[分享]金硚隧道洞口偏压段软弱围岩施工技术

发表于2018-04-19     463人浏览     1人跟帖     总热度:138  


泰井高速公路金硚隧道位于江西省泰和县津洞村,全长4032.3米(其中左线全长2027米,右线全长2005.3米),为双线分离式隧道。隧道区位于剥蚀低山丘陵区,山势陡峻,洞口段局部基岩裸露,为强风化砾岩,上部为第四系砾土、碎石土。洞口段纵向坡度50°-60°,横向为单面坡,坡度为40°-45°,为偏压隧道。隧道洞口段构造节理裂隙发育,水文地质复杂,岩体松散,地质条件较差,围岩类别为Ⅱ类,属软弱围岩。洞口边仰坡及围岩自稳能力差,易坍塌,在这种情况下,如何做好洞口偏压段的施工,尽快形成进洞局面,就成为津洞隧道能否确保工期的关键。

金硚隧道洞口偏压段软弱围岩施工技术-Snap18.jpg

一、施工技术

1.施工方案

根据隧道洞口段特殊的地质条件,为了有效的控制围岩的收敛变形,防止隧道在开挖过程中发生坍塌,施工时严格按新奥法原理组织施工,遵循“早进晚出”的原则,经过反复比选形成如下施工方案:施工前,为确保洞口施工安全,施工前先施作洞顶仰坡排水天沟,然后对洞口顶部一定范围的地表采用锚杆、钢筋网、喷混凝土组合支护;套拱法,进洞采用“套拱法”进洞,采用长管棚及超前小导管进行注浆预加固及超前支护;洞口偏压施工,洞口偏压段采用上部弧形导坑预留核心土法,以人工风镐开挖为主,必要时辅以预裂、微振爆破;开挖后,开挖后钢支撑,锚喷支护、仰拱快速封闭;量测,进行围岩量测,根据量测结果,适时或提前施作二次衬砌。

2.施工方法及措施

  进洞前的准备工作  洞口施工前做好洞口边仰坡排水天沟,截水沟施作完后,自上而下进行边仰坡开挖,按设计坡度一次整修到位;刷坡的同时,对洞顶仰坡及地表进行加固,加固范围为隧道轴线,左右两侧各15m,纵向沿山顶15m范围布设,边仰坡采用挂网喷锚防护,顶部采用锚杆预加固;施作“套拱”,即在洞口段隧道洞身上部衬砌轮廓线外,立模浇注厚60cm钢筋混凝土,长度2m,同时预埋Φ127×4mm,环向间距50cm,长度2m的管棚导向管,以便下步管棚施工,确保洞口段山体稳定;4、洞口超前支护,沿套拱外轮廓水平打入一排φ108大管棚,环向中心间距0.5m,长度为16m,钢管上钻φ8压浆孔压注水泥-水玻璃浆液固结围岩。

正洞开挖 采用预留核心土三级台阶开挖,上导二次开挖高度3.8m,中导高度3m,下导高度3.0m,上、中导断面相距5m-7m,中下导断面相距10m;上导开挖,开挖前采用小导管超前支护,开挖时以人工风镐或挖掘机开挖为主,需要时辅以弱爆破,先由人工预留核心土开挖弧心槽,然后由挖机配合进行开挖,每一循环进尺1.0m,开挖达到设计断面后,立即进行初期支护施工,核心土的开挖必须在初期支护封闭成环后再开挖,开挖时采用控制爆破措施以免损坏初期支护;中、下导开挖,中导及下导的开挖,采用左右错开,分边施工,若边墙围岩较好时,可将中、下导合并为一个导坑施工。施工时采用钻爆法施工,YT28风动凿岩机钻孔,光面爆破,下导接拱架采用左右错开,单侧视地质情况跳槽开挖,以人工风镐下挖马口方式施工,采用挖掘机扒碴、出碴。

  超前支护  超前支护拱部采用φ42小导管注浆,小导管采用外径42mm,壁厚3.5mm,热轧无缝钢管,钢管前端显锥状,尾部焊上φ6加劲桩,管壁四周钻8mm压浆孔,但尾部不设压浆孔。施工时,钢管与衬砌中线平行以14°仰角打入拱部围岩,钢管环向间距40cm ,每打完一排钢管注浆后,开挖拱部及第一次喷射混凝土,架设钢架,初期支护完成后,隔2.4m再打另一排钢管,超前小导管保持1.0m以上的搭接长度,注浆采用水泥-水玻璃浆液。水泥水灰比1:1,水泥浆与水玻璃体积比1:0.5,水玻璃浓度35波美度,模数2.4,注浆压力0.5MPa-1.0MPa。

