岩溶地区双连拱隧道安全快速施工技术.pdf

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编号:20181111054209259124    类型:共享资源    大小:1.19MB    格式:PDF    上传时间:2019-02-16
  
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连拱隧道施工技术 隧道施工 双连拱隧道施工技术 双连拱隧道 施工技术 隧道安全快速施工
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·隧道/地下工程· 岩溶地区双连拱隧道安全快速施工技术 梁缄鑫 (中铁二十局集团第五工程有限公司 昆明650200) 摘要针对岩溶地区大跨径、双连拱隧道安全效益和经济效益平衡问题,通过转角塘隧道施工实例,分析了三导 洞法和中导洞法的适用条件,介绍了支护方案的设计与选择、进洞施工技术、主洞开挖钻爆设计、掘进方案、超前地 质预报、监控量测和二次衬砌施工组织等。 关键词岩溶地区双连拱隧道三导洞法 中导洞法监控量测 中图分类号U455.4 文献标识码B 文章编号1009—4539(2014)05—0089一04 S疵舳d Q血k Co武唧廿on Tech肿lo留for Double Arch T岫ml in K躺t Ar哪 Liang Jianxin (china Railway 20山Bur朗u Gmup Co.nd.,Ku砌ing 650200,China) Ah慨t In view硝the security蚰d econoIIIic bendits issue耐the l印,e sp锄粕d d伽ble arch tunnel in k嫡t are酗, thmugh tlle constmction ex锄ple 0f Zhuanji蝴g tunnel,t}Ie paper锄alyzes tlle印plying condition of tlle tllI℃e-pilot dr逾 metllod and IIliddle-pilot drift method,锄d introduces tlle desi印锄d∞lection of tlle supporting scheme,tu加el-entering c∞stmction techology,desi印肌d scheme of excavation粕d拙lling舳d bl酗tiIlg for tIIe IIlain tu衄el,adv锄ced g∞logical forec踮t,moIlitoring me鹏urement粕d the secondary lilIing constmction orgaIIization etc. Key words karst are髂;double arch t咖el;t}lree-pilot蛐metlIod;IIliddle—pilot drift metllod;m蚰itoring me鹊urement 1 工程概况 沪蓉西高速公路转角塘双连拱隧道位于湖北省 利川市境内,左线起讫桩号为zl(322+010.949~ z硒22+232.25,长221.301 m;右线起讫桩号为 Y瞄22+010一Yl(322+231,长221 m。设计为夹心式 连拱隧道,左右测设线间距4.5 m,双侧均为一2.9% 的单下坡,左线最大埋深约72 m,右线最大埋深约 65 m,是典型的浅埋偏压隧道。隧道穿越地带地貌单 元属构造剥蚀溶蚀峰丛低中山地貌,地表相对高差近 70 m。区内地形起伏较大,局部地段地形稍陡,大部 分地带植被发育。隧道进出口段地形坡度150~200。 1.1 工程地质 隧道地表覆盖层主要是亚黏土,零星分布于区 内局部地段,厚度一般不大,褐黄色,湿,软塑状。 地表可见溶蚀沟、槽谷、洼地、漏斗、溶芽,岩石存在 收稿日期:2014一02一18 岩面溶蚀、溶洞及稳伏溶洞。 基岩分弱风化及微风化灰岩。其中弱风化灰 岩揭露层厚约2.10 m,局部地段有分布,灰色,隐晶 质结构,中厚层状构造,节理裂隙发育,溶蚀明显, 岩芯呈柱状,岩质硬。