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      高速公路膨脹性泥巖隧道施工技術(shù)研究

      2014-08-11 14:27:56
      山西建筑 2014年28期
      關(guān)鍵詞:仰拱鋼架泥巖

      李 首 峰

      (山西運城路橋有限責(zé)任公司,山西 運城 044000)

      高速公路膨脹性泥巖隧道施工技術(shù)研究

      李 首 峰

      (山西運城路橋有限責(zé)任公司,山西 運城 044000)

      針對膨脹性泥巖吸水膨脹、失水干縮、易擾動性和流變等特性,提出了高速公路膨脹性泥巖隧道施工的基本原則,并對膨脹性泥巖隧道施工方法進(jìn)行了詳細(xì)闡述,以保證高速公路隧道施工的質(zhì)量。

      高速公路,膨脹性泥巖,隧道,特性

      我國幅員遼闊,山地面積較大,占總面積的2/3,膨脹性巖土有著廣泛的分布,基本上在每個區(qū)域都有著一定的分布。膨脹性巖土具有易受擾動、變形量大、地應(yīng)力高和吸水膨脹等特點,因此極容易發(fā)生地質(zhì)災(zāi)害,對于高速公路隧道施工造成巨大的阻礙。因此,必須結(jié)合膨脹性泥巖的特點,對于施工技術(shù)進(jìn)行適當(dāng)?shù)馗倪M(jìn),從而保證高速公路隧道施工的安全與質(zhì)量,為人們提供更加安全高效的服務(wù)。

      1 膨脹性泥巖的特性

      1.1 吸水膨脹

      泥質(zhì)的膨脹性圍巖,其膨脹程度主要是由巖石中的蒙脫石礦物的實際含量來決定的,其含量越高,膨脹程度越大,含量越低,膨脹程度就越小。

      1.2 失水干縮

      巖石的含水量發(fā)生變化,膨脹性泥巖就會發(fā)生形狀變化。在隧道開挖后,膨脹性泥巖就會逐漸的失水干燥,從而造成開裂干縮,一旦再次遇水,就會發(fā)生膨脹崩解。失水干燥程度越大,其遇水后的膨脹量就會越大。

      1.3 易擾動性和流變特性

      易擾動性和流變特性基本表現(xiàn)為巖石的松弛性和蠕變性,在泥巖中,基本成分是蒙脫石,其含量達(dá)到了92.8%,具有膨脹性特點,遇水后容易發(fā)生軟化現(xiàn)象,天然容重基本上2.4 g/cm3,滑帶處的摩擦角為6°。圍巖極容易受到隧道施工擾動、施工振動以及卸載松動的影響,其抗外界擾動能力很低。

      2 施工基本原則

      1)強化超前及徑向注漿,從而提高巖層中的支撐力,使得圍巖的強度得到增強,降低有害位移,并且降低圍巖的壓力。

      2)在隧道開挖后,要盡快對圍巖進(jìn)行封閉,從而使得圍巖的吸水膨脹減少,防止崩塌。

      3)對于初期支護(hù),要進(jìn)行一定程度的加強,降低圍巖變形,從而防止因變形過大引起的坍塌現(xiàn)象發(fā)生。

      4)可以根據(jù)工程的實際情況,設(shè)置一定的柔性變形層,使得圍巖的變形量控制在一定范圍內(nèi)。

      5)進(jìn)行襯砌工作的時候,應(yīng)該運用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu),保證襯砌具備有效的承載能力。

      6)在施工的過程中,應(yīng)該加強用水管理,對于施工廢水以及隧道滲水,要進(jìn)行及時的抽排。

      3 膨脹性泥巖隧道施工方法

      3.1 超前支護(hù)

      在對膨脹性泥巖進(jìn)行開挖后,圍巖的應(yīng)力會得到釋放,從而增大其變形量,容易引起塌方事故,并且由于圍巖破碎,很難成孔,如果單獨使用小導(dǎo)管注漿的方法,難以得到理想的效果。因此,在工程中可以使用長12 m的R51自進(jìn)式錨桿,以及長6 m的φ42小導(dǎo)管進(jìn)行聯(lián)合支護(hù),這樣能夠得到良好的效果。

