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      管棚法在粉土質砂層輸水隧洞中的應用

      2020-11-20 08:48:32梁晨曦
      陜西水利 2020年8期
      關鍵詞:拱架管棚砂層

      梁晨曦

      (新疆伊犁河流域開發(fā)建設管理局,新疆 烏魯木齊 830000)

      0 引言

      HST 輸水隧洞工程位于新疆博爾塔拉蒙古自治州精河縣境內,是JK 輸水管線一期工程的第二個輸水隧洞,位于JK 輸水管線樁號17+359.693m~18+854.234 m 處, 工程的任務是向精河流域、奎屯河流域引水,以滿足沿途該流域生態(tài)、工業(yè)及生活等用水要求。

      1 輸水隧洞工程地質概況

      HST 輸水隧洞段為低山區(qū)地貌,沖溝較發(fā)育。隧洞進口段位于低山區(qū)一沖溝內,沖溝呈“V”型深切山體,切深35 m~40 m,岸坡整體穩(wěn)定。洞身段(17+379~18+834)洞頂上覆巖體厚14 m~100 m,巖性主要為深灰色凝灰?guī)r、凝灰質砂巖,巖層產狀315°NE∠75°。隧洞出口段走向近南北向,洞頂上部分布微膠結粉土質砂層,開挖探坑中可見挖掘機抓斗齒痕。

      2 施工方案

      2.1 工藝流程

      施工準備→洞臉噴砼→測量放線定位→開挖套拱基礎→套拱安裝→安裝導向管→立模板→噴射套拱砼→管棚施工→洞室施工。

      2.2 進洞施工前準備工作

      (1)根據(jù)設計提供控制樁建立導線網與水準網,并在洞口附近埋設控制點(水準點)。

      (2)出口兩側設置排水溝,有效防止雨水對洞口的回灌。

      (3)隧洞開口兩側堆砌麻包給予一定受力保持周邊穩(wěn)定,洞口上部至最近馬道間掛網噴射混凝土支護。

      2.3 洞口套拱施工

      HST 隧洞出口洞口套拱厚度0.6 m,長2 m。套拱內按間距0.6 m設4 榀18 號工字鋼拱架,套拱采用C30 混凝土噴射成形,導向管兩端采取臨時封堵,以防進漿,套拱施工總體布置見圖1。

      圖1 套拱截面示意圖

      2.3.1 施工工法

      HST 隧洞出口套拱內按間距0.6 m 設4 榀18 號工字鋼拱架,每段采用厚度16 mm 連接鋼板,φ25 普通錨栓連接,每個拱架連接板兩側設置兩根φ42 長3.5 m 注漿小導管作為鎖腳錨桿。導向管采用4 mmφ127 的無縫鋼管(φ20 鋼筋雙面焊),鋼管與I18 型鋼拱架進行固定(焊接牢靠),由于粉土質砂層較松散,為了保證管棚的拱形殼狀結構形成,環(huán)向間距及外插角度盡可能縮小,且環(huán)向間距及外插角不大于30 cm 和1.5°。根據(jù)設計尺寸制作安裝套拱模板,套拱模板同壁面應緊密接觸。噴護采用濕噴法從拱底兩側依次向拱頂進行噴混凝土,每層噴射厚度控制在5 cm,完成后及時進行養(yǎng)護。

      2.3.2 技術要求

      (1)噴混凝土材料采用合格的中粗砂、粒徑小于15 mm 的小石、42.5 普通硅酸鹽水泥,初凝時間不超過5 min,終凝時間不超過10 min,配合比經現(xiàn)場工藝試驗確定。

      (2)噴射混凝土施工前須將模板內的粉塵雜物清理干凈,并報監(jiān)理單位驗收合格后開始下一道施工。噴射作業(yè)由套拱底部向拱頂進行,噴頭垂直作業(yè)面,每層噴射厚度5 cm,間距保持0.6 m~1 m 并緩慢移動。待上一層混凝土終凝后開始噴下一層,若終凝后間隔1 h 以上且混凝土面有粉塵,應清洗干凈方可繼續(xù)。

      (3)噴混料應隨拌隨用,嚴禁使用回彈料作為噴混料。遇突發(fā)情況如斷水、斷料時,將噴頭迅速移開,嚴禁用高壓風沖擊尚未終凝的混凝土。作業(yè)結束后及時清理管內漿液,待終凝2 h后及時進行養(yǎng)護。

      (4)套拱噴射混凝土強度根據(jù)C30 混凝土試驗檢測報告,混凝土噴射完成48 h 后開始管棚鉆孔、進洞開挖、支護等后續(xù)施工。

      2.3.3 套拱施工安全措施

      根據(jù)HST 隧洞出口段地質的描述,出口段為粉土質砂層,厚度11 m~35 m,開挖后上部覆蓋層易受降雨侵蝕沖刷及自應力作用而造成塌方,對洞口套拱施工存在一定的安全隱患。根據(jù)現(xiàn)場實際條件,采用堆砂麻包護坡的方式確保出口段套拱施工安全,套拱施工完成后在與開挖邊坡相鄰1 m 范圍內的套拱外側噴C30 混凝土。

