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摘要:本文以某隧道进洞施工为例,介绍了高速公路大跨度软弱围岩隧道浅埋段施工安全控制措施,望对类似隧道工程施工有所帮助。
关键词:大跨度软弱围岩;浅埋;安全施工
一、工程概述
某隧道设计为双向六车道小净距隧道。该隧道左右线平面分别位于R-3400m,R-6600m圆曲线上;左右线隧道纵面分别为1.533/-0.708%,1.533/-0.711%双向坡。其中左线起讫桩号为ZK7+205~ZK7+785,全长580m;右线起讫桩号为YK7+205~YK7+782,全长577m,双洞设计线最小间距约13m,最大间距21.7m,隧道开挖最大宽度达16.61米。从现场看,隧道进口进洞条件差,边仰坡的坡度陡峭。进口洞口段处于浅埋偏压严重,位于第四系残积层内。进口段表层为含砾粉质黏土,硬塑,厚0~2.5m,下伏基岩流纹质玻屑凝灰岩,强风化厚1~7.5m,下为弱风化,岩质较硬,裂隙发育,岩体破碎。地下水为基岩裂隙水,不发育。洞口浅埋段全长77m,埋深0~18m。因此,如何根据地形、围岩地质的基本特性,确定合理、快捷的施工方法,顺利穿过偏压、浅埋、破碎段是本隧道施工的关键。
二、隧道施工安全分析
由于本工程隧址内为全风化花岗岩,原岩已风化成土状,强度低,工程性质差,受水浸润后极易产生软化、垮塌;作为洞口仰坡岩体,容易在水的冲刷下产生坡面变形破坏,形成浅层滑塌、松动剥落,对洞口安全不利,需要采取支护措施保证施工安全。在软弱围岩隧道施工过程中,可采用的施工方法一般有:喷锚构筑施工法和复合衬砌法。喷锚构筑施工法是借助新奥法原理,把岩土力学原理作为基础,再将围岩承载力进行合理利用,并在开挖隧道过程中最大限度地减少扰动围岩,最后使围岩成为支护体系的重要部分。通过用监控量测来具体指导整个隧道工程的设计与施工。施工中,按照以下4个原则进行:①要保持围岩稳定性必须对其自稳能力进行合理利用;②在支护体系方面,要把混凝土喷射和锚杆作为主要支护手段,必要时可采用钢架作为联合支护手段,同时应把围岩作为支护体系的重要组成部分;③为使隧道开挖轮廓圆顺,必须尽量减少开挖作业,减少围岩扰动;④围岩与初期支护保持基本稳定是进行二次衬砌的前提和必要条件。
三、隧道安全施工技术
(一)地表加固措施
挂φ8钢筋网一层,网眼间距20×20cm,和一层φ22钢筋骨网,间距60×40cm,挂双层钢筋网后喷混凝土封闭地表。施设φ42注浆小导管,小导管间距1.0×1.0m,长5~8m。小导管压注水泥-水玻璃双液浆固结覆盖土层,减小由于隧道施工引起的地表沉降,保障施工安全。
(二)边、仰坡开挖
开挖前先修筑边仰坡截水沟,清除洞口上方有可能滑塌的表土、灌木及山坡危石。凡能用十字镐、风镐挖动的,尽量不采用爆破方式。如遇钙质结核土层需爆破时,最好采用弱爆破,严格控制药量,运用光面爆破、预裂松动爆破技术,控制超欠挖,减少对围岩的扰动。洞口刷坡按设计要求,先测量放样,然后自上而下分层开挖,开挖采用人工配合挖掘机进行。每层开挖后及时施作临时防护,进行锚喷挂网支护。
1、喷射砼前的准备工作
(1)受喷面的处理①清理防护岩面杂物,清除浮石及松动的岩石。②用高压水、高压风清除杂物,用高压水冲洗岩面,并使岩面保持一定的湿度。
(2)设置控制喷层厚度标志
按照设计厚度在岩面上打入短钢筋,标出刻度,做为标记。
(3)安装锚杆及钢筋网
①在岩面上确定锚杆孔位,进行钻孔,钻孔完毕后应将孔内岩粉吹干净;经过监理工程师检查确认,安装锚杆,同时在钻孔内灌注水泥砂浆。
②挂网应与原坡面保持间距,喷射砼应至少保持3~5cm间距,不能使网紧贴坡面;采用与锚杆端头先绑扎固定,后焊接牢固的方法挂网。
(三)洞顶地表下沉量测观测点的埋设
