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    下穿村莊強(qiáng)風(fēng)化圍巖隧道挑頂施工技術(shù)應(yīng)用

    2020-03-12 04:11:47于維林
    工程技術(shù)研究 2020年23期
    關(guān)鍵詞:正洞交匯斜井

    于維林

    (中交疏浚(天津)投資有限公司,天津 301900)

    1 工程概況

    東北某客運(yùn)專線長(zhǎng)大隧道全長(zhǎng)8860m,埋深43~269m,斜井長(zhǎng)605m,與正洞左線相交夾角為39°。交匯區(qū)域設(shè)計(jì)圍巖級(jí)別為Ⅲ級(jí),凝灰?guī)r強(qiáng)風(fēng)化,巖石節(jié)理裂隙較發(fā)育,巖體較破碎或較完整,呈塊石狀鑲嵌結(jié)構(gòu)。施工區(qū)段下穿村莊及鄉(xiāng)村道路,采用鉆爆法施工會(huì)對(duì)地上建(構(gòu))筑物造成一定擾動(dòng),并對(duì)村民生活及生產(chǎn)造成一定影響。該施工區(qū)段地下水主要為基巖裂隙水和構(gòu)造裂隙水,巖體破碎透水性較好,施工段日正常涌水量為1300m3,日最大涌水量達(dá)5379m3。區(qū)段分布有斷層,層間斷層泥多為薄層,工程物理力學(xué)性質(zhì)較差。斷層上盤(pán)巖性較破碎,斷層下盤(pán)較穩(wěn)定,巖層完整性較好。

    2 指導(dǎo)原則

    (1)下穿村莊及鄉(xiāng)村道路施工區(qū)段爆破開(kāi)挖施工應(yīng)遵循的基本原則是“短進(jìn)尺、弱爆破、多循環(huán)、強(qiáng)支護(hù)”。(2)盡量減小對(duì)居民生產(chǎn)和生活用水的影響,做好超前周邊注漿,必要時(shí)調(diào)整為止水帷幕注漿。(3)先加固后開(kāi)挖。從工程地質(zhì)反映情況來(lái)看,斜井與正洞交匯區(qū)域的初期支護(hù)需加強(qiáng),襯砌需為模筑混凝土。(4)斜井與正洞相交處的門(mén)洞采用加強(qiáng)環(huán),挑頂前進(jìn)趨勢(shì)應(yīng)從外向內(nèi)漸進(jìn)式擴(kuò)大。(5)斜井與正洞交匯區(qū)段圍巖需滿足大跨度臨空受力要求,因此在圍巖級(jí)別應(yīng)比實(shí)際下調(diào)一級(jí),襯砌結(jié)構(gòu)強(qiáng)度等級(jí)提高一級(jí)。(6)為防止不均勻沉降引起相交區(qū)段正洞一側(cè)襯砌開(kāi)裂,交匯區(qū)段斜井開(kāi)挖斷面寬度兩側(cè)的沉降縫應(yīng)在二次襯砌施作時(shí)預(yù)設(shè),位置選擇在其斷面寬度開(kāi)挖輪廓線外。

    3 超前地質(zhì)預(yù)報(bào)

    斜井進(jìn)入主洞挑頂施工主要采用加長(zhǎng)炮孔和利用工作面地質(zhì)素描的方法進(jìn)行超前地質(zhì)預(yù)報(bào),需準(zhǔn)確預(yù)報(bào)掌子面前方3~5m范圍穿越地層的洞身地層地質(zhì)構(gòu)造(巖性、節(jié)理)以及水文地質(zhì)情況。

    4 超前周邊注漿

    下穿段地下水多為裂隙水,為不影響當(dāng)?shù)鼐用裆钣盟?,必須進(jìn)行超前周邊注漿或止水帷幕,防止地下水位下降。注漿孔直徑以110mm為宜,長(zhǎng)度為3.5m;單孔有效擴(kuò)散半徑為3m;注漿有效覆蓋范圍應(yīng)在隧道設(shè)計(jì)開(kāi)挖輪廓線外4~5m;注漿壓力控制區(qū)間以靜水壓力以上0.5~1.5MPa為宜。每循環(huán)開(kāi)挖長(zhǎng)度為25m,配合環(huán)向注漿范圍30m,止?jié){巖盤(pán)長(zhǎng)度5m;每循環(huán)注漿孔3~4環(huán),共56~68孔;注漿管直徑為108mm,壁厚5mm,長(zhǎng)度為3.5m,孔口管埋置于孔內(nèi),固定牢靠,止?jié){功能可靠。注漿順序?yàn)橄葍?nèi)后外,先無(wú)水后有水,同一環(huán)隔孔加注,巖層破碎伴有坍孔隱患時(shí)須優(yōu)先進(jìn)行前進(jìn)式注漿,反之則采用后進(jìn)式注漿。根據(jù)設(shè)計(jì)要求,斷層段需增設(shè)止水帷幕注漿。從實(shí)際情況來(lái)看,通過(guò)村莊區(qū)段水位下降的可能性極大,建議該段將超前周邊注漿調(diào)整為止水帷幕注漿。

