连拱隧道（共9篇）
连拱隧道 篇1
1 工程概况
某连拱隧道左线长599.48m, 右线长595m, 纵坡-2.7%。隧道单跨净宽10.84m, 净高7.02m, 单跨采用单心圆, 中隔墙为曲线墙, 中隔墙最薄处厚1.30m。
2 浅埋段分布情况
某连拱隧道Ⅱ类围岩地段都是浅埋段, 左洞长度为134.66m, 右洞长度为127.11m, 分别占隧道全长的22.46%和21.36%, 其中左洞进口端49.66m、出口端85m, 右洞进口端42.11m、出口端85m;明洞进口端左洞5.34m, 右洞12.89m, 出口端均为22m。隧道场区发育有2条节理密集带和1条构造破碎带, 洞身受节理密集带及构造破碎带影响明显, 涌水量大, 围岩地质条件较差, 地下水受季节性影响大, 雨季注意防护。
3 施工方案
按照新奥法原理组织施工。Ⅱ类围岩浅埋段施工坚持“短进尺、强支护、早封闭、勤量测、紧衬砌”的原则。在大管棚或超前注浆小导管超前预支护下, 采用侧导洞法施工。施工工艺流程是:超前中空锚杆→中导洞开挖支护→中隔墙浇筑→大管棚或超前注浆小导管预支护→侧导洞开挖支护→主洞分台阶开挖支护→仰拱浇筑→二次衬砌。
4 隧道Ⅱ类围岩浅埋段施工要点
4.1 洞口段开挖施工
1) 洞口段开挖。洞口段采用分层开挖, 以PC22025挖掘机开挖为主, 遇坚硬石质地层采用人工钻眼爆破。2) 加强边仰坡防护。做好洞顶截排水措施, 减少雨水对洞口山体稳定的影响, 边仰坡应做好防护, 采用10cm厚喷射混凝土+<6220cm×20cm钢筋网+<22砂浆锚杆 (L=5.00m) 组成锚喷网防护加固。根据实际情况, 对局部进行加强防护, 加深或加密锚杆, 加大喷层厚度等。
4.2 中导洞施工
洞口围岩破碎、稳定性差, 在中导洞进洞之前, 采用<25超前中空注浆锚杆对围岩进行超前预支护, <25超前中空注浆锚杆长5m, 环向间距80cm, 纵向间距300cm, 以确保施工安全, 更好地控制超欠挖。中导洞在开挖时不对称于中隔墙设置, 一侧留宽些, 易做施工通道, 另一侧留窄些, 减少工字钢支撑。中导洞从出口端单向掘进, 采用全断面开挖, Ⅱ类围岩开挖以人工风镐开挖为主, 辅以松动爆破。为防止中隔墙施工前基岩暴露时间过长和洞身积水软化基底, 开挖时基底应预留0.3m~0.5m, 待中隔墙施工前再进行基底清理。
4.3 中隔墙施工
中导洞贯通后, 中隔墙从进口端开始施工, 墙身和基础分开进行。将中导洞底部开挖到设计高程, 基底采用同级混凝土找平, 进行基础施工, 立模浇筑基础钢筋混凝土。待基础钢筋混凝土强度达到1.2MPa以上后, 进行墙身钢筋绑扎、模板安装、混凝土浇筑。
4.4 辅助施工措施
4.4.1 大管棚施工
隧道采用超前大管棚对Ⅱ类围岩浅埋段进行预加固。大管棚在套拱施作完成后方可进行施工, 套拱长度2m, 埋设4榀U25型钢和<127×4mm孔口套管, 采用C25混凝土浇筑而成。套拱对大管棚施工起到导向墙的作用, 能较准确控制大管棚打设精度。大管棚采用<108×6mm热轧无缝钢管, 按环向间距50cm布置, 节长6m, 大管棚长度35m。大管棚施工采用金星2900管棚专用钻机钻孔, 先打有孔钢花管, 注浆后再打无孔钢管。进行水泥-水玻璃双液注浆, 体积比为1∶0.5, 水泥浆浓度选择为1∶1, 水玻璃浓度为35Be'。注浆初始压力在0.7MPa~1.0MPa之间, 终压为2.0MPa。
4.4.2 超前注浆小导管施工
在Ⅱ类围岩浅埋段采用超前注浆小导管进行预支护 (在有大管棚地段不需施作超前注浆小导管, 但要保留5m的搭接长度) 。小导管采用<50×5mm热轧无缝钢管, 长度5m, 环向间距50cm, 纵向间距250cm, 外插角15°, 呈梅花形布置。小导管前端加工成尖锥状, 尾部焊上<6加劲箍, 管壁四周钻8mm注浆孔。注浆采用30号水泥浆。注浆初始压力在0.7MPa~1.0MPa之间, 终压为2.0MPa。
4.5 主洞洞身开挖
在中隔墙混凝土强度达到设计强度的70%以上时方可进行主洞开挖。由于左洞处于偏压状态, 主洞开挖时先开挖左洞。主洞开挖前, 在中隔墙右侧用工字钢钢支撑将中隔墙腰部与围岩顶紧, 防止中隔墙倾覆、侧移。采用侧导洞法施工。
4.6 主洞初期支护
开挖以人工风镐开挖为主, 尽量减少对围岩的扰动, 开挖后及时喷混凝土封闭岩面, 采用U25型钢钢支撑、Φ25中空注浆锚杆、Φ6钢筋网和喷混凝土进行组合支护。下台阶开挖支护后仰拱要紧跟施工, 尽早使初期支护闭合成环。在拱脚处每侧打4根长3.5m的锁脚小导管与钢支撑焊接牢靠, 并用焊在小导管上的Φ20钢筋将钢支撑箍紧、抱住, 对锁脚小导管进行注浆, 以更好地控制初期支护沉降。
4.7 加强隧道浅埋段的监控量测
4.7.1 施工量测
1) 周边收敛量测。采用收敛仪监测。即用一根在弹簧作用下被拉紧的带状钢尺作为传递位移的媒介, 通过百分表测读隧道周边两点相对位置的变化, 从而计算出该两点基线方向上的相对位移。2) 拱顶下沉量测。采用精密水平仪、水平尺、挂钩式钢尺配合测量拱顶下沉, 精度可达0.01mm。量测时用一把2m~4m长的挂钩式钢尺挂上即可。测点的大小要适中。3) 地表下沉量测。采用精密水平仪、水准尺配合测量地表沉降, 精度可达0.01mm。用经纬仪将所有测点布设于同一直线上。测点钢筋安设就位后, 表面磨平, 并用钢钉等锐器在其表面冲眼标记。
4.7.2 量测数据分析和信息反馈
1) 将量测数据进行处理和分析, 绘制时间-位移曲线。一般情况会出现以下两种情况:a.绝对位移值逐渐减小, 支护结构趋于稳定, 当周边收敛速度小于0.2mm/d或拱顶下沉速度小于0.15mm/d, 且周边位移率及初期支护表面裂缝发展有明显减缓趋势时, 可施作二次衬砌。b.位移变化异常, 反弯点锚喷支护出现严重变形, 这时该段支护必须采取加强措施。2) 现场监控量测的结果。a.周边收敛量测。Ⅱ类围岩浅埋段经过一段时间收敛变形后趋于稳定, 说明采用的初期支护参数和施工方法是安全可行的。b.拱顶下沉和地表下沉量测。拱顶下沉:Ⅱ类围岩浅埋段最大40mm, 比控制标准小得多。地表下沉:Ⅱ类围岩浅埋段开挖后至二次衬砌, 测得最大下沉量为72mm, 对浅埋段及时施作二次衬砌后, 经过一段时间观测未再发现下沉现象。
5 结语
在快速发展的公路铁路建设中, 在多山的地区, 隧道工程在公路铁路工程中就变成一个重要的组成部分。而且隧道工程相对路面, 桥梁工程来说有它的特殊性, 一般地质条件都比较复杂而且很难预测, 完工后隐患不易察觉, 这就须在施工过程中加强施工管理, 做好工艺控制。连拱隧道的整个施工过程中, 开挖是主要控制规格, 初期支护和二次支护的主要目的是变被动支护为主动支护。以达到堵水、引水、排水、防止渗漏。
参考文献
[1]韩继勇.连拱隧道施工方法研究[J].山西建筑, 2007, 33 (4) :3212322.