微风化灰岩最大揭露层厚 “.60 m,灰色,隐晶质结构,中厚层状构造,局部裂 隙较发育,局部见溶蚀现象及方解石细脉,岩芯较 完整,呈柱状,局部碎块状、饼状,岩质坚硬。 1.2不良地质现象 根据工程地质条件揭露信息,我们推断该隧道 施工过程可能会出现以下不良地质现象: (1)在雨季开挖过程中有可能发生透水、突 泥等。 (2)开挖过程中遇到溶崩角砾岩夹层时,易产 生崩塌、冒落等现象。 (3)岩层产状325。[8。,岩层倾角较小,该地区 岩溶发育,岩层风化程度不一,不利位置施工中有 铁道建筑技术RAfLMy CONS碍UcT.f0~丁£-cl卜№l 0Gy 2074例 89 万方数据 ·隧道/地下工程· 可能发生掉顶,塌方等事故。 2开挖方法选择 转角塘隧道地质构造复杂,且围岩破碎、节理 发育,洞口位置属于围岩软弱段,施工必须以保证 安全为第一原则。综合比较三导洞法与中导洞法 的特点认为:三导洞法施工,其侧导洞开挖后施工 的边墙,可为主洞开挖初期支护钢拱架提供支点, 减小初期支护跨度,同时通过侧导洞的开挖可以了 解前方围岩情况,为确定合理的施工方法、支护参 数提供参考,从而能有效提升安全系数。 因此,决定转角塘隧道先行采用三导洞法进行 开挖。 3三导洞法开挖作业 3.1洞口段开挖 洞口段施工首先应规范施作截水沟,其次是保 证边仰坡坡面平整、稳定,无危石。 3.2中导洞开挖 中导洞进洞端里程定于l(322+223。 进洞前,采用超前小导管注浆方案加固前端围 岩,改善洞顶围岩的物理力学性质,确保进洞安全。 根据经验,综合考虑作业空间、尽量降低中隔 墙顶部回填混凝土方量,并考虑中导洞临时支护拆 除后可重复利用等因素,确定中导洞开挖断面为宽 6.2 m、高5.4 m。为控制成洞面,采用光面爆破技 术全断面开挖,支护方案:初喷3~5 cm厚混凝土后 布设长2.5 m(3 m)书22砂浆锚杆(100 cm×100 cm 梅花形布置),然后挂20 cm×20 cm的书8钢筋网, 根据围岩条件架立间距50一120 cm间距不等的114 工字钢架,最后复喷至设计厚度12 cm。 3.3侧导洞开挖 为平衡偏压对施工安全的影响,本隧道开挖拟 先进行右侧主洞的施工。右导洞与中导洞开挖及 支护类似。当中导洞施工至里程K322+213时,开 始进行右导洞施工;右导洞施工至硒22+182时, 开始左导洞施工。 右导洞掘进至K322+163时,发现围岩属于典 型的灰岩,岩性较硬,节理裂隙较发育,完整性较 好,无滴水或渗水现象。左导洞施工至l(322+162 时,发现围岩条件同右侧及中导洞相似,均有明显 好转。根据3个导洞开挖揭示的围岩状况,综合中 导洞超前地质预报的地质条件,自l(322+162时, 施工方法变更为中导洞法。 3.4中隔墙及边墙施工 中隔墙混凝土由大里程向小里程方向泵送砼 浇筑,灌筑砼时直接顶到围岩,并预埋Pvc压浆管, 在主洞开挖前进行压浆处理,同时注意预埋主洞围 岩段钢拱架连接板。为防止主洞开挖时中隔墙倾 覆或侧移,在中隔墙砼具有一定强度后、右主洞开 挖前,将中隔墙左侧和中导洞开挖轮廓间的空间用 土回填并灌筑C10片石混凝土,墙顶设由20 cm原 木水平支撑。中隔墙应按照设计留好沉降缝,尤应 注意在围岩变化位置增设沉降缝。 侧导洞边墙混凝土浇筑前按设计要求及时施 作排水盲沟,纵向设巾100透水软管,敷设300 g/m2 土工布和TJ281防水板组成的防水层(复合式防水 板),并根据洞内渗水点在衬砌背后每隔6 m设一 环向盲沟。同时做好施工缝、沉降缝的防水处理。 3.5正洞进洞方案 为提高洞口围岩的稳定性,确保安全进洞,在 暗洞进洞段拱部施作20 m长大管棚,并注浆加固周 边围岩。 3.5.1施作导向墙 施作厚50 cm、宽2 m的C25钢筋砼套拱作导 向墙,在洞口里程外起拱线下50 cm路基土石方留 一长约5 m平台,然后在洞口明暗交界处架立钢架, 间距0.75 m,用连接筋焊接成整体。在钢拱架上安 设导向钢管,数量、环向间距和外插角与大管棚设 计一致。导向钢管的安装要测量精确定位,使钢管 位置与方向准确无误,并与钢架焊为整体。然后按 设计浇筑套拱砼、预埋书127×4 mm孔口管,仰角1 o ~30。