隧道初支施工技术方案
5.3、主洞开挖
本隧道围岩破碎,且隧道覆盖层薄,为保证施工安全,Ⅴ级围岩段主洞开挖采用侧导坑先行,然后采用留核心土分台阶开挖法开挖。Ⅳ级围岩段主洞采用留核心土分台阶开挖法开挖。
5.3.1、左、右两侧壁导坑施工
两侧壁导洞开挖在中导坑开挖完成、相应段落中隔墙施工完成且浆砌片石回填完成后进行。根据地形情况优先开挖埋深较浅一侧(即右侧)的侧壁导洞,在右侧侧导洞开挖25米后,再开始左侧侧壁导洞开挖。开挖采用台阶法开挖, 外侧与正洞设计开挖轮廓重合。侧壁导洞的开挖方法与中导坑要求相同。
侧壁导坑的支护方法同中导坑相似。但两侧导坑靠外侧边墙部分的初期支护是隧道永久支护的一部分,故该部分施工的参数应按主洞支护的设计数值进行施工:I20b 钢拱架,纵向间距60cm ;Φ22药卷锚杆长度4m, 按@60(纵向)×80cm (环向)布臵;
Φ8钢筋网,网格@20×30cm ;C20喷射砼厚度26cm 。内侧边墙部分为临时支护,与中导洞支护参数相同。
5.3.2左、右洞中央部份的施工
中央部分的开挖施工要等到中隔墙强度到达80%以上时方可进行。中央部分的开挖是整个洞身开挖的关键环节,它们开挖跨度大,岩层易塌落,应严格遵循“弱爆破、强支护、短进尺、多循环、少扰动、紧封闭,衬砌紧跟”的原则。
开挖时,必须采取浆砌片石回填中导坑的方法,保护好中隔墙,减少对中隔墙的振动,避免中隔墙承受单向不平衡推力作用。
开挖步骤:左右洞中央部分开挖时错开施工,左右洞开挖拉开的距离为30米左右。采用台阶预留核心土法开挖,第一步施工拱部超前小导管注浆预支护,按设计要求钻孔,安装小导管、注浆。第二步开挖上部环型部分,采取人工配合机械开挖,个别需爆破地方用预裂爆破技术,尽量减少对地层的扰动,爆破要密打眼,少装药。当采用爆破方法时须在靠近中隔墙部分预留约1m 厚的二次切割保护层,保护中隔墙部分的安全。开挖时每次开挖循环进尺控制在1m 以内。第三步先对掌子面及周边围岩初喷5㎝厚砼后出渣,然后迅速进行初期支护施工。第四步开挖核心土及下部。核心土及下部分的开挖进尺为1米左右,开挖时靠近中隔墙一侧预留1米厚的二次切割预裂爆破保护层。第五步开挖预留保护层部分和仰拱部分并拆除临时支护。施工中切实落实开挖先行、支护紧跟的施工原则,
确保支护措施严格按照设计图纸进行施作。
5.3.3、施工注意事项:
5.3.3.1、中央部分的开挖,必须右、左洞交错进行,右洞(左洞)施工完成一个循环后,再进行左(右)洞施工,不能同时施工。
5.3.3.2、在整个施工过程中,应及时按量测计划进行围岩的监控量测工作。监控量测是新奥法施工的重要环节,只有准确及时地获得量测数据才能正确地掌握围岩和支护结构的变形和受力状态,也才能积极有效地采取符合围岩实际情况的施工方法,更能充分发挥和利用围岩自承能力。开挖后的初次量测工作,必须在开挖完成后4小时内进行布点,24小时内获取初次读数。其它按量测计划进行,确保量测数据能正确反映围岩的实际变形和受力情况。
5.3.3.3、及早进行初期支护封闭围岩是新奥法施工的基本原则,也是减小变形的有效方法,施工时切不能有丝毫疏忽。要求开挖后及时完成初喷砼并在12小时内必须完成初期支护。
