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淺析軟弱圍巖隧道快速施工技術

08-22 12:12:06  瀏覽次數:350次  欄目:地鐵遂道
標簽:工程設計, 淺析軟弱圍巖隧道快速施工技術,http://www.nvlbio.live
摘要:通過對神延鐵路W9標的羊馬河隧道、關路坡隧道 、翅膀溝隧道8690m,軟弱圍巖隧道6175m,土質隧道5190m快速施工范例,總結了軟弱圍巖隧道快速施工的經驗。
關鍵詞:軟弱圍巖;隧道;快速施工
    隨著科學技術和生產管理水平的進步,我國修筑長大軟弱圍巖隧道的能力不斷提高。這不但表現在克服各種軟弱圍巖復雜工程地質技術手段上,及在施工軟弱圍巖的成洞速度和工程質量上,F總結神延鐵路W9標段隧道的施工經驗,供同類施工隧道參考。
1 工程式概況
1、1 基本情況
神延鐵路W9標段為三座越嶺隧道:羊馬河隧道長3810m,關路坡隧道長輩3159m,翅膀溝隧道長工1721m,共長8690m.其中:Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ類圍巖共6175m,占隧道總長的71%。Ⅳ類圍巖總長為2515m,占隧道總長的29%。其中土質地段總長度5190m,占隧道設計長度的60%。
1.2 工程地質情況
神延鐵路W9標段位于陜北黃土高原梁峁溝谷區,沖溝發育,植被稀疏,地形起伏較大。出露黃土質砂粘土;風積新黃土,沖積圓礫土、卵石土;老黃土;紅粘土以及砂巖夾頁巖,頁巖夾砂巖。沿線沖溝、陷穴、滑坡溜坍、濕地、斜坡不穩、軟弱地基及煤窯采空等不良地質現象特別發育。黃土隧道開挖后,初期變形大、變形速度快,圍巖自穩時間較短。各巖層界面上、下土的含水量較大。這些對圍巖的穩定性極為不利。
2 施工方法
2、1 洞口段施工
  一般來講,洞口段圍巖破碎松散,開挖后,圍巖不能形成自然拱,易導致坍塌。根據各隧道洞口的地質情況,采取了如下措施:羊馬河隧道進、出口及湫溝斜井、關路坡隧道進、出口、翅膀溝隧道進、出口的地質條件較好,清理邊仰坡、進行錨桿掛網和噴砼封閉后直接進洞;關路坡隧道螞蟻斜井洞口位于地下水、地表水發育地段,地層為紅粘土,含水量大,呈軟塑狀。對圍巖采用超前小導管進行預加固。
2、2 正洞施工
  本標段三座隧道可分為兩類,即土質隧道和石質隧道。新黃土具Ⅱ級自重濕陷性,紅粘土呈弱膨脹性,砂巖及頁巖互層,風化嚴重,產狀幾乎呈水平狀,且巖層較薄。在各巖層界面,有較豐富的地下水。針對這種情況,我們對土質隧道采用非鉆爆開挖法(即用風鎬配合挖掘機開挖),石質隧道采用了弱爆破開挖法。
2、2、1 土質隧道I、Ⅱ類圍巖的施工
在土質隧道施工中,我們嚴格遵循了“短開挖,禁爆破,快支護,勤量測,緊襯砌,早成環”的原則,采取超短臺階法,用風鎬配合挖掘機開挖的施工方法。
當圍巖軟弱、松散時,圍巖變形快,側壓力大,自穩時間短,初期支護早期強度不能滿足圍巖穩定的要求,甚至開挖后便產生圍巖失穩坍塌。根據本標段三座隧道圍巖情況,一般情況下,采用超前錨桿的辦法,穩定圍巖。當覆蓋層較薄,圍巖松散破碎時,采用超前小導管進行預加固(具體開挖順序見圖1),其工藝流程見圖2。
通過上述分析,土質I、Ⅱ類圍巖地段的施工步驟如下:
a、 開挖(1)部
(1)部開挖非常重要,直接影響其它步驟的正常實施。本部開挖每次進尺不宜超過1.5m,開挖范圍以同時滿足人工開挖(1)部、施作初期Ⅱ部、并正確使用挖掘機開挖核心土(3)的最小尺寸要求,最大限度發揮機械施工效率,減少人工開挖作業量,加快施工速度。(1)部施工時要保留核心土(3)部。(3)部的作業即可作為(1)、Ⅱ的作業平臺,從力學角度講,它可以對II部拱腳形成反壓,穩定拱腳,減小拱部下沉。為(1)部施工方便并考慮后續施工步驟容易實施,(1)部開挖的下部可以最大跨線為限,拱部開挖輪廓考慮預留變形量、鋼架(格柵)的5cm砼保護層為限,并便于鋼架(格柵)的分節安裝。
a. 根據鋼架(格柵)、噴拱部砼.初期支護II部
  根據圍巖(新、老黃土,紅粘土)的工程地質特征,為施工安全,開挖后及時初噴砼5cm盡早封閉巖面,并保證鋼架(格柵)的砼保護層厚度。
  安裝時,為了盡量減少拱頂下沉,嚴禁基腳處超挖,且將該處進行適當夯實處理,圍巖承載力較小時,加大鋼板或木板,增加承壓面積。鋼架兩基腳處加鎖腳錨桿。鋼架(格柵)不僅是作為初期支護之前的施工支護,而且是復合式襯砌結構的一部分,還應嚴格按設計實施。
