034.软弱围岩隧道快速施工技术浅谈
浅谈野三关隧道软弱围岩施工
(隧道工)
论
文
姓 名: 彭 勇
单 位:中铁隧道集团股份隧道二公司
浅谈野三关隧道软弱围岩施工
彭勇
中铁隧道集团股份隧道二公司
摘要:本篇以圆梁山隧道软弱围岩处理过程为例,介绍宜万铁路野三关隧道进口段软弱围岩影响段加固措施,及处理在施工中的有效做法。
关键词:隧道; 软弱围岩; 施工
1 工程概述
野三关铁路隧道设计为两座并行的单线电化铁路隧道,左右线施工前期,左线一次建成,右线为平导,隧道全长13841m,里程为DK116+205-DK130+046,进口段长度为6920.5m,里程为DK116+205-DK123+125.5,地形条件对区内岩溶发育起控制作用,岩溶发育总体呈深切峡谷型特征,洞身主要穿过灰岩、泥灰岩、泥岩、软弱围岩等。
野三关隧道进口端1534.37m(DK116+205~DK117+739.37)位于1600m半径的曲线上,DK116+205~DK116+374段为燕尾式隧道长169m(双连拱段86m,小间距加强段83m),全隧平导贯通,纵坡为人字坡,隧道掘进方向为6‰(795m)、12‰(6000m)、5‰(125.5m)的连续上坡。
2 施工技术
2.1 开挖
台阶法开法。把开挖断面调整为上下台阶平行施工,上台阶高度为3.5m,下台阶高度4m,上下台阶之间长度5m~7m。开挖及装运设备主要有:反铲扒碴,装载机装碴,16m3梭矿出碴。
2.2 支护
考虑软弱岩地层变形,围岩软弱剥掉块严重等特点,初期支护采用Φ42mm小导管进行超前支护,小导管长5m,环向间距30cm~40cm;Ⅰ16型钢间距60cm~75cm架设一榀拱架,Φ22螺纹钢作纵向连接,环向间距为50~80cm;Φ8钢筋网片(网格尺寸20 cm×20 cm,网片大小为80cm×70cm)双层挂网;Φ22的螺纹钢作锁脚锚杆,每根长5m;系统锚杆Φ22,L=3.5m,间距80cm×70cm呈梅花形布置,喷C20混凝土20cm。
特殊地段支护,由于隧道地身处泥层,及断层破碎带内,容易出现坍塌产生较大变形,特殊地段施工中采取以下措施:
2.2.1 掌子面不稳定,可能坍塌情况下。未坍塌前,使用双排超前导管,并加密纵向连接筋,双层钢筋网片,预埋注浆管。初支完成后,即行注浆加固围岩,并在其后方加固初支或紧跟衬砌。
2.2.2 坍塌已经发生,应及时使用刚度更大的型钢代替超前导管进行超前支护,长度视情况而定,一般为6m,可并排,预留注浆管。初支完成后即行注浆加固围岩,并在其后方加固初支或紧跟衬砌。
2.2.3 上述初支加固仍不稳定的情况下,施加型钢套拱或衬砌。
2.2.4 增开洞室的口部要特殊处理,方法是根据围岩情况,先进行超前注浆加固并成环,而后剥除喷射混凝土,并靠架立两榀型钢拱架。
2.3 注浆
2.3.1 超前注浆参数主要依据设计加固范围和经验选定,注浆纵向加固长度30m,主要参数如表所示。
表1 超前注浆参数表
2.3.2 注浆工艺 超前注浆采用前进式注浆方式,孔口管直径Φ135mm,注浆孔直径为Φ90~108mm。每一循环注浆段长为30m,分段长度为3~5m,每循环注浆完成后
开挖长度为22~25m,留5~8m作为下一循环注浆的止浆墙。
3 施工要点
3.1台阶法开挖。根据围岩情况,适当减少装药量和拉大爆破孔眼间距,部分只打孔不装药,仅起增加临空面的作用。
3.2由于围岩软弱松散,开挖后根据围岩情况可暂不初喷混凝土,在钢架网片铺设后再进行。
3.3必要时超前导管可采用双排,角度可比第一排(3°~5°)大20°左右,且保证一定搭接长度。考虑到超前支护施作完成到下一循环爆破时间短,因此一般情况下可暂不注浆,必要时考虑使用水泥、水玻璃双液浆。