浆液扩散半径采用0.65倍钢管间距,注浆按间管达到设计注浆量作为注浆结束的标准,当注浆压力达到设计终压20s后,其进浆量级达不到设计注浆量,也可结束注浆。

   初期支护  每开挖循环进尺一次,相应的进行一次初期支护的施工,初期支护采用每1榀/0.5mⅠ16钢支撑,环向布置3.5m长φ22锚杆系统砂浆锚杆,双层φ6@20*20钢筋网,24cm厚C20喷射混凝土。初支施工时,为防止拱圈下沉,于拱墙脚以上0.5m、4.0m、6.5m处增设锁脚小导管,锁脚小导管采用φ42mm钢管,长度3m,在钢支撑两侧错位布置,卡住钢支撑并焊牢后压注水泥水玻璃浆液。

  仰拱  施作二次衬砌前,为防止围岩变形发展,要依据量测资料及时施作仰拱,使仰拱与拱墙初支形成闭合环,仰拱施工时采用风镐配合挖掘机左右跳槽开挖,必要时辅以弱爆破,开挖到位后先施作仰拱初期支护,初期支护型式为每1榀/0.5mⅠ16钢支撑+单层φ6@20*20钢筋网+20cmC20喷射混凝土。初期支护施工完毕后,即可立模灌注仰拱混凝土。

   二次衬砌  依据围岩量测资料,待初期支护收敛沉降趋于稳定后,及时进行二次衬砌的施工,以保证初期支护安全,发挥二次衬砌的承载能力。考虑到山体偏压的影响,隧道两侧衬砌为不对称断面,横断面地势较低一侧衬砌厚度比另一侧加厚20cm,以利隧道整体的稳定性。施工时采用全断面液压衬砌台车,自动计量搅拌机集中拌合,混凝土罐车运输,输送泵泵送入模。在围岩变形较大或不稳定,尤其是当监控量测曲线出现反弯曲线时,要立即采取衬砌紧跟,加强衬砌的措施,防止塌方事故的发生。

3.监控量测

现场监控量测作为隧道施工的重要组成部分,对施工具有极其重要的意义,隧道开挖后,必然会引起地表拱顶下沉和围岩变形收敛,尤其对于浅埋偏压段,除常规洞内观察外,对地表、拱顶下沉及周边收敛位移值的观测则显得尤为重要,据此可以判定初期支护的稳定性、安全性以及二次衬砌的施作时间。

(1)监控量测项目 量测项目主要有工程地质及支护状态的观察,地表下沉,周边收敛位移,拱顶下沉,锚杆内力及抗拔力5项内容。

  (2)监控量测数据的处理应用  将现场量测数据及时绘制位移一时间曲线,并依据曲线线型判定初期支护的稳定性,主要依据如下:1、隧道周边位移速率有明显减缓趋势; 2、水平收敛速度<0.2mm/d,或拱顶位移速度<0.15mm/d;3、施作二次衬砌前的收敛量已达预计总收敛量的80%以上;4、初期支护表面无再发展的明显裂缝。当不能满足上述条件,围岩变形无收敛趋势时,必须采取补强措施,从该隧道监控量测的数据看,洞口段拱顶累计沉降32mm,水平收敛累计13mm,表明初支已趋于稳定,而且在该洞口段衬砌施工完毕后,地表沉降及水平收敛已基本停止,这说明在偏压地段惟有及时施作衬砌,施工方法得当才能更有效地控制围岩变形和地表下沉。

二、结 语

⑴ 隧道洞口偏压软弱段围岩施工,地表预加固、超前支护是提高围岩稳定性的重要工序,但施作了地表预加固、超前支护护坡后进洞,围岩没有发生坍塌,支护也无大的开裂,说明该工序对抵抗偏压和稳定围岩起了关键性的作用,也是成功进洞的重要措施。

⑵ 洞口段施工中,始终坚持“短进尺、弱爆破、强支护、早封闭、紧衬砌”的原则,在缩短各工序的施工用时,也缩短工作面的暴露时间,提高了单个循环施工效率。

⑶ 洞口段施工,加强围岩监控量测,依据监控量测资料对施工方案进行不断优化,确保隧道施工安全。金硚隧道施工实践也证明了灵活应用施工原则和施工方法的重要性。


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