摘 要:本文结合国道西镇公路拴马岭隧道的施工实践,就我国西南山区隧道施工的关键工序和技术控制进行了简要介绍。
关键词:公路隧道;关键工序;技术控制
国道210西乡至镇巴二级公路改建工程位于陕西汉中境内,全长68.308公里。中铁十九局集团六公司承建的f标拴马岭隧道全长2077.2m,净宽10.0m,限高5.0m。隧道采用新奥法设计,支护体系结构为复合衬砌,即以锚杆、喷射混凝土、钢拱架、格栅钢架等为初期支护,二次衬砌采用模筑混凝土,并在两次衬砌之间敷设土工布及防水板。现就主要工序和技术控制进行介绍。
1.地质条件
拴马岭隧道为越岭长隧道,最大埋深210m,隧道地处大巴山腹地,属地壳运动褶皱地带,与隧道平行200米有一条岩层断裂带,围岩主要为软质和硬质围岩,或软硬岩互层。
1.1软质围岩多为泥岩、泥灰岩,受地质构造影响极破碎,临空后快速风化,极易坍塌,地应力大,初支结构变形、破坏严重,实测收敛与沉降变形可达到1000mm和800mm,造成初支结构破坏,型钢拱架扭曲变形,喷射混凝土剥落。开挖时,局部地下水发育部位常产生大规模塌方;
1.2硬质围岩多为棕红色泥质页岩和灰色砂岩。泥质页岩质地较软,层间夹粘土,岩隙多含水,层间结合差,极易滑塌。受地质构造影响,岩体破碎,塌方体多呈碎石、粉末状。此类围岩地应力大,实测初支结构沉降、收敛变形大,单侧常超过400mm,初支结构拱架扭曲变形,喷射混凝土剥离脱落;灰色砂岩质地坚硬,岩隙富含水(承压水),整体呈碎石大块镶嵌结构。层间结合差,有临空面或受震动沿节理面常产生塌方。
2.洞口工程
2.1首先对洞口仰坡、边坡按设计一次性刷坡到位,且立即施做支护。边仰坡支护采用ф22砂浆锚杆,长3.5m,间距1.2m,分层梅花形布置。沿开挖轮廓线外10cm以8-12°的外插角布置锚杆,边仰坡面用网喷砼封闭,同时做好洞顶截水沟施工。
2.2洞口长管棚施工
在明洞外轮廓线以外施作c25混凝土套拱作长管棚导向墙,然后用电动钻机沿设计位置施工,钻机立轴方向必须准确控制,保证孔向正确,每钻完一孔便顶进一根钢管。钻进中,应经常测钢管钻进偏斜度,发现偏斜超过设计要求,及时纠正。
长管棚作业,应先打入φ89mm热轧无缝有孔钢花管,壁厚5mm,环向间距40cm。注浆后再打入无缝钢管,无缝钢管可以作为检查管,检查注浆质量;钢管接头采用丝扣连接,丝扣长15cm。为使钢管接头错开,编号为奇数的第一节管采用6m钢管,编号为偶数的第一节钢管采用4m钢管;然后进行长管棚预注浆,注浆采用水泥浆,进行分段注浆。
2.3开挖
ⅴ级围岩采用预留核心土法开挖,工序为:开挖上断面→进行初期支护→开挖下断面核心→开挖下断面左右边墙→左右边墙底部支护→开挖仰拱部分→浇注仰拱→拱墙一次性衬砌。
ⅳ级围岩正台阶开挖上半断面采用风枪钻孔,下半断面采用自制钻孔台车,人工装药。为了保证开挖轮廓圆顺、准确,维护围岩自身承载能力,减少对围岩的扰动,为下步工序创造有利条件,拱部采用光面爆破,边墙采用预裂爆破。
ⅲ级围岩全断面开挖采用钻孔台车钻孔,人工装药。
3.超前支护
3.1大管棚施工工艺
施工时,对钻机立轴准确控制,以保证孔口的孔向正确,钻进中经常测钻进的偏斜度,如偏斜超过设计要求,及时纠正。
管棚注浆按固结管棚周围有限范围内土体设计,浆液扩散半径≥0.5m。注浆采用分段注浆。
注浆前进行注浆现场试验,注浆参数及缓凝剂掺入量通过现场试验按实际情况确定,以利施工;注浆结束后及时清除管内浆液,并用30号水泥砂浆紧密充填,增强管棚的刚度和强度。
3.2小导管注浆施工工艺
采用φ50小导管进行超前预注浆加固,其工艺流程为:钻孔→清孔→打入小导管→密封钻孔→注浆→堵塞注浆口。