3.4锁脚锚管应在喷混凝土前完成,钢架连接板外(拱顶除外),以及下半断面中部每处设置两根。
3.5铺底采用碾压式混凝土,仰拱封闭在开挖后,一次施作到位。
3.6为达到共同受力的目标,可在上半断面拱脚处设置纵向型钢连接,或在钢架间使用型钢楔形支撑。
3.7施工中,经常发现开挖约一周后则会出现大量明显渗水,且伴随较大变形,而使用其他加固措施又极大影响施工进度,可采取设置临时横撑方式解决。
3.8根据量测监控情况,适时对支护进行初步加固或调整。
3.9衬砌施作条件:当收敛速率小或变形没有收敛迹象时,必须及时施作二次衬砌,在衬砌条件不具备而变形较大时,可先施作衬砌边基或边基以达到控制变形之效果。在掌子面发生较大坍塌时,应封闭掌子面,待加固完成,衬砌紧跟下断面之后,方可进行开挖。
4 辅助措施
4.1 超前地质预报
为了准确的掌握前方围岩的情况,施工中严格按照在溶岩地段,断层破碎带,软弱围岩段施作超前钻孔,并结合平导超前探测结果的异常段,按需求增设钻孔,探孔布置如图1所示。
钻机钻孔时要固定牢固,并安设孔口管及高压闸阀,确保如果超前钻孔涌出高压地下水时,能够有效地控制。
在溶岩地段、溶岩与非溶岩过渡接触带、以及软弱围岩破碎带施工中运用开挖钻机进行5~8m的超前钻孔,对洞身前方进行全方位空间探测,探孔成放射形布设。
图1 软弱围岩地段超前探孔示意图
4.2 施工监测
为评价初支强度的情况,指导施工,施工中实施拱顶下沉和水平收敛监控量测。如果变形超过收敛容许值时,立即施做衬砌。
4.3 施工通风
由于野三关隧道进口地质条件复杂,工期比较紧张,为了保证平导的作业环境,实现平导的快速施工,为正洞施工创造条件,采用射流通风技术,因此根据现场情况施工通风系统分两个阶段布置,通风方式如下:
第一阶段横通道未连通正洞和平导前,正洞和平导各自采用独立的压入式通风。
第二阶段横通道连通正洞和平导后,采用巷道式通风,并利用射流通风技术,新风从平导进入,污风从正洞口排出。
5 施工注意事项
5.1为了更好地掌握围岩压力的稳定性,及变形是否达到收敛,每5米埋设一级量测桩进行测量数据,及时反馈监测结果,以利指导施工。
5.2洞内软弱围岩的地段,加强监控量测,监测频率为4次/天。
5.3现场施工作业点派专职安全员8小时值班,一旦发生异常情况,人员立即撤出,停止作业,再决定采取其它的加固措施。
5.4上下导坑安装的每一环拱架,必须严格按照技术交底的尺寸施工,确保受力均匀,确保二次衬砌顺利施工。
6 结束语
6.1在该工程的施工实践中,对于始终坚持“管超前、短进尺、弱爆破、紧封闭、勤量测”中的“短进尺”结合本工程进行了探索,取得了一定效果。因施工进度无法满足工期需要,较短的施工循环进尺,每循环时间基本是4h-6h。当适当调整了循环进尺后,日进尺达到了6m以上。为控制随之增大的超欠挖,施工中主要是确保超前支护(小导管)的搭接长度,相关的辅助措施要快而有效,并及时支护封闭。
6.2对于不同围岩特点监控量测的管理等级要及时分析并做出相应调整,反馈设计,指导施工。
6.3施工的可平行作业程度要根据围岩级别、资源配备、作业层的施工水平和实施程度灵活调整。
6.4为保证快速施工,运输通道一定长度范围应设置会车道,一般以150m~200m一处较为合适;在遭遇不良地质需拉大间距时,最大不宜超过300m。
参考文献:
[1] 关宝树. 隧道工程施工要点集. 北京:人民交通出版社,2003.
[2] 中华人民共和国铁道部.铁路隧道设计规范(TB10003-2005),中国铁道出版社.