谈隧道浅埋段II类围岩施工技术

[12-11 17:00:46]   来源:http://www.tmgc8.com  隧道工程   阅读:3177

摘 要 本文以龙长高速公路移炉隧道为例,介绍浅埋段II类围岩隧道采用环形导坑方法的施工,主要施工工艺有掌子面循环加固、大管棚超前支护、井点降水、开挖、初期支护、径向加固、永久支护等,供同类工程参考。
关键词隧道 II类围岩 施工技术

1 工程概况

龙长高速公路移炉隧道是一座分离式双线高速公路隧道。该隧道的进出口左右洞均处在曲线上,进口左洞曲线半径R=1900m,进口右洞曲线半径R=1800m;出口左洞曲线半径R=1500m,出口右洞曲线半径R=3000m,纵坡-0.557%,左线长1014m,右线长1012.659m,左右洞平均长1013.33m;隧道单跨净宽10.84m,净高7.43m。
 

2 浅埋段软弱围岩情况

移炉隧道左右洞设计长度大于200m范围内均属II类围岩浅埋段,其地质类型全部处于全强风化花岗岩坡积土,地质土颗粒稍大,空隙较多且颗粒组成异常。从山体走向和发育看,围岩都处于残坡积土的发育堆积边缘,且残坡积土的坡脚位置存在大量的孤石及坡积沙土,空隙和空洞发育较多,稍有扰动就基本失去自稳能力,因此对施工要求相对较高;通过简易钻孔和注浆,岩体出现松散及空洞现象,其位置分布很难确定,在洞身开挖时若稍有扰动,极为松散的土体应力会马上重新分布,存在较大的施工隐患;通过地理位置踏勘和分析,围岩全部处于坡脚位置,属于渗水必须经过的位置,若进行开挖,出现的洞身水全部成为围岩渗水,且局部可能存在暗流现象,洞身水或洞顶渗水影响的土体基本没有任何抗剪切能力,自稳能力极差;通过量测左右洞涌水量分别为650m3/d和595m3/d,要求施工时应加强防排水工作。

3 施工方案选定
 

根据移炉隧道的地质条件、所处的地理位置及工期要求,为确保隧道的安全进洞施工和保证施工质量,拟采用三种方案,分别为中隔壁法、CRD法和环行导坑法。
 

方案一:采用中隔壁法施工。由于受地质围岩和洞身水影响,无法满足现场地质扰动的压力变化;
 

方案二:采用CRD法施工。由于结合大管棚施工受到设计断面小的影响,无法正常实施;
 

方案三:采用了环行导坑法施工。根据施工现场及地质情况,受地质围岩和洞身水影响小,且可结合大管棚施工。
 

因此,选择方案三即采用环行导坑法施工比较科学合理,施工中必须遵循“短进尺,强支护,早封闭、勤量测、紧衬砌”的原则。并采用掌子面循环加固、大管棚超前支护、井点降水、径向加固等施工工艺。

4 主要施工工艺和工序

(1) 掌子面循环加固。
 

由于洞内土体松散无粘结力,为确保在软弱围岩分部开挖和初支过程中掌子面稳定,需对掌子面进行循环加固。首先对掌子面进行初喷,封闭掌子面松散土体,然后对掌子面进行加固处理。加固处理采用注浆小导管和挂网喷射混凝土进行。由于土体属于坡积土软围岩段,洞身开挖过程中掌子面出现坍塌和外涌现象,所以掌子面加固小导管采用φ50(钢导管采用梅花型打孔)注浆小导管,间距按1m×1.5m梅花型布置,通过注浆来加固松散土体(注浆压力控制在0.7~1.5MPa)。为确保掌子面土体稳定性和开挖安全性,对已打设小导管需要采用挂网处理。挂钢筋网采用φ8盘条制作,网眼按20cm×20cm。小导管和网片点焊完成后,进行混凝土喷射作业,喷射混凝土厚度控制在10~15cm。在土体开挖过程中,遇到地质水发育丰富地段,在封闭完成的掌子面后打设平孔排水,以减少在开挖过程中地质水对围岩软化。平孔排水参数如下:打孔长度10m,采用直径7.5cm的PVC管(L=100cm,φ=7.5cm)。
 

