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隧道施工技术思考(4篇)

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第一篇:地铁隧道地层土压平衡盾构施工技术

摘要:文章以南宁市轨道交通3号线工程为例,对地铁隧道施工过程中穿越粉细砂地层的施工难点进行了分析和介绍,选用土压平衡式盾构机进行施工,通过对设备针对性改造与掘进技术控制,保证了隧道工程的顺利开展,有效控制了施工过程中地面沉降,取得了良好的施工效果。

关键词:土压平衡盾构;盾构机掘进;渣土改良;管片拼装;地铁隧道

1工程概况

南宁市轨道交通3号线工程(科园大道~平乐大道)线路全长约27.96km,均为地下线;本工区包含一站三区间,即北湖北路站、安吉客运站~北湖北路站区间、北湖北路站~秀林路站区间、秀林路站~邕武路站区间。北湖北路站采用明挖法施工,安吉客运站~北湖北路站区间、北湖北路站~秀林路站区间、秀林路站~邕武路站区间均采用盾构法进行施工。区间段左线全长3793.927m,右线全长3730.17m。南宁市地形是以邕江宽广河谷为中心的盆地形态。本工程所处地貌单元为邕江北岸Ⅱ级阶地,主要地质情况为第四系沉积物邕江河流冲积砂砾层,下伏基岩为下第三系泥岩、粉砂质泥岩、泥质粉砂岩、粉砂岩。

2盾构施工难点

盾构隧道穿越的粉细砂地层,因含水量大,透水性较强,掘进时由于刀盘扰动,土体在外力及水力作用下易发生迅速坍塌,从而使开挖面的土体呈流塑状涌入土仓,导致出渣口喷涌、流砂。一旦发生喷涌,将极大影响盾构施工,导致出渣超方,引起地面沉降和塌陷。同时长期喷涌会引起盾构机滞排现象,大颗粒卵石沉积土仓底部导致刀盘、螺旋扭矩增大,姿态不可控、刀具、螺旋磨损大等风险。

3土压平衡盾构施工技术

根据粉细砂地层的特性,选择泥水盾构机最为合理。但本工区地质较为复杂,隧道穿越全断面粉细砂地层仅为本工程地质的一小部分,通过对隧道工程的整体地质环境进行了深入细致的分析,选择土压平衡式盾构更适合本工区施工。通过对盾构机针对性改造及合理的渣土改良措施能够最大限度减小地面沉降和对建筑物的影响,确保生产安全顺利。

3.1盾构始发井口加固

3.1.1加固范围。“800mm厚素砼地连墙+600

双管旋喷桩加固+降水井”,其中双管旋喷桩采用Ф600@450。在洞门端采用800mm厚的C20素混凝土地下连续墙将端头围闭,再在地连墙围闭区域内采用桩径600mm间距450mm的双管旋喷桩加固其余区域。素地连墙深度可视地连墙底部地层进行调整,要求墙底进入不透水泥岩层不小于2m;当泥岩层不足2m时,则进入圆砾层下岩层累计不小于3.5m;如圆砾层下为较厚粉砂岩层时,则进入粉砂岩层不小于4.5m。双管旋喷桩加固范围,长度:始发端头10m范围内。宽度:在隧道范围外3m处进行加固。高度:在盾构隧道洞门直径上部3m、下部3m范围内。通过加固高度和加固区间隧道的埋深可以直接计算出旋喷桩桩底的标高。

3.1.2旋喷桩参数及布置方式。旋喷桩直径为600mm,桩与桩之间的距离为450mm,两个桩的咬合大约为150mm,桩的布置图如图1所示。一般情况下采用加大泵压力来增加浆液流量及流速,进而增大喷射力,本工程压力采用20MPa。空气压力0.7MPa,风量3m3/min,浆液流量37~45L/min。提升速度与注浆量匹配,供浆量应满足提速,提速应满足喷射半径长度,确保加固范围内每一深度的喷浆饱和。旋喷桩喷射注浆材料采用42.5级普通硅酸盐水泥,水灰比根据本项目地质情况采用1∶1的水泥浆液进行施工,根据试桩情况选定合适的水灰比。

3.2盾构机掘进

3.2.1刀盘和刀具。刀盘采用四牛腿,四主梁+四副梁的结构形式,刀盘开挖直径6280mm,开口率36%,中心部位有较大开口利于渣土流动,防止中心结泥饼。刀盘面板采用复合耐磨板覆盖,刀盘外圆采用两道合金耐磨环,最大限度地减少了细粉砂底层在掘进过程中对刀盘的磨损。刀具配置:可根据需要安装39刃17寸或者18寸滚刀。

3.2.2渣土改良。粉细砂地层中含水量大,渗透系数大,砂石呈液态化,本项目采用了高浓度膨润土及泡沫进行渣土改良,降低渗透性,增加和易性,防止喷涌,降低刀盘、刀具磨损。膨润土粘度达到30s以上,注入刀盘面板前方及土仓实现渣土改良。盾构机设计形式为梭形结构,刀盘开挖直径为6280mm,前盾、中盾、尾盾依次为6250mm、6240mm、6230mm;目的是减少盾体通过时的阻力,防止卡盾现象;在盾尾脱出前同步浆液无法填充此区域,此施工间隙是导致上述粉细砂地层第三阶段地面沉降的主要原因,因此在掘进过程中同步往盾体周围注入高稠度膨润土填充,有效控制地面沉降,同时也抑制盾尾后方承压水及同步浆液窜入土仓,影响掘进状态。

