中隔壁导坑施工法（精选4篇）
中隔壁导坑施工法 篇1
1 工程简介
1.1 工程概况
达康隧道位于广西省百色—阳圩区间, 全长7 238 m。隧道进口接南延双线特大桥, 出口接阳圩车站, 由于阳圩车站伸入隧道出口DK268+957.791~DK269+585段627.209 m, 按车站隧道设计, 其余段均为双线隧道, 左右线间距为4.6 m~5 m;本隧为单面上坡;洞身最大埋深约为445 m, 分布一处浅埋, 最小埋深7 m。本隧按200 km/h, 预留250 km/h条件客运共线 (开行双层集装箱) 设计, 其中DK269+080~DK269+575为三线段, 依据设计要求为双侧壁导坑法施工。
1.2 工程地质条件
达康隧道地处云贵高原东南缘、桂西山地低、中山区, 测区主体山脉大致呈东西走向, 支脉向南北方向展布, 线路与主山体走向基本一致。隧道区地貌受构造及岩性控制明显, 主要为剥蚀、侵蚀类型, 属中、低山山地地貌。岩石类型为砂岩夹泥岩或砂岩、泥岩互层, 偶夹炭质页岩, 岩性较杂, 为黄褐色, 红褐色, 青灰色, 灰黄色, 中厚层状, 砂岩质较坚硬, 泥岩质较软, 风化不均, 地表出露多为全风化带, 0 m~10 m, 属Ⅲ级硬土, 属D组填料;强风化带厚5 m~35 m, 强风化层与下伏弱风化层统属Ⅳ级软石, 砂岩与泥岩比例约为1∶1, 均属C组填料。本隧属亚热带湿润季风气候带, 干湿季节分明。5月~9月为雨季, 10月及次年4月为旱季。地下水类型主要为松散岩类孔隙潜水和基岩裂缝水两大类型。隧道主要围岩类型包括双线Ⅲ级围岩3 564 m、Ⅳ级围岩2 416 m、Ⅴ级围岩753 m, 三线Ⅳ级围岩120 m、Ⅴ级围岩385 m。
2 光面爆破的原理分析
光面爆破的破岩机理复杂, 一般认为, 光面爆破是周边眼同时起爆, 各炮眼的冲击波向其四周作径向传播, 相邻炮眼的冲击相遇, 则产生应力波叠加, 并产生切向拉力, 拉力的最大值发生在相邻炮眼中心连线的中心, 当岩体的极限抗拉强度小于此拉力时, 岩体便被拉裂, 在炮眼中心连线上形成裂缝, 随后爆炸气的膨胀和裂缝进一步扩展, 形成平整的爆裂面[1]。光面爆破后断面形状规整, 减少超挖, 节省支护材料, 降低对周围岩石的爆破震动破坏, 据有关资料统计, 光面爆破与普通爆破相比, 超挖量由原来的15%~20%降低到4%~7%, 不但减少出碴量, 而且还很大程度地减少喷护方量, 是一种提高工程进度, 降低工程成本的有效的隧道施工方法[2]。
3 光面爆破质量标准
目前国家尚无鉴别光面爆破质量的统一标准, 可根据工程种类的围岩条件定出相应的标准。一般说光面爆破应达到以下要求:1) 开挖轮廓尺寸基本符合设计要求, 欠挖不大于50 mm, 超挖不大于150 mm, 壁面不平度小于150 mm。2) 爆破后壁面上保留的半眼孔痕率为:坚硬且完整性好的岩石不小于80%, 中等强度的岩石不小于65%, 软岩或节理发育的岩石大于50%。3) 爆破作用对保留部分岩体破坏轻微, 保留下的炮眼壁面上无粉碎和明显的爆破缝隙, 松软破碎的岩体, 爆破后尽量无大的危岩浮石;坚硬面完整的岩体, 无危岩或有很少危岩。4) 炮眼衔接处的“台阶”, 对于隧道工程应控制在100 mm~150 mm以内[3]。
4 光面爆破设计方案
4.1 工艺流程
双侧壁导坑法光面爆破流程如下:放样布孔→开孔钻眼→清孔→装药→联接起爆网络→起爆效果检查→爆破参数调整。
4.2 起爆方式
本隧道围岩在有水地段, 因此采用低密度、低爆速、低猛度的乳化炸药。标准药卷, 外径32 mm, 单卷装药量0.2 kg, 密度1.05 kg/m。可得到周边眼装药量0.315 kg/m, 掏槽眼为0.367 5 kg/m, 辅助眼为0.315 kg/m。根据现在常用和工程类比的方法, 为实现微差爆破 (20 ms~400 ms) , 本设计起爆采用电雷管, 传爆采用非电毫秒雷管, 起爆顺序:起爆器→击发笔→导爆管→非电毫秒雷管→炸药。
4.3 掏槽类型的确定
根据施工方法, 开挖断面大小, 围岩状况和凿岩机具的不同, 掏眼方式分为斜眼掏槽和直眼掏槽。由于直眼不受围岩软硬和开挖断面大小的限制, 可以钻深眼, 长短钻杆配合可实现多台凿岩机同时作业, 爆破渣石集中, 便于快速出渣, 有利于加快掘进速度, 不易打坏支撑, 排架及其他设备。结合工程类比法, 本设计采用直眼掏槽方式, 具体采用单临空孔直眼掏槽, 见图1。
4.4 爆破参数