连拱隧道 篇2
高速公路连拱隧道建设的应用与发展
从高速公路连拱隧道的现场施工监测、支护荷载、岩土工程反分析的应用、室内试验方法的作用、数值模拟方法等5个方面介绍了高速公路连拱隧道的研究进展,指出了连拱隧道设计与施工存在的.问题:连拱隧道支护强度不均匀,连拱隧道施工方法有待优化、围岩稳定性与动态施工控制有待加强,设计理论和方法不尽成熟,施工工艺繁琐、难度大,并给出了相应的解决办法.
作 者：吴祥松 李海蕾 金玉 WU Xiang-song LI Hai-lei JIN Yu 作者单位：吴祥松,金玉,WU Xiang-song,JIN Yu(嘉兴学院建筑工程学院,浙江嘉兴,314001)李海蕾,LI Hai-lei(安徽两淮地质基础工程公司,安徽合肥,230000)
刊 名：嘉兴学院学报 英文刊名：JOURNAL OF JIAXING UNIVERSITY 年，卷(期)： 21(3) 分类号：U459.2 关键词：连拱隧道 现场施工监测 支护荷载 反分析 模型试验 数值试验连拱隧道 篇3
摘要：隧道工程中最常见的病害是隧道衬砌开裂，衬砌开裂是隧道出现衬砌渗水的主要原因，而防水措施是连拱隧道施工中的一个难点，因此对衬砌裂缝产生的过程和原因以及裂缝病害的特征研究显得十分重要。
关键词：连拱隧道 衬砌裂缝
0 引言
公路隧道在运营中常出现一些病害，如:渗漏水、衬砌开裂、隧道冻害和衬砌腐蚀等，其中最常见的病害是隧道衬砌开裂，衬砌开裂是隧道出现衬砌渗漏水的主要原因，而防水措施是连拱隧道中的一个难点，因此对衬砌裂缝的产生过程和原因以及裂缝病害的特征研究显得十分重要。本文详细分析了西汉高速公路黄花岭双联拱隧道衬砌裂缝病害特征及裂缝产生的过程和原因，并简单介绍了用碳纤维加固法对裂缝进行修补的施工工艺。
1 项目简介
西汉高速公路黄花岭双联拱隧道全长135米，为整体式隧道，隧道最大开挖宽度23.8米，最大开挖高度10米。隧道进口4米，出口3米，进洞位置较差，与山体呈30度斜交。一侧山势较高，另一侧山势较低，形成明显的自然偏压。隧道围岩为浅灰色花岗岩，粗粒结构，弱片麻状构造。其中：Ⅰ类围岩16米，Ⅱ围岩20米，Ⅲ围岩99米。围岩表层全风化成松散碎石土状全风化至全强风化层厚度较大，对隧道稳定性影响较大。围岩中节理发育，隧道附近发育一条断层，与之平行的节理贯通性好，规模大。裂隙水发育。施工中采用钻爆发施工，初期支护为锚喷支护结合钢拱架施工，二衬为45厘米C30钢筋混凝土，中隔墙为1.6m厚C30钢筋混凝土。
2 裂缝的调查统计
该隧道的病害主要是衬砌裂缝，可归纳为以下几种:①隧道衬砌沿中隔墙施工缝出现环向裂缝；②中隔墙沿施工缝出现竖向裂缝，由于中隔墙的单元长为8m，衬砌的单元长为10m，两者变形不协调，致使中隔墙开裂将衬砌拉裂，裂缝沿环向延伸长度不一；③隧道衬砌在拱肩两侧沿纵向出现较长裂缝，裂缝遍布隧道全长，有的裂缝从衬砌外部向衬砌内层倾斜延伸；④隧道北出口有两处在衬砌与中隔墙结合部渗水；⑤隧道北出口一字墙左侧渗水较多。对该隧道的调查以及统计得出如下的大致结果列于表1，并示于图1中。纵向裂缝，沿隧道纵轴展开，基本呈水平状。主要有以下几种展布状态:平直(基本成一直线)、起伏(基本直线，细部有弯曲起伏)、弧形(呈弧形弯曲)与分叉。环向裂缝，垂直于隧道轴线沿隧道衬砌环向展开，展布状态同纵向裂缝。本次调查中大部分的裂缝形状是弧形，部分属于起伏形。斜向裂缝，与隧道纵轴以及隧道横截面均有一定角度，展布状态同纵向裂缝。调查结果示于表2与图2中。
3 连拱隧道衬砌裂缝产生的过程和原因分析
混凝土在外力作用下会产生内力和变形。当承受荷载较低时，混凝土并不出现损坏迹象；当荷载逐渐增加到一定水平后，混凝土表面出现许多小裂缝；当荷载继续增加，这些裂缝会蔓延并贯通；当达到极限荷载时，混凝土会产生最终破坏。试件在加荷载过程中，裂缝的发展经历了裂缝微裂、临界扩展、失稳性断裂等几个阶段。隧道衬砌裂缝开展原因是复杂的、多方面的，裂缝发展形式不同，其产生的原因也不相同，主要因素如下:
3.1 施工因素 ①平行于隧道衬砌环，因施工质量与混凝土结构本身等因素出现裂缝。②受施工技术条件限制，施工质量管理松弛和不善，混凝土材料检验不力，施工配合比控制不严，水灰比过大，混凝土捣实质量不佳，拱部浇注间歇施工形成水平工作缝，混凝土模板不平等因素，修成的隧道衬砌在施工缝处产生裂缝，以及衬砌混凝土表面产生蜂窝麻面等衬砌质量不良，降低承载能力；③施工测量放线发生差错、欠挖、模板拱架支撑变形、塌方等原因，造成局部衬砌厚度偏薄或衬砌结构受力不对称，降低了衬砌承载能力；④由于施工方法和施工组织不当，在施工过程中各工序紧跟不上不能及时成环，如落中槽挖马口时拱部衬砌悬空段过长、支撑段长度过短，支撑的稳固条件和强度不足，都会造成不均匀沉降和拱脚内移，常在拱顶和拱腰处出现裂缝；⑤模筑混凝土衬砌拱背部位常出现拱顶衬砌与围岩不密贴的空隙，不及时回填密实，就形成拱腰承受围岩较大荷载，拱顶在一定范围存在空载，从而形成对拱部衬砌不利的“马鞍型”受力状态，正是导致拱腰内移张裂、相应拱顶上移、内缘受挤压等常见病害产生的荷载条件。
3.2 设计因素 ①隧道施工工序问题：现阶段的一般施工工序都是先易后难，先修建山坡外的隧洞，然后是修建山坡内的隧洞，这样当修建完山坡外的隧洞再修建山坡内的隧洞时，扰动产生的荷载都由中隔墙承担，对中隔墙的受力不利，所以中隔墙出的裂缝较多；②因围岩级别划分不准、衬砌类型选择不当，造成衬砌结构与围岩实际荷载不相适应而引起衬砌裂缝病害；③隧道穿过偏压地段时，没有采用偏压衬砌；④隧道穿过断层破碎带、褶皱区等局部围岩松散压力或结构力较大的地段，衬砌结构没有相应地采取加强措施；⑤基底软弱和易风化围岩地段，未设可靠防水设施，混凝土铺底厚度及强度不足，使得隧道发生不均匀沉降。
3.3 地质因素 地质因素包括水的作用、复杂地质条件，如地震带、断裂带、滑坡及偏压等等，是一些纵向裂缝和斜向裂缝产生的主要因素，对隧道衬砌裂缝的产生有很大影响。纵向裂缝和斜向裂缝大多数出现在进出口处，由偏压、滑坡、水的作用等造成的。
4 整治措施
碳纤维布粘贴施工工艺流程见图3
5 总结
本文详细的阐述了连拱隧道衬砌裂缝的特征及产生裂缝的过程和原因，并根据衬砌裂缝的开裂程度与发展规律，对隧道衬砌裂缝提出了合理的整治措施。
参考文献：
[1]吴启勇.连拱隧道衬砌裂缝病害特征与处治技术研究.长安大学申请硕士学位论文，2005.5.