3.2.3掘进参数控制。通过以往施工经验及试掘进对盾构机推力、扭矩、掘进速度、土仓压力、注浆压力等各参数进行优化。在确保掘进无安全风险的前提下,以降低设备负载率为最优,防止人为的蛮干。具体掘进参数为:推力控制在9000~12000kN,掘进的速度控制在3~4cm/min,注浆压力控制在0.20~0.25MPa,掘进过程中密切关注推进速度、土仓压力及出渣情况,尽量避免土仓压力波动过大,推力过大,导致喷涌现象。停机时可适当提高土压,防止泡沫气体扩散后土压降低影响掌子面稳定。

3.2.4出土量控制。综合考虑各地层松散系数、地下水、渣土改良填充物等因素,事先计算出每一环理论出渣量。掘进时,施行体积与重量双控,及时与理论值对比。根据对比情况实时调整掘进参数。加强监测,如发现有超挖、地表沉降大现象,及时增加膨润土注入量,调整注浆压力和注浆量。

3.3盾构机姿态控制

盾构机采用自动导向系统和人工测量辅助进行盾构姿态监测。自动导向系统配置了导向、自动定位、掘进程序软件和显示器等,能够全天候在盾构机主控室动态显示盾构机当前位置与隧道设计轴线的偏差以及趋势。据此调整控制盾构机掘进方向,使其始终保持在允许的偏差范围内。随着盾构推进导向系统后视基准点需要前移,必须通过人工测量进行精确定位。为保证推进方向的准确可靠,盾构机姿态人工复测始发段(100m)及到达段(200m)每天测量一次,其他段每隔20环或2d测量一次,以校核自动导向系统的测量数据并复核盾构机的位置、姿态,确保盾构掘进方向的正确。小半径曲线掘进应进行盾构姿态预偏控制,让盾构姿态偏角略大于设计线偏角(即走内弧线),趋向值为内弧线方向。是为了确保成型隧道轴线的最终偏差在规定范围内。根据所处地层和本工区施工实践经验的综合分析,建议在进入小半径缓和曲线段时逐步将水平姿态调整至内弧线20mm内。曲线段推进过程中,因盾构机分区油缸压力差,掘进效率降低,会有微量超挖现象,成型隧道呈椭圆状,因此对应提高注浆量,同步注浆的过程中适量加强对曲线段外侧的压浆量,以填补施工空隙稳定管片。

3.4管片拼装

本区间管片设计为外径6000mm、内径5400mm、管片厚度300mm、标准环管片宽度1500mm,由1块封顶块、2块邻接块、3块标准块共6块组成。C50高强混凝土,抗渗等级P12。止水材料采用三元乙丙橡胶密封垫,与管片间用单组分氯丁胶粘剂粘结。环间采用错缝拼装。为满足曲线模拟和线路纠偏需要,专门准备了左、右转弯楔型环,为单面后楔形,楔形量为38mm;通过与标准环的各种组合来拟合不同曲线半径的曲线或纠偏。隧道质量通病管片错台的是成型管片在适应开挖的隧道,是应力释放的表现。错台的原因是两者形状、线型不匹配,由各种力实现变形。管片选型拼装三要素为盾尾间隙、油缸行程差及理论排版。盾尾间隙是当前成型管片与盾尾的位置关系;油缸行程差反映了管片轴线与中前盾、盾尾轴线关系。施工控制目标是盾构机姿态波动越小越好,几乎没有纠偏现象,管片与盾构机轴线始终一致,盾尾间隙良好。

3.5衬背注浆

管片衬背注浆是确保管片质量的重要措施,也是确保盾构机姿态控制的重要因素;注浆设备的能力必须满足盾构推进速度需求;浆液性能标准要考虑地域材料甚至气候因素对其的影响,所以不同地域不同项目浆液配比不具备通用性。注浆量及浆液的性能标准是影响上述粉细砂地层地面沉降第四及第五阶段的主要因素。粉细砂层渗透系数较大,同步注浆浆液会慢慢的向着粉细砂地层进行渗透,注浆量控制实行方量与压力双控标准。同步注浆使用的是水泥砂浆,并且在其中加入适量的粉煤灰、膨润土和外加剂等,这样能够有效地提高注浆结石体的耐腐蚀性,有效地防止地下水分对管片混凝土的腐蚀。压力控制在0.2~0.25MPa范围内,保证管片不会在注浆的过程中发生变形或者损坏的现象。浆液的性能指标为:黏稠度控制在12.0~14.0cm,比重为1.55~1.65g/cm3,凝胶时间不超过6h,1d后抗压数值大于0.3MPa,28d后抗压数值大于4.5MPa。

3.6监控量测

按照规范、设计要求区间监测范围为横向2倍隧道埋深范围(埋深等于区间结构顶离地表距离)。隧道中线30m范围内建(构)筑物、管线。一般地段纵向监测点间距宜为10~30m,每100m设置横向监测断面;在始发段和接收段、联络通道等部位及地质条件不良部位,应有横向监测断面控制,且横向监测点沿隧道中线每6环布设一点,进出洞加固区域按照5m一个断面布设,其他为每30环布设一组垂直于线路的断面,测点间的水平间距为3m+5m+5m。在施工过程中对整个隧道进行监测并没有监测到起伏较大的地表沉降和地面隆起变形现象,并且整个施工现场中地表沉降的最大值不超过20mm,地面隆起最大值不超过10mm,这样最大限度地保证了路面的质量和周围建筑物的安全。

4结语

综上所述,在地铁隧道粉细砂地层采用土压平衡盾构施工技术具有良好的施工效果,使用地连墙结合双管旋喷洞口加固方式确保了始发掘进安全,隧道施工过程中并没有出现较大的地质变形情况,有效保证了周围管线、建筑物的安全,确保了路面结构的稳定性,从而使得隧道工程顺利的开展,取得了良好的施工效果

参考文献

[1]刘仁鹏,刘万京.土压平衡盾构技术浅谈[J].工程机械,2008,(8).