      在進(jìn)行超前支護(hù)的時候,應(yīng)該沿著開挖設(shè)計的輪廓線進(jìn)行布置,間隔布置小導(dǎo)管和自進(jìn)式錨桿,其環(huán)向間距應(yīng)該設(shè)定為0.8 m。通過普通的鑿巖鉆機對小導(dǎo)管進(jìn)行鉆孔打設(shè),使用專用的鑿巖鉆車來進(jìn)行自進(jìn)式錨桿打設(shè)。在對小導(dǎo)管和自進(jìn)式錨桿進(jìn)行注水泥漿的時候,在地下水的發(fā)育地段,應(yīng)該選擇注水泥和水玻璃雙液漿。應(yīng)該將漿液的水灰比控制為0.5,而小導(dǎo)管的注漿壓力應(yīng)該在1.0 MPa,從而實現(xiàn)劈裂注漿效果。

      3.2 隧道開挖

      在隧道掘進(jìn)的時候,應(yīng)該選擇環(huán)形開挖的預(yù)留核心土法來進(jìn)行施工。在開挖的時候使用挖掘機,然后人工進(jìn)行修整成型,并且對于循環(huán)進(jìn)尺要嚴(yán)格控制。開挖環(huán)形導(dǎo)坑后,對開挖面應(yīng)該馬上噴厚度為2 cm~5 cm的C20鋼纖維混凝土來進(jìn)行封閉,然后需要架設(shè)型鋼鋼架,并且對混凝土進(jìn)行多次復(fù)噴,直到達(dá)到設(shè)計的厚度。當(dāng)開挖達(dá)到30 m時,應(yīng)該開始仰拱施工,保證支護(hù)結(jié)構(gòu)能夠及時成環(huán)。仰拱施工需要進(jìn)行全幅施工,每次施工的長度應(yīng)該控制為3 m。具體施工程序如圖1所示。

      在施工程序中,Ⅰ為拱部的超前支護(hù)施工;Ⅱ為開挖的環(huán)形導(dǎo)坑;Ⅲ為支護(hù)結(jié)構(gòu)的施工,進(jìn)行型鋼鋼架架設(shè),布置系統(tǒng)錨桿,并進(jìn)行鋼纖維混凝土噴射;Ⅳ為開挖的核心土;Ⅵ為仰拱的支護(hù)施工;Ⅶ為對仰拱鋼筋進(jìn)行綁扎操作,并且進(jìn)行仰拱混凝土澆筑;Ⅷ為對拱墻鋼筋進(jìn)行綁扎,保證臺車就位,并進(jìn)行拱墻的混凝土澆筑。

      3.3 支護(hù)施工

      應(yīng)該采用鋼架、噴、網(wǎng)和錨聯(lián)合支護(hù)的方式。

      1)鋼架。

      選擇Ⅰ20b的工字鋼,并且在現(xiàn)場直接進(jìn)行鋼架加工,設(shè)置間距為50 cm,然后沿著環(huán)向按照間距50 cm使用φ22鋼筋聯(lián)結(jié)成為整體。在架設(shè)鋼架的時候,底部應(yīng)該設(shè)置C20混凝土墊塊,從而避免鋼架下沉,另外還應(yīng)該在鋼架的兩側(cè)安置兩排鎖腳錨桿用來加強。

      2)系統(tǒng)錨桿。

      選擇中空長錨桿和φ42的注漿管注漿來進(jìn)行圍巖加固。然后選擇R51長12 m的中空錨桿,集中處置拱腳和拱腰處,在仰拱和拱頂處進(jìn)行對稱布置。另外還要對圍巖進(jìn)行徑向注漿,改善其特性,使其增強強度。

