徐武龙
中铁七局集团第一工程有限公司河南洛阳471000
摘要:文章结合工程实例,对软弱炭质板岩隧道变形预测及控制技术进行了详细的探究,希望通过此研究,可以为相关行业提供一定的参考借鉴。
关键词:软弱炭质板岩隧道;变形预测
1工程概况
纸坊隧道位于甘肃省岷县县城东边,于洮河右岸岷县奈子沟村东侧山坡进洞,在岷县正龙骨料饲料厂后山进洞。隧道位于西秦岭中山区,山高沟深,地形起伏很大,洞身最大埋深248m,梁顶植被覆盖较好。隧道起讫里程为DK201+820~DK206+955,全长5135m的双线单洞隧道。隧道DK201+820~DK202+854.809和DK206+154.144~+955位于R=4000m的曲线上,其余段落位于直线上。隧道进出口位于国道G212路边,交通方便。
2施工工艺及操作流程
2.1施工程序
三台阶七步开挖法可分为以下主要步骤:
(1)上部弧形导坑环向开挖,施作拱部初期支护;
(2)中、下台阶左右错开开挖,施作墙部初期支护;
(3)中心预留核心土开挖,隧底开挖,施作隧底初期支护。
每部开挖后均应及时支护,隧底初期支护后应及时施作仰拱,尽早封闭成环。
2.2施工开挖
(1)利用上一循环架立钢拱架施做隧道拱部超前支护:拱部120°打设Φ42小导管,长4.0m,环向间距40cm。
(2)开挖上部弧形导坑1部:在拱部超前支护后进行环向开挖上部弧形导坑,预留核心土,核心土长度3~5m,宽度为隧道宽度的1/3~1/2,开挖后及时施做上部初期支护,即进行5cm喷射混凝土封闭作业面,打设系统长锚杆,挂钢筋网片,架设钢架及锁脚锚杆,复喷混凝土至设计厚度。系统锚杆采用Φ22组合中空锚杆,长6m,环纵间距0.8×1.0m,梅花型布置。钢筋网片采用φ8钢筋,网格间距20cm×20cm。钢架采用H175型钢,间距60cm。开挖进尺每次控制在一榀拱架间距内。
(3)待上台阶超前中台阶3~5m后,交错开挖中台阶2、3部,每次开挖控制在1~2榀,使左右两侧暴露的初期支护不同时处于悬空状态。及时施做5cm厚初喷混凝土,初喷后打设系统长锚杆,挂钢筋网片,架设钢架及锁脚锚杆,复喷混凝土至设计厚度。支护参数同上。
(4)滞后于3部2~3m后弱爆破左右交错开挖4、5部,施做初期支护,参数同上。
(5)分台阶开挖6部。
(6)开挖7部,及时封闭初期支护,每开挖循环长度为3m。
(7)灌注该段内仰拱及隧底填充。
(8)根据监控量测资料分析,待初期支护收敛后,利用衬砌台车一次性灌注二次衬砌。
2.3超前小导管施作
超前小导管安装在隧道拱部120°范围内,采用φ42无缝冷轧钢管、壁厚3.5mm,长4.0m,环向间距40cm,纵向搭接长度1.6m。孔外插脚5°~10°,可根据实际情况调整。
2.4台阶开挖
开挖轮廓形状和断面尺寸应按照设计要求进行开挖轮廓线的放样,根据围岩情况预留一定的变形量,以防止围岩的实际变形量超过预留变形量,造成初期支护侵入二次衬砌。
2.5钢架安装施作
初期支护采用H175钢架,纵向间距为0.6m/榀,相邻钢架采用Φ22mm钢筋连接,间距1m,斜向内侧布置,并焊于钢架内翼缘处;安装前应清除底脚下的虚砟及杂物,钢架底脚应置于牢固的基础上。为保证钢架位置安设准确,钢架架设前均需预先打设定位系筋。系筋一端与钢架焊接在一起,另一端锚入围岩并用砂浆锚固。拼装钢架时,各节段的钢架间的连接板螺栓连接并密贴,严禁采用焊接。并在钢架拱脚底部紧贴钢架两侧边沿径向打设锁脚锚杆,锚杆长度为4m,每环为8根,锁脚锚杆与钢架牢固焊接,增加拱脚支撑力。
2.6复喷混凝土施作