套拱施工完成后,喷射c25砼厚15 cm封闭 周围仰坡面,以防止浆液从周围仰坡渗漏。 3.5.2制作管棚管 超前长管棚采用书108×6 mm无缝钢管,奇数 钢管管壁钻孔,孔径14 mm(靠孔口2.5 m范围不打 孔),孔距10 cm,偶数管为无孔管,注浆后再打无孔 管,管棚环向间距40 cm,钢管接头采用长15 cm丝 扣连接。为使钢管接头错开,编号为奇数的第一节 管采用3 m钢管,编号为偶数的第一节钢管采用 6 m钢管,以后每节均采用6 m钢管。 90 铁道建筑技术RA『LI,队y Co~S丁RL『C丁『oN硅-cHNOLOGy 2D,4 r5J 万方数据 ·隧道/地下工程· 3.5.3钻孔、注浆 管棚钻孔采用DK一300型水平地质钻机钻孔,钻 进中采用测斜仪量测钻进的偏斜度,发现偏斜超限及 时纠正。每钻完一孔便顶进一根长钢管,施工时先打 有孔管,用高压风清理钻孔。注浆采用4.0 hⅡ)a以上 的注浆泵进行,水灰比l:1,水玻璃浓度35。B6,模数 Z 4,掺^量为水泥重量的5%。为了延缓浆液初凝时 间,可适当掺入2%一4%的№吼缓凝剂。一般初压为0.5—1.0胁,终压达到2.0胁以上或注浆量已 达到理论值再持续压浆20 IIlin后,可结束注浆。 3.6正洞掘进方案 进洞端大管棚施工完毕,加固达到一定强度 后,开始采用分台阶法开挖主洞,支护按照V级围 岩标准施工(见表1)。 表1初期支护设计方案 围 锚杆 钢筋网 喷射混凝土 工字钢架 岩 级 类型 长度/ 纵向间 环向问 直 网格间 等 厚度/ 规 间彰 别 Cm 距/cm 距/cm 径 距/cm 级 Cm 格 中空V级 350 50 100 蠲 20×20 C20 28 20b 50注浆 中空Ⅳ级 3∞ 100 l∞ 蠲 20×20 CⅪ 25 18 100注浆 250Ⅲ级 药卷 120 120 插 20×20 C'o 15(担2) 在大管棚支护段掘进完毕后,发现围岩条件虽 有好转,但依然破碎,爆破后围岩稳定性较差,不能 自稳,难以进行初期支护,故采用超前小导管对围 岩进行预加固:超前小导管采用M2 mm,长3.5 m, 壁厚3.5 mm的无缝钢管,环向间距O.4 m,管壁梅 花形布置6 mm的注浆孔,注浆孔间距100 mm,导 管端部预留1.0 m止浆段。超前小导管施工时,钢 管与衬砌中线平行以仰角14。打入拱部围岩,小导 管端部要支撑在格栅钢架上或从型钢钢架腹部穿 过。注浆工艺和参数同大管棚。施工时前后两排 导管的搭接长度不少于1.0 m,呈梅花形布置。 转角塘隧道拟用的支护设计针对V级、Ⅳ级和 Ⅲ级围岩分为3种类型(见表1),实际施工时,根据 围岩条件变化及监测结果及时变更,在确保安全的 条件下,争取成本最小。 4.2正洞钻爆设计 实际施工中,采用光面爆破与预裂爆破手段相 结合的方式,既可有效控制爆破震动,又可降低爆 炸冲击波对中隔墙以及围岩的扰动呤J,爆破设计如 图1~图3所示,全断面爆破参数见表2。 图1 全断面开挖炮眼布置 隧泥掣掣竹片骂嫡毒翟彝墨霉基;基;喜自主司晕主事;苫≤=;辜;鬲高毒t 图2周边眼装药示意 I !垒!! ^ !§Q J 图3掏槽眼布置 4 中导洞法开挖施工 炮眼装填2号岩石硝铵炸药,用非电毫秒雷管分 4.1 初期支护 段起爆,钻孔直径为妒8;周边眼采用栖药卷间隔 初期支护方案制定主要依据超前地质预报结 装药,导爆管起爆,周边眼间距E=45 cm,抵抗线形= 果进行,提前备好支护材料,实际施工时,根据开挖 65 cm,∥形=0.70。为了减小爆破对中隔墙的影响, 揭露地质条件和监测情况进行调整。 邻近中隔墙的炮眼最小抵抗线为20 cm,且与相邻炮 铁道建筑技术RAfLWAy c0NS丁RUC了.『cIN丁£-Cf_W0l oGy 2DT4 f5J 9l 万方数据 ·隧道/地下工程· 竺粤要望竺em:掌石炸药消耗量g_o_2 kg/m3, 5 二次衬砌施工每平米炮眼数1.5个。 。 一”””1”。一 鬻墅襄l骤I笔慧l鬻I黎蔫l嘉巍I未就|雾嘉 二次衬砌施工。位名称I量/个I度/m l数/%l径/mml药量/kgI药量/kg|段别 一扒个1例J【『I巳—Lo二磊才—_丁j-广i1_了丁_:.『i蒋因双连拱隧道左右线间.隔较小,爆破震动对相 辅助眼I 13 2.o 7。