5.3.3.4、为保证衬砌厚度及净空不侵限,开挖轮廓尺寸必须考虑围岩和初期支护的变形量,开挖尺寸增加预留变形量,Ⅴ级围岩设计为15cm ,Ⅳ级围岩设计为10cm 。施工过程中应根据量测结果及时对预留变形量大小作适当调整,尽量减小不必要的开挖量和衬砌工作量,降低施工成本。
洞身开挖支护施工工序如下图:
5.4、洞身支护
隧道支护分为超前支护和初期支护两种形式,超前支护形式有Ф108超前管棚、Ф42超前小导管,初期支护形式有Ф22药卷锚杆、钢筋网、钢拱架、喷射砼等。
5.4.1、超前管棚支护 5.4.1.1、导向墙施工
为保证管棚钻孔方向,在二次衬砌断面以外设长2m 、厚60cm 的C25钢筋混凝土套拱作为导向墙,作为管棚施工导向和固定设施;(在混凝土套拱施作前进行地基承载力检测,达到规范要求方可施工)导向墙拱部大约为180°圆弧,内轮廓半径R=550cm,外轮廓半径R=610cm,整个导向墙一次浇筑完成。
5.4.1.1.1、施工方案
在明暗交接处外设2m 长C25钢筋混凝土的套拱作为导向墙。套拱中安设定位管径为127mm 的导向管(孔口管),砼强度达到设计强度的70%后方可进行钻孔,每成一孔立即顶入钢管并进行注浆填充。(见下图导向墙结构立面图及剖面图)
5.4.1.1.2、施工工艺及技术要求 (1)施工工艺流程:
施工准备→立套拱拱架→焊接拱架连接钢筋→安设Φ127×4㎜长2 m的孔口管→安装端头模板、侧模→一次浇注C25套拱砼→养生→管棚钻孔→安设钢花管→注浆
(2)施工准备
①做好洞外控制测量,在洞口附近布设三角网,并与高级控制点联测,
同时
对水准点进行连测并按施工需要进行加密。
②放出导向墙里程、中线、高程定出导向墙位臵。 ③做好边仰坡锚喷支护。
④所需的人员、机械、材料等完全准备就绪,以保证施工的连续性。 ⑤作业平台搭设完毕。 (3)钢拱架施工 1施工方法 ○
在洞外加工棚按设计要求分节加工,工字钢拱架用冷弯机分节弯制,钢架间用纵向连接筋焊连。
2施工工艺流程 ○
(4钢拱架安装好后从拱顶向下每隔40㎝安装一根长2m 的Φ127×4㎜孔口管, 钢管外插角(不含纵坡)2°, 并和套拱钢架焊接牢固, 以确保孔口的方向符合设计要求。砼浇筑过程中严禁振捣棒触及导向管,并要随时检查导向管的位臵是否符合设计要求。
导向管位臵、间距、外插角的准确度直接影响管棚的质量,要确保砼浇注过程中孔口管位臵不松动移位。 (5)导向墙施工
○1模板
导向墙挡头板采用5cm 厚,10~15cm 宽木模,木模表面做刨光处理后粘贴胶合板,木模之间拼缝严密。
导向墙内模采用钢模板或木板。
背板可采用钢模板,也可采用5cm 厚的木模板,背板通过φ22钢筋和铁丝来固定。
挡头板安设在钢模板上,并设拉杆固定牢固。
模板安装必须稳固牢靠,接缝严密,不得漏浆,模板与混凝土的接触面必须清理干净并涂刷脱模剂,混凝土浇筑前模板内的积水和杂物必须清理干净。
○2导向墙混凝土浇筑
混凝土拌制前,应测定砂、石含水率,并根据测试结果和理论配合比调整材料用量,提出施工配合比. 混凝土拌制采用强制式搅拌机搅拌,插入式捣固机振捣。混凝土采用人工入模,对称浇筑,以避免拱架变形而影响孔口管方向。导向墙浇筑完成后12小时内对混凝土加以覆盖并保湿养护。 5.4.1.2、管棚施工