按照设计厚度利用原有部件如锚杆外露长度等,也可在钢拱架上焊接短钢筋,标出刻度,作为设计厚度标记。喷射混凝土厚度每层不宜超过5-6cm,过大会削弱混凝土颗粒间的凝聚力,使喷层因自重过大而大片脱落,或使拱顶处喷层与围岩面形成空隙;过小,则粗骨料容易弹回。分次喷至设计厚度,两层喷射的时间间隔为15-20分钟。为提高工效和保证质量,喷射作业应分片进行。为防止回弹物附着在未喷岩面上影响喷层与岩面间的粘结力,按照从下往上施喷;喷前先找平受喷面的凹处,再将喷头成螺旋形缓慢均匀移动,保证混凝土表面平顺,无空鼓、裂缝、疏松,平整度应符合规范要求。
2.7仰拱施作
隧道底部开挖采用全幅分段施工,上面铺设仰拱栈桥,仰拱栈桥长10-12m,单幅宽1-2m,每幅由4根I36型钢和防滑钢板焊成,栈桥放在隧道中部。隧底每循环开挖长度控制在3m以内。为保证施工安全,仰拱初期支护和混凝土浇筑应及时施作,支护尽早闭合成环,整体受力,确保支护结构稳定。仰拱混凝土应分段全幅浇筑,一次成型,不留纵向施工缝,仰拱施工缝和变形缝设置止水带。仰拱填充混凝土应在仰拱混凝土初凝后浇筑,浇筑前清除仰拱表面的杂物和积水,连续浇筑,一次成型,不留纵向施工缝。本工程仰拱采用C35钢筋混凝土,仰拱填充采用C20混凝土。
2.8关键技术控制要点
(1)三台阶七步法施工应做好工序衔接,工序安排应紧凑,严格控制开挖长度,合理确定循环进尺。
(2)三台阶七步法施工应严格按设计要求控制好超前锚杆支护外插角,保证隧道开挖在超前支护的保护下安全施工。
(3)根据围岩情况如需爆破时,必须坚持弱爆破,减少对围岩的扰动。同时做好监控量测,确保围岩稳定和施工安全。
(4)钢架应严格按设计及规范要求加工制作和架设,上下断面初期支护钢架连接应平顺,螺栓连接牢固,拱脚落地应架设在坚实基面上,严禁拱脚悬空或采用虚砟回填。
(5)锚杆要确保眼深,注浆饱满,抗拔力达到设计要求。
(6)喷射混凝土达到设计厚度,强度合格。
2.9监测方法
(1)位移监测方法
利用全站仪进行监测,每天量测一次,直至变形基本稳定为止。
(2)围岩压力及接触压力监测方法
采用JXY-4型振弦式双膜压力盒,频率接收仪进行监测,每天量测一次,直至压力基本稳定为止。
(3)钢架应力监测方法
采用JXG型钢筋应力传感器,频率接收仪进行监测,每天量测一次,直至压力基本稳定为止。
(4)支护混凝土应力监测方法
采用JXH-2型埋入式应变传感器,频率接收仪进行监测,每天量测一次,直至压力基本稳定为止。
(5)掌子面围岩内部位移
采用意大利SISGEO公司的T-REX滑动测微计进行掌子面内部纵向位移量测,采用国产XB338-B型智能数显滑动式沉降仪进行掌子面内部沉降量测,每循环量测一次。
(6)通过空间变形监测并设置不同的支护措施,进行测试试验,,能够了解围岩及支护变形规律,确定支护参数,确定二次支护和衬砌施做时机,对施工安全和效益起到至关重要作用。
3结束语
随着我国高速铁路建设的快速发展,在复杂的地质条件下的隧道修建技术也得到了飞速发展,但是在建设过程中,也出现了越来越多的地质条件复杂,软弱围岩的高风险隧道。由于这些地层大多是强风化破碎的软弱围岩,地质条件变化较大,围岩应力分布复杂,且开挖断面大,造成了隧道施工过程中,施工难度增大,初支变形复杂和隧道整体稳定难以控制的情况,隐含着很多坍塌等安全隐患。希望通过研究,能够提高施工效率,确保隧道快速、安全通过软弱炭质板岩地质段,取得了良好的技术、经济效益。
参考文献:
[1]高美奔,李天斌.隧道软岩大变形力学机制及防治措施综述[J].施工技术,2013(2):247-251.