[2]李曙光,方理刚.土压平衡盾构法隧道施工中影响地表沉降的因素浅析[J].现代隧道技术,2007,44(5).

[3]刘建伟,宋娟娟,增龙广.土压平衡盾构施工地铁引起的地表沉降分析[J].路基工程,2012,(5).

作者:周双禧 单位:中铁建大桥工程局集团第二工程有限公司

第二篇:隧道泄水洞开挖钻爆设计与施工技术

摘要:本文依托茅坪山隧道泄水洞施工,提出了富水隧道泄水洞开挖爆破设计方案,给出了爆破相关设计参数,并详细介绍爆破施工工艺及施工操作要点,以期对类似工程提供借鉴。

关键词:泄水洞;爆破设计;施工

0引言

隧道光面爆破是指通过正确选择爆破参数和合理的施工方法,分区分段微差爆破,达到爆破后轮廓线符合设计要求,临空面平整规则的一种控制爆破技术,是支撑新奥法原理的重要技术之一。光面爆破技术是隧道超挖控制有效手段之一。但由于隧道工程地质条件的复杂多边形,在实际过程中施工中“光爆不光”、超挖过大、进尺短等现象普遍存在。近年来,光面爆破技术广泛应用与隧道泄水洞施工,本文依托实际工程应用,采用两台阶开挖、光面爆破技术,取得良好的应用效果。为此总结施工经验,以期对类似工程提供借鉴。

1工程概况

茅坪山隧道泄水洞位于云贵高原斜坡地带,地形总体为中部高四周低,泄水洞穿越区域全为碳酸盐岩分布区,具构造剥蚀~溶蚀槽谷地貌特点。槽谷的发育多与大型节理、断层等构造走向线一致;山体两侧坡麓自然斜坡陡峭,坡角达25~40°,常为地下水的集中排泄和地表冲沟源头。地下水类型主要有松散土层孔隙水、基岩裂隙水、碳酸盐岩类岩溶水三类。为降低运营期间水害风险,起到排水降压作用,确保衬砌结构及长期运营的安全。茅坪山隧道进口至左线线路前进方向右侧45m处增设泄水洞,全长2390m。光面爆破技术凭借其成型规整且表面光滑度好的特点在泄水洞施工中得到普遍的应用。本文将就光面爆破技术在泄水洞施工中应用进行阐述。

2爆破设计

泄水洞Ⅲ、Ⅳ级采用全断面开挖,Ⅴ级采用两台阶开挖施工方法。洞身开挖采用光面爆破,如此可有效避免超挖、欠挖和减小爆破对周边围岩的不利影响。由于光面爆破的效果受到工程地质状况的很大影响,因此在确定爆破参数时必须结合工程地质实际情况,选择最佳的爆破设计方案。钻眼采用钻孔台车,掏槽眼采用斜眼掏槽方式。

2.1钻孔方案

采用YT-28型凿岩机钻孔,钻孔时按照炮孔布置图正确钻孔,严格控制炮孔钻进方向,把误差减到最小,以确保爆破质量。掏槽孔要保证钻孔角度,周边孔开眼要在轮廓线内5cm,外插脚1°~2°;周边孔钻孔误差环向不大于5cm,径向不大于3cm;掏槽孔不大于3cm,其它孔开眼误差不大于5cm。

2.2炮眼布置原则

掏槽眼:位于隧道掌子面的中下部,底板眼的上部,为便于打眼一般钻孔台架的第一、二层均布设,每层3~5排,间距a=6~12D(D为炮眼直径)一般为25~50cm,易爆取大值,反之取小值。掏槽眼开口宽度为隧道半幅宽减50cm,眼底间距20cm,与掌子面夹角为55~70°,垂直深度比设计进尺深20cm。周边眼:布于隧道的开挖轮廓线上,间距E=8~15D,一般为40~50cm。垂直深度比设计进尺浅20cm,最好为每循环实际进尺深度。内圈眼:布于周边眼的内侧于周边眼平行,距周边眼距离W=1.0~1.2E,间距a=20~25D,一般为80~100cm,垂直深度与设计进尺相同。辅助眼:布于掏槽眼于边墙内圈眼之间的炮眼,根据断面大小,一般布设3~5排,炮眼底部排距b=20~35D,一般为80~130cm;间距a=25~35D,一般100~140cm。垂直深度与设计进尺相同。底板眼:位于隧道低部开挖轮廓线上,间距a=15~20D,一般为70~80cm,垂直深度与设计进尺相同。