1) 炮眼直径。炮眼直径应与药卷直径的大小相匹配, 以免发生管道效应导致药卷拒爆。采用不耦合系数λ=D/φ控制两者关系, 取值为1.25~2.5, 且要求药卷直径不小于炸药的临界直径。本隧道围岩采用标准直径32 mm, 掏槽眼及辅助眼λ=1.3, 得到直径40 mm;周边眼λ=1.65, 得到直径50 mm。
2) 炮眼深度。根据设计隧道的地质资料, 并且根据工程类比法, 采用:围岩循环进尺0.6 m, 其炮眼深度计算方法是根据每一循环所要求的进尺数及实际利用的炮眼利用率来确定, 计算公式为:L=l/η, 其中, l为进尺长度;η=0.9, 得0.6/0.90=0.67≈0.7 m, 而考虑到掏槽眼和周边眼比其他掘进眼深15 cm~20 cm, 因此掏槽眼和周边炮眼深度为0.85 m。
3) 炮眼数量。挖面上钻炮眼的数量, 它直接影响凿岩的工作量, 过多或者过少都会降低爆破的效果和掘进速度。其计算公式为:N=Q/q=ks/ (ar) 。
其中, k为爆破单位岩体岩石炸药平均消耗量, 结合本隧道实际情况, 单位耗药量均取0.9 kg/m3;s为开挖断面面积;a为装药系数, 即装药长度与炮眼全长的比值, 与围岩、炮眼的类别有关, 一般取0.5~0.8;r为每延米药卷的炸药重量。计算得双侧壁导坑法各部位炮眼数量如下:
两侧上导:N=ks/ (ar) =0.9×30.1/ (0.5×1.05) =52, 同理计算得:两侧下导:N=56, 中部上导:N=81, 中部中导:N=40, 中部下导:N=53。
4) 炮眼间距。光面层厚度就是周边炮眼爆破的那一部分岩层, 即周边炮眼的最小抵抗线W。在本隧道K=0.8, 则:W=E/K=45/0.8≈50 cm。
在不耦合装药的前提下, 光面爆破应满足炮孔内静压力合理, 必须小于爆破岩体极限抗压强度, 大于岩体的极限抗拉强度条件, 依据公式, 求得周边炮眼间距为45 cm。则周边炮眼的最小抵抗线W=E/K=45/0.8≈50 cm, 其他炮眼间距有经验公式:a= (1.1~1.8) W, 求得为65 cm。
5) 炮眼布置及开挖药量。根据炮眼布置原则, 结合本隧道的爆破参数, 可得炮眼布置图和双侧壁导坑爆破设计图, 如图2所示。
表1~表5为双侧壁导坑法开挖药量计算表。
4.5 起爆网络
首先是掏槽眼起爆, 创造新的临空面, 接着是辅助眼, 由内向外依次起爆、层层剥离, 最后起爆周边眼和底板眼。所有炮孔按要求装入炸药和非电毫秒雷管, 确保段数正确, 做好炮孔堵塞, 然后按区域将雷管脚线理顺, 集中在一起用传爆雷管联结, 传爆雷管选用低段的非电毫秒雷管, 并确保段数相同, 最后所有传爆雷管用电雷管联结。采用塑料导爆管传爆雷管复式网路, 即每处传爆雷管都用2发。连线时导爆管不打结不拉细, 每簇雷管个数基本相同且不超过20个。传爆雷管用黑胶布包扎在离一簇导爆管自由端10 cm以上处。网路联好后由专人检查验收, 无误后方可起爆。
4.6 装药结构
装药分片分组按炮眼设计图确定的装药量自上而下进行, 雷管对号入座, 导爆索用竹子和电工胶布与炸药卷绑在一起。所有炮眼均以炮泥堵塞, 光面爆破周边眼封泥长度不小于30 cm, 掏槽孔不装药部分全堵满, 其余掘进孔堵塞长度大于抵抗线的80%。炮泥使用2/3砂和1/3黄土制作并使用水炮泥。
4.7 起爆效果检查
起爆后开挖轮廓清晰, 开挖面基本平整, 岩壁无粉碎损伤, 围岩稳定无明显新生裂隙。爆堆较为集中, 块度最大为26 cm, 飞石距离15 m左右。
5 结语
光面爆破是通过正确选择爆破参数和合理的施工方法, 达到爆后岩面平整规则、轮廓线符合设计要求的一种控制爆破技术。它与传统的爆破法相比, 最显著的特点是能有效的控制周边眼炸药的爆破作用, 从而减少对围岩的扰动, 保持围岩的稳定, 确保施工安全, 同时又可以减少超、欠挖, 提高工程质量和进度。
达康隧道开挖全部实行光面爆破, 开挖地段光面爆破效果良好, 超欠挖得到了有效的控制, 减少了支护混凝土的用量, 爆破后的岩面平整, 岩渣块度均匀较小, 利于运输, 为后期铺挂防水板以及二次衬砌施工缩短时间、节约施工成本。
摘要：结合达康隧道在施工掘进过程中光面爆破技术在双侧壁导坑法的实际应用情况, 分析了光面爆破的原理, 并对光面爆破设计方案作了详细论述, 有效控制了隧道的超欠挖, 减少了爆破对围岩的扰动, 加快了掘进速度, 控制了施工成本, 取得较理想的爆破效果。
关键词：光面爆破,双侧壁导坑法,爆破效果,超欠挖控制
参考文献
[1]许春永.光面爆破技术在宝塔山隧道施工中的应用[J].科技·向导, 2010 (4) :218-223.
