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摘要:山区悬索桥的修建,因受山区特有的地形和地势的影响,通常采用隧道锚形式来进行悬索桥锚碇。与传统的重力锚相比,隧道锚能有效减少土石方的开挖量和混凝土的工程量。然而,由于隧道锚施工过程中存在较多的风险性因素,整体施工进度较慢,且地下开挖工艺的复杂性较高,因此,必须加强施工管理。本文结合工程实例对山区悬索桥超大隧道锚施工工艺进行探讨。
关键词:山区;悬索桥;隧道锚;施工工艺
1 工程概况
以某山区悬索桥工程为例,其主桥为全长1386m的单跨板衔结合钢衔加劲粱悬索桥,整体工程主要包括有隧道式锚碇、索塔、索鞍、缆索和板衔结合加劲粱等。
锚碇主要由四部分组成,分别为前锚室、锚块、后锚室和散索鞍,基础主缆索股的固定方式为预应力锚固体系。锚碇左右锚室与中心点的距离为27m,锚室沿主缆轴线方向长73m。
锚碇在开挖过程中加铺厚度为25cm左右的聚丙烯合成网状纤维混凝土作为初期衬砌,同时沿锚碇周围设置水泥砂浆锚杆,前锚室、锚块和后锚室的衬砌均采用闭合型钢支架加劲。
在锚碇开挖支护开展之前,应采用压浆对距离洞口10m内的裂隙和溶洞进行封堵,以提高岩体的整体性,同时分别在左右两侧锚碇加设一套排湿系统和排水系统。
2 隧道锚碇施工概述
隧道锚碇施工工艺流程为:1)超前支护进洞;2)前锚室开挖及初支;3)散索鞍基础开挖;4)散索鞍施工;5)锚塞体与后锚室开挖及初支;6)后锚室二次衬砌施工;7)前锚室二次衬砌施工;8)安装预应力锚索,并压浆锚固;9)预应力锚索管定位支架搭设施工;10)预应力管道和锚垫板安装;11)锚塞体混凝土浇筑与养护;12)安装预应力系统;13)安装散索鞍;14)安装主缆;15)前锚室前墙与侧墙施工。
2.1 隧洞开挖
隧洞开挖施工利用风钻打眼,非电毫秒雷管起爆,2#岩石乳化炸药爆破。采用预裂爆破进行隧洞爆破。采用挖掘机装渣、绞车配矿车提升、自卸车运输的方式对洞渣进行有轨运输。
2.2 洞身
将洞身分为上、中、下三部分,分层次开展。每一层进行一次风钻打眼、多次爆破和一次出渣。根据岩石情况设定循环进程,通常为1m。钻爆法施工时,通过爆破控制来控制洞形,绞车提升轨道,小车出渣。
2.3 初期支护
在铺设厚度为25cm的C30聚丙烯纤维网后加喷混凝土,即刻开展砂浆锚杆安装和钢拱架安装,然后铺设钢筋网片,反复喷射混凝土直至厚度满足设计要求。
2.4 前、后锚室二次衬砌
二次衬砌支承为脚手管支架,侧模支承为钢模,顶模支承为木模。
2.5 锚塞体
预应力管道经角钢定位架进行准确定位,预埋管选用无缝钢管,锚塞体混凝土施工按照大体积混凝土施工工艺进行,混凝土的运送经做地泵运送至所需部位。
2.6 散索鞍支墩
散索鞍支墩混凝土的施工工艺与大体积混凝土施工工艺相同,采用泵送的方式输送混凝土,模板支承为木模。
3 施工布置
3.1 管线布置
将送风管、高压风管、高压水管、排水管布置于隧洞内的一侧,各管道安装层次不同,风管距离地面4m;照明灯、照明线路和动力线路布置于另一侧,且各管道安装层次不同,洞内照明灯选用高压汞灯,布置间隔为10m,如图1所示。
3.2 隧洞排水
隧洞排水分为:(1)洞外排水。隧道上方设置截水沟,护拱上方设置排水沟、基坑内沿洞口设置排水沟和集水井。(2)洞内排水。隧洞内沿侧墙设置排水沟,前、后锚室两端设置集水井。
3.3 洞口护拱
洞口经超长支护后,在洞口初期支护轮廓线外侧开展长约1m的护拱,作为安全当湖,避免隧洞受滚石和洞外地表水的影响。