(1)浅埋隧道地表沉降测点必须在隧道开挖前布设。地表沉降测点和隧道内测点应布置在同一断面里程。一般条件下,地表沉降测点纵向间距应按表2—1的要求布置。
(2)地表沉降测点横向间距为2~5m。在隧道中线附近测点应适当加密,隧道中线两侧量测范围不应小于Ho + B,地表有控制性建(构)筑物时.量测范围应活当加宽。
(3)观测点用螺纹钢端头刻十字丝,用混凝土固定,于开挖洞口仰坡前7天左右埋设,以使混凝土充分凝固。埋设时若为冬季,要先用土覆盖,避免冻坏混凝土。
(四)初期支护
大跨径、小净距隧道的初期支护较之普通的隧道尤为重要,初期支护总的原则是随开挖随支护。此隧道Ⅴ级围岩初期支护采用22a工字钢+D25长4m中空锚杆和Φ25长5m预应力中空注浆锚杆+Φ6.5双层钢筋网+28cm厚C20喷射混凝土复合支护,侧壁采用16工字钢临时支撑+Φ22长2m系统锚杆+Φ6.5单层钢筋网+18cm厚C20喷射混凝土复合支护。
1、喷射混凝土:围岩经开挖之后立即进行喷射混凝土施工,喷射混凝土施工采用分层进行,我们将第一层喷射混凝土厚度控制在3cm左右,起到稳定开挖围岩的作用,为之后的拱架、钢筋网施工提供保障,第二层喷射砼的施工待第一层钢筋网片和拱架安装完毕之后进行,直至喷至设计厚度。喷射混凝土由下而上顺序进行,当岩面有较大凹洼时,应先填平。每台喷锚机设专人添加速凝剂,确保了速凝剂添加均匀,既保证了初支的强度又减少了回弹量。
2、钢支撑:钢拱架均在加工场地试拼装之后用装载机运至施工现场。钢拱架在拼装时做到与初喷混凝土面相接触,拱架施做中,主要控制锁脚锚杆的打设。
3、锚杆支护:Ⅴ级围岩段侧壁锚杆采用Φ22长2m系统锚杆,主洞采用D25长4m中空锚杆(拱部)和Φ25长5m预应力中空注浆锚杆(边墙)。普通锚杆在施工过程中,主要施工过程是:锚杆孔位放样→钻孔→清孔→锚杆孔验收→锚杆加工制作→安插锚杆→安装垫板、垫圈和螺帽→水泥砂浆灌注封孔。
4、Φ25长5m预应力中空注浆锚杆:锚杆孔位放样→钻孔→清孔→锚杆孔验收→锚杆加工制作→安插锚杆→安装垫板、垫圈和螺帽→锚杆张拉→水泥砂浆灌注封孔。
(1)注浆前采用通风或水检查杆体、排气管是否畅通。(2)预应力中空锚杆注浆采用水泥砂浆,砂浆强度采用M20,配合比为:1:0.42:2,即水泥100kg(2袋水泥):水42kg:砂子200kg。(3)孔口下倾的锚杆宜从杆体进浆,孔口排气管排气;孔口水平或上仰的锚杆宜从孔口排氣管进浆,杆体排气。(4)采用连续注浆的注浆泵,出口压力须达到1.0MPa,输送能力大于0.7m3/h。同时注意控制注浆压力和流量,以防止注浆管爆裂。(5)注浆管应插到孔底,然后退出50~100mm开始注浆,注浆时,利用中空锚杆底部的注浆管注浆,中空杆体排气。注浆管随砂浆的注入缓慢匀速拔出,使孔内填满砂浆。(6)锚杆安装后,在砂浆强度达到设计要求之前,不应敲击、碰撞或牵拉锚杆。同钢筋网联结的锚杆,孔口处必须固定牢固。(7)待中空锚杆孔道流出浆液方可停止注浆。如遇塌孔或孔壁变形注浆管插不到孔底时,应对锚杆孔进行处理,使注浆管能顺利插到孔底,必要时应补打锚孔。
5、钢筋网支护:钢筋类型及网格间距按设计要求施作。第一层钢筋网根据被支护岩面的实际起伏状铺设,并在初喷3~5cm厚C20喷射混凝土后进行,第二层钢筋网和第一层钢筋网之间支撑采用焊接,保证层之间的牢固,钢筋网与钢筋网、锚杆、钢架连接筋点焊在一起,使钢筋网在喷射时不晃动。
结束语
本工程通过地表加固、边仰坡开挖、先期支护技术的应用,施工效果良好。对洞口段的收敛变形、拱顶下沉、边坡位移、锚杆受力、钢筋网应力等进行了全面的监测,监测结果表明:布设监测点的断面基本处于稳定状态,能够满足设计和规范要求。
参考文献:
[1] 陈炳祥,易国华.长大隧道快速施工管理技术应用研究[J].铁道工程学报,2008,(03).
