中乌兰隧道管幕法施工方案

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  摘要:中乌兰隧道采用管幕法作为加固边墙界壕的施工支护体系,永久结构采用现浇钢筋混凝土曲拱直墙加底板型封闭结构。预支护采用顺界壕两侧的门形钢筋混凝土支撑梁支撑钢管帷幕,钢筋混凝土支撑梁以及大管径钢管(D=600mm)的采用有效地控制了结构变形,比普通隧道超前支护有效地控制了地表沉降。
  关键词:隧道管幕法施工方案
  
  1、工程概况
  中乌兰隧道位于内蒙古赤峰市林西县新林镇中乌兰村西侧约 1km,隧道所处区域地貌单元为低山,地势起伏较大,自然山坡坡度约5~10°, 坡面生长杂草, 植被覆盖度约80% 。隧道在DK424+447~DK424+462处下穿金代边墙界壕遗址,遗址与隧道斜交,进口端斜交角度约71°,出口端斜交角度约66°,遗址宽10~15米,距隧道洞顶约4米,属于浅埋隧道。
  2、施工方案
  金代边墙界壕俗称“成吉思汗边墙”,也称金长城,遗址属于全国重点文物保护单位。为最大限度地减少对遗址的扰动和破坏,中乌兰隧道决定采用大刚度的预支护体系保护下进行暗挖施工,经综合研究和比选,考虑采用工法成熟的管幕法作为加固边墙界壕的施工支护体系,永久结构采用现浇钢筋混凝土曲拱直墙加底板型封闭结构。隧道净高采用7.80m,净宽9.92m。
  预支护采用顺界壕两侧的门形钢筋混凝土支撑梁支撑钢管帷幕,钢筋混凝土支撑梁以及大管径钢管(D=600mm)的采用有效地控制了结构变形,降低了界壕基础的影响。采用强预支护,可比普通隧道超前支护有效地控制了地表沉降。
  3、施工步骤
  3.1在距界壕两侧约4m 处沿垂直线路方向施作挖孔桩,挖孔桩桩径1.2m,每侧5 根,从两侧向中间桩间距分别是6.5米和5.6米,两侧挖孔桩桩长为15米,中间3根挖孔桩桩长均为20米。挖孔桩采用20cm 厚钢筋混凝土护壁,每次开挖深度1m,挖孔桩采用C30混凝土灌注。
  挖孔桩完成后浇筑桩顶支撑梁,在洞口两侧形成五柱支撑的门形支撑结构。支撑梁施工需开挖基坑,绑扎钢筋,浇筑C35混凝土,临近界壕侧边坡采用网喷混凝土,以保证边坡稳定。
  3.2 在桩顶支撑梁上部采用钻机水平定向钻孔进行导向孔施工,导向孔直径300mm,钻进施工时,在钻头内部安装无线探棒,通过导向接收仪及机台显示屏观测钻头的深度、左右偏差、倾角和工具角(导向板的方向:导向板朝上即为12点,如同钟面),根据监测钻头在钻进过程中的位置和方向与设计轨迹的差异,利用可调节方向的钻头(楔型钻头)来改变钻头的钻进方向。打设角度如偏下,可以把钻头调到12点,即导向板朝上,直接顶进,此时由于导向板底板斜面面积大,受到一个向上的力,钻头轨迹就会朝上运动。同理在6点纠偏可以使钻头轨迹朝下,9点、3点分别是为左、右纠偏方向。如果角度合适,钻机会匀速旋转钻进,此时钻杆轨迹是平直的,所以导向钻头是上下纠偏的关键。
  3.3导向孔完成后,在管幕钢管(D=600mm,壁厚tw=14mm)前面加一个直径不大于600mm的扩孔钻头,然后采用边扩边拉,将中部第一根管幕钢管拉入。
  利用钻进设备,将管幕钢管自中部向两侧依次钻入,钢管上表皮距自然地面以下100cm。管幕钢管钻进完成后,两端封堵,一侧设灌注孔,一侧设排气孔,钢管内灌注C35 混凝土(掺入微膨胀剂)。采用 D600mm 管幕钢管并灌注混凝土,有效有效地提高了支护体系的刚度,控制土体的变形。
  3.4两侧挖孔桩和支撑梁间距为20米,从界壕东侧向西划分为5个施工区,其中I区长度为3.5米,II、III、IV区长度均为4米,V区长度为4.5米。
  3.5开挖Ⅰ区土体,掌子面锚喷C25混凝土,以保持边坡稳定,开挖边坡前端顶部用素混凝土垫块(宽30cm,高60cm,长60cm)支撑钢管,以保证地基承载力要求。组装隧道台车,浇注第一段主体刚构,主体结构纵向钢筋预留锚固长度。刚构与钢管之间用C35 素混凝土回填,以保证刚构与钢管之间密贴。
  3.6 开挖Ⅱ区土体,掌子面锚喷混凝土,以保持边坡稳定,开挖边坡前端顶部用素混凝土垫块支撑钢管,以保证地基承载力要求。对第一段刚构端面凿毛,浇注第二段主体刚构,主体结构纵向钢筋预留锚固长度。刚构与钢管之间用C35 素混凝土回填,以保证刚构与钢管之间密贴。
  3.7 开挖Ⅲ区土体,掌子面锚喷混凝土,以保持边坡稳定,开挖边坡前端顶部用素混凝土垫块支撑钢管,以保证地基承载力要求。对第二段刚构端面凿毛,浇注第三段主体刚构,主体结构纵向钢筋预留锚固长度。刚构与钢管之间注浆,以保证刚构与钢管之间密贴。刚构与钢管之间用C35 素混凝土回填,以保证刚构与钢管之间密贴。
  3.8 开挖Ⅳ区土体,掌子面锚喷混凝土,以保持边坡稳定。对第三段刚构端面凿毛,浇注第三段主体刚构,主体结构纵向钢筋预留锚固长度。刚构与钢管之间注浆,以保证刚构与钢管之間密贴。刚构与钢管之间用C35 素混凝土回填,以保证刚构与钢管之间密贴。
  3.9 全部开挖Ⅴ 区土体, 对第四段刚构端面凿毛, 浇注其余主体刚构。刚构与钢管之间用C35 素混凝土回填。
  3.10 拆除路基面以上的门形支撑结构,表面修复到和原有环境一致,恢复原状地貌。
  4、施工监测
  为有效地控制界壕的变形,施工期间对结构与周围环境进行监测。
  界壕沉降量:沿界壕顶面两侧每隔5m 设观测点,30m 范围,观测界壕沉降量。
  地面沉降量:界壕两侧根部每隔 5m 设观测点,30m 范围。
  钢管偏差量:钢管钻进期间进行高低左右偏差监测。
  5、施工要点
  5.1钢管水平钻进过程,根据监测钻头在钻进过程中的位置和方向与设计轨迹的差异,随时调整钻进角度,终孔偏差可以控制在10cm以内,能够达到设计要求。第一根钢管定位置关重要,钻进速度要控制得当,保证其偏差符合要求。
  5.2钢管就位后如与混凝土冠梁不密贴,采用铁楔块打入,使其密贴。
  5.3 顶部管幕完成后,开挖土体后,浇注刚构等各项工序必须跟进,不得有较长时间的停工。
  6、结论
  采用管幕法施工中乌兰隧道,减少了对金代边墙界壕遗址的扰动,有效控制了地表变形,实现了保护文物的目的,取得了良好的社会效益。
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