3Ⅴ级围岩两台阶开挖炮眼布置图

以Ⅴ级围岩两台阶开挖爆破设计方案为例,其炮眼设置和装药量如图1、图2和表1所示。

4施工工艺

4.1钻爆作业施工工艺

施工工艺流程图如图。

4.2施工工艺要点

4.2.1钻孔作业

钻孔作业前,根据钻孔设确定台车臂作业区域,各臂钻孔的顺序,风枪钻孔的配合时段及作业时间,使钻孔有序进行。采用多功能台架钻孔时,划定每台风枪作业区域,规定作业时间,规定周边眼、底眼、掏槽眼开孔偏角及插入角,钻孔时严格按规定作业,力求钻孔方向、位置满足设计要求,准确控制周边眼外插角。用极坐标APS断面检测及炮眼定位,先按不同的围岩断面尺寸,炮眼布置图输入仪器,爆破后输入相应的里程、断面,仪器通过光束自动检测断面超欠挖,用油漆按投影布点。钻孔标准需达到准、平、直、齐。

4.2.2装药作业

开始装药作业前应先用高压风清孔,确保孔内干净整洁无异物。核对雷管段数,确认其与设计一致时开始装药,要求严格依照相关规范标准进行装药操作,合理控制药量。装药时,为了防止拉雷管或破损导爆管,药装到孔底,起爆药包用炮棍缓慢送入。装药过程中在孔外导爆管上标注雷管段数,复核雷管段是否存在异常,并核对装药长度及药卷规格,确保各项参数都符合相关规范标准,核对完毕后应认真做好记录。当炮眼全部装药后,用炮泥将其堵塞,其长度为30cm。机械加工炮泥,用炮棍顶进,确保封孔严密。

4.3爆破作业

开始爆破作业前,应先将无关的设备和人员撤离,然后连结网路开始进行爆破作业。要求为了直观的判断网路是否存在异常,应尽量保证网路连结整齐,且最好在靠近眼孔的位置连结,尽量缩短孔外网络。待网路连结检查符合要求后,设好防护哨,撤离所有在爆破范围内的人员和设备,只留爆破人员等起爆信号发出后进行爆破作业,并快速撤离爆破。

4.4钻爆效果检验

为了不断优化钻爆设计,每次掘进爆破通风排烟后,应仔细检查记录好钻爆效果。检查记录内容主要包括围岩的损坏程度、抛掷距离、碴体的破碎程度、平均掘进长度、炮孔利用率、光爆效果等。

4.5控制超欠挖措施

不同的钻爆参数适用于不同的地段,因此应结合地段实际情况,选择科学的钻爆参数:采用一炮一分析制度,每次钻爆循环后,对比分析多方面的测量和数据,包括岩碴块度、堆碴高度、抛碴距离、残眼深度及数量、装药量、炮痕保存率、爆破震动速度等,从而确定最佳的钻爆参数,使钻爆设计更加完善。

4.5.1控制打眼精度、爆破影响和装药封堵质量

首先利用全站仪在隧道底测出与隧道中线平行的台车轴线位置,然后安排台车在测设位置准确定位,开孔位置禁止>±2cm,炮眼轴线以激光指向导向,钻周边眼时插上炮杆,使侧墙孔在一条垂线上。全断面一次爆破中掏槽眼与扩槽眼的起爆雷管选用的是1~15段毫秒雷管,其它炮眼配装秒差为50ms的3~11段等差雷管,取得了良好的效果,因为毫秒雷管1段、2段、3段、5段…间,延期秒差小于50ms,因此除掏槽眼外跳段使用。严格按照设计装药量和间隔距离,将雷管、导爆管、竹片按绑扎成药串,然后开始装药,要求药量适当,且禁止混装和错装雷管。炮眼装药后,用炮泥严密堵实。

4.5.2加强地质预报工作

为提高爆破效果,更好地控制超欠挖,应采取有效措施加强地质预报工作,具体比如配备专业工程师做好掌子面地质描述,配合有关设备或仪器作出开挖前方的地质预报等。

4.5.3坚持断面检测及信息反馈

为不断完善钻爆设计,当开挖放炮后,应及时将爆破效果、断面超欠挖情况等记录在案,并进行必要的对比分析,由此我们能够得到一些数据。比如平均线性超挖、最大欠挖、最大超挖等,从而分析出超欠挖部位的位置,有的放矢地采取修正措施,因此通过坚持断面检测及信息反馈,能够不断优化钻爆设计。

5结论

茅坪山隧道泄水洞采用上述爆破方案,有效保障了工程进度、质量和安全。在施工过程中总结的经验和建议如下:①采用光面爆破技术,严格控制实施爆破的方案,Ⅴ级围岩采用二台阶开挖法施工,单循环进尺2.3m,最大一段药量9.6kg。②爆破后岩面保留有半眼孔痕,中等强度岩石的半眼率>60%,高等强度岩石的半眼率>80%。③在正式开始施工前,结合围岩地段的实际情况和初拟的钻爆设计,应先进行钻爆试验,如此既有利于优化爆破参数,因为一旦在爆破试验中发现效果不理想,就可及时地采取修正措施,也有利于判断爆破振动对已支护段是否危害,帮助分析爆破设计是否科学完善。④通过控制打眼精度、爆破影响和装药封堵质量、加强超前地质预报和爆破断面持续检查工作,有效控制了隧道超欠挖现象。

参考文献:

[1]张超,王海亮,刘玲玲.浅埋隧道光面爆破减振施工技术[J].国防交通工程与技术,2015(06):71-73.