I 32 1.05 13.65 I冀; 全长仅22l m,加之左右洞作业面存在一定间距,采 ‘赢寸1厂十一五1■F十i『一r鬲『仃石‘ ,.鐾角塘譬道右线衬婴夔壬至Yl(322+156时,薤翦主匪享一麟燃善 量:璺.警芝墼警茔兰苎蝥毪鏖案粤垩雪翌:6监控量测分析及开挖总体评价欠挖现象。说明光爆效果理想,钻爆设计满足开挖 一一一…………一…’ 笋乎薯:。。。_r 盍窨耄嘉梨:二次衬砌内部应力量测。测点布置 4_?竺翼竺二Tr蚺。。、。.地、,南..。 ,一.. 6.2监控量测实施…、量思塞。要曼要釜墨苎?篓要笆.竺,墨璺翟二 苫:主.,皿善磊銎荔:测 oio!哩:苎喜苎譬蓼望孚。孝,翼j銎曼耋亨:曼萝 。转角磊莲暮弄荔;每条导洞各设置拱顶下沉监破!,煮兰竺兰,譬竺孑警后围岩自稳警力.篓妻: 测断蔷。j;。茇看莛衰盘五萄崭蔷i7。忑“妥涮蓝i 万方数据 ·隧道/地下工程· 后置换的原则,在初支喷层开裂、剥落段,换拱前先 施作超前小导管注浆,采用妒2钢花管,£=3.5 m, 环向间距30 cm,搭接长度1.5 m,外插角50~10。, 注浆终压大于1 MPa。 ②为了确保施工过程中人员及机械的安全,换 拱从D硒34+275向掌子面逐榀环向分段拆换。 ③拆换时主要以破碎锤加人工利用风镐施工 为主,严禁采用爆破作业,且每次只能拆换一榀,拆 换时根据监控量测确定预留沉降量,预留沉降量不 小于20 cm。及时施工放样及复测,确保钢架位置, 防止初支侵限。 ④逐榀环向分段拆除钢架,每榀钢架环向分段 拆除长度3~4 m。拆换时确保钢架连接按照原设 计钢板+连接螺栓的方式有效连接,并按照原设计 位置施作蝉2锁脚锚管,并在钢架每一接头处增设 锁脚锚管2根,最大跨以上每处接头打设4根,钢架 锁脚锚管每根加长至6 m,锚管要紧贴钢架,并通过 直径担2的U型钢筋有效焊接,及时喷射混凝土 封闭。 ⑤锁脚锚管施工过程中,现场技术人员须全程 旁站,并做好施工记录及过程影像资料的收集保存。 (7)建立量测系统。监控量测点的布设与换拱 作业同步进行,首榀钢架置换完成后,在6 h内必须 建立起换拱段监控量测系统,首次量测时间应在 10 h内完成。布点按纵向每榀一个断面,环向每个 断面分别在拱顶、拱腰、拱脚共布设5个观测点,每 天观测次数不少于2次,一周后,每天观测次数不少 于1次,直至中、下台阶全部完成且量测显示支护基 本稳定后。 监控实施中按各项量测操作规程安装好仪器 仪表,每测点一般测读3次,取算术平均值作为观测 值;每次测试都要认真做好原始数据记录,并记录 开挖里程、支护施工情况以及环境温度等,保持原 始记录的准确性。 在取得监测数据后,及时由专业监测人员整理 分析监测数据。将同一量测断面的各种量测数据 进行分析对比、相互印证,以确定量测数据的可靠 性;结合围岩、支护受力及变形情况,进行分析判 断,将实测值与允许值进行比较,及时绘制各种变 形或应力一时间关系曲线,预测变形发展趋向及围 岩和隧道结构的安全状况。 4结束语 对于隧道施工,开挖时应根据围岩的实际情况 确定支护参数,并制定切实可行的施工方案,防止 沉降、收敛等变形的产生。隧道变形一旦产生,需 要进行换拱施工时,应先进行支撑加固防止坍塌事 故发生,确保施工安全及质量。 (上接第92页) 等,取拱顶下沉与时间关系曲线,拱架内力与时间 a.主洞开挖监测点布置 关系曲线量及锚杆轴力与时间关系曲线为主,对监 测内容进行分析。 f水平收,y【酉卧 \. ./ b.侧导坑监控量 c.中导坑监控量 d.地表监测布置 测测点布置 测测点布置 图4转角塘隧道监测布置(单位:cm) ., 讳士.看 性,使得施工设计难以满足施工要求,这就要求在 。 缩术顷 施工过程中加强对地质条件地进一步了解,并通过 通过转角塘隧道施工,我们深刻体会到:由于 开挖过程中的监测进行反馈,及时调整开挖及支护 隧道地质条件的多变性及初期勘察资料的不完备 方案,以使开挖、支护满足安全性和经济性的要求。 96 铁道建筑技术JRA儿WAy CONS丁只UC丁『0~硅-CH『VOf 0Gy 20T4 f5J § 万方数据
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