寶塔山隧道黃土下伏殘積物碎石土進洞技術(shù)

摘要:太佳高速公路呂梁段路基第三合同段寶塔山隧道進口洞口段地質(zhì)主要為表層覆蓋的馬蘭組黃土薄層及其下伏殘積物碎石土組成,工程條件極差,開挖極易坍塌,文章以此為例,對進洞方案及施工控制進行了具體介紹。

關(guān)鍵詞:寶塔山隧道;黃土下伏殘積物碎石土;開挖支護

中圖分類號:U416 文獻標識碼:A

文章編號:1674-1145(2009)29-0192-02

一、工程概況

1.工程概況。寶塔山隧道為分離式隧道,左線總長4762m,右線總長4888m,中鐵十二局集團第三工程有限公司負責施工太原端,左線ZK106+358～ZK108+800段,長度2442m,右線K106+312～K108+800段,長度2488m。

2.工程特點:(1)設(shè)計環(huán)保型零開挖進洞方案;(2)采用美觀、和諧自然的削竹式洞門。

二、洞口地質(zhì)情況

洞口地質(zhì)松散,由表層覆蓋的馬蘭組黃土薄層及其下伏殘積物碎石土組成,工程條件差,開挖易坍塌。

三、隧道進洞施工關(guān)鍵部位及技術(shù)控制要點

1.關(guān)鍵部位:洞口截、排水;套拱施工;超前小導(dǎo)管施工;洞口段開挖。

2.施工技術(shù)控制要點:(1)進洞前對洞口地質(zhì)進行復(fù)勘,了解洞口段地質(zhì)情況,準確調(diào)查水系,及時完善洞口防排水系統(tǒng);(2)嚴禁大挖大刷,根據(jù)洞口段地形和地質(zhì)情況確定套拱施工方案,真正做到零開挖進洞和環(huán)保進洞;(3)針對不同地質(zhì)及時調(diào)整超前支護參數(shù);(4)根據(jù)洞口段地質(zhì)情況靈活調(diào)整施工工序;(5)寶塔山隧道左線洞口地形較為平緩,地表為耕地,植被很少,明暗洞分界埋深1.8m,右線明暗洞分界處于直立崖體,埋深1.6m。

四、進洞施工前期準備工作

1.合理確定邊仰坡坡率,堅持“早進晚出”,減少對洞口山體特別是山腳的挖方破壞,維護山體的穩(wěn)定。洞口仰坡開挖坡面要平整。

2.挖方后立即進行邊仰坡錨、網(wǎng)、噴防護。冬季施工要做好坡面噴混凝土的保溫措施。洞口邊仰坡臨時防護采用噴錨網(wǎng)防護,噴C20混凝土10cm,ф8鋼筋網(wǎng)間距20cm*20cm,錨桿采用Ф22藥卷式錨桿,L=4.5m,間距120cm*120cm。

3.在雨季前做好洞口防護排水,先做好洞頂截水溝。水溝位置由現(xiàn)場地形確定,水溝流向順山勢由高向低,引至路基排水系統(tǒng)。

4.做好洞頂?shù)乇沓两涤^測點的埋設(shè)。

五、明洞段施工

隧道設(shè)計左線進口明洞長17m,右線進口明洞長18m。

1.隧道洞身開挖施工采用三臺階法,明洞開挖自上向下分部進行,共分3步,第一步開挖高度至隧道拱頂向下3.5m左右,第二步開挖至起拱線高度,第三步才開挖到底。

2.明洞段邊坡隨挖隨支護,采用打錨桿掛網(wǎng)噴混凝土支護。噴C20混凝土10cm,ф8鋼筋網(wǎng)間距20cm*20cm,錨桿采用Ф22藥卷式錨桿,L=4.5m,間距150cm*150cm。