王家会连拱隧道设计 篇4
1.1 隧道地理位置
王家会隧道位于柳林县王家会村东南,为离石—军渡段高速公路的一座黄土连拱隧道。新建公路王家会隧道与正在运营的铁路王家会1号隧道并行,公路隧道从进口到出口与铁路隧道的间距由大变小,公路隧道进口处与铁路隧道的净距最大在60 m以上,公路隧道出口处有40 m与铁路隧道的间距为27 m。隧道位于路线K3+590～K3+802.5,全长为203 m,海拔高程为863.6 m～983.5 m,相对高差119.9 m,隧道底板最大埋深80.3 m,位于K3+700处。隧址区为晋陕黄土高原吕梁山脉中低山区,隧道总体走向 240°。微地貌为黄土梁、陡坎、冲沟,冲沟多呈“V”字形。
1.2 隧道工程地质概况
隧道穿过围岩主要为第四系上更新统马兰组(Q
2 技术标准
设计行车速度:80 km/h。设计的汽车荷载等级:公路 —Ⅰ级。隧道净空:净高5 m,净宽10.25 m=0.75 m(左侧检修道)+0.5 m(左侧侧向宽度)+2×3.75 m(行车道)+0.75 m(右侧侧向宽度)+0.75 m(右侧检修道)。
3 隧道间距及高程
3.1 隧道间距
本隧道与正在运营的孝柳铁路王家会1号隧道并行,离石—军渡段高速公路王家会隧道最大开挖宽度为12.7 m,孝柳铁路王家会1号隧道宽6.4 m,取两隧道间净宽9.55 m(B=(12.7+6.4)/2,B为隧道洞身净宽)。铁路隧道主要为Ⅲ级围岩,TB 10003-2005铁路隧道设计规范规定Ⅲ级围岩隧道间净距为2.0B～2.5B。JTG D70-2004公路隧道设计规范第4.3.2条,隧道围岩代表级别为隧道各围岩级别段占总长比例最大者;公路王家会隧道主要为Ⅳ级围岩,分离式独立双洞的最小净距2.5B。2.5B=2.5×9.55=23.875 m,离石—军渡段高速公路王家会隧道左洞与孝柳铁路王家会1号隧道毛洞最小净距在25 m以上,两隧道间净距满足分离式隧道设计最小净距的要求。
3.2 隧道高程
两隧道所穿过的山梁经详勘,上层为黄土,黄土下为岩石。王家会隧道在施工图设计中考虑对铁路隧道的影响将隧道设计高程高于铁路隧道设计高程,隧道洞身及底板位于黄土中;孝柳铁路王家会1号隧道在围岩整体结构和稳定性较好的岩石中。两隧道所穿过的围岩岩性不同,且不在一个层面上,将公路隧道施工对铁路隧道的影响降到最低。
4 隧道建筑限界及内轮廓设计
隧道内轮廓单侧采用单心圆,隧道最大开挖宽度为26.4 m,最大开挖高度为10.33 m(含仰拱),最大开挖面积为223.8 m2。
5 隧道衬砌结构设计
隧道衬砌结构见图1。
5.1 洞身段衬砌
隧道洞口段结合地形、地质情况设置了长度不等的明洞,明洞采用变截面钢筋混凝土结构。隧道暗洞段衬砌均按新奥法原理设计,根据工程地质条件和围岩类别、地下水状况,拟定隧道衬砌为曲墙式复合衬砌。初期支护采用25号喷射混凝土、砂浆锚杆(掺有早强剂)、ϕ8钢筋网(冷轧焊接钢筋网)、工字钢拱架支撑;二次衬砌采用全断面整体式浇筑25号钢筋混凝土结构,Ⅱ类围岩浅埋段的二次衬砌采用了变截面钢筋混凝土结构;隧道洞口浅埋段采用ϕ108长管棚注水泥—水玻璃浆超前支护,洞身段采用ϕ25小导管注水泥—水玻璃浆超前支护预加固措施。隧道支护参数的选择是经过资料筛选、类比、计算分析优化后确定的,并在施工过程中通过现场量测分析对与实地情况不太符合的设计参数进行了调整。根据实地施工开挖情况与监控量测数据,与铁路隧道设计单位结合铁路隧道施工过程中出现的情况对两个隧道的安全稳定进行了分析,为保证绝对不影响正在运营的铁路隧道,隧道出口段左洞50 m进行了结构加强,采用ϕ42小导管注水泥—水玻璃浆加固隧道边墙,钢拱拱架间距调整为50 cm。实现动态设计,信息化施工。
5.2 隧道中隔墙
隧道中隔墙采用曲墙式复合中隔墙,厚2.6 m,钢筋混凝土结构。开挖中导洞时拱顶锚杆预留10 cm长的头,等施作中隔墙时将中隔墙顶钢筋与中导洞拱顶的锚杆焊接成整体;用22砂浆锚杆加固中隔墙底,锚杆预留50 cm长与中隔墙相连接。最后通过中隔墙顶预留的ϕ50钢管(带有注浆孔)将中隔墙顶回填密实。
5.3 隧道中侧导洞
隧道中侧导洞采用了喷、锚、网、工字钢拱架支撑,小导管注水泥—水玻璃浆和ϕ25自钻式锚杆超前支护加固措施。
6 隧道防排水设计
6.1 洞口
1)洞口上方设置截水沟,以拦截地表水流入洞内;2)进洞口前边沟采用倒边沟设计,并设路面截水沟,以防止隧道外的水流入隧道内。
6.2 洞内
1)隧道内两侧设排水边沟,排水边沟每10 m设一处泄水孔,边沟每隔40 m设一边沟检查井;2)明洞衬砌外侧和暗洞初期支护与二次衬砌之间采用EVA复合土工布防水,在沉降缝、变形缝、施工缝处设置橡胶止水带防止渗水;3)洞身每隔10 m～15 m设一环向ϕ50 mm弹簧波纹管,纵向采用ϕ100 mm弹簧波纹管,纵向和环向排水管用塑料三通接头连接,最后通过横向ϕ100 mm弹簧波纹管引入边沟中排走。
7 施工方案设计
本隧道明洞采用明挖施工,暗洞的施工方法采用“三导洞”法。“三导洞”法为:先贯通中导洞,施工中隔墙,两侧导洞滞后,左、右洞拉开一定距离,回填中隔墙左侧,开挖右侧(距铁路隧道远的)主洞,最后开挖左侧(距铁路隧道近的)主洞。单侧主洞开挖时,采用保留核心土上下台阶分部开挖法,从基础起形成支护环后再开挖中间部分。施工坚持“短开挖、强支护、早闭合、衬砌紧跟”的原则,结合地层情况采取超前预加固措施,加固地层,以确保结构稳定与施工安全。在施工中应勤量测,避免沉陷、开裂,按“新奥法”施工原理合理地严格控制洞体周边围岩的变形。二次衬砌混凝土采用泵送全断面混凝土整体浇筑施工。施工中不使用爆破开挖的方法,采用人工机械开挖法。
8 结语
1)本隧道是在正在运营的铁路隧道右侧新建的一座黄土连拱隧道,公路隧道与铁路隧道的间距大于2.5B(B=(公路隧道开挖宽度最大值+铁路隧道宽度)/2);隧道所在围岩错开不在同一高程上,新建隧道设计高程比已建成隧道的设计高程大0.5H(H为已建成铁路隧道的高)以上。
2)本隧道为黄土隧道,要先治水后施工,对隧道的安全稳定很重要。在王家会隧道施工前先将隧道洞体山顶上的陷穴、落水洞等处理后,隧道才开始施工,解除了地表水下渗对隧道的影响;施工过程中要求加强对施工用水的处理,禁止施工用水渗漏在隧道内。
3)对于一座隧道工程,需要隧道合理的线位、地质勘察、结构设计,更需要有科学、合理、有效的施工方案设计。这不但对施工期间的安全有保证,同时对隧道的按时运营或提前运营提供了时间上的保证。该隧道暗洞的施工方法采用“三导洞”法,隧道开挖过程顺利,没有发生任何不良现象。
4)中隔墙顶一定要回填密实,先喷射一定厚度的混凝土,再通过预留的ϕ50小导管注混凝土浆,混凝土浆中水的比重要尽量低。
5)考虑铁路隧道的运营及设施的总体安全,在公路隧道施工过程中,建议铁路管理单位与公路建设单位共同制订措施对每次火车通过隧道前后进行监测和分析,发现隐患及时排除。
摘要：结合王家会隧道的工程概况,详细介绍了这座隧道的设计经验,对以后类似工程具有参考价值,并对在已运营的隧道旁新建一座隧道及黄土连拱隧道的设计和开挖方法提出几点认识和看法。
关键词：隧道间距,隧道高程,设计,中隔墙,施工方法
参考文献
[1]JTG D70-2004,公路隧道设计规范[S].