      3)噴射鋼纖維混凝土。

      通常情況下,鋼纖維混凝土的實際噴射厚度是25 cm,選擇水泥裹砂法的濕噴工藝來進(jìn)行分層施工,首先應(yīng)該噴鋼架的背后,然后噴鋼架之間的部分。

      3.4 仰拱施工

      在進(jìn)行仰拱施工的時候,應(yīng)該緊跟著開挖作業(yè)面來進(jìn)行,用挖掘機開挖仰拱土,然后進(jìn)行人工修整。在開挖完成后,要馬上架設(shè)鋼架,并且連接拱墻初期的支護(hù)支架,然后進(jìn)行系統(tǒng)錨桿施工,并且用鋼纖維混凝土噴射進(jìn)行封閉。在支護(hù)完成后,要及時的進(jìn)行仰拱鋼筋綁扎,澆筑混凝土。

      3.5 襯砌施工

      在對膨脹性泥巖隧道進(jìn)行施工的時候,需要嚴(yán)格按照施工要求,在施工時間上也有限制,過早施工可能會破壞襯砌結(jié)構(gòu);過晚施工可能會影響支護(hù)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性,導(dǎo)致隧道坍塌。因此應(yīng)該結(jié)合現(xiàn)場的實際情況,進(jìn)行合理的施工,應(yīng)該在圍巖變形情況減緩之后進(jìn)行襯砌施工。選擇鋼模臺車的整體式施工方法,為了保證安全穩(wěn)定,應(yīng)該增加襯砌厚度,提高配筋率。

      3.6 施工管理

      在施工的過程中,要進(jìn)行嚴(yán)格的施工組織,保證不同工序能夠做好銜接。還要選擇合理的施工方法,應(yīng)該結(jié)合高速公路膨脹性泥巖隧道工程的實際情況,選擇最適合的施工工藝,提高施工效率,保證工程質(zhì)量。另外,還要強化監(jiān)測工作,加強監(jiān)督管理,要嚴(yán)格遵守相關(guān)的技術(shù)規(guī)范,確保監(jiān)測信息能夠?qū)⒛鄮r的變化狀況及時的反映出來,從而保證施工質(zhì)量。

      4 結(jié)語

      在高速公路的隧道施工中,針對膨脹性泥巖,應(yīng)該對其特點進(jìn)行詳細(xì)的分析,按照相關(guān)的施工原則,選擇最合理的施工方法,在施工的過程中,要嚴(yán)格遵守相關(guān)的技術(shù)規(guī)范,并做好監(jiān)控工作,從而保證工程質(zhì)量。

      [1] 黃 戡,彭建國,劉寶琛,等.雪峰山隧道原巖應(yīng)力場和開挖二次應(yīng)力場特征分析[J].中南大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版),2011(5):63.

      [2] 張 巍,尚彥軍,曲永新,等.泥質(zhì)膨脹巖崩解物粒徑分布與膨脹性關(guān)系試驗研究[J].巖土力學(xué),2013(1):21.

      [3] 喬衛(wèi)國,孟慶彬,林登閣,等.深部高應(yīng)力膨脹性軟巖巷道錨注支護(hù)技術(shù)及相似模擬試驗研究[J].礦冶工程,2011(2):43-47.

      [4] 魯?shù)梦?,梁慶國,歐爾峰,等.高速公路泥巖隧道圍巖壓力試驗研究[J].地下空間與工程學(xué)報,2012(6):111-113.

      [5] 賈善坡,陳衛(wèi)忠,于洪丹,等.泥巖大變形隧道盾構(gòu)施工法的圍巖穩(wěn)定性分析[J].巖石力學(xué)與工程學(xué)報,2007(S2):96.

      Research on construction technology of expansive highway mudstone tunnel

      LI Shou-feng

      (ShanxiYunchengHighway&BridgeCo.,Ltd,Yuncheng044000,China)

      In light of expansive mudstone characteristics including water swelling, dry-shrinkage, easy disturbance and flowing deformation and so on, the paper puts forward basic construction principles of expansive highway mudstone tunnel, and specifically describes expansive mudstone tunnel construction methods, with a view to guarantee highway tunnel construction quality.

      highway, expansive mudstone, tunnel, characteristics

      1009-6825(2014)28-0174-03

      2014-07-31

      李首峰(1982- ),男,工程師

      U455

      A

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