[2]曹义.隧道光面爆破的施工控制[J].建筑与工程, 2009 (7) :226-227.
[3]顾义磊.隧道光面爆破合理爆破参数的确定[J].重庆大学学报, 2005 (3) :95-96.
[4]孙训方.材料力学 (Ⅰ) [M].第5版.北京:高等教育出版社, 2009:109-187.
中隔壁导坑施工法 篇2
近距大跨公路隧道施工方法以新奥法实施的基本思想为原则,根据理论分析及大量工程实践,其常用的施工方法主要有双侧壁导坑法、单侧壁导坑法、上下台阶与正向侧壁导坑组合法、上下台阶与反向侧壁导坑组合法、上下台阶法、下导先行预留光爆层法、全断面爆破法,根据大量工程实践,通常对Ⅳ类～Ⅵ类围岩选取前五种施工方法[1]。结合某大跨度公路交通隧道建设,对近距大跨度隧道双侧壁导坑法动态施工过程进行了数值模拟研究。为近距大跨度隧道设计和施工提供了科学依据。
1 工程概况
1.1 工程地质条件
隧址区属丘陵地貌,地形起伏大,基岩大多直接裸露。线路沿北西向穿越低山丘陵区,自然斜坡稳定,地表植被较发育。隧道轴线与构造线走向近于垂直,其地质构造不发育,主要为岩层节理裂隙。地下水类型主要为基岩裂隙水,隧道区地下水补给主要来源于大气降水及地下水侧向补给,洞内未见泉眼露头和明显地下水活动迹象。
隧址区表层为第四系残坡积层,下伏基岩岩性主要为燕山晚期侵入岩的花岗岩。随深度增加(>30 m),岩体趋于完整,裂隙发育程度变为较发育～不发育。隧道进、出口段为Ⅴ类围岩,隧道洞身为Ⅳ类围岩。
1.2 设计标准
隧道所在道路等级为双向八车道城市快速主干道;设计行车速度为80 km/h,设计最大纵坡为1.8%,限界净高H=8 m,净宽B=17.25 m(四车道)。
2 数值模拟及分析
2.1 概化模型
根据隧址区工程地质特征,建立有限元分析模型,隧道开挖断面宽度B=18 m,埋深H=11 m。有限元网格采用二维四边形等单元,屈服条件采用DP破坏准则。隧道两侧围岩体选用5倍洞径范围作为有限元分析范围,模型左、右边界水平方向位移约束,围岩体顶部为自由端,底部边界(5倍洞高)竖直方向位移约束。整个计算模型的区域为224.65 m×65 m,有限元网格划分共产生3 652个单元和3 315个节点。根据工程地质勘察报告和有关规范[2],选取的岩体物理力学参数如表1所示。
对于有锚固系统的岩体,一般认为锚固作用的主要机理是提高了围岩的整体性,从而改善了岩体的受力性能。研究表明,锚固作用使岩体材料的c,φ值都得到了提高。根据研究成果和实际工程经验,数值计算中为了简化起见,可将锚固效应考虑成岩体的内聚力c值提高10%～20%来模拟。本次数值模拟分析考虑隧道二次衬砌的作用和隧道锚杆的锚固效应。
2.2 模拟分析过程
双侧壁导坑法开挖次序如图1所示,隧道结构分析过程:
1)初始应力状态计算;
2)开挖右洞左侧导坑上台阶和左侧上台阶初期支护;
3)开挖左侧导坑下台阶和左侧下台阶初期支护;
4)开挖右侧导坑上台阶和右侧上台阶初期支护;
5)开挖右侧导坑下台阶和右侧下台阶初期支护;
6)开挖中部上台阶上部分和拱部初期支护;
7)开挖中部上台阶下部分;
8)开挖中部下台阶和仰拱初期支护;
9)施作右洞二次衬砌;
10)开挖左洞(顺序同右洞)。
2.3 数值模拟结果分析
两隧道修建后围岩附加竖向位移等值线云图和围岩附加水平位移等值线云图分别如图2,图3所示。
隧道开挖有限元分析主要位移计算结果汇总如表2所示;表3为有关规范规定的隧道位移允许限值。表2中最大水平位移为负值是指方向远离建筑物。
mm
由表2和表3可知,隧道开挖后,最大竖向位移出现在右洞拱顶-5.30 mm;两洞墙脚水平位移最大,为1.68 mm,隧道洞周水平相对收敛计算值、拱顶下沉计算值都比规范规定的允许洞周水平相对收敛值和允许拱顶下沉值小。
图4,图5分别为隧道开挖后围岩最小、最大主应力计算结果等值线云图,从云图可知,最大主应力值没有超过岩石单轴抗压强度标准值。分析结果表明:隧道洞周最大主拉应力出现在两洞拱顶和仰拱,为0.086 MPa。两洞室周围都没有出现塑性区。
3 结语
双洞八车道隧道双侧壁导坑法施工过程数值模拟分析表明,从围岩位移、洞周收敛位移数据方面看出,两隧道在本次施工方法和支护参数条件下,施工过程中围岩是稳定的。因此对这一类似地质条件的双洞八车道大跨度隧道采用双侧壁导坑法施工是可行的,可靠的,为近距大跨公路隧道施工提供了可供比选的施工方法。
参考文献
[1]原郭兵.隧道洞口两超小净距隧道的施工[J].铁道设计标准,2003(3):4.