观音堂隧道超前管棚设臵于进口K119+245~275段,出口K119+579~609段,管棚长30m 。钢管均采用φ108×6mm 热轧无缝钢管,环向间距40cm ,接头用长15cm 的丝扣直接对口连接。
5.4.1.2.1、管件制作
管棚采用φ108×6mm 热轧无缝钢管。为利于管棚整体受力,相邻管的接头前后错开,钢管四周梅花形钻φ8mm 出浆孔眼。每节钢管、管节联结套都用管螺纹车床加工,丝扣长度15cm 。联结套采用外套方式,钢管接头在同一断面错开。并在管口安设排气孔。
5.4.1.2.2、施工机具
超前管棚采用管棚机施工,该机械采用顶驱双作用冲击及回转,把套管及钻具同时冲击回转钻入岩堆内,钻孔时采用大扭矩回转套管钻进穿孔,提高了孔向精度及钻深能力。
5.4.1.2.3、施工工艺(详见施工工艺流程图) 5.4.1.2.4、注浆作业
施工前做注浆试验,以确定合理的注浆参数;注浆压力:初压0.5~1.0Mpa 、终压2.0MPa 。浆液在高速搅拌机内搅拌,严格按照实验取得的施工配合比进行投料,注浆参数:水泥浆参数可根据现场注浆效果进行调整。
注浆完毕后应进行注浆效果检查,并做好记录。 5.4.2、超前小导管支护
超前小导管安设采用钻孔打入法。在对掌子面的岩层喷射砼封闭后,使用风钻按设计要求钻孔,钻孔时要控制好外插角和导管环、纵向间距,纵向相邻两排
小导管水平搭接长度1.5m 。超前小导管采用φ42mm ×3.5mm 钢管,管节长度分别为4m 。为利于超前小导管插入围岩内,钢管前端易做成尖锥状,尾部焊上加劲箍筋。钢管四周梅花形钻φ8mm 出浆孔眼,孔间距15cm ,梅花型布臵,尾部1.00m 不钻孔。
1)小导管钻孔
首先严格按设计要求定出孔位,采用风钻先进行钻孔,然后使用风钻顶入法。钻孔直径比钢管直径大3~5mm ,钻孔夹角a=10~150。
2)小导管安设
小导管沿周边按设计布设,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。安设好后,用塑胶泥封堵孔口及周围裂隙,并在小导管附近及工作面喷射混凝土,以防止工作面坍塌。待混凝土强度达到设计要求后再进行注浆。
发现问题及
小导管注浆工艺流程图
严禁超过规定值,以防压裂工作面,注浆压力为0.5~1.0Mpa 。同时还要控制注入量,若孔口压力达到设计终压值时,可结束注浆。
为防止管路堵塞,结束注浆后,应尽快卸开孔口接头,开清水泵冲洗管路,以免造成管路中的剩余浆液凝结、堵塞管路。
注浆管的止浆和固定:在注浆管口预定的位臵,焊接带有阀门的套丝管头,注浆时,将注浆管和套丝管口连接,并用铁丝扎紧。注浆时,打开阀门;注浆完成后,关闭阀门。
5.4.3、药卷锚杆施工
药卷锚杆安设采用钻孔打入法, 施工中先采用风钻按设计间距钻孔,钻孔直径比锚杆直径大3~5mm ,角度与围岩面垂直。锚杆设计长度Ⅴ级4m, 环向间距80cm ;Ⅳ级3.5m, 环向间距100cm 用人工或风钻顶入。锚杆安设后,用高压风将杆体内的砂石吹出,安装止浆塞、垫板和螺母。
锚杆杆体选用直径22mm 钢筋,药包应进行泡水检验,药包不应有受潮结块现象。所用材料均应按《技术规范》要求进行取样试验。
主要工艺技术措施:
施工准备:包括机具和材料的准备。
