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摘要:双侧壁导坑法由于其结构简单、拆装方便,既能保证施工质量和生态环境,又能取得良好的经济效益和生态效益,目前在铁路隧道施工中广泛应用。本文以某工程为例探讨了双侧壁导坑法施工技术。
一、工程概述
双侧壁导坑法适用于铁路大跨度双线埋深围岩较差的Ⅴ级围岩条件下的行车隧道开挖,且开挖断面在40m2~120m2之间的隧道。某铁路隧道进口K2+960~K2+920由于围岩为松散覆盖层、强风化及中风砂岩,局部夹泥岩,岩质极软,节理裂隙极发育,初勘物探显示岩体破碎,点滴状出水,拱顶及侧壁易坍塌,围岩级别为Ⅴ级,稳定性极差,此段除需地表加固注浆外,开挖方法拟采用双侧壁导坑开挖法。洞身在Φ50超前注浆小导管及Φ108超前大管棚的超前支护下采用双侧壁导坑法开挖施工。开挖主要采用人工风镐为主,辅以挖机配合,局部进行控制弱爆破松动。
二、双侧壁导坑法施工技术--开挖
(一)双侧壁上、下导洞1、2部开挖操作要点
(1)双侧壁上、下导坑必须采用有效的减震爆破措施,才能控制地表爆破震速不超过2cm/s。隧道上导洞开挖采用控制爆破作业,即在拱部周边设置2排Φ50@300减震孔及小导坑超前开挖创造临空面的减震爆破措施。为降低爆破震动波速度,1、2部核心掏槽部位设在下部靠核心土侧。每次循环掘进长度为1m,并及时施做初期支护Ⅰ、Ⅱ,临时中隔墙及临时型钢支撑Ⅰ、Ⅱ。
(2)侧壁上、下导洞1部先行开挖,待掘进10m后,开挖宽度6m的横导洞,进行隧道导洞左右两侧1、2部及6部的挑顶开挖并施作初期支护,之后2部按设计断面上下导洞各分两个工作面开挖施工。
(二)预留岩梁5部解除操作要点
(1)下导坑内仰拱及高边墙施工完毕后,进行岩梁分段分层爆破解除。岩梁解除时,不能对已成型边墙结构造成任何损害,岩梁靠车站边墙和中隔墙两侧钻2排Φ50@300减震孔减震爆破作业,要求边墙成型结构位置爆破震速控制在2cm/s内,事先应计算出一次最大允许起爆药量,并按监测结果由小到大调整岩梁解除分段长度,两侧岩梁交替解除,每次最大解除长度控制在1.5m内。
(2)岩梁解除时,应采取有效措施对已成型边墙结构及预留钢筋进行成品保护,边墙水平施工缝位置可采用20mm厚弯折钢板固定在边墙初期支护上,盖住施工缝及预留钢筋,已成型结构表面应全部覆盖20mm厚钢板保护。
(三)拱部环形核心土6部开挖
(1)应严格控制拱部核心土6部开挖距后部二次衬砌作业面的距离,间距控制在10~16m(围岩好取大值,反之取小值)。开挖后及时闭合初支结构并施作临时支撑。
(2)核心土拱部6部解除时,拱部6部开挖体有三个临空面,但爆破体距两侧壁下导洞的底板有很大高差,距钢筋、防水板作业台架及二次衬砌台车极近,为避免爆破振动、飞石和落石对导洞仰拱混凝土和后部衬砌8的质量造成危害,采用底部侧向水平拉槽和拱部光面爆破,两次爆破成型。底部侧向水平拉槽采用分段分层进行,炮孔深度2.5m(岩性较好可适当放大);拱部掘进眼采用松动爆破,周边眼采用光面爆破,循环进尺1.2m左右。为避免边坡掉块砸伤作业人员和砸坏作业台架,核心土解除时,每循环进尺控制在1.0m以内,且每循环掌子面边坡均施工100厚C25喷射混凝土封闭。
三、双侧壁导坑法辅助施工技术
(一)套拱施工
隧道口处地质条件较差,设计采用超前长管棚进行加固,为了保证长管棚的施工顺利进行,采用长2m、厚0.6m的套拱作为导向墙,套拱在明洞外轮廓线以外施作,套拱施工方法如下:
1、套拱底模拱架
测量放线后,确定拱脚平面位置及标高,平整场地,基础处理。
套拱宽度为2.0m,套拱底模采用3榀I18支撑,工字钢根据套拱的弧线分段加工成型。工字钢拱架纵向75cm间距布置,每榀工字钢拱架纵向用φ25钢筋连接,环向间距1m。为确保套拱段的初期支护净空尺寸、防止因拱顶下沉及侧墙收敛而侵入净空,拱架尺寸在原设计拱架的基础上外放20cm。
2、立模
套拱内模采用5cm的木板,端头模采用5cm厚木模。内模用铁丝跟底模钢拱架拉牢。
3、套拱内拱架及孔口管
套拱内拱架根据套拱拱架加工图分段加工,现场用吊车配合人工拼装。孔口管用Φ25定位钢筋与工字钢固定。孔口管纵向外插角1°(不包括线路纵坡),套拱2.0m内相对高差为7.0cm。
4、混凝土
套拱混凝土采用C25混凝土,用吊车吊斗吊送入模,振动棒人工捣固。浇注混凝土时必须分层对称浇注,两侧浇注高差不得超过0.5m,顶模和侧模根据浇注速度,边浇注边安装加固。套拱顶部1m左右高度的混凝土从拱顶向下浇注。
5、拆模、养护
套拱混凝土达到75%后方可拆除底模,混凝土养护不少于7天。
(二)超前小导管
超前小导管配合钢架使用,相邻两排小导管的水平搭接长度不小于1.5m。小导管设计参数为:小导管采用热轧无缝钢花管,单根长5m,外径50mm,壁厚5mm。环向间距0.3m。倾角:前排40°,后排5~10°交错布置,注浆材料为水泥净浆,比重1:1,当岩层变化时可根据现场调整,注浆压力0.5~1Mpa。
小导管制作在前部钻注浆孔,孔径10mm,间距15cm,呈梅花形布置,前端加工成锥形,尾部预留30cm止浆段不钻孔。导管布置图及大样图如下所示:
小导管施工要求:
1、小导管安设一般采用打入法,即先钻孔,钻孔直径比钢管直径大3~5mm,然后将小导管穿过钢架,用锤击或钻机顶入,顶入长度不小于钢管长度的90%,并用高压风将钢管内的砂石吹出。
2、小导管安设后,用塑胶泥封堵孔口及周围缝隙,必要时在小导管附近及工作面上喷射砼,防止工作面坍塌。 3、隧道开挖长度必须小于导管的注浆长度,预留部分作为下一次的止浆墙。
4、注浆前必须进行压水试验,检查机械设备是否正常,管路连接是否正确,为发挥设备效率加快施工速度,可采用群管注浆,每次3~5根。
5、注浆量达到设计量或注浆压力达到设计压力时可停止注浆。
6、注浆过程中要随时观察注浆压力机注浆泵排浆量变化,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。
7、注浆异常现象处理:
①发生串浆现象:即浆液从其它孔中流出时,采用多台泵同时注浆或堵塞串浆孔隔孔注浆;②注浆压力突然升高:可能发生了堵管,停机检查;③注浆量很大,压力长时间不升高:则应调整浆液浓度及配合比,缩短凝胶时间,进行小量低压力注浆或间歇式注浆,使浆液在裂隙中有相对停留时间,以便凝胶,但停留时间不能超过浆液的凝胶时间。
(三)初期支护
1、普通砂浆锚杆施工
隧道锚喷支护设计边墙均采用小22mm砂浆锚杆,钻锚杆孔使用锚杆钻机或YT-28风动凿岩机,钻孔直径42mm。钻孔前根据设计要求定出孔位,径向锚杆钻孔尽量保持与岩面垂直,超前锚杆外插角取10°-15°,并根据岩体节里面产状确定锚杆的最佳方向。
2、钢筋网施工
钢筋网采用8mm钢筋,按设计预先在洞外钢构件厂加工成型。网格间距为20×20cm,环筋φ8,纵筋φ8,搭接长度为1~2个网格。网片必须挂在钢架的背面,钢筋保护层不得小于2cm。
3、钢架施工
钢架采用I25a,间距0.6m;钢架一般在隧道开挖初喷混凝土后施作。
4、系统支护喷射混凝土
喷射混凝土是在地下工程施工中,为尽快使开挖面稳定的一种支护措施。该法借助混凝土喷射机把混凝土通过高压管喷射受喷到岩面上,喷射混凝土具有能够在短时间内达到终凝(几分钟),强度增长快,可与锚杆;挂网、钢架迅速形成联合支护,共同承担荷载。此段喷射混凝土采用C25混凝土,喷厚度为35cm。喷射混凝土必须使用湿喷方法进行初期支护。
参考文献
[1]毕震龙.客运专线隧道双侧壁导坑法施工技术[J].科技情报开发与经济,2008年5期.
[2]杨燕青,封文琦.地铁浅埋暗挖隧道双侧壁导坑法施工技术[期刊论文].中华民居,2010年11期.
一、工程概述
双侧壁导坑法适用于铁路大跨度双线埋深围岩较差的Ⅴ级围岩条件下的行车隧道开挖,且开挖断面在40m2~120m2之间的隧道。某铁路隧道进口K2+960~K2+920由于围岩为松散覆盖层、强风化及中风砂岩,局部夹泥岩,岩质极软,节理裂隙极发育,初勘物探显示岩体破碎,点滴状出水,拱顶及侧壁易坍塌,围岩级别为Ⅴ级,稳定性极差,此段除需地表加固注浆外,开挖方法拟采用双侧壁导坑开挖法。洞身在Φ50超前注浆小导管及Φ108超前大管棚的超前支护下采用双侧壁导坑法开挖施工。开挖主要采用人工风镐为主,辅以挖机配合,局部进行控制弱爆破松动。
二、双侧壁导坑法施工技术--开挖
(一)双侧壁上、下导洞1、2部开挖操作要点
(1)双侧壁上、下导坑必须采用有效的减震爆破措施,才能控制地表爆破震速不超过2cm/s。隧道上导洞开挖采用控制爆破作业,即在拱部周边设置2排Φ50@300减震孔及小导坑超前开挖创造临空面的减震爆破措施。为降低爆破震动波速度,1、2部核心掏槽部位设在下部靠核心土侧。每次循环掘进长度为1m,并及时施做初期支护Ⅰ、Ⅱ,临时中隔墙及临时型钢支撑Ⅰ、Ⅱ。
(2)侧壁上、下导洞1部先行开挖,待掘进10m后,开挖宽度6m的横导洞,进行隧道导洞左右两侧1、2部及6部的挑顶开挖并施作初期支护,之后2部按设计断面上下导洞各分两个工作面开挖施工。
(二)预留岩梁5部解除操作要点
(1)下导坑内仰拱及高边墙施工完毕后,进行岩梁分段分层爆破解除。岩梁解除时,不能对已成型边墙结构造成任何损害,岩梁靠车站边墙和中隔墙两侧钻2排Φ50@300减震孔减震爆破作业,要求边墙成型结构位置爆破震速控制在2cm/s内,事先应计算出一次最大允许起爆药量,并按监测结果由小到大调整岩梁解除分段长度,两侧岩梁交替解除,每次最大解除长度控制在1.5m内。
(2)岩梁解除时,应采取有效措施对已成型边墙结构及预留钢筋进行成品保护,边墙水平施工缝位置可采用20mm厚弯折钢板固定在边墙初期支护上,盖住施工缝及预留钢筋,已成型结构表面应全部覆盖20mm厚钢板保护。
(三)拱部环形核心土6部开挖
(1)应严格控制拱部核心土6部开挖距后部二次衬砌作业面的距离,间距控制在10~16m(围岩好取大值,反之取小值)。开挖后及时闭合初支结构并施作临时支撑。
(2)核心土拱部6部解除时,拱部6部开挖体有三个临空面,但爆破体距两侧壁下导洞的底板有很大高差,距钢筋、防水板作业台架及二次衬砌台车极近,为避免爆破振动、飞石和落石对导洞仰拱混凝土和后部衬砌8的质量造成危害,采用底部侧向水平拉槽和拱部光面爆破,两次爆破成型。底部侧向水平拉槽采用分段分层进行,炮孔深度2.5m(岩性较好可适当放大);拱部掘进眼采用松动爆破,周边眼采用光面爆破,循环进尺1.2m左右。为避免边坡掉块砸伤作业人员和砸坏作业台架,核心土解除时,每循环进尺控制在1.0m以内,且每循环掌子面边坡均施工100厚C25喷射混凝土封闭。
三、双侧壁导坑法辅助施工技术
(一)套拱施工
隧道口处地质条件较差,设计采用超前长管棚进行加固,为了保证长管棚的施工顺利进行,采用长2m、厚0.6m的套拱作为导向墙,套拱在明洞外轮廓线以外施作,套拱施工方法如下:
1、套拱底模拱架
测量放线后,确定拱脚平面位置及标高,平整场地,基础处理。
套拱宽度为2.0m,套拱底模采用3榀I18支撑,工字钢根据套拱的弧线分段加工成型。工字钢拱架纵向75cm间距布置,每榀工字钢拱架纵向用φ25钢筋连接,环向间距1m。为确保套拱段的初期支护净空尺寸、防止因拱顶下沉及侧墙收敛而侵入净空,拱架尺寸在原设计拱架的基础上外放20cm。
2、立模
套拱内模采用5cm的木板,端头模采用5cm厚木模。内模用铁丝跟底模钢拱架拉牢。
3、套拱内拱架及孔口管
套拱内拱架根据套拱拱架加工图分段加工,现场用吊车配合人工拼装。孔口管用Φ25定位钢筋与工字钢固定。孔口管纵向外插角1°(不包括线路纵坡),套拱2.0m内相对高差为7.0cm。
4、混凝土
套拱混凝土采用C25混凝土,用吊车吊斗吊送入模,振动棒人工捣固。浇注混凝土时必须分层对称浇注,两侧浇注高差不得超过0.5m,顶模和侧模根据浇注速度,边浇注边安装加固。套拱顶部1m左右高度的混凝土从拱顶向下浇注。
5、拆模、养护
套拱混凝土达到75%后方可拆除底模,混凝土养护不少于7天。
(二)超前小导管
超前小导管配合钢架使用,相邻两排小导管的水平搭接长度不小于1.5m。小导管设计参数为:小导管采用热轧无缝钢花管,单根长5m,外径50mm,壁厚5mm。环向间距0.3m。倾角:前排40°,后排5~10°交错布置,注浆材料为水泥净浆,比重1:1,当岩层变化时可根据现场调整,注浆压力0.5~1Mpa。
小导管制作在前部钻注浆孔,孔径10mm,间距15cm,呈梅花形布置,前端加工成锥形,尾部预留30cm止浆段不钻孔。导管布置图及大样图如下所示:
小导管施工要求:
1、小导管安设一般采用打入法,即先钻孔,钻孔直径比钢管直径大3~5mm,然后将小导管穿过钢架,用锤击或钻机顶入,顶入长度不小于钢管长度的90%,并用高压风将钢管内的砂石吹出。
2、小导管安设后,用塑胶泥封堵孔口及周围缝隙,必要时在小导管附近及工作面上喷射砼,防止工作面坍塌。 3、隧道开挖长度必须小于导管的注浆长度,预留部分作为下一次的止浆墙。
4、注浆前必须进行压水试验,检查机械设备是否正常,管路连接是否正确,为发挥设备效率加快施工速度,可采用群管注浆,每次3~5根。
5、注浆量达到设计量或注浆压力达到设计压力时可停止注浆。
6、注浆过程中要随时观察注浆压力机注浆泵排浆量变化,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。
7、注浆异常现象处理:
①发生串浆现象:即浆液从其它孔中流出时,采用多台泵同时注浆或堵塞串浆孔隔孔注浆;②注浆压力突然升高:可能发生了堵管,停机检查;③注浆量很大,压力长时间不升高:则应调整浆液浓度及配合比,缩短凝胶时间,进行小量低压力注浆或间歇式注浆,使浆液在裂隙中有相对停留时间,以便凝胶,但停留时间不能超过浆液的凝胶时间。
(三)初期支护
1、普通砂浆锚杆施工
隧道锚喷支护设计边墙均采用小22mm砂浆锚杆,钻锚杆孔使用锚杆钻机或YT-28风动凿岩机,钻孔直径42mm。钻孔前根据设计要求定出孔位,径向锚杆钻孔尽量保持与岩面垂直,超前锚杆外插角取10°-15°,并根据岩体节里面产状确定锚杆的最佳方向。
2、钢筋网施工
钢筋网采用8mm钢筋,按设计预先在洞外钢构件厂加工成型。网格间距为20×20cm,环筋φ8,纵筋φ8,搭接长度为1~2个网格。网片必须挂在钢架的背面,钢筋保护层不得小于2cm。
3、钢架施工
钢架采用I25a,间距0.6m;钢架一般在隧道开挖初喷混凝土后施作。
4、系统支护喷射混凝土
喷射混凝土是在地下工程施工中,为尽快使开挖面稳定的一种支护措施。该法借助混凝土喷射机把混凝土通过高压管喷射受喷到岩面上,喷射混凝土具有能够在短时间内达到终凝(几分钟),强度增长快,可与锚杆;挂网、钢架迅速形成联合支护,共同承担荷载。此段喷射混凝土采用C25混凝土,喷厚度为35cm。喷射混凝土必须使用湿喷方法进行初期支护。
参考文献
[1]毕震龙.客运专线隧道双侧壁导坑法施工技术[J].科技情报开发与经济,2008年5期.
[2]杨燕青,封文琦.地铁浅埋暗挖隧道双侧壁导坑法施工技术[期刊论文].中华民居,2010年11期.