[2]招伟,何满潮,肖红渠.浅埋大跨联拱隧道施工与控制措施[J].岩土工程学报,2010(10).
关键词:大跨度软弱围岩;浅埋;安全施工
一、工程概述
某隧道设计为双向六车道小净距隧道。该隧道左右线平面分别位于R-3400m,R-6600m圆曲线上;左右线隧道纵面分别为1.533/-0.708%,1.533/-0.711%双向坡。其中左线起讫桩号为ZK7+205~ZK7+785,全长580m;右线起讫桩号为YK7+205~YK7+782,全长577m,双洞设计线最小间距约13m,最大间距21.7m,隧道开挖最大宽度达16.61米。从现场看,隧道进口进洞条件差,边仰坡的坡度陡峭。进口洞口段处于浅埋偏压严重,位于第四系残积层内。进口段表层为含砾粉质黏土,硬塑,厚0~2.5m,下伏基岩流纹质玻屑凝灰岩,强风化厚1~7.5m,下为弱风化,岩质较硬,裂隙发育,岩体破碎。地下水为基岩裂隙水,不发育。洞口浅埋段全长77m,埋深0~18m。因此,如何根据地形、围岩地质的基本特性,确定合理、快捷的施工方法,顺利穿过偏压、浅埋、破碎段是本隧道施工的关键。
二、隧道施工安全分析
由于本工程隧址内为全风化花岗岩,原岩已风化成土状,强度低,工程性质差,受水浸润后极易产生软化、垮塌;作为洞口仰坡岩体,容易在水的冲刷下产生坡面变形破坏,形成浅层滑塌、松动剥落,对洞口安全不利,需要采取支护措施保证施工安全。在软弱围岩隧道施工过程中,可采用的施工方法一般有:喷锚构筑施工法和复合衬砌法。喷锚构筑施工法是借助新奥法原理,把岩土力学原理作为基础,再将围岩承载力进行合理利用,并在开挖隧道过程中最大限度地减少扰动围岩,最后使围岩成为支护体系的重要部分。通过用监控量测来具体指导整个隧道工程的设计与施工。施工中,按照以下4个原则进行:①要保持围岩稳定性必须对其自稳能力进行合理利用;②在支护体系方面,要把混凝土喷射和锚杆作为主要支护手段,必要时可采用钢架作为联合支护手段,同时应把围岩作为支护体系的重要组成部分;③为使隧道开挖轮廓圆顺,必须尽量减少开挖作业,减少围岩扰动;④围岩与初期支护保持基本稳定是进行二次衬砌的前提和必要条件。
三、隧道安全施工技术
(一)地表加固措施
挂φ8钢筋网一层,网眼间距20×20cm,和一层φ22钢筋骨网,间距60×40cm,挂双层钢筋网后喷混凝土封闭地表。施设φ42注浆小导管,小导管间距1.0×1.0m,长5~8m。小导管压注水泥-水玻璃双液浆固结覆盖土层,减小由于隧道施工引起的地表沉降,保障施工安全。
(二)边、仰坡开挖
开挖前先修筑边仰坡截水沟,清除洞口上方有可能滑塌的表土、灌木及山坡危石。凡能用十字镐、风镐挖动的,尽量不采用爆破方式。如遇钙质结核土层需爆破时,最好采用弱爆破,严格控制药量,运用光面爆破、预裂松动爆破技术,控制超欠挖,减少对围岩的扰动。洞口刷坡按设计要求,先测量放样,然后自上而下分层开挖,开挖采用人工配合挖掘机进行。每层开挖后及时施作临时防护,进行锚喷挂网支护。
1、喷射砼前的准备工作
(1)受喷面的处理①清理防护岩面杂物,清除浮石及松动的岩石。②用高压水、高压风清除杂物,用高压水冲洗岩面,并使岩面保持一定的湿度。
(2)设置控制喷层厚度标志
按照设计厚度在岩面上打入短钢筋,标出刻度,做为标记。
(3)安装锚杆及钢筋网
①在岩面上确定锚杆孔位,进行钻孔,钻孔完毕后应将孔内岩粉吹干净;经过监理工程师检查确认,安装锚杆,同时在钻孔内灌注水泥砂浆。
②挂网应与原坡面保持间距,喷射砼应至少保持3~5cm间距,不能使网紧贴坡面;采用与锚杆端头先绑扎固定,后焊接牢固的方法挂网。
(三)洞顶地表下沉量测观测点的埋设
(1)浅埋隧道地表沉降测点必须在隧道开挖前布设。地表沉降测点和隧道内测点应布置在同一断面里程。一般条件下,地表沉降测点纵向间距应按表2—1的要求布置。