六、進洞施工

在明洞開挖第一個臺階高度并做好錨噴防護后,即安排進洞施工。

1.施工雙排小導(dǎo)管注漿超前支護。

(1)采用ф50*4無縫鋼管,L=600cm,每排33根,環(huán)向間距40cm,兩排梅花形布置,第一排仰角10°,第二排仰角3°。

(2)小導(dǎo)管端頭做成錐形,管身鉆ф8注漿孔,間距15cm梅花形布置,尾部1.5m范圍不做注漿孔。

(3)注1:1水泥漿,注漿壓力0.5～1.0MPa。

(4)小導(dǎo)管外露長度控制在1.0m左右。

2.施工起拱線以上套拱工字鋼拱架、套拱混凝土。

(1)靠仰坡一端須先行鑿除臨時支護錨噴混凝土,在仰坡面人工開挖套拱輪廓,使套拱端頭嵌入仰坡面,澆筑混凝土60cm后對套拱與仰坡面間縫隙再次補噴混凝土。必須保證套拱全斷面長度,不可做成頭大腳小。

(2)因隧道開挖分三臺階,套拱相應(yīng)分部施工,考慮分部太多造成工序轉(zhuǎn)換增加,不利于穩(wěn)定,擬將套拱施工分兩步進行:

第一步先施工至起拱線高度,明洞開挖高度不足部分人工挖井,輪廓線滿足套拱施工,起拱線位置套拱做成大拱腳;

第二步待明洞開挖至邊墻基礎(chǔ)底部后再分邊施工套拱,開挖時注意不能對稱開挖。

3.采用三臺階分部留核心土法進洞施工。

(1)第一個臺階高度先人工環(huán)向開挖洞身輪廓線,每次開挖0.7m(一榀拱架)間距,開挖后立即初噴素混凝土3cm厚,并快速組織初期支護施工,隨挖隨支護。開挖采用人工配合挖掘機,挖掘機開挖時,輪廓預(yù)留30cm左右厚度,人工開挖修邊。特別當洞口段沉降較快時,挖掘機的開挖擾動及挖掘機機身的移動都會對洞口穩(wěn)定造成破壞,此時要完全采用人工開挖。

(2)進行第一臺階第二個循環(huán)開挖支護施工,初期支護緊跟。

(3)第一個臺階開挖2m長度后,開挖尾部核心土,并保持核心土長度2m長,滿足作業(yè)需要。

(4)第一個臺階開挖至5m長度后開挖第二個臺階至起拱線高度(此時相應(yīng)開挖此高度明洞段土體,隨挖隨支護),單邊每次開挖1榀拱架間距,先初噴素混凝土3cm厚,并快速組織初期支護施工,隨挖隨支護。

(5)繼續(xù)往前,等單邊第二個臺階完成5榀拱架支護后,再開挖另一邊并支護,以后如此循環(huán)。

(6)當?shù)诙€臺階完成開挖支護短邊3m、長邊6.5m,第一、第二臺階共完成開挖支護8m,施工套拱邊墻部位,向下挖槽,僅開挖套拱邊墻長度、寬度范圍土體。套拱做成大腳基礎(chǔ)。

(7)開挖明洞段第三個臺階土體,隨挖隨支護。

(8)分邊開挖支護邊墻。每一分部連接部位鋼拱架底腳墊厚5cm松木板,木板長度不小于拱架間距以形成連續(xù)支撐,減小拱部拱架的沉降,形成較穩(wěn)定的承載拱。木板在開挖下一臺階時去掉。

(9)上導(dǎo)開挖長度達到10～13m,下導(dǎo)開挖3～5m,安排仰拱開挖鋼拱架支撐成環(huán)施工。這是進洞成敗最為關(guān)鍵的一個環(huán)節(jié),也是非常危險的一個環(huán)節(jié),處理不好將會造成洞口坍塌。

1)停止掌子面、下導(dǎo)開挖,噴混凝土封閉掌子面。

2)仰拱成環(huán)施工自距洞口2～3榀拱架開始,開挖成環(huán)必須迅速,第一次開挖2榀拱架(1個間距),縱向長度80-100cm,開挖后迅速安裝工字鋼拱架2榀,兩側(cè)與邊墻拱架采用連接鋼板高強螺栓連接并企縫焊,中間連接部位因分部拱架安裝誤差,若按設(shè)計尺寸加工的連接鋼板往往對不上,實際加工時每側(cè)工字鋼中間部位較設(shè)計長30cm左右,安裝時在保證隧道邊墻部位凈寬、仰拱厚度及隧底開挖標高的前提下,根據(jù)實際尺寸用氧焊切割工字鋼,兩側(cè)鋼拱架對接焊接,焊縫飽滿,然后在工字鋼肋部兩側(cè)企縫幫焊10mm厚20cm長鋼板。