  噴砼施工:作為噴錨構筑法的一個重要施工環節,還是作為隧道的永久支護,噴砼對隧道的順利施工和運營安全都將起至關重要的作用。本標段三座隧道施工,選用TK—961濕噴機進行濕噴,加入TX—1型液體速凝劑以減少粉塵和回彈。
b. 開挖核心土(3)及落中槽(4)
為了(1)、Ⅱ部的施工方便,(3)部的長度不宜超過3m。
加快施工速度,采用反鏟挖掘機開挖(3)部,但施工時,挖掘機大臂及挖斗嚴禁碰撞II部。
中槽(4)部可用挖掘機或裝載機開挖,開挖長度控制在6m以內,可與(3)部順接,其上、下口寬以保證兩邊墻馬口上、下部寬度≮1.2m,馬口與底部順接。由于黃土隧道開挖后,側壓力較大,所以,中槽開挖不宜過長、過寬,確保馬口穩定。
d、開挖馬口(5)、(7)部及作初期支護Ⅵ、Ⅷ
為保證(Ⅱ)穩定,兩側馬口開挖時,應前后錯開,相距1m。用風鎬開挖,堅持短進尺,每次挖1m,自上而下進行,同時應保證兩榀鋼架(格柵)不能同時懸空,邊挖邊接長鋼架(格柵);_處做歷實處理,以期穩定。開挖完畢,即噴砼封閉巖面。該部施工時,切不可盲目冒進。
e、施作仰拱Ⅸ部
這一步是具體體現新奧法施工的一條重要原則:早日成環。黃土隧道施工,仰拱對襯砌結構的穩定起至關重要的作用。由于黃土隧道開挖后,變形較大,側壓力也較大,為防止邊墻內擠侵限,按“早成環”的原則,應及時施作仰拱,封閉結構。仰拱一般緊跟初期支護,在地下水較多或土層較好時可拉開一定距離,但最大不超過10%,在含水較大的新黃土地段,應先施作仰拱。(4)、(5)、(7)部施工時不要擾動底部(軌面以下),底部隨著開挖既施作仰拱,防止施工用水及地下水浸泡基礎。
f、灌注二次襯砌砼Ⅹ、Ⅺ部
二次襯砌的施作時間,應滿足下列條件:各測試項目所顯示的位移率明顯減緩、各項收斂速度<0.2mm/d或拱頂位移速度<0.15mm/d、已發生的各項位移,已達到預計位移總量的80~90%、初期支護表面沒有再發展的明顯裂縫。根據三座隧道的土質情況,既考慮上述條件,又考慮工期緊的具體情況:采取二次襯砌緊跟,即I類圍巖地段襯砌距掌子面5~6m、Ⅱ類圍巖地段襯砌距掌子面8~11m,Ⅲ類圍巖地段襯砌距掌子面13~15m、淺埋地段應及時進行二次襯砌。
2.2.2土質隧道III類圍巖開挖方式
  土質III類圍巖地段,在本標段主要為老黃土和紅粘土,其施工方法同I、II類圍巖,但開挖臺階長度可適當增加。由于紅粘土具弱膨脹性,開挖后不宜暴露時間過長,為確保安全,開挖和初期支護參數原則上不能超過I、II類土質隧道開挖和初期支護參數。
2.2.3 石質II、III類圍巖開挖方式
   羊馬河、關路坡隧道存在較長地段上部土層、下部石質巖層,部分地段土石界面幾乎與拱部開挖輪廓線重合,土石界面處地下水較大。
   石質II、III類圍巖地段,采用三步短臺階法開挖,人工鉆爆,(1)部由人工倒碴至(3)部再由挖掘機扒至(5)部,(3)部開挖的碴也扒至(5)部,隨(5)部將碴一起運出。上部土層地段的施工同土質I、II類圍巖的施工,下部巖石采用弱爆破。部分淺埋地段采用超前小導管預支護外,其余均采用超前錨桿預支護。施工工藝與土質I、II、III類圍巖相同,其施工步驟如下(施工順序見圖3):
  開挖(1)部、施作II部初期支護(含鋼架)、開挖(3)部、施作Ⅳ部初期支護(含鋼架)、開挖(5)部、施作Ⅵ部初期支護(含鋼架)、施作仰拱Ⅶ、二次襯砌Ⅶ。
2.2.4 施工機械
   主要設備有:挖掘機、裝載機、空壓機、通風機、砼輸送泵、砼輸送車、自卸汽車、砼拌和站、濕噴機、運輸汽車、襯砌臺車、抗干擾工作平臺、變壓器、發電機,由于兩個斜井的坡度較大,各增加一臺20T卷揚機。
2.2.5施工中應注意事項
a 、嚴格執行既定的施工原則,不得為盲目追求進度,蠻干冒進。
b 、為保證襯砌厚度以及襯砌結構不侵限,開挖輪廓應考慮預留變形量。預留變形量初期可按I類圍巖10cm,II類圍巖8cm、III類圍巖6cm考慮。施工過程中,結合測量結果及時修正。
3 施工績效
三座隧道主體工程僅用16個月,提前合同工期15天。實際施工時
間比國家定額工期節省14個月。施工過程中出現土質地段及石質I、II類圍巖地段月成洞85m,8個,土質地段平均單口月成洞60m,最高單口月成洞82m.石質II類圍巖地段月成洞120m14個,石質III類圍巖地段單口月成洞140m6個。三座隧道連續5個月完成成洞850m以上,最高月完成985m,平均月完成543m。被專家們稱贊為“開創了國內軟弱圍巖隧道施工的奇跡。

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