      2.4 管棚施工

      管棚采取大管棚超前支護,每段大管棚長12 m,搭接長度3 m,最后一段大管棚入巖應不小于3 m,其長度根據(jù)現(xiàn)場實際巖土分界面進行調整[1],超前管棚施工圖見圖2。

      圖2 超前管棚施工工藝布置圖

      2.4.1 管棚施工工藝流程及方法

      待套拱混凝土強度達到設計及規(guī)范強度后開始管棚施工,管棚施工工藝流程見圖3。

      圖3 管棚施工工藝流程圖

      2.4.2 施工方法

      (1)鉆孔施工:首先選擇穩(wěn)定的基礎進行腳手架搭設,腳手架連接要牢固、穩(wěn)定,防止在鉆進過程中由于擺動造成空位偏差影響整體質量效果。鉆孔由1 臺履帶式M351 鉆機由頂部孔位向兩側開鉆,鉆機鉆桿軸線與孔口管軸線方向平行,距孔口距離小于4 m,鉆機位置采用全站儀測定。鉆孔時嚴格控制風量,采用無沖擊勻速進尺,速排塵方式進行,風壓控制在不大于3 MPa 范圍內。

      (2)管棚施工:管棚采用8 mmφ108 mm 的熱軋無縫鋼花管,加工成4 m 與6 m 兩種長度,絲扣長度15 cm,同一斷面接頭數(shù)量不得超過總鋼管數(shù)的50%[2]。其中奇數(shù)號孔采用鋼花管,進行打孔處理,布孔采用梅花型,孔徑10 mm,排距200 mm,每排2 個孔,尾部100 cm 不處理作為止?jié){段。奇數(shù)號管棚由3 根4 m 花管組成,偶數(shù)號孔由2 根6 m 長鋼管組成。每段大管棚之間搭接長度3 m,在進洞7 m 處開始搭設第二段大管棚,依管棚3 m 搭接長度向洞內類推下一節(jié)管棚搭設位置;每段管棚含40 根鋼管,管棚管順延導向管安裝。

      (3)注漿:本工程在現(xiàn)場出口段洞口核心土位置采用高壓潛孔鉆鉆設6 個試驗孔(孔深4 m),安裝A108 鋼花管進行了注漿試驗,并在每處花管周邊取6 個點,測漿液壓入砂層厚度,取一組砂層不出現(xiàn)鼓包的臨界壓力為管棚注漿參數(shù),最終確定水泥漿液水灰比1.3∶1,注漿壓力0.5 MPa。漿液拌制按配比進行下料,經濾網過濾后進入注漿泵內。

      本工程選用全孔式一次注漿完畢,注漿順序從套拱頂部對稱向下進行。注漿過程中密切檢查壓力變化,以砂層不出現(xiàn)鼓包為壓力控制原則。當注漿壓力達到設計注漿終壓且穩(wěn)定時間達到5 min 以上時結束注漿,注漿結束后及時關閉止?jié){閥,直至漿液完全凝固,最后用M30 水泥砂漿將花管及鋼管緊密填充[3]。若遇突發(fā)情況及時處理使其盡早恢復,遇到特殊問題如冒漿、漏漿時,根據(jù)情況采用低壓、濃漿、限流、間歇灌注等方式進行處理。

      2.5 洞室開挖

      管棚施工完成后,注漿漿液待凝時間至少6 h,然后開始洞室開挖。因隧洞出口上部為粉土質砂層,自穩(wěn)能力極差,隧洞開挖采用超短臺階預留核心土法進行開挖,每循環(huán)進尺不超過60 cm,每循環(huán)開挖完畢后及時速噴一道C30 混凝土后盡早完成支護(掛網噴護+I18 型鋼拱架+錨桿),支護完成且驗收合格后方可進行下一循環(huán)開挖施工,具體順序見圖4。

      圖4 洞室分部開挖示意圖

      3 結語

      粉土質砂層洞室開挖后極不穩(wěn)定,易發(fā)生坍塌冒頂情況,若處理不當會造成極大的人員財產損失。本工程利用超前管棚形成拱形殼狀結構,結合鋼支撐等聯(lián)合支護體系向周邊施加徑向力,有效阻止因洞室開挖引起應力重分布和洞室周邊松動[4]。

      目前該項目已順利完成,通過長期收斂變形監(jiān)測數(shù)據(jù)分析此段變形量不足1 mm,變形速率趨近于零,施工過程中也未發(fā)生安全質量隱患事故。由此可見超前管棚在粉土質砂層施工中取得了良好的效果。

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