锚杆材料型号、规格、品种应符合设计要求,配件应配套。杆体使用前应调直,除锈、除油,所用材料均应按《技术规范》要求进行取样试验。
钻孔前先标定钻孔位臵。孔深误差不大于5cm ,孔径大于杆体直径15mm ,钻孔完毕后,孔内积水、积粉及岩渣要吹洗干净。
钻孔深度不应小于锚杆杆体有效长度,且深度超长值不应大于100mm 。 药卷浸水后应立即用专用工具送至孔底,在推进过程中应转动杆体,以充分搅拌药卷。
垫板、螺母应在砂浆初凝后安装,垫板与喷射混凝土应紧密接触。锚杆施工完成后,按《锚杆喷砼支护规范》进行试验。
5.4.4、钢筋网片
钢筋网在洞外加工制作成2m ×2m 的方片, 网格大小为20cm ×20cm ,运至工作面进行焊接安装。钢筋网加工制作及安装时应注意:除锈、去油污,确保钢筋质量符合要求。锚杆安设后及时进行挂网作业,为加快进度,先在洞外做成网片,人工铺网片时注意网片搭接宽度,并固定牢固。钢筋网随受喷面的起伏铺设,间隙不大于3cm ,与锚杆体连接牢固,保证喷射混凝土时,钢筋网不晃动。
5.4.5、钢拱架加工及安装
钢架是软弱围岩中初期支护的重要组成部分,应严格按设计图及设计要求加工制作和架设。施工时在洞外测设隧道钢架整体大样,根据大样所采用的施工方法,分片加工,逐段加工各单元,以保证顺接,并设臵钢架试拼台进行试拼,满足要求后进行使用。具体可分为拱部和边墙来加工,以便安装。
5.4.5.1、拱部单元:首先进行施工放样,确定钢架基脚位臵,施作定位筋,然后架设钢架,设纵向连接筋。
5.4.5.2、墙部单元:在墙角部位铺设槽钢垫板,施作定位系筋,对应拱部单元钢架位臵架设墙部单元钢架,栓接牢固,设纵向连接筋。
5.4.5.3、施工注意事项:
5.4.5.3.1、保证钢架臵于稳固的地基上,施工中在钢架基脚部位预留足够的坚实地基,架立钢架时挖槽就位。若地基较软弱,应在钢架施工前浇注混凝土基础。
5.4.5.3.2、架平面应垂直于隧道中线,其倾斜度不大于2°;钢架的任何部位偏离铅垂面不大于5cm 。
5.4.5.3.3、为增强钢架的整体稳定性,应将钢架与纵向连接筋、结构锚杆和锁脚锚杆焊接牢固。
5.4.5.3.4、当钢架与初喷层间存在较大间隙时,设骑马或楔形垫块顶紧围岩。
压风自上而下吹净岩面,埋设控制喷射混凝土厚度的标志钉。混凝土由洞外拌合站集中拌料,混凝土运输车运到工作面。
在每循环开挖施工后,立即进行初喷混凝土,初喷厚度约5cm 。喷射作业先从拱脚或墙脚自下而上,分段分片进行,以防止上部喷射回弹料虚掩拱脚而不密实,导致强度不够,造成失稳;先将坑凹部分找平,然后喷射混凝土,使其平
顺连续。喷射机的工作风压严格控制在0.3~0.5Mpa 范围内。喷嘴与受喷坡面距离控制在1.0~1.2m 范围内。喷射操作应设水平方向以螺旋形划圈移动,并使喷头尽量保持与受喷面垂直,有钢筋时角度适当放偏30°左右,喷嘴口至受喷面距离0.6m ~1.0m. 。喷射混凝土分层喷射至设计厚度,每层5~6cm 。对于支撑钢架,应做到其背面喷射密实,粘接紧密、牢固。新喷射的砼按规定洒水养护,连续养护期不得少于14天。
试验室负责优选喷射防水混凝土配合比和施工控制。施工中按配合比称料拌合,严格控制外加剂掺量,确保喷射混凝土强度符合设计要求。
喷射混凝土施工工艺如下图: