淺談豎直投料孔在象山隧道中的設(shè)計(jì)及施工

臧 侃

1 工程概況

象山隧道起于福建省龍巖市新羅區(qū)曹溪鎮(zhèn)三坑村,經(jīng)過(guò)適中鎮(zhèn)新祠村、象山村,止于漳州市南靖縣和溪鎮(zhèn)樂(lè)土村。左洞長(zhǎng)15 898 m,右洞長(zhǎng)15 917 m,最大埋深830 m,隧道設(shè)有5座輔助施工斜井。其中 1號(hào)、5號(hào)斜井采用無(wú)軌運(yùn)輸,2號(hào)、3號(hào)、4號(hào)斜井采用有軌運(yùn)輸。根據(jù)施工組織計(jì)劃,象山隧道通過(guò)2號(hào)斜井施工段總計(jì)5 104 m,共需混凝土約9.7萬(wàn)m3。2號(hào)斜井原計(jì)劃采用軌行式混凝土運(yùn)輸車(chē)(金剛車(chē))向洞內(nèi)輸送混凝土。但根據(jù)前期試驗(yàn)表明,金剛車(chē)運(yùn)輸混凝土的效率很低,平均每小時(shí)運(yùn)送量約6 m3,很難滿足生產(chǎn)高峰期時(shí)的需要。為了解決2號(hào)斜井混凝土運(yùn)輸?shù)膯?wèn)題,我們決定采用修建豎直投料孔的方法向2號(hào)斜井洞內(nèi)輸送混凝土。

2 地質(zhì)情況

二迭系大隆組,灰黃色,薄層狀泥質(zhì)粉砂巖、泥巖,弱風(fēng)化,巖石軟,屬軟質(zhì)巖,地下水較發(fā)育。地表約有20 m厚的第四系覆蓋層,表層為水田淤積層。

3 總體施工方案

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)地形,投料孔設(shè)置在正洞上方位于漳龍高速適中收費(fèi)站附近連接道旁的水田內(nèi),連接道連接漳龍高速與319國(guó)道。設(shè)計(jì)投料孔對(duì)應(yīng)隧道正洞左線里程為DK24+444.57。為防止投料孔發(fā)生意外而影響混凝土的下放,需設(shè)2個(gè)投料孔。投料孔孔身為豎井形式,單孔孔身總長(zhǎng)153.4 m,兩孔共計(jì)306.8 m。投料孔設(shè)計(jì)直徑350 mm,投料孔成孔后在孔內(nèi)下一道護(hù)壁管,護(hù)壁管采用無(wú)縫鋼管,規(guī)格外徑為273 mm(壁厚11 mm)。在護(hù)壁管的外側(cè)同時(shí)設(shè)2根外徑31.5 mm(內(nèi)徑25 mm)的焊管,一根用于灌注水泥漿,一根用于穿投料孔上下(地表與隧道內(nèi))的通訊信號(hào)電線,將2根小管與護(hù)壁管一同放入鉆孔內(nèi)。在護(hù)壁管安設(shè)完成后,再在孔內(nèi)下一道外徑為 219 mm的無(wú)縫耐磨鋼管(壁厚11 mm)作為投料管。2個(gè)投料孔的結(jié)構(gòu)形式完全相同,在正常使用時(shí)可以同時(shí)使用,在發(fā)生意外一孔進(jìn)行檢修時(shí),可以采用另一孔投料,不至于影響混凝土施工(見(jiàn)圖1)。由于投料孔深度較深,為防止混凝土在下放至孔底時(shí)不發(fā)生離析和減少下落沖擊力,在孔底設(shè)置緩沖裝置。在投料管的底部設(shè)置一段長(zhǎng)約40 cm的盲管,盲管的上部設(shè)一岔管出料,下部采用鋼結(jié)構(gòu)架支撐牢固。

投料孔的孔底設(shè)置在隧道洞身左右線之間,左右線間需設(shè)置一個(gè)橫通道(橫通道與設(shè)計(jì)的10號(hào)橫通道的距離為35.43 m,將設(shè)計(jì)的10號(hào)橫通道移位結(jié)合使用),以便于車(chē)輛進(jìn)入后靠近緩沖裝置。在投料孔鉆到位置后,才能將橫通道開(kāi)挖到位與投料孔連接。

4 施工方法及工藝

1)施工準(zhǔn)備。選定隧道橫通道的對(duì)應(yīng)地表作為投料孔孔口位置。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量,此處表層為水田耕植層,施工前,先對(duì)地表鉆孔位置5 m附近的水田淤積層采用透水性材料進(jìn)行換填,表面30 cm再采用混凝土進(jìn)行硬化。

2)鉆孔施工。投料孔擬選用XB-325旋轉(zhuǎn)空心鉆機(jī)鉆孔,成孔直徑350 mm。施工前先通過(guò)已有的基準(zhǔn)點(diǎn)在施工現(xiàn)場(chǎng)內(nèi)進(jìn)行孔位的放樣,放樣后根據(jù)孔位進(jìn)行鉆機(jī)的定位,孔位定位誤差控制在10 cm以內(nèi)。鉆機(jī)安裝、定位好后立即進(jìn)行全面的鉆機(jī)調(diào)試和垂直度的檢查,成孔開(kāi)始前應(yīng)充分做好準(zhǔn)備工作,成孔施工應(yīng)一次不間斷地完成,不能出現(xiàn)無(wú)故停鉆,做好鉆孔的原始記錄。施工前先在鉆機(jī)上設(shè)置導(dǎo)向,鉆機(jī)定位準(zhǔn)確、水平、穩(wěn)固,鉆機(jī)回轉(zhuǎn)盤(pán)中心與護(hù)筒中心的允許偏差不大于20 mm。鉆機(jī)定位后用鋼絲繩將護(hù)筒上口掛帶在鉆機(jī)底盤(pán)上,成孔過(guò)程中鉆機(jī)塔架頭部滑輪組,回轉(zhuǎn)器與鉆頭應(yīng)始終保持在同一鉛垂線上的狀態(tài)下鉆進(jìn)。鉆孔施工過(guò)程中定期進(jìn)行垂直度的檢查,保證垂直度小于2/100。