[2]JTG 042-94,公路隧道施工技术规范[S].
[3]TB 10003-2005,铁路隧道设计规范[S].
连拱隧道 篇5
双连拱隧道具有可以避免洞口路基分幅、减少占地、与洞外路线连接方便、造型美观、对环境破坏小、有利于环保等优点。但是连拱隧道受力结构复杂, 施工工序多, 结构复杂[1,2,3,4]。就地下优化方法而言, 涉及到多变量的高度非线性问题, 传统的优化方法显得有些无能为力, 于是在地下结构优化中引入遗传算法, 遗传算法是有效的解决办法。
2结构优化设计方案
1) 隧道断面形状的优化。
断面形状的优化一般以断面尺寸参数为设计变量, 由于要确定一个断面的形状其尺寸参数比较多, 不可能全部作为设计变量, 故应根据所要达到的目标选取对目标影响较大的参数为设计变量, 其他的可以定为常数。
2) 初衬的优化。
隧道的初衬一般由锚杆、喷混凝土和钢筋网组成, 而喷混凝土和钢筋网一般根据规范、经验结合具体的围岩等级制定, 因此对初衬的优化实际上是对锚杆的优化。
3) 二衬的优化。
本文将把数学优化算法—遗传算法 (或遗传算法) 应用于连拱隧道的优化设计, 整个优化分两步, 先优化断面形状, 再优化衬砌, 如图1所示。
3优化设计及其结果分析
3.1 优化模型的建立
1) 设计变量的选取。
由图2可知, 确定隧道断面需要四个独立的参数:R1, R2, θ1, θ2, 根据几何关系, R3, θ3可由这四个独立的参数表示如下:
θ3=90°-θ1-θ2 (1)
造成连接处衬砌内力较大的主要原因是此处为两个半径不等的圆弧连接处, 产生较大的应力集中, 因此将R2, θ2作为优化的设计变量, 将R1, θ1作为常量。
2) 目标函数的建立。
由于造成连接段应力较大的主要原因是应力集中, 故将此处的曲率作为目标函数, 其值取最小为目标, 则:
Z=1/R2 (3)
3) 约束条件的建立。
R1, θ1为常量, 由图2可知, 断面的内轮廓将不会侵入建筑界限, 为了不增加隧道的开挖费用, 则最小开挖面不应大于原方案的最小开挖面。
由图2可知, 最小开挖面的面积为:
故不增大最小开挖面的约束条件为:
A≤A原 (5)
界限约束条件为:可根据具体的隧道情况确定各变量的上限和下限。
3.2 优化的实现
1) 遗传算法的数学模型。
遗传算法的数学模型, 一般可以表达如下:
不等式约束条件:
gj (x) ≤0 (j=1, 2, …, m) (6)
边界约束条件:
ai≤xi≤bi (i=1, 2, …, n) (7)
其中, ai, bi分别为设计变量的上、下限。
2) 遗传算法的具体迭代步骤。
a.构成初始遗传算。遗传算由k (k>n+1) 个顶点构成, 形成顶点的方法有两种:
确定性方法:按问题的性质人为地选定, 单纯形法就是用确定性方法选取顶点构成初始单纯性。
随机方法:用如下的关系式产生随机点:
xij=ai+γij (bi-ai)
(i=1, 2, …, n;j=1, 2, …, k) (8)
其中, i为变量号;j为点号;γij为0～1之间的随机数, 可由电子计算机自动产生。
设有s个点 (1≤s≤k) 满足所有约束条件, 则可按下式求出这些可行点的中心点
对不满足约束条件的第s+1个顶点Xs+1, 沿方向
即:
检查新点Xs+1是否可行, 若否, 则再沿新点与
用这样的方法继续处理Xs+2至Xk点, 使全部顶点都成为可行点, 于是, 这k个可行点便构成了遗传算。
下面的迭代步骤与单纯形法很相似。
b.寻求映像点。计算遗传算所有顶点处的目标函数值f (Xj) , 并从中找出函数值最大的点, 即最坏点Xh。计算去掉Xh后其余各顶点的中心:
选择一个反射系数α (α≥1) , 一般选用α=1.3, 从最坏点Xh通过Xc作α倍的映射, 得映像点Xa:
Xa=Xc+α (Xc-Xh) (12)
再检查Xa是否可行, 若否, 则把α值缩小一半 (如0.65, 0.325…) , 再代入公式计算, 直到Xa可行为止。
c.计算映像点函数值并与最坏点函数值相比较。两种函数值比较, 可以出现两种情况:若f (Xa) <f (Xh) , 即映像点函数值较优, 则以Xa代替Xh, 形成新遗传算, 并转向 (2) ;若f (Xa) ≥f (Xh) , 即映像点没有得到改善, 则采取缩短步长的方法, 将α改为取其半
d.收敛的判别准则。收敛判别准则很多, 较常见的为遗传算各顶点目标函数值应满足下列条件:
其中, f (
在k个顶点中找出函数值最小的点即为最优解X*。
此外, 作为收敛判别准则的, 还有如下几种方法:顶点目标函数值的最大差值除以最小函数值小于规定值;计算目标函数的次数超过某数;在一定次数产生新点后仍不能改进其函数值;经过预定次数的运算或迭代后仍不能产生可行点。
3.3 优化设计与结果分析
以白洋冲一号隧道为例, 根据优化设计重新调整隧道断面:
原设计:R2=205 cm, θ2=14.477 5°。
优化设计:R2=266 cm, θ2=69°。
注:R2为拱圈与仰拱连接段的半径, θ2为此段的圆心角。
经断面优化后, 衬砌的最大弯矩、轴力、剪力仍发生在右拱靠近中隔墙一侧的拱脚处, 但是其数值已经大大减小, 说明优化设计使衬砌受力得到了大大的改善。优化设计后衬砌受力与原设计进行对比结果见表1。
由表1可以看出衬砌的受力得到了大大的改善, 尤其是对设计起控制作用的弯矩减少的最多, 可见增大连接段的曲率是改善衬砌受力的有效手段。
隧道衬砌的优化设计:
1) 优化设计。根据程序运行得到的最优解确定设计变量的值进行优化设计。
原设计:h=550 cm, Ag=1 571 mm2。
优化设计:h=450 cm, Ag=1 451 mm2。
注:h为衬砌厚度, 由于采用对称配筋, 故Ag为衬砌环向一侧钢筋的面积。
2) 优化设计与原设计比较及经济效益分析。以白洋冲一号隧道为例, 经过优化设计后衬砌造价可以减少12.1%, 工程费用可以减少63万元, 可见对衬砌进行优化设计可以在满足结构要求的基础上有效控制工程造价。
4结语
1) 优化的目标和变量可以从多方面设定, 因此一次优化会使问题变得复杂, 有时可能会得不到预期的效果, 而分步优化可以简化模型, 便于操作, 并且能达到较好的优化效果。2) 经过计算分析得到拱脚处的内力最大, 其原因是此段曲率最大引起应力集中, 因此减小此段曲率是改善衬砌受力的关键。3) 将优化算法引入结构设计, 将可在满足结构要求的情况下有效减少工程造价, 因此具有推广使用价值。4) 遗传算法是解决不等式约束问题的有效优化方法, 原理简单便于操作。
参考文献
[1]JTG D70-2004, 公路隧道设计规范[S].