[2]王小波.张家沟隧道光面爆破设计及应用[J].山西建筑,2015(10):165-166.

[3]刘萍.小断面隧道光面爆破技术探索[J].价值工程,2015(09):198-201.

[4]徐林生,王知远.隧道光面爆破超欠挖现象分析与控制技术措施[J].公路隧道,2015(01):54-56.

[5]罗毅,任华林.岑溪大隧道光面爆破设计及其应用[J].公路交通技术,2015(01):98-101.

作者:续志勇 单位:中铁十七局集团第三工程有限公司

第三篇:浅埋软土隧道施工技术探讨

摘要:在浅埋软土隧道施工中,采用长、大锁脚钢管技术加强初期支护,改变以往的施工思路,在“CD”法或“CRD”法外采用较常规的三台阶预留核心土法辅以大幅度加强初支锁脚和初支整体连接的方式来控制浅埋软弱围岩中隧道的初支下沉变形。文章对浅埋软土隧道施工技术的应用进行了探讨。

关键词:浅埋软土隧道;初期支护;长、大锁脚钢管;纵向工字钢托梁;施工技术

目前我国基础设施建设仍处于高速发展阶段,公路、铁路建设是其中重要组成,大多铁路、公路线均有隧道工程,其中浅埋软土围岩隧道施工也比较常见。本文根据某隧道水文及地质特点,对浅埋软土隧道初期支护施工进行创新及推广,通过采用较易行的施工工法辅以特殊的初支加强措施,以提高项目的经济性和安全性,实现隧道施工的稳步快速推进。

1某浅埋软土隧道工程概况

1.1设计情况

该隧道为双向四车道隧道、隧道围岩由石炭系石英砂岩、砂岩、砾岩、粉砂岩、泥岩夹煤层及侵入岩—中粗粒斑状黑云二长花岗岩组成,其中进口段为全风化~强风化,表部分布薄层残坡积松散碎石土,岩石风化强烈,结构较破碎,围岩稳定性差。暗洞浅埋软土(洞顶埋深为3~25m)桩号范围:进口左线ZK156+150~ZK156+260、进口右线K156+145~K156+240,左、右线浅埋软土段落共计205m。隧道洞口段各设有30m长Φ108*6mm大管棚进行超前支护。

1.2施工情况

根据施工计划和工期进度安排,该隧道左、右洞掌子面分别正常掘进21m、28m后,进入春雨季节施工。地表、地下水发育,洞内围岩呈饱和液性土状,洞顶及洞内初支监控量测数据持续超过预警值,初支出现开裂现象。施工单位随即停止开挖掘进并将现场情况上报,对已施工的初支段采取注浆、增设纵横向工字钢支架的方式进行加固,阻缓初支变形的进一步发展。而后业主单位组织召开了专家论证会,分析因持续降雨,渗水量大,从而导致覆盖层土体含水饱和,土体重量增加,土体丧失黏聚力及自稳能力,从而导致初支荷载急增,初支开裂。会上专家提出,浅埋软土围岩隧道遇水后完全丧失自稳能力,并不适用新奥法施工。对后续浅埋软土围岩段初支施工,建议采取以钢架拱脚设长、大锁脚钢管的初支加强技术来抵抗围岩的荷载。经验证,施工单位在剩余的浅埋软土围岩段施工中,灵活运用了该技术,初支变形始终处于可控的状态,施工组织得以正常有序推进。

2长、大锁脚钢管技术施工原则

由于该工程质量要求高、工期紧,浅埋软土围岩段落长,在三台阶预留核心土法的基础上进行工法改进,涉及到相关工序优化安排及机械设备选择,对长、大锁脚钢管施工提出了更高的技术要求。在施工过程中,要尤其重视观察初支外观的变化及监测数据的整理分析。遵循的最基本原则确保初期支护变形处于安全、可控状态前提下,总结各项技术参数,把握长、大锁脚钢管最佳施作时机,灵活组织施工。在征求相关专家同意的前提下,对钢管直径、长度、数量、施打时间等技术参数及时调整,严禁冒进作业。

3长、大锁脚钢管施工规程

3.1施工工艺

该隧道进洞施工采用三台阶预留核心土工法开挖,由于需预留核心土,存在施工作业空间限制,潜孔钻机无法摆放。故上台阶施工时,长、大锁脚锚管的施工会滞后掌子面4~5m;中、下台施工则不受影响,可随每循环初支同步进行。进行上台初支立架时应充分考虑初支变形下沉量,尤其是锁脚钢管施作前的变化,充分理解锁脚钢管技术应用目的在于锁脚钢管施作后至衬砌施工封闭期间,有效抑制浅埋软弱隧道初支的持续变形,为下一步开挖初支提供安全、质量保障。在软弱浅埋围岩中,长、大锁脚钢管虽对抑制初支下沉和变形有不错的效果,但初支变形仍会缓慢持续发展,所以尤其要重视初衬的及时成环和二衬施工及时施作,严格把安全步距控制在规范允许范围内。

3.2工艺流程

3.2.1钢管制作。锁脚钢管管全部在钢构厂统一加工,采用L=6m,Φ89*6mm热轧无缝热轧钢管制成,在前部钻注浆孔,孔径10mm,孔间距20cm,呈梅花形布置,前端加工成锥形,尾部不钻孔长度0.6m,作为止浆段。