3.4 出渣设备
采用挖掘机装渣、绞车配矿车提升、自卸车运输的方式来运输洞渣。
4 隧洞开挖
隧洞开挖通常需结合人工、机械和光面爆破开挖的方式。隧洞开挖的基本原则为:短开挖、快支护和控制一次爆破,降低对周围岩石的干扰,提升巖石的整体性。因隧洞开挖面较大,通常采用微台阶或台阶开挖的方式来进行开挖
5 支护施工
5.1 超前支护
超前支护施工过程中,前锚室、锚塞体的前段隧洞施工采用超前小导管(长3m、规格为42×3.5mm的(钢化管)来加强超前支护。超前小导管按照一定的倾斜角打入岩体,拱部环向间距为50cm,钢管尾部焊接至钢拱架。
5.2 初期支护
按照短开挖、快支护和快封闭的原则开展初期支护施工。经爆破施工后,立即喷射厚度为3-5cm的混凝土,再开展超前小导管注浆和锚杆施工,并安装钢筋网和钢支撑,进行第二次混凝土喷射(厚度超过5cm),接着逐层喷射混凝土直至满足设计厚度要求。
前锚室与锚塞体前段初期支护选用孔注浆锚杆与110钢拱架结合钢筋网喷射混凝土的形式,混凝土为C30聚丙烯纤维网喷射混凝土,厚度为25cm,
5.3 二次衬砌
前、后锚室均需二次衬砌,衬砌采用厚度为45cm的C30钢筋混凝土。因锚隧洞的倾斜结构,二次衬砌的混凝土浇筑选用支架模板。前锚室二次衬砌需在锚塞体施工结束后开始,前锚面与洞口的距离为36m,二次衬砌混凝土施工按5段施工,每段施工长度为7m。后锚室二次衬砌在初期支护结束后开始,按照设计要求安装复合衬砌层的钢筋绑扎和预埋件,混凝土施工按3层浇筑,浇筑高度为8m。
6 防水施工
经喷射混凝土基面清理后,首先将300kg/㎡无纺布固定于喷射混凝土基面上,然后采用热合法将1.2mm厚EVA防水板粘贴至无纺布垫层的塑料垫片上,EVA防水板铺设需超过二次衬砌的1-2个循环。防水铺层应环向衔接,避免出现纵向接缝。
7 锚塞体施工
7.1 混凝土工程
锚塞体施工采用C40微膨胀混凝土,在施工过程中应注意混凝土的温度应力,避免出现温度裂缝。锚塞体前、后锚面模板采用定型小块模板,连接方式采用专用螺栓连接。拱顶圆弧模板选用木模,根据实际需求切割成洞内所需的大小和形状。锚块混凝土按照2m厚度进行分层浇筑。
7.2 预应力管道安装
预应力管道和连接管均选用壁厚为3mm的无缝钢管,焊接接头进行专门密封处理。前、后锚室二次衬砌结束后,在锚塞体内设置由角钢焊接而成的预埋钢管定位架。
因锚塞体的锲形状态,其形体变化致使各排角钢的长度各不相同,因此,需对所有角钢的尺寸进行精确计算,经加工成单件后进行编号堆放。
在安装锚固拉索预埋管道时,应按照每段6m的焊接长度进行焊接,为有效控制偏差,施工过程中应严格控制槽口模板、锚垫板、定位板和预埋管道的定位。
8 散索鞍基础
散索鞍基础承台为11.6×14.2×9.5m的矩形钢筋混凝土结构,属于大体积混凝土结构,在施工过程中,为有效避免出现大体积混凝土结构的温度裂缝,通常情况下将承台沿高度方向分3层浇筑。
散索鞍基础混凝土采用集中拌制的方式,经混凝土罐车运送至指定位置,再由汽车泵直接将混凝土输送至所需部位。
9 结语
由上可知,山区悬索桥超大隧道锚施工过程中应重视各个环节的施工工艺,采用合理科学的施工工艺、施工材料和施工方式,确保隧道锚施工的质量,以提高悬索桥的安全性和稳定性。
参考文献
[1]张明. 山区悬索桥隧道锚围岩质量评价与破坏模式研究[D]. 重庆交通大学,2013.
[2]黎训国,汪丽君,卢磊,等. 山区悬索桥超大隧道锚施工工艺[J]. 公路,2017(5):111-115.