[2]侯春艳.板桃隧道洞口两超小净距隧道的施工[J].铁道设计标准,2000(6):8.
[3]陈宇,颜小虎.监控量测技术在大跨度小净距隧道中的应用[J].山西建筑,2008,34(34):318-319.
黄土隧道施工——双侧壁导坑法 篇3
关键词：黄土隧道,施工,双侧壁导坑法
在隧道施工中, 不可避免地要穿过地质条件复杂, 围岩极差的断面, 特别是黄土地区松散介质围岩条件下的浅埋隧道或软弱地基黄土隧道, 及有水条件下地层穿过时, 不仅需要保证隧道工程本体施工的安全, 还须解决隧道工程冒顶事故对其他设施的影响。
静宁隧道主要采用“新奥法上下导坑法”, 而双侧壁导坑法施工为矿山法中的一种, 在静宁隧道软弱段施工中采用此种施工方法, 在保证施工期间, 地表不陷、不塌的前提下, 充分利用其对原状土体扰动小, 能够有效控制初期支护变形、发挥初期支护的作用, 确保了进洞安全及静宁隧道的全线贯通。
1 双侧璧导坑法施工的特点
1) 利用双侧壁导坑法施工, 很好的解决了围岩极易坍塌变形段, 大断面隧道开挖的安全性问题, 结构简单, 安全可靠, 拆装方便、灵活.能有效地保护围岩原状土体结构.使工程的施工对原状土体的影响非常之小。
2) 该法运用“新奥法”基本原理, 采用锚喷支护, 充分利用围岩的自承能力, 对原状土体扰动小, 能够有效控制初期支护变形。
3) 该法采用“短开挖、少绕道、强支撑、早成环、紧封闭、勤量测”的原则进行, 注重前期超前支护, 小断面加固处理。
4) 将数据处理和信息反馈技术应用于施工, 利用监控量测指导施工, 动态修正施工方法和支护参数, 确保施工安全、快速。
2 工艺原理
采用“侧壁导坑”围护结构分析模型和解析方式, 在主体隧道两侧施作先行侧壁导坑, 先行侧壁导坑提前进洞, 进行支护和加固处理.使侧壁导坑之间的未被开挖掉的土体则成为两道侧壁间的横撑, 从而成一个稳定可靠的“地下基坑”的围护结构, 承受因开挖主体隧道而产生的土体的侧向压力, 并限制围岩土体的竖向变形 (沉降) 。
同时, 对富水地层进行洞内水平降水。在导洞临时侧壁支护下, 区间隧道施工以新奥法为依托, 采取加密超前管棚、加强超前注浆、初支背后注浆加固支护方法, 控制地表下沉, 通过全过程的施工监控量测, 监视土体及结构的稳定, 随时调整支护参数, 使主体结构能安全顺利地建成。
3 施工工艺流程及操作要点
3.1 施工工艺流程
施工准备→侧壁导坑→侧墙施工→导洞内小仰拱施工→ 洞内水平降水施工→隧道上部开挖及支护→隧道下部开挖及支护。
3.2 操作要点
3.2.1 导坑施工
先行导坑断面大小由施工工艺、围岩条件、采用设备等因素确定, 一般采用曲线支护。视情况可采用全断面或上下台阶法施工, 导洞施工中的具体要求有如下几点。
(1) 严格控制侧壁线路精度, 确保侧壁与结构关系。
(2) 侧壁在主体隧道前先行进洞, 侧壁开挖及支护一个工作循环为1m左右, 开挖完成后侧壁先施做Φ6mm钢筋网 (15cm×15 cm) , 用5cm厚C20喷射混凝土封闭开挖面, 防止围岩掉块和坍塌, 然后是做侧壁拱架和侧壁临时钢拱架。侧壁拱架和临时钢拱架要求焊接牢固, 临时支护采用I16型工字钢, 纵向间距为50cm, 与侧壁I22型钢支撑对应设置。等钢拱架焊接完成后进行Φ42mm×4mm长2m的注浆小导管超前支护 (也可以采用4m长小导管加密处理) , 注浆完成后采用Φ6mm钢筋网 (15cm×15cm) 20cm厚喷射混凝土临时支护, 再施做4根长6m×Φ60 mm 的锁脚锚杆, 锁脚锚杆间距为50cm, 尾端与工字钢焊接牢固, 最后施做60cm的模筑混凝土。
(3) 遇到侧壁导坑上方存在人工杂填土, 开挖过程出现不良地质情况及时对开挖面进行网喷封闭, 进行加固处理后再施工。