3.2.2设置纵向工字钢托梁。纵向工字钢托梁采用I16型钢切割制作而成,长50cm(根据钢架间距调整)。焊接于前后2榀工字钢拱脚上方40cm处的腹板之间。初支立架时注意纵向工字钢与钢架腹板间的缝隙应尽量小,缝隙采用钢板或钢筋进行塞焊,焊缝需饱满紧密中、下台焊缝质量关系着初支与长、大锁脚钢管的能否形成一个有效的整体进行受力,是该技术的关键要点之一,严禁漏焊、虚焊。因上台长、大锁脚钢管施工会略滞后于上台初支施工,焊接于2榀钢架间的纵向工字钢中部正下方位置需点焊预留Φ8mm钢筋作为标识,钢筋头长度满足初支喷砼厚外露砼面2~3cm,以便后续长、大锁脚钢管安装时准确定位。为提高工效,中、下台长、大锁脚钢管施工时机可根据监测数据分析及现场施工组织情况把握。可随中、下台初支立架即时施作,也可待初支完成后几个循环段集中一次施作(应注意参照上台长、大锁脚钢管施工预留Φ8mm钢筋作为打设孔位的标识),但推后作业的施工段落不宜过长。

3.2.3钻孔、安装。锁脚钢管钻孔采用潜孔钻机成孔,孔位紧贴于纵向工字钢托梁中部的正下方位置,孔深不小于6.1m,外插角15°~20°。钢管顶入长度应保证尾部刚好露出初支砼表面为准,避免影响后续防水层施工,钢管顶入后尾部焊接注浆管头,用锚固剂或塑料胶泥封堵孔口及周围缝隙。

3.2.4注浆。注浆作业应提前做好准备,在锁脚钢管安装完成后立即进行。注浆作业能提高钢管管身刚度且能固结初支背后围岩,极大地提升初支、锁脚钢管、围岩间的整体性,是长、大锁脚钢管技术施工过程中不可或缺的一环。注浆材料及参数:注浆材料:水泥浆。注浆参数:(1)水泥浆液水灰比1∶1(重量比);(2)注浆压力:0.5~1.0MPa。注浆前进行压水试验,检查机械设备是否正常,管路连接是否正确。注浆量先大后小,注浆压力由小到大。单孔注浆压力达到设计要求值,持续注浆10min且进浆速度为开始进浆速度的1/4或进浆量达到设计进浆量的80%及以上时注浆方可结束。出浆口与小导管间需连接牢固,采用契形钢管包布打入或丝扣连接,保证高压状态下不崩管。浆液在搅拌桶中按配合比配置搅拌,放入储浆桶中并应过滤,一次放浆不宜过多,搅拌桶中浆液不得停止搅拌。注浆过程中要随时观察注浆压力及注浆泵排浆量的变化,分析注浆情况,防止堵管、跑浆、漏浆,做好注浆记录,以便分析注浆效果。值得注意的是,为加快浆体凝结时间,尽早形成强度,在其他类似工况中,运用该技术时,也可考虑使用水泥-水玻璃双液浆。

4浅埋软土隧道初期支护施工中长、大锁脚钢管技术

浅埋软土隧道初期支护施工中长、大锁脚钢管技术是一种抑制初支下沉变形的加强技术,应根据现场围岩情况、初支变形情况对钢管直径、长度、数量、施作时机等技术参数及时调整。实践过程中要用到潜孔钻机进行成孔、安装作业,考虑到潜孔钻机使用成本,当浅埋软弱围岩需加强段落长度越长时经济效益越可观。当然,该项技术在其他类似的不良地质条件下,也可考虑作为一项常规的洞身初支加强技术。软弱围岩施工需高度重视初支各项工序施工质量,切实做好监控量测工作,按方案进行数据的整理、分析,为长锁脚锚管的施作时间及实际效果提供依据,确保施工进度达到预期、提升安全效益。为提高施工效率,中、下台初支施工时可根据监控量测数据情况合理调整锁脚钢管的施作时间,当监测数据显示变形可控且初支变形量富余较大时,锁脚钢管施工可略滞后初支施工,划分段落集中进行施作。通过设置纵向工字钢托梁加强初支的整体连接并对下设的钢管锁脚起到锁定作用,长、大锁脚钢管与常规的Φ42*3.5mm钢管锁脚相比,极大地增加了锁脚对初支下沉变形的抵抗力。在浅埋软弱围岩进洞施工中,采用较常规的三台阶预留核心土法,辅以打设较大钢管锁脚和设置工字钢托梁控制初支变形,与传统的“CD”法或“CRD”法相比,其工艺简单、质量可控、成本低廉、进度快速。

5结语

该隧道前期施工中,监控量测数据长期处于预警状态,初支变形大,出现不同程度的侵限情况。后经专家研究决定采用较常规的三台阶预留核心土法施工辅以长、大锁脚钢管加强措施后,有效地抑制住浅埋软弱围岩中初支变形的持续发展,现场施工恢复正常,施工进度稳步安全推进。这说明该项设计具有重大的应用价值,可以被应用于相似的隧道建设中。施工人员也可以在实际施工过程中,对相关内容进行创新与改进,对各项技术参数和施工步序进行动态调整,不断积累总结经验,以便更好地促进该技术的发展。

参考文献

[1]童磊.软土浅埋隧道变形、渗流及固结性状研究[D].浙江大学,2010.

[2]黄兴华.软弱围岩条件下的浅埋隧道施工研究[D].湖南大学,2009.