    5 超前支護(hù)與系統(tǒng)錨桿

    超前小導(dǎo)管外插角度須符合設(shè)計(jì)要求,鉆孔完成后,將小導(dǎo)管頂入孔內(nèi),導(dǎo)管末端外露長(zhǎng)度滿足注漿要求,導(dǎo)管末端焊接在鋼架上,同時(shí)以鋼架作為注漿支撐點(diǎn),鋼架緊貼圍巖架立,注漿后的鋼管與鋼架(格柵)形成管架(柵)一體化結(jié)構(gòu),整體支護(hù)能力增強(qiáng)。

    風(fēng)鉆鉆孔完成后,砂漿錨桿沿專用測(cè)斜儀控制的錨桿孔道傾角插設(shè),專用注漿泵及時(shí)壓漿。錨桿末端外露長(zhǎng)度不短于鋼架或格柵主筋凈距,錨桿外插角須滿足設(shè)計(jì)要求,錨桿末端與鋼架幫條焊接在一起。風(fēng)鉆鉆孔完成后,液壓平臺(tái)配合人工安裝組合中空錨桿,專用高壓注漿泵及時(shí)注漿。

    6 挑頂技術(shù)

    斜井與正洞交匯區(qū)段圍巖級(jí)別為Ⅲ級(jí),以橫向爬坡棚架法挑頂進(jìn)洞。以正洞開(kāi)挖輪廓線為界,開(kāi)挖至分界線斜井一側(cè)14.6m處時(shí),逐步提高斜井拱頂高程,鋼架尺寸隨拱部寬度逐步加長(zhǎng),進(jìn)洞坡度斜向上30°。在斜井與正洞相交處施作加強(qiáng)環(huán)和預(yù)埋柱頭,施作完畢后運(yùn)送石渣壓實(shí)成型構(gòu)成下臺(tái)階,然后按設(shè)計(jì)棚架尺寸開(kāi)挖進(jìn)正洞,棚洞成型后開(kāi)挖正洞。棚洞沿拱頂曲線,斜向上橫向開(kāi)挖至正洞中線處,按坡度30°爬坡,達(dá)到正洞拱頂高程后再以平坡沿拱頂曲線橫向開(kāi)挖至正洞開(kāi)挖輪廓線外側(cè)上臺(tái)階拱腳處。棚洞開(kāi)挖輪廓線需控制在正洞開(kāi)挖輪廓線外一定距離,成形后不得侵入限界,套拱位于棚洞橫梁下部,套拱結(jié)束后再沿主線大小里程分臺(tái)階開(kāi)挖正洞。

    7 挑頂工序

    7.1 斜井與正洞交匯區(qū)域

    按照斜井與正洞之間的設(shè)計(jì)高差計(jì)算,需在距正洞開(kāi)挖輪廓線14.6m處開(kāi)始擴(kuò)挖斜井拱頂,按30%坡度抬高開(kāi)挖進(jìn)洞。交匯處斜井一側(cè)設(shè)置3榀寬度為0.6m的I25a型鋼鋼架加強(qiáng)環(huán),沿拱部環(huán)向120°范圍內(nèi)預(yù)埋一圈I20a工字鋼柱頭,設(shè)置間隔0.6m,長(zhǎng)度為0.8m,埋入長(zhǎng)度為0.6m,外露長(zhǎng)度為0.2m,鋼柱頭頭部與斜井鋼架焊接。

    在靠近正洞斜井一側(cè)設(shè)置7榀I18型鋼鋼架,相同位置處設(shè)置同等數(shù)量仰拱鋼架,且正洞仰拱鋼架須焊接在斜井加強(qiáng)環(huán)最外側(cè)的仰拱鋼架上,形成整體受力結(jié)構(gòu),以使正洞和斜井交匯口處的連接更為牢固可靠。鋼架間以縱向連接筋焊接,間隔1m,梅花形分布。

    7.2 棚洞開(kāi)挖

    斜井進(jìn)洞后,沿垂直正洞中線方向以棚洞方式開(kāi)挖,開(kāi)挖斷面尺寸為5m×4.2m(頂部?jī)魧?m),按30°斜向上爬坡開(kāi)挖到正洞拱頂中線位置處,再以平坡橫向開(kāi)挖至正洞開(kāi)挖輪廓線外側(cè)上導(dǎo)坑拱腳位置處,棚洞以型鋼鋼架作為臨時(shí)支護(hù)。