[2]关宝树.隧道工程设计要点集[M].北京:人民交通出版社, 2004.
[3]李国锋, 丁文其.特殊地质公路隧道动态设计施工技术[M].北京:人民交通出版社, 2005.
基于山岭连拱隧道施工质量控制 篇6
1 工程概况
下沙岭隧道为带中隔墙的双向四车道+人行辅道公路连拱隧道, 起讫点里程K1+260~K1+780, 全长520m (明洞段长10m+5m, 暗洞长505m) , 洞内路面纵坡为-0.64%, 横坡为2%单向坡, 隧道平面位于圆曲线与直线上 (其中K1+260~K1+682.602为圆曲线段, 曲线半径2000m, K1+682.602~K1+780为直线段) 。隧道正洞单洞开挖断面面积110~130m2, 围岩级别由强到弱依次分为Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ级, 岩性以含角砾晶屑凝灰岩、细砂岩为主, 岩体呈节理块状结构, 岩性岩相变化大, 最大埋深约110m, 地下水主要以基岩裂隙水为主。衬砌结构为初期支护+二次衬砌C25自防水混凝土 (抗渗标准为S8) , 二次衬砌中隔墙与边墙均为曲墙结构。初期支护与二衬混凝土之间敷设复合防水卷材, 施工缝设BW型橡胶止水条, 沉降缝设E5型橡胶止水带。隧道净宽12.25m, 净高7.08m, 照明、几何线形按一级公路60km/h设计, 路面为C40混凝土, 净宽10.5m。
2 施工方案、施工方法及工艺流程
2.1 施工方案
隧道采用自上坡端向下破端单向掘进方法施工, 明洞采用明挖法施工。
暗洞采用人工钻眼光面爆破法掘进, 按新奥法施工原理, 首先进行中导洞开挖支护, 之后浇注中隔墙混凝土, 再进行左、右正洞施工。左、右洞掘进错开距离不小于50m。喷射混凝土采用潮喷法施工, 二次衬砌混凝土采用两台长9m全液压自行走衬砌台车泵送混凝土整体浇注施工, 混凝土现场拌制, 采用混凝土搅拌运输车运输。
2.2 施工方法及工艺流程
(1) 明洞及中隔墙
明洞采用炮头机配合挖掘机明挖施工, 施工顺序为自上而下、自外而内分两层进行。具体施工顺序为:边、仰坡测量放线→上层开挖→复测→施作锚喷混凝土封闭开挖面→大管棚施工→下层开挖→复测→施作锚喷混凝土封闭开挖面→仰拱开挖→仰拱衬砌→施工护拱→中导洞开挖支护→浇注中隔墙混凝土→明洞混凝土衬砌。
(2) 正洞V级围岩段
左洞上半断面拱部环形导坑开挖→拱部初期支护→后行洞侧中隔墙临时方木支撑→上半断面核心土开挖 (比上半断面拱部环形导坑开挖滞后15m) →下断面开挖 (比上半断面核心土开挖滞后15m) →边墙初期支护→仰拱初期支护→仰拱C25钢筋混凝土衬砌→仰拱C15填充混凝土施工→C25钢筋混凝土整体模注衬砌, 后行洞同法施工。
(3) 暗洞III、IV级围岩段
先行左洞拱部超前支护及后行洞侧中隔墙临时方木支撑→主洞上半断面开挖→主洞拱部初期支护→主洞下半断面开挖 (比主洞上断面开挖滞后15m) →主洞下部初期支护→主洞仰拱C25混凝土衬砌→主洞C25混凝土整体模注衬砌, 后行洞同法施工。
3 质量控制措施
3.1 改进质量措施
(1) 光面爆破施工措施
(1) 每排炮开钻前都要进行总结和交底。在施工过程中要根据围岩变化情况和每排炮爆破效果及时修正爆破参数。
(2) 周边眼施工选拔技术水平高、责任心强的司钻工钻孔。定部位, 定孔位。
(3) 装药前由专人检查成孔质量, 做好检查记录。
(4) 制定明确的奖金激励措施, 一炮一兑现。
3.2 初期支护施工措施
施工前应清除浮石和危石、确认围岩无超限问题, 并用高压风将岩面吹洗干净。严格按当日施工配合比配料, 强制式搅拌机拌和时间不少于90s, 所有骨料均应过筛, 清除15mm以上块料和杂物。喷头垂直对准岩面, 距离应控制在0.6~1.0m范围。喷射顺序应先下后上, 先墙后拱, 避免回弹料挡住未喷岩面。喷头移动速度要慢, 让混凝土“堆”起来, 有了一定的厚度再移开, 成片扩大喷射范围。一次喷射厚度拱部为3~5cm, 边墙为6~8cm, 当需分次喷混凝土时, 第二次应在10min以后进行, 喷射混凝土表面进行反复施喷, 确保平顺光滑。混凝土终凝后两小时后, 由设专人洒水养护, 养护时间不少于7d, 并作好养护记录。喷头水应成雾状以改善洞内施工环境。管棚施工前首先准确标出孔位, 控制好钻孔外插角和注浆压力。工字钢拱架连接牢固平顺, 各接段控制在一个隧道横向竖直平面内, 接头板密贴, 拱脚立牢固。径向锚杆垂直于开挖轮廓面, 锁脚锚杆要通过U型钢筋与钢拱架焊接牢固。
3.3 防、排水施工措施
隧道防排水系统应以排为主, 以防为辅, 防排结合。中央排水管和纵、横向排水管安装坡率应按排水方向设置, 外裹土工布包裹严密, 管道接头牢固, 保证管道畅通, 不堵管, 不脱管。防水板采用焊接法双焊缝施工, 相邻两幅搭接宽度不小于10cm, 两侧焊缝宽不小于2.5cm。防水板焊接温度130~180℃, 焊接速度0.15m/min。松铺系数按1~1.15考虑。防水层敷设长度超前二衬混凝土不宜太长, 控制在20m以内。防水板铺设前应检查防水板质量无老化、刀痕、撕裂、孔洞等缺陷, 同时应认真清除喷射混凝土表面尖状物体, 凹凸不平部位应修凿补平, 确保混凝土表面平顺。中央排水管和纵、横向排水管安装坡率应按排水方向设置, 外裹土工布包裹严密, 管道接头牢固, 保证管道畅通, 不堵管, 不脱管。环向塑料盲沟和防水板接头采取鱼鳞状叠合搭接方式, 以利于排水。搭接方式如图2。防水层安装好后, 绑扎二衬配筋时, 钢筋头安装橡胶帽, 防止刺破防水板, 钢筋固定好后再去掉。钢筋焊接时用隔热板遮挡, 防止焊伤防水板。橡胶帽可定制。
3.4 二衬混凝土施工措施
水灰比不应大于0.55, 灰砂比不应小于1∶2.8 (冬季施工时, 应适当降低水灰比) , 最小水泥用量不小于360kg/m3, 水泥标号为42.5级。初期支护与二次衬砌间超挖部分, 在允许超挖范围内, 采用同级混凝土回填;超挖大于允许值时, 在起拱线1m以上范围内用同级混凝土回填, 其余超挖部分用浆砌片石回填。砂率应高于普通防水混凝土5%左右。每方混凝土中, 粒径0.315mm以下的砂不得少于400kg。坍落度控制在15~18cm, 混凝土含气量控制在5%左右。混凝土脱模介质采用脱模剂, 强度达到2.5MPa以上方可拆模。拆模后要连续养护7d以上。钢筋段绑扎时为防止环向筋刺破防水板, 钢筋两端要套好橡胶套, 待固定牢固后再摘除。混凝土中隔墙顶部调整为斜弧式, 正洞拱顶进行认真注浆。将二衬混凝土顶部空洞部位填充密实。
3.5 监控量测
监控量测是在隧道开挖施工中, 使用各种量测仪表和工具对围岩变化情况和支护结构的工作状态进行动态量测, 及时提供围岩稳定程度和支护结构可靠性信息, 预见事故和险情, 并根据量测数据合理调整施工方法和支护设计, 同时在复合衬砌中为二次衬砌混凝土施工时间提供依据。在施工中成立以项目总工为组长的监控量测领导小组, 制订监控量测专项方案, 编制监控量测实施性施工组织, 确保量测数据的时效性、真实性和科学性, 为隧道科学施工提供信息服务。
4 结语
(1) 由于隧道围岩地质的变化, 存在设计与实际围岩不符现象, 而隧道施工时往往存在设计方地质工程师与结构工程师现场不同步现象, 造成施工单位停工等待或先做再变问题。因此建议隧道结构设计要严格与隧道围岩地质对应, 施工过程要认真执行动态设计。设计方地质工程师与结构工程师派驻现场, 密切配合, 提高隧道围岩与结构相适应性。
(2) 隧道在开挖施工过程中监控量测工作实施的比较认真, 但开挖结束后这项工作也就基本停止了, 交工验收后不再进行跟踪监控。实际上隧道交工通车后混凝土徐变及围岩应力变化仍在发生, 因此应定期进行跟踪检测, 便于采取科学的应对措施。
摘要：隧道施工主要采用新奥法人工钻爆工艺施工, 施工中采取有效措施, 解决了浙江台州临海市下沙岭连拱隧道中隔墙顶空洞、隧道工后受力不均和隧道防渗抗渗等。提出了提高隧道施工质量的综合管理理念, 具有一定的参考价值。
关键词：山岭,连拱隧道,防裂抗渗
参考文献
[1]台州交通勘察设计院.甬台温铁路临海站场至临海大道连接线工程1合同段两阶段施工图设计文件 (第二册隧道篇) .2008.