(4) 遇到侧壁导坑核心土塌落严重、松散、层理斜面剥落严重时增加Φ42mm×4mm长6m的小导管加固, 并进行双液浆注浆处理, 注浆压力控制在0.5～1MPa。
(5) 严格控制钢支撑间距, 网构钢架应精确定位, 注意“标高、中线、前倾后仰、左高右低、左前右后”等各个方位的位置偏差, 钢支撑保护层临土侧50mm, 背土侧30mm。
(6) 按设计施工单层满铺钢筋网, 将纵向联接筋、钢筋网与网构钢架焊接牢固。
(7) 侧壁导坑施工过程中, 加强量测频率, 及时反馈量测结果, 以便根据量测结果及时修正支护参数, 确保安全。
3.2.2 水平降水
如果围岩土体含水量超过28%或有渗水现象, 可以在已施工隧道仰拱施做水平降水基坑, 在水平降水基坑内用水平钻机成孔, 埋设水平降水管, 超前将隧道施工范围内地下水降至隧道底部仰拱以下1.0m左右, 保证后续开挖初支在无水条件下施工。
(1) 施工方法
根据水平抽水钻机工作空间确定工作坑尺寸, 施工后安置水平钻机。采用Ф89mm钻头打孔清水钻进, Ф89mm套管跟进。将套管打到预定长度后, 停止钻进冲孔。从套管中放进Ф60mm/Ф50mm螺旋打眼缠丝PVC滤水管, 拔出Ф89mm套管, 将PVC滤水管留在土层中, 封孔口使地下水从PVC滤水管中自动流出。
3.2.3 上部开挖及支护
(1) 超前大管棚施做
为保证超前大管棚施工角度达到设计的4°～10°要求, 在大管棚施做前, 先施做4m的管棚作业面, 超前Ф42 mm小导管长6m、环间距40cm、外插角45°～30°交错布置注浆加固, 要求注浆压力为1.5～2.0MPa, 形成4m的加固区, 作业面初期支护采用25cm厚C20喷射混凝土, 配I22b型工字钢, 间距为50cm。
在已完成的4m管棚工作面处安设潜孔钻设备施做大管棚, 外环采用Ф89 mm×6mm的超前大管棚对围岩进行超前加固, 管棚长20m (围岩较好时可采用8m) , 环向间距41cm, 每环40根, 管棚注浆采用425号硅酸盐水泥, 水灰比为1∶1, 水玻璃用量为水泥用量的5%。
大管棚施做完成后, 在喷射混凝土初期支护的4m作业面范围内施做50cm的一衬模筑混凝土。
(2) 上部开挖及支护
上部开挖一个工作循环为50cm, 开挖后安装I22型工字钢用高强螺栓连接而成, 纵向连接钢筋环向间距为50cm, 工字钢支护完成后, 进行Ф42mm×4mm长6m, 环向间距40cm, 外插角45°～30°的超前小导管环向注浆加固, 拱圈外环形成4m厚环向双液浆加固区.尾端与工字钢焊接牢固, 最后施做60cm的C25模筑混凝土。
3.2.4 下部开挖与支护
下部开挖一个工作循环为1m左右, 开挖后采用I20工字钢横向临时支撑后施做100cm厚C10片石混凝土, 然后进行中心水沟和仰拱的施工。
3.3 隧道施工工艺的改进
(1) 及时封闭, 步步成环
遵循浅埋暗挖及时封闭步步成环的原则, 利用小仰拱形成侧壁导坑通道, 避免上下施工干扰, 缩短施工循环时间。
(2) 超前大管棚、超前小导管及锁脚锚杆
隧道开挖后掌子面自稳性差, 围岩可注性差。为有效控制掌子面土体稳定和地层沉降, 环向和纵向加密拱部超前管棚, 增设锁脚锚杆。
a.超前大管棚施工方法:
采用钻孔台车 (钻头为15cm) 先行打孔20m, 然后调整好角度固定在焊接台架上, 利用挖机进行送管。完成后掌子面喷射5～10cm厚喷射混凝土做止浆墙, 最后用三缸液压注浆机注浆。管棚及注浆封头, 如图1所示。注浆管及浆液制作标准:
注浆管: Ф89, l=20m 环向间距41cm每环40根, 搭接长度2m
外插角:4°～10°
布置范围:拱圈外环
浆液:水泥、水玻璃双液浆
浆液配比:水泥浆∶水玻璃=1∶0.5