    棚洞鋼架選用I18型鋼,間距60cm,鋼架整體構(gòu)成臨時(shí)封閉環(huán),封閉環(huán)頂部為橫梁、兩側(cè)為斜柱、底部為橫撐,兩側(cè)底腳設(shè)置鎖腳錨桿4根,直徑為50mm。根據(jù)開(kāi)挖面圍巖情況,決定是否需要在橫梁兩側(cè)增加豎向支撐,提高棚架強(qiáng)度,并沿環(huán)向設(shè)置鋼架網(wǎng),直徑為8mm,網(wǎng)格橫豎向間距為20cm;間隔1m,梅花形布置系統(tǒng)錨桿,直徑為22mm,長(zhǎng)度為3.5m。為使支護(hù)厚度、預(yù)留變形量和凈空滿足要求,棚洞拱頂高程實(shí)際開(kāi)挖輪廓線須超出正洞設(shè)計(jì)開(kāi)挖線,使棚洞鋼架橫梁實(shí)際位于正洞初期支護(hù)外,考慮安全因素,以減少圍巖擾動(dòng),做正洞初支時(shí)不再取出,與初支形成整體復(fù)合支護(hù)結(jié)構(gòu)。

    7.3 套拱施工

    棚洞施作完成后,在鋼架內(nèi)側(cè)沿拱頂環(huán)向2m范圍內(nèi)施作套拱。套拱鋼架選用I20a工字鋼,棚洞內(nèi)每60cm設(shè)置1榀,共4榀。棚洞外兩側(cè)(4~6m范圍)各設(shè)置6榀伸長(zhǎng)套拱剛架,間隔80cm。鋼架兩側(cè)分別焊接于斜井加強(qiáng)環(huán)I20a工字鋼柱頭上和正洞上臺(tái)階拱腳處,拱腳外緣與正洞輪廓線距離60cm。相鄰鋼架間以縱向鋼筋(直徑為22mm)焊接為整體,環(huán)向梅花形布置,間距80cm。每榀鋼架拱腳處打設(shè)2根鎖腳錨管。鋼架支立完畢后噴射28cm厚的C25混凝土。

    套拱施作完成后,緊跟設(shè)置正洞初期支護(hù)鋼架,交錯(cuò)布置在套拱鋼架間。鋼架一端焊接于斜井與正洞設(shè)置的門(mén)形加強(qiáng)環(huán)橫梁上,另一端焊接于混凝土墊塊預(yù)埋鋼板上,每榀鋼架在分節(jié)和拱腳處各打設(shè)2根鎖腳錨管。

    7.4 挑頂區(qū)段正洞施工

    激光斷面儀應(yīng)按設(shè)計(jì)要求控制隧道開(kāi)挖輪廓線,交匯區(qū)段人工使用機(jī)械較為頻繁,洞內(nèi)的導(dǎo)線樁、中線樁和水準(zhǔn)點(diǎn)需加密復(fù)測(cè)頻率,其設(shè)置也必須牢固可靠。

    (1)優(yōu)先開(kāi)挖與支護(hù)大里程方向,然后開(kāi)挖及支護(hù)小里程方向,在斜井與正洞交匯區(qū)段正洞初支施工完畢時(shí)停止正洞上導(dǎo)開(kāi)挖。(2)開(kāi)挖及支護(hù)大里程方向1號(hào)區(qū)段上導(dǎo),并同時(shí)開(kāi)挖及支護(hù)1號(hào)區(qū)段中導(dǎo),上、中導(dǎo)開(kāi)挖進(jìn)尺不大于2m,上導(dǎo)與中導(dǎo)跟進(jìn)距離不大于5m。初期支護(hù)完成后封閉大里程方向的上中導(dǎo)掌子面。此段完成后,便可在上臺(tái)階大里程一側(cè)拼裝焊接開(kāi)挖臺(tái)車。(3)開(kāi)挖及支護(hù)小里程方向1號(hào)區(qū)段上導(dǎo),并同時(shí)開(kāi)挖及支護(hù)1號(hào)區(qū)段中導(dǎo),上、中導(dǎo)開(kāi)挖進(jìn)尺不大于2m,上導(dǎo)與中導(dǎo)跟進(jìn)距離不大于5m。初期支護(hù)完成后封閉大里程方向的上中導(dǎo)掌子面。此段完成后,為方便組裝二襯臺(tái)車,需在支護(hù)噴混前注意在該區(qū)段預(yù)埋鋼板或吊環(huán)。(4)開(kāi)挖及支護(hù)大里程方向2號(hào)區(qū)段上導(dǎo),并同時(shí)開(kāi)挖及支護(hù)2號(hào)區(qū)段中導(dǎo),1號(hào)區(qū)段下導(dǎo)緊隨其后開(kāi)挖及支護(hù),上、中、下導(dǎo)開(kāi)挖進(jìn)尺不大于2m。開(kāi)挖中、下導(dǎo)時(shí)避免交叉施工,馬口錯(cuò)開(kāi)寬度宜大于3m。支護(hù)完后大里程開(kāi)挖隨即暫停。(5)開(kāi)挖及支護(hù)小里程方向2號(hào)區(qū)段上導(dǎo),并同時(shí)開(kāi)挖及支護(hù)2號(hào)區(qū)段中導(dǎo),1號(hào)區(qū)段下導(dǎo)緊跟開(kāi)挖,上、中、下導(dǎo)開(kāi)挖進(jìn)尺不大于2m。開(kāi)挖中、下導(dǎo)時(shí)避免交叉施工,馬口錯(cuò)開(kāi)寬度宜大于3m。在兩端上導(dǎo)相距50m時(shí)可同時(shí)開(kāi)挖及支護(hù)。