掌子面加固施工工序如下:
 

掌子面初喷→打设小导管→挂钢筋网→喷射混凝土→平孔排水。


(2) 大管棚超前支护。
 

隧道超前支护采用大管棚对II类围岩浅埋段进行预加固。大管棚长度25m,采用φ108×6mm热轧无缝钢管,节长6m。为保证大管棚导向管管口的稳定和定位,能较准确控制大管棚的打设精度,施工时采用两榀刚度相对较大的Ⅰ20B工字钢支撑延纵向布置,并按环向间距50cm钻孔作为大管棚钻进定位孔,确保大管棚按环向间距50cm布置;两榀工字钢支撑要求纵向上下错开一定位置,保证大管棚按定位孔钻进时倾角为35~45°。www.tmgc8.com
 

大管棚采用金星-900管棚专用钻机钻孔,先打有孔钢花管,注浆后再打无孔钢管。及时顶进钢管,预防塌孔影响钢管顶进。钻进过程中采用测斜仪测量钢管钻进的偏斜度,如发现偏斜超过设计要求,及时纠正。为使相邻钢管的接头错开,编号为奇数的第一节管采用3m钢管,编号为偶数的第一节管采用6m钢管,以后每节均采用6m钢管,避免钢管接头处于同一断面。钢管节间均采用公母丝扣联接,便于顺利下管或遇阻拔管。
 

采用水泥—水玻璃双液注浆,体积比为1:0.5,水泥浆浓度选择为1:1,水玻璃浓度为35°Be'。注浆初始压力为0.7~1.0MPa,终压为2.0MPa,注浆压力达到设计终压并持续10min以上方可结束注浆。注浆分段进行。结束后应及时清除管内浆液,并用30#水泥浆充填密实,以增强大管棚的刚度。
 

管棚施工工艺流程:
 

岩面清理、施作工字钢定位→搭设作业平台、安装钻机→钻孔、扫孔→加工管棚钢管→安装管棚钢管→配制浆液→钢管注浆→撤离现场→施作井点降水、开挖。
 

(3) 井点降水。
 

根据现场地理特征和洞身水发育情况,在洞身开挖施工前考虑采用井点降水方案。移炉隧道根据实际地形和地质特征在洞身水发育异常地段采用了井点降水施工。井点降水布置的基本原则是每开挖阶段的上游冲沟位置适当进行了加密,具体位置为开挖轮廓线外5m,井深都控制在施工的仰拱底部10m以上。在降水过程中通过施工后抽不出水的部分井点予以停止,对于在施工过程中能抽出地下水的井点保留,至永久性支护完成后进行井点撤离,,避免洞身开挖过程中地下水出现不均衡性的渗透给施工带来干扰。
 

(4) 开挖。
 

采用台阶(环向)分部开挖方法。开挖总体分为上中下三台阶,其中上台阶为自拱顶下2~3m,中台阶3~3.5m,下台阶控制在4~2.7m。台阶(环向)分部开挖方法就是在传统的台阶法、台阶法相结合的基础上综合考虑制定的开挖方法。三台阶分部开挖方法的主要特征:一是保留核心土,掌子面立面、拱部、底板自稳性得到加强,能抵御掌子面外推移土体剪切力,更好的确保拱架和初喷过程的安全性,便于施工展开,缩短围岩暴露时间,加快作业循环,同时能充分利用挖掘机等机械开挖,提高时效。二是能简化平面布置,便于施工管理、平行作业,相互干扰少,适应性好,灵活性大,在松散软弱围岩及地质条件复杂多变的开挖中,易于与其它开挖方法相结合和转化。
 