[2]刘吉士, 李宁军.桥梁与隧道施工监理指南[M].北京:人民交通出版社, 2000.
浅析偏压连拱隧道的施工技术 篇7
关键词：浅埋偏压,连拱隧道,开挖施工顺序,变形
1 设计概况及特点
双连拱隧道是在高速公路通过的山势不高、纵向长度较短、横坡较陡、公路上下行线在此分离不开的地段设置的双跨连拱隧道。其单跨断面为单心圆结构,边墙为曲墙,中墙为复合式曲线中墙。单跨净宽10.25m左右,净高5.0m左右,上下行线隧道通过厚3.05m的钢筋混凝土中隔墙相连。初期支护根据地质情况分采用不同间距的工字钢拱架支护形式,注浆钢花管(￠42×4mm)、砂浆锚杆(￠22mm)、注浆中空锚杆(￠25mm)、挂钢筋网、喷混凝土与单跨隧道基本相同,二衬采用衬砌台车模筑钢筋混凝土结构。
连拱隧道通过地段地质条件的特殊性决定了其在设计和施工上具有以下特点:(1)埋深浅、长度短。(2)偏压。(3)地质条件复杂。(4)跨度大。
2 双连拱隧道的开挖方案
2.1 主洞全断面施工方案
在中导洞贯通后利用主洞开挖台车进行钻眼,全断面一次爆破开挖两侧主洞,并进行初次支护。该法适用于比较稳定的围岩。
2.2 主洞台阶施工方案主洞开挖采用正台阶分层开挖,先拱后墙进行初次支护。分层数一般为2~3个。
2.3 双侧导洞施工方案
又称“三导洞法”。即在两个主洞的外侧各开挖一个导洞,导洞超前主洞一定深度或整个不良围岩。侧导洞按初次支护设计施工。导洞的尺寸以装渣、运渣方便为度。
2.4 主洞台阶、两侧导洞施工方案
该法是上述台阶法和两侧导洞法的组合方案,即在两侧导洞基础上,主洞剩余部分再采用台阶法,先进行拱部支撑,再开挖下部。该法适用于围岩稳定性较差的隧道。
3 中导洞的设置与施工
3.1 中导洞的位置
根据与中隔墙的位置关系,中导洞位置有:(1)对称布置:中导一侧作为施工通道,通行比较便利;较窄的一侧作回填用,可减少回填工作量。(2)非对称布置:二者的中线相错一定距离。
3.2 中导洞顶板岩层稳定性的保护
中导洞最先施工,顶板岩石将受到中导洞及左右主洞开挖的多次爆破扰动,中导洞顶板的稳定是一个关键。施工的基本要求:(1)搞好光面爆破,少装药,浅孔爆破,减少初次炮震的影响,减少围岩松动范围;(2)适当加强顶板支护,保证支护质量。
3.3 中导洞的宽度与高度
宽度应根据中隔墙的宽度并考虑掘进出渣、通行及回填的要求确定。高度主要依据中隔墙的高度以及主洞施工时的接顶要求而定。应尽量减少中隔墙顶部与中导洞顶板之间的高度,以减少圬工充填。
3.4 中导洞顶部的防水
中隔墙与拱结构之间存在着纵向施工缝,是隧道防水的薄弱环节,在施工中应保证防水质量。施工要求有:(1)中隔墙顶部要充填密实;(2)所有施工缝位置要设置橡胶止水带和止水条;(3)必要时可预埋导管将渗水引至隧道底板排水沟内。
4 各部分之间的施工顺序
4.1 中导洞与中隔墙的施工顺序中隔墙一般在中导洞贯通之后施工。
4.2 中隔墙与主洞的施工顺序
中导洞贯通之后即可施工两侧主洞和中隔墙。中隔墙一般从洞口开始由外向里施工,并超前正洞30~50m,以保证中隔墙混凝土有一定的养护时间,达到一定的承载能力。
4.3 左右主洞的施工顺序一是两侧同时开挖,同时扣拱,同步进行,齐头并进;二是两侧主洞先完成一洞,再施工另一洞。
4.4 中隔墙的稳定措施
在双连拱隧道施工中,当采用两侧正洞不同步开挖时,为保持中隔墙的稳定和安全,根据不同的工况条件,可采取种措施,常用的有:
4.4.1 加侧向支撑。目的:平衡偏压。
方式:(1)单侧支撑。(2)双侧支撑。
4.4.2 回填:回填的主要作用是抵抗弯矩和水平位移,回填一般采用片石混凝土,片石可用正洞开挖的渣石。
4.4.3 两侧主洞大致同步施工、对称开挖,两掌子面不要离得太
远,以使中隔墙受力及早得到平衡。实际工程中大多采用非对称开挖,先施工一侧主洞,再施工另一侧主洞。
4.4.4 在中隔墙位置布置底板锚杆,锚杆与中隔墙钢筋连接成整体,以防止发生水平位移。
4.4.5 及早施工仰拱,将中隔墙基础部分加以固定,限制其发生水平位移。
5 结论与建议
(1)中导洞宜采用非对称性布置,以方便通行和采取保持稳定的措施。(2)中隔墙宜在导洞全洞贯通后再施做,以提高中导洞的施工速度。(3)中隔墙与正洞宜相错一定距离同时施工、平行作业,以缩短隧道施工期。(4)为保持中隔墙的稳定,采用回填的方法。
6 结语
双连拱隧道施工中,中墙的稳定既是一个关键性的问题,又是一个复杂的问题。围岩稳定性、施工工艺、施工方案不同,中墙的受力状况也不相同;中墙的受力状况随着施工进度的不同,受力大小、稳定状态也都不一样。所以,施工时要根据具体情况进行分析,采取有关的措施,保证工程安全。
参考文献
[1]周玉宏,赵燕明,程崇国.偏压连拱隧道施工过程的优化研究[J].岩石力学与工程学报,2002(5).