水泥浆水灰比:1∶1, 水玻璃为30～40Be′
注浆压力:≯2.5MPa
b.超前小导管施工方法:
采用风动凿岩机钻孔 (钻头为7cm) 先行打孔6m, 然后调整好角度进行送管.完成后用三缸液压注浆机注浆.小导管制作, 如图2所示。注浆管及浆液制作标准:
注浆管: Ф42, l=6m 环向间距40cm每环60根, 每榀布设
外插角:45°～30°交叉布设
布置范围:拱圈内环
浆液:水泥、水玻璃双液浆
浆液配比:水泥浆∶水玻璃:1∶0.5
水泥浆水灰比:1∶1, 水玻璃为30～40Be′
注浆压力:1～1.5MPa
c.拱背注浆
初衬混凝土完毕后进行拱墙、底部背后注浆, 以起到充填空隙、加固地层的作用, 使隧道结构与周边土体密实, 有效控制地表沉陷。背后注浆滞后初支封闭成环后3～5m进行, 注浆压力控制在0.3～0.5MPa。
d.及时稳定开挖面
分部开挖工序多, 完成一循环时开挖面暴露时间较长。除采取留核心土外, 还需及时挂网并初喷较厚的一层混凝土, 才能保证及时稳定开挖面。
3.4 监测技术与分析
确保工程建设安全的关键是全过程监测隧道周边建 (构) 筑物的变化情况, 及时测量各主要工序施工阶段引起的动态降数值, 并与分析计算值比较, 及时反馈指导设计和施工。
(1) 隧道净空收敛量测
净空变化量测和拱顶下沉量测原则上在同一断面上进行。量测断面的间距与隧道长度、围岩条件、开挖方法等多种因素有关, 水平收敛 (拱脚附近) 小于0.2mm/d, 拱顶下沉小于0.15mm/d。
a.净空量测测点布置
净空变化量测基线在横断面上的布置, 如图3所示。一般地段设2条水平基线, 埋深小于2倍开挖宽度地段和膨胀或偏压地段设四条基线。
b.量测要点
①把净空变位仪的短杆固定在施测的两测点的岩体内。
②根据围岩条件确定量测间距。
③量测精度:在变位量比较小的情况下, 一般为0.1mm, 在变位量比较大的情况下为1 mm。
(2) 拱顶下沉量测
拱顶下沉量测测点, 一般布置在拱中和两侧拱腰, 每断面布置三点, 当受通风管或其它障碍时, 可适当移动位置, 如图4所示。
(3) 围岩位移
根据围岩条件和工程重要程度, 每断面设置2～5个测点, 如图5所示。
3.5 施工过程中的注意事项
(1) 侧壁必须按照设计要求做好支护结构, 断面不得欠挖, 严禁一次开挖进尺超过设计值。
(2) 应根据现场情况积极采取措施 (如初喷混凝土等) 防止塌方。对意外出现的超挖或塌方应采用喷混凝土回填密实, 并及时进行回填注浆。
(3) 成环后在滞后掌子面几米处及时进行回填注浆。
(4) 侧壁施工必须按隐蔽工程要求做好施工记录。
静宁隧道采用双侧壁导坑法施工, 将大断面隧道开挖分成6个小断面开挖, 施工中做到“短开挖、少绕道、强支撑、早成环、紧封闭、勤量测”, 保证了结构安全, 成功解决了静宁隧道软弱地基段施工的围岩稳定性要求、进洞安全性需求及地表沉降控制等难题, 施工中量测信息的反馈对循环进尺长度, 支护形式及二次衬砌均有很强的指导作用。对以后大跨度隧道尤其是在黄土松散土介质的浅埋隧道或软弱地基黄土隧道及有水条件下地层的施工有很好的借鉴作用和经济效益。
参考文献
[1]郑杰.最新交通工程施工新技术实用手册 (4) [Z].北京:时代传播音像出版社, 2003.
[2]JTJ 042-94, 公路隧道施工技术规范[S].北京:人民交通出版社, 1995.
[3]JTG D70-2004, 公路隧道设计规范[S].北京:人民交通出版社, 2004.
[4]JTG F80/1-2004, 公路工程质量检验评定标准[S].北京:人民交通出版社, 2004.
[5]JTG D70-2004, 公路隧道设计规范[S].北京:人民交通出版社, 2004.
