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复杂软弱围岩隧道进洞施工技术探索

2021/02/19 阅读:

摘要:以具体的隧道工程为例,重点从进洞方案设计、管棚施工方案设计、进洞施工工艺三方面对复杂软弱围岩隧道进洞施工技术作系统的分析论述。

关键词:软弱围岩;隧道;管棚;隧道开挖

隧道施工具有复杂性和高风险性,尤其是在遇到复杂软弱围岩时,如何确定进洞方案尤为关键。另外,隧道洞口的山体岩层通常较为软弱,因而在洞口段施工时务必做好相应的加固措施,并科学确定进洞的开挖方式。但往往复杂软弱围岩隧道的进洞施工和管棚施工均有较大的难度,比如,管棚的支护能力是必须重点考量的问题,务必确保管棚可以承受来自隧道顶部的垂直土压力。鉴于复杂软弱围岩隧道进洞施工较为复杂,因而对复杂软弱围岩隧道进洞施工技术做全面深入的分析探讨十分必要。

1项目概况

某隧道工程项目左线长度为5433m,右线长度为5378m,隧道设计行车速度为85km/h,最大埋深达到450m。隧道施工现场的岩体较为破碎,稳定性较差,且地表水发育不完全,土体较为松软,有坍塌的危险性。经过实地勘测后决定,隧道的左线采用三区段斜竖井送排式分段纵向通风,左线的斜井水平距达到789m,纵坡达到13.77%;右线采取二区段斜竖井送排式分段纵向通风,左线的斜井水平距达到749m,纵坡达到14.27%。为有效确保隧道施工的高效进行,决定运用超前大管棚技术实现进洞施工。

2进洞方案设计要点

在进洞方案设计中,严格遵循“零开挖”和“早进洞、晚出洞”的原则,避免对隧道周围山体现有的地质地形特点产生破坏,洞口边仰坡采用明挖法进行施工,分层进行开挖,并在开挖过程中及时支护,以此充分确保边坡的稳定性。另外,在管棚支护方案的基础上还采用了大管棚(钢管帷幕)强支护施工防护方案,进洞大管棚套拱设置到稳定的基础上,采用仪器对套拱间距和角度进行测定。钻机采用地质钻机,待钻孔施工完成后,立即安装管棚,在管棚注浆过程中,严格控制注浆压力。为了确保管棚钻机钻孔位置的准确性,提升洞口支撑能力,经过试验论证决定加大型钢混凝土导向墙的截面积和长度,管棚导向墙的长度设定为3m,拱角增加直径为1.8m的型钢混凝土桩,以此作为施工基础。初步论证发现,借助钢筋混凝土的支撑作用,导向墙的稳固性得到了增强,且洞口端部的围岩抗压能力也得到了增强,进洞安全性更高。

3管棚施工要点

管棚施工是隧道进洞施工的重要内容,其施工会直接影响或决定隧道整体施工质量,尤其是钻孔和注浆两方面的施工更加重要。总的来说,管棚的施工要点包括以下:(1)钻孔施工:钻孔是管棚施工的关键工序之一,本项目在施工过程中给予了充分的重视。实地勘测发现,隧道左线进口的管棚施工现场有较多的堆积物,而且进口处还存在较为严重的浅埋,试验钻孔过程中发现有坍孔的现象,这对此次施工极为不利。更重要的是,施工过程中套管跟进势必会增大碎石与套管之间的摩擦力,钻进的负荷扭矩自然会加大,极易导致断管现象,且施工难度较大。经过技术团队和施工团队分析论述后,决定采用二次钻孔和二次打孔。当钻机钻进强风化岩体1m部位时,立即抽出钻机,由施工人员立即进行二次钻孔,发现水泥浆的固结作用帮助孔壁形成了一层牢固的保护层,钻孔施工更易于开展。除此之外,还对所使用的钻机性能做了改造,将矿用电钻的麻花钻杆和潜孔钻的冲击凿岩钻头有效的连接起来,实际钻孔时确保石屑和孔内土均可以存在于孔外,同时,开展钻孔和清孔工作,不仅钻孔速度得到了提升,而且有效预防了孔塌陷情况的发生,成孔率提升。(2)顶管施工:待成孔后立即进行顶管,本次施工选用钻机顶管,钢丝用丝扣牢固连接。钢管安装完毕后,采用棉纱有效填充钻孔与钢管之间的空隙,待封堵完成后,确保留有进料孔和出气孔。(3)注浆施工:注浆施工是管棚施工过程中需要重点关注的施工环节,在管棚安装就位后,立即进行质量检查,确保安装牢固后即开始灌浆施工。本项目灌浆压力控制为1MPa,确保气孔流浆后停止压浆。而后由施工人员用硬铁锤敲击钢管,发现响声低哑,表明浆液已经充分填满钢管。施工过程中发现隧道右线出口存在堆积土石层,实际灌浆施工的注浆固结效果受到一定的约束,经过研究决定在大管棚施工前,由施工人员先对其地表范围进行灌浆,选用PVC管实现注浆目的,实践应用后发现,管棚的支护效果得到了一定程度的提升,表明大管棚在复杂软弱围岩隧道进洞施工中效果显著,可以实现超前支护目的。

4进洞施工工艺要点

4.1洞身开挖技术

本次洞身开挖所选用的施工技术包括全断面法、中隔壁法和正台阶法。在爆破施工中本项目采取预裂爆破,具体的爆破作业均严格按照开挖断面、开挖方法及地质条件确定。为了有效实现爆破效果,严格控制周边爆破眼的间距和装药量,周边眼的间距控制为40cm,装药采用隔式装药有装药炮眼均采用炮泥堵塞。

4.2支护施工技术

隧道施工初期的的混凝土喷射均采用湿喷工艺,所选用的全自动喷浆机械手具有操作方便和喷浆速度快的显著特点,而且安全系数也较高。施工时喷射严格按照自下而上的顺序进行,且分段长度控制为6m以内,喷射时先将低洼部位喷平,喷嘴和受喷面的间距控制为0.6~1.2m,待喷射混凝土终凝时间达到2h后进行养护,并保证养护时间不少于7天。如图1,钢拱架支护施工。在砂浆锚杆作业时,施工人员严格遵循先注浆后安装锚杆的施工顺序。此次施工选用单管注浆工艺,待注浆管与孔底的距离在50~100mm处时开始注浆,开始注浆后,反复将注浆管向孔底传送,以此确保孔内多余的水分可以挤压出孔外。灌浆压力控制在0.4MPa内,本项目所有的锚杆均安装垫板,确保垫板可以与喷射混凝土紧紧相贴。隧道的钢架支护也是重要的施工内容,鉴于本项目所处的施工环境较为不利,因而本次钢架支护选用格栅钢架支护方式,在施工现场所设计的工装台上进行加工,根据断面的钢架主筋轮廓合理设置钢筋弯曲模型,钢架焊接工作在胎膜内进行,可以很大程度上控制变形,待质检人员确定钢架焊接质量过关后,即开展施工。

4.3仰拱与铺底施工

因为受到所处地质地形的原因,本项目在隧道内预先设置了仰拱,并安排施工人员及时施工,以此确保支护结构可以尽早闭合。仰拱与铺底施工与开挖面的距离均控制在30m,仰拱施工过程中搭设栈桥,保证洞内施工交通通畅。在铺底施工时,先组织施工人员对隧道底部的废碴、淤泥进行清理,一些超挖的部分则采用同等级混凝土进行二次回填。

4.4隧道防排水措施

本项目因为本身地质地形条件不佳,地表水发育不完全,土体较为松软,因而隧道防排水便成为施工重点需要考虑的问题。本项目秉承“防、排、截、堵相结合”的原则,实现了防水目的。具体的施工内容包括排水盲管施工、防水板施工和止水带施工。(1)排水盲管施工:借助钻孔定位排水管,将定位孔的间距控制在30~50cm,将膨胀锚栓打入定位孔,将固定钉设置在盲管两端。而后采用无纺布紧紧包住盲管,用扎丝绑扎后用卡子卡住盲管,最后,固定到膨胀螺栓上。(2)防水板施工:防水板正式施工前组织施工做好基面处理,对于超挖段采用挂网补喷,确保表面平顺,对于表面出现渗水的部分采用注浆堵水设盲管引排,所选用的分离式防水板铺设严格按照自下而上的顺序进行。(3)止水带施工:本项目所选用的止水带为中埋式止水带,保证止水带埋设位置准确,中间的空心圆环与施工缝的中心线精准重合。具体施工时,将已经制作完成的钢筋卡由待灌混凝土侧向另一侧穿过挡头模板,确保内侧可以卡进止水带的一半,将另外一半止水带紧紧固定在挡头板之上,混凝土浇筑施工完成后,再由施工人员拆除。

4.5管棚帷幕施工

本次管棚帷幕施工选用水平钻机进行,按照预先设计的外插角度先进行钻孔施工,而后将钢管插入到孔内,对于需要接长的钢管采用内插接头套完成,并进行焊接处理。按照钢管长度和直径来确定预留孔,确保每根钢管安装到后,立即灌注水泥砂浆,对钢管的端口进行风口包压。此过程中需要注意的一点内容是,确保钢管长度大于导向墙,数值控制为100mm,并将钢管和导向墙紧紧锚固,在锚固方式上,目前最常用的包括端部焊接和孔内注浆两种,均可以取得较好的瞄固效果。5结语复杂软弱围岩隧道进洞施工会面临较大的施工难点,加强洞口的防护十分重要,为有效确保洞口的安全性,应尽早完成明洞和二衬钢筋缓凝土浇筑这两方面的施工内容,并重点强化施工管理,继而确保洞的安全,保证开挖施工的安全性。

参考文献:

[1]郑赟.浅埋软弱破碎围岩隧道进洞施工技术应用[J].企业技术开发,2019,038(01):101-103.

[2]王道远,袁金秀,王记平.浅埋软弱围岩隧道快速进洞方法及稳定性控制技术研究[J].现代隧道技术,2018,055(04):178-185.

[3]郝志喜.软弱破碎围岩隧道进洞新工法数值模拟及支护参数研究[J].工程建设与设计,2019,419(21):100-104.

作者:王杨波 单位:中铁十一局集团第五工程有限公司

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