[2]Itasca Consulting Group Inc.FLAC3D User Manuals(Version2.1)[R].Minneapolis,Minnesota:Itasca Consulting Group Inc,2002.
连拱隧道 篇8
在公路建设中对环保要求的不断提高, 中短隧道在一条道路中的数量也随着增多。连拱隧道在隧道长度较短, 工程地质条件较好, 洞口地形条件较好的情况下常采用。若用分离式隧道布线困难时, 也可以根据实际情况综合分析, 采用连拱隧道, 且造价较低。
2.连拱隧道裂缝产生的原因分析
2.1 地质环境影响
连拱隧道工程受力结构复杂, 若遇到覆盖层薄, 围岩松散, 地质结构复杂多变, 随着后行洞开挖施工, 由于连拱隧道特殊的结构形式, 使先行洞洞顶上方已平衡稳定的围岩应力发生变化, 进行二次调整。随着隧道掌子面的不断掘进, 应力不断发生变化, 当应力变化超过二衬混凝土自身所能承受的应力时, 就会产生裂缝。
2.2 沉降缝设置的影响
连拱隧道覆盖层薄, 围岩松散, 设计沉降缝位置与实际地质变化有出入, 虽在围岩级别变化处设置沉降缝, 但地质结构复杂多变, 围岩产生不均匀沉降, 从而导致混凝土产生裂缝。
2.3 连拱隧道后行洞施工, 由于超前预支护的管棚长度、数量和注浆工作以及三角区加固未严格按照设计要求进行施工。在进行施工时将连拱三角区挖空, 引起测中线上方三角区围岩发松驰变化, 导致连拱三角区下沉, 引发靠测中线侧二衬边墙下沉开裂;另一方面将先行洞靠测中线侧仰拱、二衬拱脚土体挖空, 导致先行洞靠测中线侧仰拱及二衬边墙下沉开裂。
3.二衬裂缝处理措施
针对目前已经发生的仰拱、二衬混凝土裂缝, 采取以下措施进行处理:
3.1 裂缝周边围岩注浆固结
3.1.1 针对连拱隧道后行洞施工, 将连拱三角区挖空, 导致连拱三角区下沉, 引发靠测中线侧二衬边墙下沉开裂问题处理, 若隧道覆盖层较薄可采用地表钻孔对三用角进行注浆加固, 使三角区围岩稳定, 不继续发生松驰变形。
(1) 连拱隧道暗洞范围以测设线为中心、两侧纵向各设一排 Ø89×6 ㎜的钢花管, 共3 排, 钢管底标高距洞顶开挖线≥60cm, 间距按实际情况梅花型布置, 隔孔施工。
(2) 注浆采用水泥浆液, 水灰比及注浆压力通过试验确定, 注浆顺序采取同排隔孔错开的注浆方式, 注浆与钻孔流水作业, 注浆完成采用C20 水泥砂浆填充钢管。
3.1.2 针对连拱隧道后行洞施工, 将先行洞靠测中线侧仰拱、二衬拱脚土体挖空, 导致先行洞靠测中线侧仰拱及二衬边墙下沉开裂问题。
(1) 连拱隧道左右幅靠连拱侧基础位置各设置2 排φ42×4mm注浆小导管, L=4.5m, 排间距=0.5m, 纵向间距=1.0m, 左右幅错开布置, 隔孔施工。
(2) 注浆采用水泥浆液, 水灰比及注浆压力通过试验确定。
3.2 裂缝的处理方法有以下几种:
3.2.1 仰拱、边沟裂缝处理方法
待连拱侧基础周边围岩注浆固结后, 对仰拱、边沟裂缝采用水泥浆液进行灌注、封堵, 注意务必灌注封堵密实。
3.2.2二衬裂缝处理方法
(1) 表面覆盖法
表面覆盖法适用于宽度小于0.2mm裂缝的处理。它是在微细裂缝的表面上涂膜, 以达到修补混凝土微细裂缝的目的。分涂覆裂缝部分及全部涂覆两种方法, 这种方法的缺点是修补工作无法深入到裂缝内部, 对延伸裂缝难以追踪其变化。
表面覆盖法所用材料通常采用弹性涂膜防水材料, 聚合物水泥膏、聚合物薄膜等。施工时, 首先用钢丝刷子将混凝土表面打毛, 清除表面附着物, 用水冲洗干净后充分干燥, 然后用树脂充填混凝土表面的气孔, 再用修补材料涂覆表面。
(2) 低压注浆法
低压注浆法适用于由变形缝未设置、施工缝不成环、开挖振动、应力集中等原因引起的宽度为0.3-0.5mm的二衬混凝土裂缝修补。
具体方法为:修补工序如下:裂缝清理—试机—配制注浆液—压力注浆—二次注浆—清理表面。当裂缝数量较多时, 先要在裂缝位置上贴医用白胶布, 再用窄毛刷沾浆沿裂缝来回涂刷封缝, 使裂缝封闭, 大约10 分钟后, 揭去胶布条, 露出小缝, 粘贴注浆嘴。固化后周边可能有裂口, 必须反复用浆补上, 以避免注浆漏浆。注浆操作一般在粘嘴的第二天进行, 若气温高, 半天就可注浆。操作时先用补缝器吸取注浆液, 插入注浆嘴, 用手推动补缝器活塞, 使浆液通过注浆嘴压入裂缝, 当相邻的嘴中流出浆液时, 就可拔出补缝器, 堵上铝铆钉。一般由上往下注浆, 水平缝一般从一端到另一端逐个注浆。为了保证浆液充满, 在注浆后约半小时可以对每个注浆嘴再次补浆。
(3) 开槽修补法
开槽修补法适用于较宽裂缝 (宽度大于0.5mm) 修补。
具体方法为:先沿裂缝处开宽5cm、深5cm的槽。再采用环氧树脂, 聚硫橡胶, 水泥, 砂, 按照10:3:12.5:28 的比例, 首先用人工将晒干筛好后的砂、水泥按比例配好搅拌均匀后, 将环氧树脂聚硫橡胶也按配比拌匀。然后掺入已拌好的砂、水泥当中, 再用人工继续搅拌。最后用少量的丙酮将已拌好的砂浆稀释到适中稠度。及时将已拌好的改性环氧树脂砂浆用橡胶桶装到已凿好洗净吹干后的混凝土凿槽内进行嵌入。从砂浆开始拌和到嵌入混凝土缝内, 一组砂浆的整个施工过程需要30 分钟左右完成。嵌入后的砂浆养护即砂浆嵌入缝槽内处理好后两小时以内及时用毛毡、麻袋将聚硫橡胶改性环氧树脂砂浆进行覆盖, 待完全初凝后, 开始喷水养护。
4.二衬裂缝的防治措施
4.1 针对地质环境影响, 应在隧道施工过程中, 根据第三方检测单位提供的超前地质预报, 结合隧道掌子面围岩实际的工程地质与水文地质情况, 正确判断围岩类别, 发现围岩地质情况与设计不符时, 及时进行设计变更, 选择合理的支护结构类型, 符合实际需要, 以防止裂缝产生。
4.2 严格按设计及规范要求进行施工, 特别是超前预支护工作以及三角区的加固工作, 不能存在侥幸心理, 进行偷工减料。
4.3 针对沉降缝设置的影响, 应严格按照设计要求, 在围岩级别变化处设置沉降缝, 如果有围岩级别变更的, 在变更断面处也要同样设置变形缝, 以防止裂缝产生。
4.4 加强施工管理, 提高质量意识
(1) 认真总计施工设计图纸, 充分认识、理解设计意图。在施工前, 认真做好技术交底。加强质量管理技术人员和施工人员的质量和安全意识。
(2) 每一道工序项目部严格执行“三检”制度, 检查合格后报监理工程师检查, 监理工程师检查合格后方可进入下道工序施工。
(3) 试验室及时对现场进场原材料取样检测, 严禁不合格原材料进场;及时做好施工配合比, 为施工服好务;提供各种施工配合比, 作为施工的依据;进行工程半成品、成品的质量检验;