中隔壁导坑施工法 篇4
1 工程概况
龙头山隧道出口位于广州龙头山公园,是交通部规划的“五纵七横”国道主干线中同三、京珠两条国道主干线共线绕广州公路东二环段的控制性工程之一,是目前国内最长的双洞分离式8车道公路隧道。根据设计,隧道分为左右线,左线隧道1 010 m,右线隧道长1 002 m,隧道最大埋深98 m,施工分进出口2个标段。
隧道出口标段左线510 m,右线502 m,左右线出口最小净距20.8 m,洞身最大净距51 m,隧道开挖最大宽度20.75 m,高度13.58 m。其中左线Ⅱ类围岩95 m,Ⅲ类围岩70 m,右线Ⅱ类围岩90 m,Ⅲ类围岩50 m,占本合同段隧道长度30%。
隧道地貌单元为残丘区,地势起伏较大,植被茂盛,根据工程地质勘察报告,隧道两线左右出口表层为第四系全新统残坡积砾质亚粘土,半干硬状态,下卧燕山晚期全、强风化二长花岗岩,节理裂隙较发育,结构松散,稳定性差。地下水主要为松散岩类孔隙潜水和基岩裂隙水。
由于扁平率小、跨径大、开挖断面大,Ⅱ、Ⅲ类围岩占隧道总长的32%,为了保证施工安全可靠,有效控制大断面、大跨度隧道开挖后的应力应变及沉降,该隧道洞口段软弱围岩设计采用双侧壁导坑法施工。
2 双侧壁导坑施工方案
2.1 施工原则及工艺原理[1]
针对开挖断面大(隧道最大开挖面积为231.8 m2)的特点,采用双侧壁导坑法施工,并遵循“弱爆破、短开挖、强支护、早闭合、勤测量、快衬砌”的原则进行。
工艺原理:以岩体力学理论为基础,应用新奥法原理指导施工,充分发挥围岩自承载能力,运用光面爆破技术,及时进行喷锚初期支护,防止围岩松动,应用监控量测及时反馈信息,充分发挥围岩和初期支护的作用。
2.2 施工方案优化
2.2.1 原施工方案分析
双侧壁导坑法对于大断面大跨度隧道施工,安全性高,有较好的适用性,但其施工工序复杂,施工干扰大,开挖和初期支护的进度受开挖方法,人员配置、机械选型等因素的影响。这需在确保安全的前提下,以新奥法理论为指导,始终坚持信息化施工,以监控量测的信息数据指导并检验施工方案的正确性,随时调整施工工艺及施工参数。
双侧壁导坑法施工的临时侧壁,将隧道分隔为相对独立的全封闭的导洞,如此导致的情况有:
(1)挖掘机或装载机出碴,必须正面进洞,倒车出碴。而且必须是一进一出,随着开挖掘进的深入,势必引起循环时间加长。
(2)初期支护用的湿喷机等设备,每次施工完后要退出,前后调运的时间周期随着隧道进深而增长。
(3)3个独立的导洞让隧道内施工的供电、供水、供气管道增加布置难度和投入增加。
(4)双侧壁的支护为连续的钢筋格栅网喷射混凝土墙,对后期的二次衬砌钢筋混凝土施工增加破除难度及对安全造成影响。
为了保证隧道的顺利建成,隧道施工中开挖面的大小、施工工艺,设备配备选型与开挖进度非常关键。为了保证开挖的速度,必须从以下几个方面着手。除了对机械设备优选配合外,还应对施工工艺进行优化处理,以解决施工干扰大,工序复杂、循环时间长等问题。
2.2.2 方案优化过程
在龙头山隧道双侧壁导坑法施工过程中,提出了两套优化方案,方案1主要是改变中隔壁支撑的弧度或支撑端点的位置,目的是增加两侧小导洞的净空和上左右导坑宽度,以利机械在内导坑内组织施工。此方案经分析比较后发现,原导坑开挖的宽度已经接近7 m,再扩大1 m,虽然左右侧下导坑可以调头,但由于隧道左右侧上导坑壁墙扁平,装载机在内还是无法调头。此外增加宽度,势必引起中隔壁应力增大,增加安全风险,同时增加了中导洞开挖的难度,反而得不偿失,此方案不可行。
优化后方案2如图1所示。
其优化要点为:各导洞每开挖初支26 m,临时中隔墙钢格栅拱架设4 m,只架设钢格栅拱架而不喷射混凝土。考虑安全因素,横通道段的钢格栅拱架调整,适当加密布置。待隧道初期支护全面封闭成环后,拆除中隔墙的加密段的钢格栅。保证左右两导洞每30 m形成一个4 m多宽的联络通道。
该方案的优点在于:
(1)通道可作为各种机械设备的汇车通道。
(2)左右上导坑湿喷作业时,可将机料放在通道内,不影响下导坑开挖施工。
(3)风水电路布置方便。
(4)减少二次衬砌拆除中隔壁的施工难度。
优化后的施工工艺大大缩短了工序循环时间,减少了工序施工干扰,有效提高了开挖和初期支护的速度。采用此法优化施工方案,进度虽有提高,但仍满足不了工期要求,还需进一步优化。
2.2.3 更进一步的优化方案
通过出口段的施工,侧壁分1、2部台阶施工,由于隧道断面大,Ⅱ类围岩最大开挖断面积达236 m2,开挖高度在11~14 m。侧壁上下导坑施工,台阶高度过高,由于地质情况复杂,施工进度较慢,且安全难于控制,为了加快施工进度,保证安全施工,对施工工艺进一步优化,即:加强支护,将双侧壁导坑施工改为双侧壁台阶法施工。
优化方案具体为:
(1)加强初期支护,将原设计中间核心土锚杆改为对拉锚杆。为了增加对核心土的稳定,侧壁开挖后施工临时横撑,采用在侧壁钢架底部上0.5 m处打设穿透核心土的对拉Φ25锚杆(长度6.0 m),Φ25锚杆与钢架内侧壁背[14槽钢架焊接牢固,以形成整体连接(必要时可施加预应力),对侧壁钢架进行锁定,提高核心土的稳定性。
(2)将设计径向中空锚杆改为小导管,增加摩擦面,提高围岩的承载力。
(3)采用三步台阶法施工,上台阶高度为4.0 m,台阶长度3.0~5.0 m;下台阶高度为4.65 m,台阶长度10~15 m,仰拱部分台阶高度3.5 m,仰拱施工距下台阶掌子面10~20 m,仰拱采用栈桥施工(如图2所示)。经过进一步的优化施工方案,减少了开挖断面,大大加快了施工进度。
2.2.4 设立横通道后钢拱架的应力变化[3]
设立横通道后,监测其钢拱架应力和拱顶下沉变化。由监测数据得出,临时中隔壁拆除后,拱顶最大日沉降量为3.4 mm。经过监控应力变化,拱部围岩应力减少,应力为-0.06 MPa,表现为拉应力;拱脚应力增大,最大为0.16 MPa,表现为压应力。
通过加密横通道部分钢格栅,基本保证了应力变化的平稳,最后趋于稳定。通过观测分析,其应力变化处于合理的变化范围内,保证了施工安全。
3 施工关键控制技术[3]
3.1 隧道开挖施工
正洞围岩为风化的花岗岩,采取爆破法开挖,施工中应严格控制装药量,控制爆破震动对围岩造成的影响。开挖按分部开挖,严格控制进尺及台阶长度。
Ⅱ、Ⅲ类围岩段左右侧壁导坑前后间距控制在20~40 m以内。侧洞均采用上下台阶法开挖。每开挖循环进尺控制在0.75~2.0 m,台阶长度3~5 m。衬砌滞后开挖10~20 m。
3.2 初期支护施工
本工程的初期支护措施包括超前长管棚、超前小导管、自进式锚杆及中空注浆锚杆、格栅钢拱架和钢纤维喷射混凝土等。
大管棚施工前先施工护拱,并预埋孔口管,棚管孔口外插脚2~5°。偶数(或奇数)孔位内安设有孔钢花管,用来注浆超前加固岩层;奇数(或偶数)孔位内安设无孔钢花管,用来检查注浆效果。
超前小导管采用双排Φ50 mm,壁厚5 mm的热扎无缝钢管,环向间距40 cm,采用锚杆台车沿隧道周边按每排设计外插角打入围岩。注单液水泥浆,注浆压力为0.5~1.0 MPa,孔口设置止浆塞。
Φ25自进式锚杆和中空注浆锚杆,利用锚杆台车或手持式凿岩机钻孔,利用台车的工作平台(吊篮)人工安装锚杆,注浆泵灌注水泥浆液。
钢拱架在洞外加工,为了保证加工精度,加工前在平滑的地板上放出钢拱架1∶1大样图,然后根据大样或模具进行钢拱架的加工制作。洞内利用作业平台安装。为保证钢架整体受力,设置纵向连接钢筋。
喷射混凝土采用湿式喷射。设计要求掺量添加纤维,并搅拌均匀。喷射前先清理喷射面,发现松动的石块等及时清除,分层喷射时,后一层喷射在前一层混凝土终凝后进行,并洒水养护。
3.4 隧道二次衬砌施工
仰拱完成后进行二次衬砌施工。正洞拱墙衬砌采用液压衬砌台车(12 m)整体浇注施工,泵送入模,采用附着式振捣器和插入式振捣器振捣。人行横洞衬砌采用模板台架,组合钢模板全断面衬砌。养护时间不少于48 h,待强度达到设计要求时,方准拆模,拆模后养生不少于14 d。
混凝土均由设在洞外的混凝土拌合站集中拌制,并用混凝土搅拌输送车运送。
施工主要机械配备:混凝土拌合站1套,全断面模板衬砌台车2台,混凝土泵(HBT60)2台,混凝土运输车4台。
防水混凝土施工的关键是提高混凝土的密实度,同时采取适当的措施防止混凝土的开裂。本隧道混凝土设计抗渗等级为C30S8。施工中严格控制混凝土的配合比和粗骨料的尺寸,集中拌合,采用混凝土运输车运输以保持混凝土具有良好的施工性能。
4 经济综合效益评价
施工工序优化后,虽然增加了横通道部分钢格栅的数量,但节省了风水管路及洞内照明线路的铺设,由原来的2路改为1路,节约管路材料300多m。横通道为会车提供了便利,减少设置避车洞2处,节约工程费用约10万余元。横通道的设置,提高了工序衔接及设备调转速度,减少了初期支护破除的难度,加快了工程进度,保证了工程顺利如期完工。
5 结束语
通过对双侧壁导坑施工工艺的研究,对施工工艺进行了优化,对工序进行了调整。通过增加横通道,加强支护,设置对拉锚杆,改变系统锚杆为注浆小导管,增加摩阻力,改变围岩的自身支承强度,将左右导坑法改为台阶法开挖等多项优化措施,减少了工序循环时间和施工干扰,大大加快了施工进度。在施工过程中应重视隧道防排水施工,从细节上下功夫,完善排水系统;加强施工工艺研究,研究防水板铺设和搭接工艺,加强二次衬砌施工管理;做好地表排水系统。
摘要：介绍了龙头山隧道双侧壁导坑施工工艺的优化过程,实践证明,采用增加横通道的施工方案,可加快施工进度,减少成本,提高工效;将双侧壁导坑施工改为双侧壁上下台阶,可提高劳动生产率,缩短工期。
关键词：隧道,双侧壁导坑法,工艺优化
参考文献
[1]王梦恕.隧道施工要点集[M].北京:人民交通出版社,2002.
[2]赖金星,吴明先.大断面公路隧道施工技术[J].施工技术,2006,35(2):59-61.