作者:李文刚 单位:中铁四局集团第五工程有限公司

第四篇:铁路黄土隧道微台阶法快速施工技术探讨

摘要:通过对微台阶工法在铁路黄土隧道施工中的应用,总结微台阶工法的特点及优缺点,研究微台阶工法在第四系全新统冲洪积粉质黏土、上更新统风积新黄土、中更新统风积老黄土地质铁路隧道施工中的适用性,充分发挥隧道内作业空间,合理配置资源,优化各工序作业顺序,快速进行初支封闭,保证了黄土隧道施工安全和质量,加快了黄土隧道施工进度。

关键词:黄土隧道;微台阶;快速封闭;软弱围岩;监控量测

0引言

随着国家铁路“十三”规划的逐步实施,中西部铁路建设项目猛增,相应黄土隧道逐惭增多,在部分铁路建设项目中黄土隧道甚至占了主导地位,决定着一个铁路项目的成败。如何快速施工黄土隧道保证施工安全、质量,避免出现沉降变形、塌方、突泥突水、冒顶等灾害对中西部铁路建设项目有着深远的意义。本文通过杨坪黄土隧道采用微台阶工法施工,大大缩短初支封闭距离,约束围岩变形和沉降,降低安全风险,保证施工安全。各台阶同步作业,充分发挥作业空间,提高作业效率,加快了施工进度。

1工程概述

杨坪隧道为新建铁路麟游矿区至宝鸡二电厂专用线的重点工程之一,其隧道进口位于凤翔县姚家沟境内,出口位于麟游县招贤镇境内。隧道里程范围DK56+239~DK61+284,全长5045m。隧道穿越低中山区,黄土冲沟发育,地形起伏大,高程1170m~1440m,洞身最大埋深212m。其中进口端位于涧渠河东岸山梁坡脚处,开辟有阶梯状耕地,沿线路方向斜坡坡度约30°;隧道洞身冲沟发育,覆盖层较厚,沟谷地带多有基岩裸露;出口端位于杜水河西岸一小冲沟坎壁处,沟心基岩裸露,两侧植被发育,沿线路方向斜坡坡度约35°。隧道设计为单洞单线曲墙式复合式衬砌。全隧道除进口段769.16m和出口段668.34m位于半径为R-800m的曲线上外,其余均位于直线上,洞内纵坡设为11‰、14.3‰、15‰和14.2‰的单面上坡。岩性主要为Ⅳ级1770m、Ⅳ土级780m、Ⅴ级1145m、Ⅴ土级1350m。黄土段占隧道全长42.2%。进口段DK56+245~DK56+880属于黄土段浅埋偏压,平均埋深约35m~45m,出口段DK59+520~DK59+980穿越冲沟富含水易突石头突泥坍塌,标段总工期30个月,隧道工程完工工期26个月,工期紧、任务重。

1.1技术标准

铁路等级:地铁Ⅰ级,线下国铁Ⅱ级;正线数目:单线;最大纵坡:15‰;最小曲线半径:800m;牵引种类:内燃,预留电化条件;机车类型:DF8B;到发线有效长度:850m,双机880m;牵引质量:4000t;闭塞方式:自动站间闭塞。

1.2工程地质

正线隧址区地层主要为第四系全新统冲洪积粉质黏土、上更新风积新黄土、中更新统风积老黄土、白垩系下统砾岩、泥岩夹砂岩。隧道范围内的底层主要由新黄土(洞口端)、老黄土、泥岩夹砂岩及砾岩组成。

1.3水文地质特征

隧道区属鄂尔多斯地台西南缘于关中凹陷的结合部位,断裂、褶皱不发育,岩层近水平产出,相对比较稳定,地质构造简单,地下水主要为第四系孔隙潜水和基岩裂隙水。第四系孔隙潜水主要赋存于黄土层、黄土层与泥岩夹砂岩接触面及黄土层与砾岩接触面;基岩裂隙水主要赋存于岩体节理、裂隙带中,富水性差异较大,在岩体较完整地段富水性较小,在岩石破碎地段富水性较大。

1.4气象特征

隧址区属于温带半湿润~湿润季风气候区。年平均气温9.1℃,极端最高气温37.8℃,极端最低气温-25.2℃。年平均降水量620.4mm,年最大降水量986.1mm。年平均蒸发量1401.6mm。最大积雪厚度26cm,最大冻土深度53cm。

2施工方案

2.1施工风险分析

杨坪隧道进口段穿越低中山区,洞身黄土冲沟发育,地形起伏大,浅埋偏压。存在以下风险:①第四系全新统冲洪积粉质黏土、上更新风积新黄土弱富水开挖易掉块坍塌;②初期支护拱顶易沉降,拱腰易收敛变形。喷射混凝土易开裂剥落。2.2开挖工法的确定杨坪隧道断面设计为7m×9m(宽×高),目前软弱围岩隧道常规开挖工法为三台阶七步法、CD法、双侧壁导坑法等,而此三种工法具有表1中所述特点,均存在工序多,施工干扰大,达不到初支快速封闭成环施工要求,因此根据围岩特性,需要选择或改进开挖工法。

2.3微台阶法

2.3.1台阶划分

杨坪隧道进口、出口黄土段采用上、中、下三个台阶同步作业,上台阶长度3~5m,高度2.8m;中台阶长度4~6m左右,高度3.2m;下台阶长度5~7m,高度3m,仰拱高度0.8m(下台阶与仰拱初支同步施工);三个台阶同步作业,中下台阶左右侧对称开挖,缩短了掌子面至仰拱初支封闭的距离,可保证三台阶法施工掌子面至仰拱封闭距离2倍洞径,两台阶法施工掌子面至仰拱封闭距离1倍洞径。保证施工安全,提高工作效率,加快施工进度。

2.3.2微台阶开挖

①施工中应遵循“短开挖、少扰动、强支护、紧封闭、实回填、严治水、勤量测”的施工原则,紧凑施工工序,精心组织施工。

②加强隧道超前地质预报,做好掌子面地质素描及地质调查。

③上台阶采用人工开挖,中、下台阶及仰拱采用人工配合机械进行开挖,严格控制超欠挖。

2.3.3增强支护措施

①上台阶拱部采用超前小导管、超前密排小导管等辅助措施施工,确保掌子面前方稳定。

②上台阶支护钢架紧贴掌子面安装。各台阶钢架拱脚打设2~4根准42mm(或准76mm)锁脚锚管,并灌注水泥砂浆。拱脚采用轻型垫块支垫牢固。钢架连接处采用厚度为10mm,宽度为10cm钢板作为纵向连接筋。上台阶及中台阶根据现场情况设置临时仰拱。仰拱初支钢架与下台阶同步施工。

③初支喷射混凝土采用湿喷机械,保障喷射混凝土的平整度、密实度、强度。

2.3.4微台阶工法操作要点

①合理确定各台阶高度、宽度,既要保证各台阶在开挖过程中的稳定,也要有一定的作业空间,还得考虑方便机械作业。这是微台阶工法的核心和基础。

②遵循软弱围岩施工的“三超前、四到位、一强化”原则。即超前预报、超前加固、超前支护,工法选择到位、支护措施到位、快速封闭到位、衬砌跟进到位,强化量测。

③高度重视上台阶施工,保证上台阶开挖、支护过程中掌子面稳定。根据围岩情况确定核心土是否预留和预留范围。

④突出强调一个“快”字,各台阶施工做到“快挖、快支、快封闭”,同时喷射混凝土保证早期强度达到要求,以形成受力体系。

⑤始终保持安全步距,掌子面至初支封闭距离不大于2倍洞径。

⑥根据实际揭示围岩情况、监控量测变形情况、超前地质预报情况,合理确定开挖进尺,树立以加快循环时间保证进度的理念,改变以加大进尺保证进度的错误观念。

⑦严格执行“上下紧跟、左右紧垫”的安全措施,即上台阶拱架顶紧掌子面不留空隙,仰拱初支紧跟下台阶封闭成环,各台阶拱架左右拱脚垫实不能落在虚土上。⑧加强锁脚施工质量的控制,严格控制锁脚打设的角度、长度、注浆及与拱架的连接。⑨快速处理施工过程出现的意外情况,如塌方、变形等。

3实例分析

杨坪隧道黄土段通过微台阶施工工法,目前各作业面均施工正常。该工法达到如下效果:

①通过监控量测,隧道拱顶沉降及周边收敛在可控范围,保证了黄土段安全施工,避免了新黄土的安全风险。

②加快了施工进度,目前Ⅴ黄土级围岩月进度可达到60m。

③由于各台阶、各工序平行作业,减少了人员、设备的窝工,提高了人员、设备的利用率。

4微台阶工法优、缺点分析

4.1微台阶工法优点

①各台阶同步作业,充分利用作业空间,提高工作效率,加快了施工进度。

②各台阶左右同步进行,不再错开2~3榀拱架距离,缩短了台阶长度,能保证安全步距。

③采用短台阶,快支护,快封闭,提高了软弱围岩的安全性。

④各工序同步平行作业,充分发挥了人员、设备的利用率。

⑤采用分部开挖方法,超挖得到了控制,缩短了初支整环闭合的时间,减少了围岩的变形,保证了工程质量安全,降低了施工成本。

4.2微台阶工法的缺点

①上台阶不能使用大型机械,需要人工完成工作较多。

②在有限空间内,人员、机械同步作业,安全管理难度加大。

③要发挥微台阶优势,必须保证各台阶均能正常推进,只要有一处出现问题,就会影响整体施工进展。

5结束语

杨坪隧道粉质黏土、新黄土围岩段通过微台阶施工,提高工作效率,控制了围岩的变形,增强了软弱围岩施工的安全保障,进而可以推广至公路、市政隧道,也可以在软弱围岩的隧道施工中使用。但也存在一定的缺点,还需在以后的应用中进一步加以研究、解决、完善。

参考文献:

[1]赵勇,李国良,喻渝.黄土隧道工程[M].北京:中国铁道出版社,2011,12:212-214.[2]王晓州.大断面黄土隧道建筑技术[M].北京:中国铁道出版社,2009,4:138-141.

[2]邓国华,邵生俊.黄土隧道围岩的结构性变化特征分析[J].岩土工程学报,2008.

[3]李海涛.浅析隧道微台阶开挖施工工法[J],建筑工程技术与设计,2014(6).

[4]王梦恕.中国隧道及地下工程修建技术[M].人民交通出版社,2010,5:45-50.

作者:范森 单位:中铁十七局集团第二工程有限公司

隧道施工技术思考(4篇)责任编辑:冯紫嫣    阅读:人次