(2)地表沉降测点横向间距为2~5m。在隧道中线附近测点应适当加密,隧道中线两侧量测范围不应小于Ho + B,地表有控制性建(构)筑物时.量测范围应活当加宽。
(3)观测点用螺纹钢端头刻十字丝,用混凝土固定,于开挖洞口仰坡前7天左右埋设,以使混凝土充分凝固。埋设时若为冬季,要先用土覆盖,避免冻坏混凝土。
(四)初期支护
大跨径、小净距隧道的初期支护较之普通的隧道尤为重要,初期支护总的原则是随开挖随支护。此隧道Ⅴ级围岩初期支护采用22a工字钢+D25长4m中空锚杆和Φ25长5m预应力中空注浆锚杆+Φ6.5双层钢筋网+28cm厚C20喷射混凝土复合支护,侧壁采用16工字钢临时支撑+Φ22长2m系统锚杆+Φ6.5单层钢筋网+18cm厚C20喷射混凝土复合支护。
1、喷射混凝土:围岩经开挖之后立即进行喷射混凝土施工,喷射混凝土施工采用分层进行,我们将第一层喷射混凝土厚度控制在3cm左右,起到稳定开挖围岩的作用,为之后的拱架、钢筋网施工提供保障,第二层喷射砼的施工待第一层钢筋网片和拱架安装完毕之后进行,直至喷至设计厚度。喷射混凝土由下而上顺序进行,当岩面有较大凹洼时,应先填平。每台喷锚机设专人添加速凝剂,确保了速凝剂添加均匀,既保证了初支的强度又减少了回弹量。
2、钢支撑:钢拱架均在加工场地试拼装之后用装载机运至施工现场。钢拱架在拼装时做到与初喷混凝土面相接触,拱架施做中,主要控制锁脚锚杆的打设。
3、锚杆支护:Ⅴ级围岩段侧壁锚杆采用Φ22长2m系统锚杆,主洞采用D25长4m中空锚杆(拱部)和Φ25长5m预应力中空注浆锚杆(边墙)。普通锚杆在施工过程中,主要施工过程是:锚杆孔位放样→钻孔→清孔→锚杆孔验收→锚杆加工制作→安插锚杆→安装垫板、垫圈和螺帽→水泥砂浆灌注封孔。
4、Φ25长5m预应力中空注浆锚杆:锚杆孔位放样→钻孔→清孔→锚杆孔验收→锚杆加工制作→安插锚杆→安装垫板、垫圈和螺帽→锚杆张拉→水泥砂浆灌注封孔。
(1)注浆前采用通风或水检查杆体、排气管是否畅通。(2)预应力中空锚杆注浆采用水泥砂浆,砂浆强度采用M20,配合比为:1:0.42:2,即水泥100kg(2袋水泥):水42kg:砂子200kg。(3)孔口下倾的锚杆宜从杆体进浆,孔口排气管排气;孔口水平或上仰的锚杆宜从孔口排氣管进浆,杆体排气。(4)采用连续注浆的注浆泵,出口压力须达到1.0MPa,输送能力大于0.7m3/h。同时注意控制注浆压力和流量,以防止注浆管爆裂。(5)注浆管应插到孔底,然后退出50~100mm开始注浆,注浆时,利用中空锚杆底部的注浆管注浆,中空杆体排气。注浆管随砂浆的注入缓慢匀速拔出,使孔内填满砂浆。(6)锚杆安装后,在砂浆强度达到设计要求之前,不应敲击、碰撞或牵拉锚杆。同钢筋网联结的锚杆,孔口处必须固定牢固。(7)待中空锚杆孔道流出浆液方可停止注浆。如遇塌孔或孔壁变形注浆管插不到孔底时,应对锚杆孔进行处理,使注浆管能顺利插到孔底,必要时应补打锚孔。
5、钢筋网支护:钢筋类型及网格间距按设计要求施作。第一层钢筋网根据被支护岩面的实际起伏状铺设,并在初喷3~5cm厚C20喷射混凝土后进行,第二层钢筋网和第一层钢筋网之间支撑采用焊接,保证层之间的牢固,钢筋网与钢筋网、锚杆、钢架连接筋点焊在一起,使钢筋网在喷射时不晃动。
结束语
本工程通过地表加固、边仰坡开挖、先期支护技术的应用,施工效果良好。对洞口段的收敛变形、拱顶下沉、边坡位移、锚杆受力、钢筋网应力等进行了全面的监测,监测结果表明:布设监测点的断面基本处于稳定状态,能够满足设计和规范要求。
参考文献:
[1] 陈炳祥,易国华.长大隧道快速施工管理技术应用研究[J].铁道工程学报,2008,(03).
[2]招伟,何满潮,肖红渠.浅埋大跨联拱隧道施工与控制措施[J].岩土工程学报,2010(10).