(4) 混凝土必须严格按照试验室提供的配合比进行施工。
5.结束语
现连拱隧道多用于中短隧道设计, 但由于结构复杂、施工工序多, 施工难度较大。隧道衬砌出现裂缝, 虽然有地质原因造成, 但也存在施工不当的原因。在施工过程中, 应加强质量管理, 严格按设计及规范要求进行施工。
摘要：通过连拱隧道二衬裂缝处治实例, 提出了连拱隧道在施工中应注意的问题, 供广大同行参考。
关键词：连拱隧道,裂缝,处治,防治措施
参考文献
[1]刘彤, 李宁军, 李华.连拱隧道衬砌裂缝成因分析与处治.四川科学建筑研究院, 2007.2
[2]陈世荣.连拱隧道二次衬砌裂缝处治方案[J].福建交通科技.2011.4
大跨径连拱公路隧道施工工艺探析 篇9
关键词：大跨径连拱,公路隧道,施工工艺
0 引言
大跨径连拱隧道是现代交通的重要组成部分,并越来越不可或缺。近年来,随着我国公路建设的快速发展,公路等级的不断提高,为改善路线线形,提高行车的安全性、舒适性和快捷性,公路隧道建设数量不断增多。但在特殊地质及地形条件的地区,从桥梁的衔接方式、总体路线线型、工程造价等因素综合考虑,分离式隧道往往受到较大局限,因而连拱隧道方案成为重要的可选方案之一,尤其对于中短长度的隧道和长大隧道洞口段。
1 大跨径连拱隧道施工方法
连拱隧道的施工工序多,施工管理不便,进度慢,一直以来就是这种隧道结构的薄弱环节,在实际工程中,大多只用于短隧道,长度很少超过500m。因此,如何加快施工进度是连拱隧道研究的一个重要课题。而对于大跨径连拱隧道,如何选择施工方法就显得更为重要,因其跨度大,施工稍有不慎,就可能造成安全隐患。一种合理的施工方法不仅能加快施工进度,创造好的经济效益,更重要的是能促使隧道与围岩结构体系处于良好的稳定状态,这对于确保隧道工程质量,减少今后发生病害的可能性具有重要的意义,主要施工方法归纳如下:
1.1 三导洞法
即中导洞先行,双侧导洞随后跟进的方案。有时也可先开挖双侧导坑,后开挖中导洞。根据双侧导洞和主洞的工序不同,可分为三种方法:(1)三导洞-先墙后拱法。顾名思义,先墙后拱即连拱隧道的边墙与拱部的二次衬砌是分开施作的,这将直接影响到二次衬砌的整体性。(2)三导洞-全断面二次衬砌法。待衬砌支护完成且基本稳定后再一次性自下而上完成二次衬砌的施作,符合新奥法施工原理,施工工序相对较少,具有优势。(3)三导洞-双上导洞法。此法的要点是在连拱隧道左右洞的洞顶各开挖一个导洞,形成双上导洞,通过这两个导洞对主洞进行拱部围岩加固,然后进行主洞的开挖就比较安全了。
1.2 中导洞法
只有中导洞而无侧导洞的方案。根据主洞开挖方式的不同,可分为四种方法:(1)中导洞-正台阶法。即主洞采用台阶法施工。中导洞先行,做好中墙后再开挖主洞,工序最少,进度最快,具有显著的优势。(2)中导洞-下导洞法。先开挖中导洞,完成中墙的施工。当主洞开挖时,采用下导洞先行。增加下导洞可以带来许多优点,如探明前方地质情况,在导洞内设置三管两线等。但弊端也是很显然的,如工序多、开挖空间小、进度慢,需要拆除的临时支撑多等。故对此下导洞法不予推荐。(3)中导洞-中隔壁法。先开挖中导洞,完成中墙的施工。当主洞开挖时,采用中隔壁法施工。从稳定围岩来说,中隔壁法肯定是有优势的,但中隔支撑属于临时钢支撑,需要拆除,会增加工程造价,而且施工工序比三导洞法多,施工进度慢。因此,除了地质条件很差,或对地表下沉的控制有较高要求外,一般条件下不建议采用。(4)中导洞-双上导洞法。先在左右主洞的上半断面中,各开挖一个上导洞,利用上导洞对拱部围岩进行加固,然后才开挖中导洞,中墙完成后,用台阶法开挖主洞。这也是引自国外的方法,上导洞采用小型盾构开挖。
2 大跨径连拱隧道施工工艺
2.1 超前支护
现场监控量测数据处理和数值模拟分析结果表明,在大跨径连拱隧道开挖过程中,拱顶下沉和拱部收敛位移均较大,故对于Ⅳ级或Ⅳ级以上围岩,进洞应该采用管棚进洞,建议管棚布置为Φ89@50,在120°的范围内布置;进洞后采用超前小导管预前支护,建议小导管布置为Φ50@40,也在120°的范围内布置。
2.2 爆破施工
由于双向六车道连拱隧道跨径大,施工步骤多,先支护衬砌会受到反复扰动,所以在开挖过程中要求采用“短进尺,弱爆破”,上台阶开挖采用留核心土法开挖,采用多次爆破,特别后行主洞开挖时,先行主洞中墙侧受到影响最大。炮眼的布置和药量的放置均要经过反复试验,得到最佳方法后才用以施工,这样才能保证施工的顺利和安全。
2.3 立模施工
施工与计算都表明,连拱隧道的中墙在施工过程中会出现偏压状态,在先施工洞室完成,后施工洞室尚未开挖之时,最为严重。此时如中墙顶与围岩之间回填不实,会导致中墙呈悬臂受力状态,中墙向另一侧发生位移,导致衬砌出现边沟等纵向裂缝。中墙顶的回填基本属于隐蔽过程,受现场施工条件和环境的限制有时会不密实,为了确保安全,除了严格落实中墙顶部回填外,还应该在中导洞内设置中墙横向支撑,以平衡中墙的侧向移动。中墙顶锚杆基本上属于临时支护范畴,一旦中墙施作完毕,墙顶就会紧密回填,锚杆的作用随之减小,所以它的作用主要体现在中导洞阶段。
2.4 主洞开挖
主洞上台阶开挖为隧道开挖的关键工序,跨度大,危险性大,因而要慎重施工。从量测结果可以看出,中墙在整个施工过程中始终偏向先开挖洞,为了平衡由于开挖导致的偏压,应回填后开挖侧中墙下部,上部用钢拱架横向水平支撑。大跨径连拱隧道的开挖更强调预留核心土,但留核心土对施工进度的影响很大,在实际施工中,应通过现场量测作出准确的判断,能不留则不留,力争做到在保证安全的前提下实现高效率。
2.5 仰拱施工
从量测数据看,仰拱有利于改善上部二衬受力,且受力和上部二衬受力大小相差不大,故当为Ⅲ级或Ⅲ级以下围岩时,隧道可以不采用仰拱结构,当为Ⅳ级或Ⅳ级以上围岩时,可以采用和上部二衬一样厚度的仰拱。当隧道下台阶开挖及初期支护完成后,应进行仰拱的开挖及回填。
3 结束语
大跨径连拱隧道施工是一个有着复杂工艺和方法的系统过程,对于何种围岩类型下,如何选取施工方案,以及在工程过程中因为设计与实际不符而重新定义围岩级别后,施工方案的变更、围岩支撑的加固提升或者降低,导洞开挖方式等等,都是需要有相当丰富的施工经验与试验结果做指导的。稍有不慎,都会导致整个系统工程面临失败的危险,在我们选取设计方案以及施工方案的时候,并且在施工过程中,都要不断参照以往宝贵经验和实地调查的结果,仔仔细细的做到施工的安全可靠,确保工程顺利进行。
参考文献
[1]陈晓钜,林志良,李永盛.不对称连拱隧道现场量测与分析研究.岩石力学与工程学报,2004,02:267-271.