[3]杨纪鹏. 山区悬索桥隧道锚数值模拟及工程应用研究[D]. 长安大学,2016.
[4]冯祖国. 山区复杂地质条件下某大跨径悬索桥隧道锚施工关键技术研究[D]. 重庆大学,2015.
关键词:山区;悬索桥;隧道锚;施工工艺
1 工程概况
以某山区悬索桥工程为例,其主桥为全长1386m的单跨板衔结合钢衔加劲粱悬索桥,整体工程主要包括有隧道式锚碇、索塔、索鞍、缆索和板衔结合加劲粱等。
锚碇主要由四部分组成,分别为前锚室、锚块、后锚室和散索鞍,基础主缆索股的固定方式为预应力锚固体系。锚碇左右锚室与中心点的距离为27m,锚室沿主缆轴线方向长73m。
锚碇在开挖过程中加铺厚度为25cm左右的聚丙烯合成网状纤维混凝土作为初期衬砌,同时沿锚碇周围设置水泥砂浆锚杆,前锚室、锚块和后锚室的衬砌均采用闭合型钢支架加劲。
在锚碇开挖支护开展之前,应采用压浆对距离洞口10m内的裂隙和溶洞进行封堵,以提高岩体的整体性,同时分别在左右两侧锚碇加设一套排湿系统和排水系统。
2 隧道锚碇施工概述
隧道锚碇施工工艺流程为:1)超前支护进洞;2)前锚室开挖及初支;3)散索鞍基础开挖;4)散索鞍施工;5)锚塞体与后锚室开挖及初支;6)后锚室二次衬砌施工;7)前锚室二次衬砌施工;8)安装预应力锚索,并压浆锚固;9)预应力锚索管定位支架搭设施工;10)预应力管道和锚垫板安装;11)锚塞体混凝土浇筑与养护;12)安装预应力系统;13)安装散索鞍;14)安装主缆;15)前锚室前墙与侧墙施工。
2.1 隧洞开挖
隧洞开挖施工利用风钻打眼,非电毫秒雷管起爆,2#岩石乳化炸药爆破。采用预裂爆破进行隧洞爆破。采用挖掘机装渣、绞车配矿车提升、自卸车运输的方式对洞渣进行有轨运输。
2.2 洞身
将洞身分为上、中、下三部分,分层次开展。每一层进行一次风钻打眼、多次爆破和一次出渣。根据岩石情况设定循环进程,通常为1m。钻爆法施工时,通过爆破控制来控制洞形,绞车提升轨道,小车出渣。
2.3 初期支护
在铺设厚度为25cm的C30聚丙烯纤维网后加喷混凝土,即刻开展砂浆锚杆安装和钢拱架安装,然后铺设钢筋网片,反复喷射混凝土直至厚度满足设计要求。
2.4 前、后锚室二次衬砌
二次衬砌支承为脚手管支架,侧模支承为钢模,顶模支承为木模。
2.5 锚塞体
预应力管道经角钢定位架进行准确定位,预埋管选用无缝钢管,锚塞体混凝土施工按照大体积混凝土施工工艺进行,混凝土的运送经做地泵运送至所需部位。
2.6 散索鞍支墩
散索鞍支墩混凝土的施工工艺与大体积混凝土施工工艺相同,采用泵送的方式输送混凝土,模板支承为木模。
3 施工布置
3.1 管线布置
将送风管、高压风管、高压水管、排水管布置于隧洞内的一侧,各管道安装层次不同,风管距离地面4m;照明灯、照明线路和动力线路布置于另一侧,且各管道安装层次不同,洞内照明灯选用高压汞灯,布置间隔为10m,如图1所示。
3.2 隧洞排水
隧洞排水分为:(1)洞外排水。隧道上方设置截水沟,护拱上方设置排水沟、基坑内沿洞口设置排水沟和集水井。(2)洞内排水。隧洞内沿侧墙设置排水沟,前、后锚室两端设置集水井。
3.3 洞口护拱
洞口经超长支护后,在洞口初期支护轮廓线外侧开展长约1m的护拱,作为安全当湖,避免隧洞受滚石和洞外地表水的影响。
3.4 出渣设备
采用挖掘机装渣、绞车配矿车提升、自卸车运输的方式来运输洞渣。
4 隧洞开挖
隧洞开挖通常需结合人工、机械和光面爆破开挖的方式。隧洞开挖的基本原则为:短开挖、快支护和控制一次爆破,降低对周围岩石的干扰,提升巖石的整体性。因隧洞开挖面较大,通常采用微台阶或台阶开挖的方式来进行开挖
