大勿小的原則,施工過程中根據監控量測成果適當調整,此項將在3.10中做詳細總結。
考慮到受力及對拼裝的影響,鋼架連接板及連接角鋼必須采用鉆孔機鉆孔,不得使用氧氣乙炔燒焊。
第一榀鋼架加工完畢后應在平整的水泥地試拼,檢查拼裝后鋼架整體輪廓尺寸是否符合設計要求,對于格柵鋼架,還應檢查平面翹曲是否符合要求。鋼架在試拼無誤后,方可用于洞內施工。
2.4.2鋼架的安裝
鋼架加工完成后,宜盡早使用。在運往洞內時,應輕拿輕放,防止鋼架受損變形。
掌子面完成排險及斷面檢查后,測量放樣鋼架位置,放樣點用紅色噴漆及水泥釘標記于掌子面,鋼架應嚴格按照放樣點支立,鋼架必須落底于牢固的基礎上,兩節鋼架間螺栓必須使用專用扳手旋緊加固。相鄰兩榀鋼架間距誤差不得大于10cm,并且設置縱向連接。鋼架施工完成后應及時落底接長,封閉成環,改善其受力狀態。
2.4.2完善初期支護體系
鋼架支立完畢后,應打設系統錨桿,鋪掛鋼筋網片,并與鋼架焊接形成整體。
噴射混凝土施工為初期支護施工的最后一道程序,噴射時應控制風壓(R0.5Mpa)及角度(90?),減少回彈量并保證混凝土密實度,噴射混凝土應自下而上分層、分段進行,噴射面層時應重點控制平整度。若受噴面被鋼架、鋼筋網覆蓋時,可將噴嘴稍加傾斜,保證鋼架背后密實無空洞。
2.5臨時支護
臨時支護主要包括鎖腳鋼管及臨時鋼架,主要作用為控制鋼架沉降。鋼架固定好后,應打設鎖腳鋼管,鋼架與鎖腳鋼管間角度為45?,并采用Φ22“U”型鋼筋進行可靠焊接。鎖腳鋼管施作簡單易行,可有效的限制鋼架下沉,因此,軟弱圍巖及不良地質段可適當增加鎖腳鋼管數量(鋼架與鎖腳鋼管采用Φ22“U”型鋼筋焊接如下圖所示)。
圖3-2采用Φ22“U”型鋼筋焊接 圖3-3打設雙層鎖腳鋼管
2.6仰拱
3.6.1軟弱圍巖段仰拱施工注意事項
軟弱圍巖隧道仰拱應遵循開挖多少、封閉多少的原則,一次開挖長度不得超過3.0m。開挖標高、中線、輪廓應符合設計要求,基底不得有虛渣、積水。開挖完成后及時組織支立鋼架,噴射混凝土封閉。
圖3-4 采用4步CD法施工時,仰拱鋼架施工
2.7二次襯砌
3.7.1二次襯砌施作條件:
①二次襯砌施工應滿足施工步距要求,二次襯砌到掌子面距離:Ⅳ圍巖不得大于90m,Ⅴ級圍巖不得大于70m。
②二次襯砌應在初期支護基本穩定后方可施作。
③為確保二襯厚度,施作二次襯砌前應進行初支斷面掃描,有侵限的應處理合格后方可施作二次襯砌。
④初支面有股狀及大面積散狀滲漏水的,在敷設防水板前應進行引排處理,確保二襯混凝土施工質量。
⑤二次襯砌施工前,應檢查噴射混凝土的平整度,尤其是Ⅲ級圍巖光爆地段,如平整度不合格,在二襯混凝土澆筑完成后,拱頂防水板背后會有空洞產生。因此對于平整度不足部位需補噴混凝土。
⑥二次襯砌施工前,應清除初期支護表面的尖銳物、凸出物。需注意的是上臺階與下臺階連接鋼板的位置,由于噴射上臺階時,存在噴射混凝土堆積的現象,易造成該部位侵限,施工時應注意。
3.7.2二次襯砌防排水施工
二次襯砌防排水施工技術總結已在《高速鐵路隧道工程防排水施工技術控制要點及優化措施》中做了詳細介紹,本節不再累述。
證,以便準確的指導施工。
2.8監控量測
監控量測應作為關鍵工序納入施工組織設計。監控量測必須緊接開挖、支護作業,按照設計要求進行布點和監測,并根據現場情況及時調整量測的項目和內容。
監控量測應為施工管理提供一下信息:
1.圍巖和支護的穩定性,二襯可靠性的信息
2.二次襯砌合理的施作時間
3.為施工中調整圍巖級別,調整預留變形量,修改支護系統設計和變更施工方法提供依據。
監控量測的主要項目為,洞內、外觀察,拱頂下沉、凈空變化。
監控量測點必須及時埋設,開挖支護后2小時內讀取原始數據。監控量測點要設置標識牌,標識里程、設點時間等相關信息。
隧道拱頂下沉和凈空變化的量測斷面間距:Ⅳ級圍巖不得大于10m,Ⅴ級圍巖不得大于5m。隧道淺埋。隧道淺埋等地段,地表必須設置監控網點并實施監測,當拱頂下沉、水平收斂速率達5mm/d或位移累計達100mm時,應暫掘進,并及時分析原因,采取處理措施。
監控量測的頻率應隨著圍巖的沉降速率而調整。
2.9小結
在淺埋及軟弱圍巖隧道施工前,應按設計圖紙,有針對性的編制詳細的施工技術交底,并在現場施工過程中加以驗證及改進;針對可能存在的安全風險,應進行充分的論證,編制詳細的安全交底。淺埋及軟弱圍巖隧道施工時,應重點控制開挖進尺及施工步距,加強超前地質預報及監控量測工作,如有異常情況,應及時調整設計參數,確保施工安全。