    7.5 鋼筋網(wǎng)

    鋼筋網(wǎng)貼近圍巖表面布置并預(yù)留足夠保護(hù)層,與錨桿和鋼架焊接牢固,形成整體。噴混凝土?xí)r需控制好噴頭與受噴面距離并控制風(fēng)壓,將施工產(chǎn)生的振動(dòng)減至較低水平減少回彈。

    7.6 型鋼鋼架

    掌子面初次噴射完成后,應(yīng)立即進(jìn)行鋼架安裝。鋼架底腳必須支撐于堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)上,基礎(chǔ)表面須平整干凈。鋼架拱頂段須以完整單元方式架立,將系統(tǒng)錨桿作為定位鋼筋,并于拱、墻角位置每側(cè)打設(shè)2根鎖腳錨管。

    8 過(guò)程控制要點(diǎn)

    (1)交匯區(qū)段圍巖監(jiān)測(cè)斷面選擇。交匯口斜井一側(cè)20m、交匯點(diǎn)正洞大小里程各30m內(nèi),按每5m設(shè)置1個(gè),尤其是交匯口處需設(shè)置1個(gè)監(jiān)控量測(cè)斷面,在設(shè)計(jì)及規(guī)范要求的頻率范圍內(nèi),及時(shí)對(duì)圍巖周邊水平位移和凈空變化、拱頂下沉等展開(kāi)監(jiān)測(cè),通過(guò)識(shí)別位移變化速度和位移時(shí)的曲線形態(tài),判別圍巖狀態(tài),及時(shí)調(diào)整施工狀態(tài),保障安全質(zhì)量受控。(2)嚴(yán)格控制棚洞鋼架體系施工質(zhì)量和鎖腳錨管與鋼架連接質(zhì)量。(3)加強(qiáng)環(huán)為正洞支護(hù)體系的支撐點(diǎn),確保施工精度,使其與正洞初期支護(hù)連成整體。(4)正洞仰拱、二次襯砌緊跟開(kāi)挖,盡早閉合成環(huán),降低因交匯口段受力復(fù)雜導(dǎo)致的圍巖不穩(wěn)定性,確保安全。(5)交匯段內(nèi)斷面結(jié)構(gòu)變化較大,通風(fēng)不暢,尤其棚洞施工空間較窄,溫度集聚效應(yīng)大,必須加強(qiáng)通風(fēng)和作業(yè)面降溫。(6)動(dòng)態(tài)掌握地質(zhì)變化情況。開(kāi)挖面應(yīng)盡量為超前地質(zhì)預(yù)報(bào)提供空間,根據(jù)反饋的地質(zhì)條件及時(shí)調(diào)整開(kāi)挖和支護(hù)條件,或適時(shí)調(diào)整挑頂方案。

    9 結(jié)束語(yǔ)

    超前技術(shù)為施工構(gòu)建了安全的作業(yè)環(huán)境,動(dòng)態(tài)調(diào)整與檢測(cè)手段極大地提高了挑頂?shù)陌踩禂?shù),為橫向爬坡棚架快速進(jìn)洞方案實(shí)施提供了安全基礎(chǔ)。此次挑頂施工得到了設(shè)計(jì)方的全方位指導(dǎo),施工單位在超前檢測(cè)、交匯加強(qiáng)、正洞施工階段獲得了完整的技術(shù)參數(shù),積累了難得的經(jīng)驗(yàn),為后續(xù)復(fù)雜地下空間斜交挑頂順利施工奠定了工藝基礎(chǔ)。

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