小导管采用壁厚4mm的无缝钢管制作,长度5.0m,前端加工成尖锥形状,管壁四周按15cm间距梅花形钻设四排φ8mm压浆孔(尾部80cm不打孔)。小导管外插角7°,搭接长度1.0m以上,环向间距40cm,拱部120°范围布置。
注浆采用425普通硅酸盐水泥,水灰比1:1,注浆压力控制在0.5-1.0mpa。为保证注浆不停顿进行,注浆前应认真检查注浆泵状态是否良好,配件是否齐全。
3.3锚杆施工工艺
工序:
孔→清孔→插入药包、杆体 。钻孔采用yt28型风枪,锚杆预先在洞外加工制作。施工时,杆钻孔位置及孔深必须精确,锚杆要除去油污、铁锈和杂质;药包要浸水湿润后填满锚杆孔并捣碎。
4.初期支护
4.1φ22砂浆锚杆施工
系统锚杆及锚杆采用φ22砂浆锚杆,工艺流程:钻孔→清孔→安装锚固剂→插入杆体。钻孔采用风枪钻孔。施工时锚杆间距、钻孔深度必须满足设计要求,锚杆要除去油污、铁锈和杂质。
4.2钢筋网安设
钢筋网应随受喷面起伏铺设与受喷面的间隙一般为3cm,钢筋网的喷射砼保护层厚度不小于2cm;向钢筋网喷射时,喷头应稍微倾斜,以使钢筋网背后喷射密实;钢筋网应与锚杆连接要固,在喷射混凝土时不得晃动;钢筋在地面预制成网片后进行安装。
4.3钢支撑施工
钢支撑求预先在洞外结构件厂加工成型。钢支撑加工后试拼,允许误差:沿隧道周边轮廓误差≤3cm;螺栓孔眼中心间误差≤±0.5cm;钢支撑平放时,平面翘曲<±2cm。
4.4湿喷砼工艺
选用42.5号普通硅酸盐水泥;细度模数为2.5~3.0中砂,洁净质硬;粒径为5~10mm的碎石,要求级配良好;。
湿喷砼配合比:严格按照试验室提供配合比施工。砼喷射机安装调试好后,在料斗上安装振动筛(筛孔10mm),以避免超粒径骨料进入喷射机;用高压水冲洗干净受喷围岩面,而后即可开始喷射砼。
喷射时,喷嘴与岩面的距离控制为60~100cm;喷射方向尽量与受喷面垂直,拱部尽可能以径向方向喷射,风压控制在0.45~0.7mpa之间。一次喷射厚度不宜超过10cm,若需喷第二层,两层喷射的时间间隔为15~20min。喷射作业分片进行,按照先边墙后拱脚,最后喷射拱顶的顺序施喷。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,力求喷出的砼层面平顺光滑。
4.5临时支护措施
根据围岩监控数据的体现,如发现隧道初支收敛变化增大,及时采取增设临时护拱及临时仰拱进行支撑。
5.复合式衬砌
隧道衬砌采用12m长穿行式全断面液压衬砌台车,砼由洞外拌合站按配比生产砼,由砼输送车运至灌注地点,由砼输送泵泵送砼入模,插入式振捣器人工捣固。砼两侧对称灌注,两侧灌注高差不超过1m。砼灌注过程中注意振捣,防止过振或漏振。封顶由封顶口倒退逐一泵送砼,以确保拱顶砼回填密实,预埋注浆管。砼灌注完成后,按规范进行养生。防水板铺设的施工程序流程:施工准备→设盲沟、固定复合式防水板→焊接防水板搭接缝→质量检查→移动作业架→下一循环。
6.施工监控量测
6.1进、出口地表沉降观测
监控点布置按规范及设计要求进行布设。
注意事项:
布置测点时注意在位移量较大的地段将测点适当加密布置;地表量测与地下洞室监测同步进行,便于资料的相关分析;找出位移-时间回归曲线,求出最终净空位移量;量测数据及分析结果全部纳入竣工资料,备查。
6.2全断面施工法监控量测
监控点布置按规范及设计要求布设,详见上下台阶施工法监控量测部分内容。
7.结语
通过对以上关键施工环节进行了严格的技术控制,中铁十九局集团六公司施工的拴马岭隧道施工合格率100%,完全满足了设计要求。