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隧道建设支架施工浅谈

2011/12/15 阅读:

近年来高速公路特别是山区高速公路的修建,形式多种多样,双连拱隧道是其中的一种特殊形式。某高速公路隧道为双跨连拱式双向4车道高速公路隧道,起讫桩号K10+942~K11+145,全长203m,其中明洞22m,暗洞181m。隧道Ⅱ类围岩段长45m,Ⅲ类围岩段长68m,1V类围岩段长90m,该隧道采用新奥法施工。施工过程中由单侧施工过渡到双侧施工,由于围岩应力释放不平衡,使中墙承受较大偏心荷载,可能导致中墙失稳,所以,合理选择开挖施工工艺及先行洞和后行洞开挖工作面的间距等,是直接关系到隧道整体结构稳定性的关键。

关键词:公路隧道,双连拱隧道,新奥法,施工

近年来高速公路特别是山区高速公路的修建,形式多种多样,双连拱隧道是其中的一种特殊形式。

1.工程概况

某高速公路隧道为双跨连拱式双向4车道高速公路隧道,起讫桩号K10+942~K11+145,全长203m,其中明洞22m,暗洞181m。隧道最大埋深56.5m,净宽10.25m+2.91m+10.25m=23.41m。净高7.10m,建筑限界高5.0m,其断面设计见图1。隧道Ⅱ类围岩段长45m,Ⅲ类围岩段长68m,1V类围岩段长90m,该隧道采用新奥法施工。

2.施工方案

2.1技术难点

施工过程中由单侧施工过渡到双侧施工,由于围岩应力释放不平衡,使中墙承受较大偏心荷载,可能导致中墙失稳,所以,合理选择开挖施工工艺及先行洞和后行洞开挖工作面的间距等,是直接关系到隧道整体结构稳定性的关键。

2.2Ⅱ类围岩开挖

Ⅱ类围岩节理、裂隙发育,岩体较破碎,围岩稳定性差,安全要求高,故采用三导洞法,中导洞先行,左导洞滞后中导洞,右导洞滞后左导洞,主洞开挖左洞先行,右洞滞后左洞,正台阶、预留核心土法施工,以稳定开挖面,开挖进尺按两榀拱架距离控制,中导洞工作面超前主洞不小于30m,侧导洞工作面超前主洞不小于15m,两主洞工作面间距不小于35m,上下台阶工作面间距不小于10m。

2.3Ⅲ类、Ⅳ类围岩开挖

(1)开挖方案比选

方案一:中导洞、正台阶环导分部法。其特点是,可使用中、小型机械施工,施工工序多,要求工作面稳定性好、地面沉陷小,周边松弛控制较好、安全;适用范围为地质条件差、安全要求高。

方案二:中导洞、正台阶分部法。其特点是,可使用大中型机械施工,施工工序较多,要求工作面稳定性较好、地面沉陷较小,周边松弛控制较好、较安全;适用范围为工程跨度大、工期要求紧。

方案三:三导洞法。其特点是,可使用中小型机械施工,施工工序较多,要求工作面稳定性好、地面沉陷较小,周边松弛控制较好、安全;适用范围为工程跨度大、安全要求高。

由于Ⅲ类、Ⅳ类围岩中厚层状构造,节理、裂隙较发育,呈碎石状压碎、大块状砌体结构,围岩稳定性较好,经比选采用方案二,台阶长度选择短台阶法。主洞开挖时上台阶长度20m,二次衬砌紧跟,距离开挖面不大于30m,仰拱超前二次衬砌15m。

(2)施工流程

主洞洞口Ⅱ类围岩段上台阶施工时,预留核心土,以稳定开挖面,并作为预支护和初期支护的工作平台,核心土在施做拱部预支护及初期支护后挖除。Ⅲ类、Ⅳ类围岩段不留核心土,开挖后即进行初期支护施工。主洞施工按中导洞、左主洞、右主洞,下台阶开挖分两步交替顺序施工,以便于上台阶出渣;同时,为尽快施做仰拱及二次衬砌创造条件,①、②两步均完成后,仰拱和仰拱回填部分虚碴暂不清除,以方便出渣,施做仰拱和仰拱回填前清除。

(3)两主洞开挖间距

双连拱隧道两主洞开挖面的最小距离为先行洞施工对中墙内力影响的后期与后行洞施工对中墙内力影响的前期的范围之和,即两主洞开挖面间距不小于18m;并考虑主洞开挖时爆破的影响,两主洞开挖工作面的间距不小于30m。

3.施工方法

3.1施工控制测量

(1)洞外方向控制测量:采用精密导线法,用全站仪在出口洞口附近测设3个平面控制点,作为洞内方向控制测量的起点和依据。

(2)洞外高程控制测量:采用三等水准测量标准,在出口洞口附近设置2个以上临时水准点,作为洞内高程控制的依据。

(3)洞内施工测量:中线点采用全站仪从洞外平面控制点引入,每20m设1个中心控制桩,方向用两次正倒镜拨角分中定点,距离用全站仪测量。开挖断面的炮眼放线定位和衬砌模板就位调整,全部用全站仪和水准仪进行平面和高程控制。

3.2中导洞施工

中导洞采用全断面开挖,Ⅱ、Ⅲ类围岩采用弱爆破开挖,微振光面爆破,炮眼布置、爆破参数严格按照爆破设计施工,经多次优化,确定拱部周边眼间距40cm,侧墙周边眼间距50cm。每循环进尺:Ⅱ类围岩0.5~1.0m,Ⅲ类围岩1.0~2.0m,Ⅳ类围岩3.0~3.5m。中导洞开挖后,按设计及时进行临时支护,不同围岩采用不同的支护方法。

中导洞开挖贯通后,进行中隔墙衬砌,衬砌自出口向进口推进,衬砌采用自制的大块组合钢模板,分段浇筑混凝土,每段长12m,混凝土采用混凝土输送泵泵送浇筑;中隔墙与拱顶间空隙采用KBY一50/7型注浆泵、分次压注水泥浆回填密实;主洞开挖时,在中隔墙顶部两侧与水平排水管对应设排水立管,排入中心排水沟。

3.3主洞开挖施工

(1)Ⅱ类围岩浅埋段采用三导洞法开挖开挖进尺按两榀拱架距离控制,每循环进尺1.0~1.4m,中导洞工作面超前主洞30m,侧导洞工作面超前主洞15m,两主洞开挖工作面间距40m,上下台阶工作面间距20m。

采用微振光面爆破,人工利用简易台架装药联线;上台阶循环作业2次,下台阶循环作业1次。上台阶出碴采用侧卸式轮式装载机配合8t自卸汽车装运出碴,清除顶部危石采用人工和长臂反铲相结合。Ⅱ类围岩段开挖前采用超前管棚或进行预加固,开挖后立即喷混凝土,及时按设计要求打设、架立型钢拱架随后,分层喷射C25混凝土至设计厚度进行初期支护,并及时提前按设计要求打设φ25中空锚杆和砂浆锚杆。

施工按“先深探,管超前、严注浆、短进尺、弱爆破、强支护、紧封闭、早成环、勤测量”的原则进行,按设计要求及时进行监控量测。

(2)Ⅲ类围岩段中导洞、正短台阶分部法开挖

上、下台阶均采用全断面一次开挖成型,上台阶开挖高度为4.5m。上台阶搭设简易开挖台车,采用人工手持风钻打眼。上台阶钻眼深度为3~3.5m,循环进尺2.8m;下台阶钻眼深度3.5m,循环进尺3m。施工中严格控制各洞工作面的间距,并根据监控量测结果及围岩稳定情况及时调整开挖、支护措施。

(3)Ⅳ类围岩段中导洞、正短台阶分部法开挖

上、下台阶均采用全断面一次开挖成型,上台阶开挖高度为4.5m。上台阶搭设简易开挖台车,采用人工手持风钻打眼。上台阶钻眼深度为3.5m,循环进尺3.0m;下台阶钻眼深度3.5m,循环进尺3.0m。施工中严格控制各洞工作面的间距,并根据监控量测结果及围岩稳定情况及时调整开挖、支护措施。

3.4正洞钻爆法施工爆破设计

正洞开挖采用微振光面爆破。上台阶采用斜眼掏槽,并严格控制掏槽眼单段总装药量,掏槽形式采用四方形中孔眼直眼掏槽。

3.5初期支护

初期支护作为稳定岩层,确保施工安全的重要措施,在开挖后立即进行,支护作业视围岩稳定程度及量测结果,按设计方案支护的同时调整支护参数,确保安全。

开挖采用超前砂浆锚杆进行预加固,开挖后及时按设计喷射混凝土、打设锚杆、架立钢支撑,随后分层喷混凝土至设计厚度进行初期支护。

4隧道监控量测

通过现场量测掌握拱顶下沉、周边位移和支护的应力应变动态,为喷锚支护和二次混凝土衬砌的参数调整提供依据,量测的数据经整理和分析得到的信息及时反馈到设计和施工中,以达到安全、经济、快速施工的目的。

4.体会

该隧道现场实际施工表明,Ⅱ类围岩采用三导洞法、Ⅲ类、Ⅳ类围岩采用中导洞、正短台阶分部法开挖,既确保了工程的质量和安全,又加快了施工进度、降低了工程成本,是双连拱隧道开挖施工中一种安全有效的方法。

隧道建设支架施工浅谈

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