3)下放護(hù)壁管。投料管下管工藝流程:坡口吹割→起吊卡塊焊接→對(duì)中連接塊焊接→鋼管編號(hào)→人工移動(dòng)鋼管至吊點(diǎn)→起吊抱箍安放→起吊→定位(對(duì)直)→焊接→松井口承管箍→下放→井口鎖定。在鉆孔深度達(dá)到155 m時(shí)停鉆,對(duì)孔徑、孔的垂直度進(jìn)行檢測(cè)。經(jīng)檢查合格后,下放φ 273 mm的護(hù)壁無(wú)縫鋼管。鋼管之間采用對(duì)焊焊接,為保證對(duì)焊質(zhì)量,預(yù)先在每根鋼管兩端割 45°坡口,在距起吊端1.2 m處沿周邊均勻焊設(shè)3個(gè)起吊卡塊,卡塊厚10 mm,長(zhǎng)寬在30mm～50 mm,以便于控制對(duì)接精度,保證連接強(qiáng)度。鋼管利用鉆機(jī)井架進(jìn)行起吊下放。

4)注漿固定護(hù)壁鋼管。護(hù)壁鋼管下放到位之后對(duì)管與鉆孔之間的縫隙注水泥漿固定。水泥漿液水灰比采用W/C=1∶0.3,注漿時(shí)從預(yù)留的注漿管中注入水泥漿。注漿采用注漿泵現(xiàn)場(chǎng)配制水泥漿液,具體水泥漿濃度可在現(xiàn)場(chǎng)根據(jù)情況進(jìn)行調(diào)整。

5)隧道內(nèi)橫通道和接料洞室的開(kāi)挖。注漿完成后,待混凝土達(dá)到一定強(qiáng)度后,從投料孔向外進(jìn)行抽水,若抽干說(shuō)明注漿封水效果較好,就可以從地表計(jì)算出孔底在隧道內(nèi)對(duì)應(yīng)的開(kāi)挖位置。確定孔底位置后,就可以確定橫通道和接料洞室的位置。位置確定后采用鉆爆開(kāi)挖,初期支護(hù)及時(shí)緊跟。當(dāng)洞室開(kāi)挖到位后,就可以與投料孔連通,準(zhǔn)備下放投料管和施作孔底緩沖裝置。

6)下放投料鋼管。投料鋼管采用φ 219 mm的無(wú)縫耐磨鋼管,其下放的方法與護(hù)壁管的相同,只是在下放后,無(wú)需再對(duì)管周?chē)M(jìn)行注漿,但要確保投料鋼管與護(hù)壁鋼管間的空隙,以便在今后注漿堵塞鋼管后可以進(jìn)行更換。

7)井底緩沖器制作。緩沖器是為減緩出料口混凝土出料速度,避免混凝土出料時(shí)因高速下落而造成離析影響質(zhì)量,同時(shí)消除對(duì)接料罐車(chē)的強(qiáng)烈沖擊而設(shè)置的一種緩沖裝置,其主要部件是一節(jié)約40 cm長(zhǎng)的盲管,盲管的上部設(shè)一岔管出料,下部采用鋼結(jié)構(gòu)架支撐牢固。

5 堵管的預(yù)防和處理

堵管的原因一般為:1)在長(zhǎng)期的混凝土投送過(guò)程中,混凝土慢慢粘結(jié)于管壁,最終形成堵塞;2)混凝土運(yùn)輸過(guò)程中將投料管磨穿,翹起的管壁殘片與混凝土粘結(jié)堵塞;3)在施工過(guò)程中不小心將異物落入孔內(nèi)卡住堵塞。預(yù)防措施:在孔口用鋼筋焊接安裝一個(gè)篦子,可以防止異物和大塊石等落入;嚴(yán)格控制混凝土配合比,確保拌制的混凝土和易性良好,無(wú)離析;在混凝土罐車(chē)放料前,必須強(qiáng)行旋轉(zhuǎn)2 min以上,確保混凝土不因長(zhǎng)距離運(yùn)輸而離析;每次投料后,及時(shí)清洗管道并檢查,發(fā)現(xiàn)投料管內(nèi)局部有粘結(jié),可以從孔口下穿一根鋼絲繩,鋼絲繩上固定一橡膠球等物體,通過(guò)上下拉動(dòng)橡膠球的方法及時(shí)排除。處理措施:出現(xiàn)堵塞時(shí),可以先采用物探的方式找到主要的堵塞段,從而確定處理的方法;投料管一定要采用耐磨的無(wú)縫鋼管。為便于投料管的下放,洞室內(nèi)的鋼結(jié)構(gòu)支撐架要考慮可以拆卸。

6 結(jié)語(yǔ)

豎直投料孔施工后,解決了進(jìn)料和出渣的分離問(wèn)題,起到了良好的作用。混凝土經(jīng)過(guò)投料孔輸送至隧道內(nèi),經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn),滿足強(qiáng)度等要求,達(dá)到了預(yù)期的效果。

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