开挖时坚持短进尺、多循环的原则,掘进循环进尺根据现场地质条件及钢支撑间距来确定,开挖纵向距离原则上不超过50cm。上中下环行导坑之间的纵向距离控制在3~5m。初期支护紧跟掌子面。在下台阶满足施作仰拱及填充时,必须尽快施作仰拱及填充层,使支护结构尽快闭合。
 

在开挖过程中一方面严格按规范做好监控量测工作,另一方面适当加密量测布置点,随时掌握围岩及支护的变化情况,以便及时调整支护参数。
 

在开挖过程中核心土及下台阶开挖必须在前步工序稳定后方可进行,为防止上台阶初期支护在下部开挖过程中下沉、变形,必要时在台阶部位底部加设临时仰拱,与钢支撑连为一体,并且对于每一步支护的每榀钢架都设置4~8根锁脚小导管(每个节点2~4根),布设角度为向下45°,小导管长度控制为5m。导管采用不打孔注浆。
 

洞身开挖过程中认真做好排水工作,主要以引、排为主,能排出的地质水绝不允许采用封堵。在确保排水畅通的同时,重点要对两侧临时排水沟进行清理和疏通。为防止钢支撑基底软化,在环行导坑立架时,在拱脚位置采用一层防水板覆盖后,进行喷射混凝土加强处理。
 

施工工序流程:
 

拱部超前支护施工→拱部预留核心土环形开挖→上部初期支护→两侧拱腰至边墙部分开挖→两侧拱腰至边墙部分支护→核心土开挖→两侧边墙至仰拱底部分开挖。
 

(5) 初期支护。
 

由于施工段落处于软弱围岩,在施工过程中考虑各个环节都要分别受力,在初期支护过程中采取以下方法控制。
 

初期支护中喷射混凝土厚度控制在不小于28cm。喷射混凝土中的钢筋网采用双层φ8线材制作。先挂第一层钢筋网喷射混凝土,然后架设钢支撑,钢支撑采用刚度相对较大的Ⅰ20B工字钢支撑,纵向间距40cm,联结钢筋采用φ25螺纹钢筋。然后再铺设一层钢筋网,及时进行喷射、喷平,确保初期支护整体受力。www.tmgc8.com
 

(6) 径向加固。
 

在对松散体及软弱围岩初支完成后,为确保承受拱顶残坡积土压力,避免二衬承受过大的洞顶压力,同时考虑到洞顶坡积土松散且存在易于产生应力重新分布,现场采取行之有效措施进行加强加固。加固措施为在隧道初期支护施工完成后增设径向小导管注浆,以改变围岩的受力结构,减少永久性支护的受力负荷。在径向小导管注浆加固后,在初支拱顶形成一定厚度的受挤和受压拱圈,能承受和分解在初支及二衬完成后的拱顶土压力,确保隧道施工质量和后期运营安全,消除松散坡积土带来的隐患。加固采用φ50无缝钢导管(孔壁按照梅花形打孔,利于浆液对松散土体加固),参数为φ50注浆小导管(长5m),呈梅花型布置,间距为80cm×80cm(在薄弱地段采用40cm×80cm),垂直于初支面进行打设。注浆压力控制在0.7~1.5MPa之间。
 

(7) 永久支护。
 

永久支护要相应加强,除了混凝土标号提高一个等级外,钢筋还要相应加密,确保混凝土的抗绕和抗压能力。由于考虑到设计永久性支护属受力构件,所以在永久性支护时,必要时可根据现场实际情况进行分板调节每板的衬砌长度,不必按照台车的长度进行混凝土分板施工。

5 效果

经过业主、监理的严格管理和施工单位的精心施工,移炉隧道已顺利按预定工期完工。该隧道断面尺寸符合设计要求,衬砌混凝土表面平整、光洁,无蜂窝、麻面、渗水现象,结构轮廓线条直顺美观,无跑模、露筋现象,排水畅通,各方面功能通畅完好。

6 结语

隧道浅埋段II类围岩施工技术较多,本文通过移炉隧道施工实践,总结了隧道浅埋段II类围岩采用环形导坑法施工的一些经验,可供同行参考、借鉴。


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