5 支护施工
5.1 超前支护
超前支护施工过程中,前锚室、锚塞体的前段隧洞施工采用超前小导管(长3m、规格为42×3.5mm的(钢化管)来加强超前支护。超前小导管按照一定的倾斜角打入岩体,拱部环向间距为50cm,钢管尾部焊接至钢拱架。
5.2 初期支护
按照短开挖、快支护和快封闭的原则开展初期支护施工。经爆破施工后,立即喷射厚度为3-5cm的混凝土,再开展超前小导管注浆和锚杆施工,并安装钢筋网和钢支撑,进行第二次混凝土喷射(厚度超过5cm),接着逐层喷射混凝土直至满足设计厚度要求。
前锚室与锚塞体前段初期支护选用孔注浆锚杆与110钢拱架结合钢筋网喷射混凝土的形式,混凝土为C30聚丙烯纤维网喷射混凝土,厚度为25cm,
5.3 二次衬砌
前、后锚室均需二次衬砌,衬砌采用厚度为45cm的C30钢筋混凝土。因锚隧洞的倾斜结构,二次衬砌的混凝土浇筑选用支架模板。前锚室二次衬砌需在锚塞体施工结束后开始,前锚面与洞口的距离为36m,二次衬砌混凝土施工按5段施工,每段施工长度为7m。后锚室二次衬砌在初期支护结束后开始,按照设计要求安装复合衬砌层的钢筋绑扎和预埋件,混凝土施工按3层浇筑,浇筑高度为8m。
6 防水施工
经喷射混凝土基面清理后,首先将300kg/㎡无纺布固定于喷射混凝土基面上,然后采用热合法将1.2mm厚EVA防水板粘贴至无纺布垫层的塑料垫片上,EVA防水板铺设需超过二次衬砌的1-2个循环。防水铺层应环向衔接,避免出现纵向接缝。
7 锚塞体施工
7.1 混凝土工程
锚塞体施工采用C40微膨胀混凝土,在施工过程中应注意混凝土的温度应力,避免出现温度裂缝。锚塞体前、后锚面模板采用定型小块模板,连接方式采用专用螺栓连接。拱顶圆弧模板选用木模,根据实际需求切割成洞内所需的大小和形状。锚块混凝土按照2m厚度进行分层浇筑。
7.2 预应力管道安装
预应力管道和连接管均选用壁厚为3mm的无缝钢管,焊接接头进行专门密封处理。前、后锚室二次衬砌结束后,在锚塞体内设置由角钢焊接而成的预埋钢管定位架。
因锚塞体的锲形状态,其形体变化致使各排角钢的长度各不相同,因此,需对所有角钢的尺寸进行精确计算,经加工成单件后进行编号堆放。
在安装锚固拉索预埋管道时,应按照每段6m的焊接长度进行焊接,为有效控制偏差,施工过程中应严格控制槽口模板、锚垫板、定位板和预埋管道的定位。
8 散索鞍基础
散索鞍基础承台为11.6×14.2×9.5m的矩形钢筋混凝土结构,属于大体积混凝土结构,在施工过程中,为有效避免出现大体积混凝土结构的温度裂缝,通常情况下将承台沿高度方向分3层浇筑。
散索鞍基础混凝土采用集中拌制的方式,经混凝土罐车运送至指定位置,再由汽车泵直接将混凝土输送至所需部位。
9 结语
由上可知,山区悬索桥超大隧道锚施工过程中应重视各个环节的施工工艺,采用合理科学的施工工艺、施工材料和施工方式,确保隧道锚施工的质量,以提高悬索桥的安全性和稳定性。
参考文献
[1]张明. 山区悬索桥隧道锚围岩质量评价与破坏模式研究[D]. 重庆交通大学,2013.
[2]黎训国,汪丽君,卢磊,等. 山区悬索桥超大隧道锚施工工艺[J]. 公路,2017(5):111-115.
[3]杨纪鹏. 山区悬索桥隧道锚数值模拟及工程应用研究[D]. 长安大学,2016.
[4]冯祖国. 山区复杂地质条件下某大跨径悬索桥隧道锚施工关键技术研究[D]. 重庆大学,2015.