3)用間距1.0mФ20縱向連接鋼筋對兩榀工字鋼拱架進行焊接連接,即進行噴混凝土,噴混凝土厚度需覆蓋鋼拱架,并保證保護層3cm厚,噴混凝土前拱架之間松土要清理干凈。

4)安全完成第一次2榀仰拱工字鋼成環(huán),繼續(xù)進行仰拱工字鋼支護成環(huán),直到完成已開挖下導(dǎo)全部成環(huán)。

5)有3～5m長度即安排施工第一次仰拱鋼筋混凝土,接著施工片石混凝土回填。

6)至此,初步實現(xiàn)了安全進洞,但安全隱患仍然存在,因隧道開挖、成環(huán)總長度有限,有可能出現(xiàn)洞口山體滑坍,破壞已完成的洞身支護。

7)繼續(xù)上導(dǎo)、邊墻及仰拱開挖支護,直到上導(dǎo)開挖15～20m,下導(dǎo)開挖10～13m,安排進行暗洞洞身第一板鋼筋混凝土襯砌。

8)繼續(xù)洞身開挖支護,進行明洞鋼筋混凝土仰拱及襯砌施工:分段開挖明洞仰拱,并施工仰拱鋼筋混凝土,左右線明洞仰拱均分為2次完成,分別為9m/8m,9m/9m。先施工靠暗洞段;明洞襯砌施工要做好明暗洞分界處的防水施工。

9)繼續(xù)暗洞襯砌。待明洞襯砌完成,暗洞襯砌施工30m以上長度,并且襯砌與上導(dǎo)掌子面距離小于30m,才可基本確定洞口安全。

七、進洞施工中的監(jiān)控量測

1.洞口段施工必須加強監(jiān)控量測,以便隨時掌握洞口段土體穩(wěn)定情況,指導(dǎo)施工。

2.在施工中必須堅持持續(xù)的洞頂、洞內(nèi)監(jiān)控量測,重點是洞頂?shù)乇怼⒐绊敵跗谥ёo內(nèi)側(cè)沉降觀測。特別是在開挖邊墻、仰拱時,水平儀在洞頂架好后不動,專人進行對觀測點持續(xù)觀測,觀測頻率要加密,每10分鐘觀測一次,并立即將數(shù)據(jù)報現(xiàn)場技術(shù)負責人。

八、施工組織及過程中緊急情況的處理

1.必須做好機械、材料等方面的準備,鋼拱架、連接筋、網(wǎng)片及錨桿等提前加工好,噴漿料要根據(jù)施工進展及時拌好運至現(xiàn)場。預(yù)備足夠的備用的方木、工字鋼等,現(xiàn)場預(yù)備幾臺電焊機及氣焊設(shè)施,預(yù)備好發(fā)電機。

2.現(xiàn)場由一名主管人員進行統(tǒng)一調(diào)度指揮,各工序施工要專人負責,施工人員要上足,每道工序由一名小組長牽頭,該突擊時要盡快完成,各工序要緊密銜接。

3.若發(fā)現(xiàn)沉降趨于加快,立即停止開挖,噴混凝土封閉掌子面及開挖面,待沉降速率降低后對已成型拱部初期支護進行臨時工字鋼扇形支撐,臨時支撐需支頂于鋼拱架上。

九、其他

1.超前注漿支護對于穩(wěn)定洞口起著非常重要的作用。

2.上導(dǎo)、下導(dǎo)、仰拱的開挖支護這3道工序的開工,是3個關(guān)鍵環(huán)節(jié),尤其是仰拱開挖成環(huán)是重中之重,事關(guān)成敗。

3.工序轉(zhuǎn)換時是洞口段沉降最快、最危險的時刻,必須快速完成。

4.要減少、抑制洞口土體的變形,避免仰坡土體產(chǎn)生突變坍塌,就要求組織得力,各工序盡快完成,并嚴格控制施工質(zhì)量,保證各環(huán)節(jié)支護措施完全起到作用。

作者簡介:李文龍,供職于中鐵十二局集團第三工程公司,研究方向:土木工程。