姚家2號隧道洞身淺埋段中管棚施工

王玉臣

(沈陽鐵路建設(shè)監(jiān)理有限公司,遼寧沈陽 110002)

姚家2號隧道洞身淺埋段中管棚施工

王玉臣

(沈陽鐵路建設(shè)監(jiān)理有限公司,遼寧沈陽 110002)

通過對姚家2號隧道淺埋段分析,在符合施工設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上,進(jìn)行工序細(xì)化,提出了雙線隧道淺埋段的中間管棚施工工法,提高隧道施工質(zhì)量,滿足雙線隧道洞身淺埋段施工作業(yè)安全的要求 。

淺埋段 中管棚 導(dǎo)向架

隧道淺埋段是指隧道埋深小于2倍洞徑時，屬于隧道淺埋段。隧道洞身淺埋段一般處于山凹間，隧道頂層至自然地面較淺，工程地質(zhì)條件差，雨季水量充沛，涌水量大。洞身開挖后，自穩(wěn)能力較差。

雙線隧道跨度為13.62m，與單線中隧道相比較跨度大，本來圍巖自穩(wěn)能力就很差。如果再加上隧道洞身處于淺埋段，則圍巖的自穩(wěn)能力就更差了，如果施工組織設(shè)計(jì)不嚴(yán)密、開挖方法不正確，在開挖、支護(hù)施工中極易造成隧道坍塌、冒頂，造成重大事故。為此應(yīng)正確選擇雙線隧道洞身淺埋段中管棚施工工法，避免隧道事故的發(fā)生。

下面結(jié)合沈陽至丹東客運(yùn)專線姚家2號隧道洞身淺埋段中管棚的施工，探討人工開挖雙線隧道洞身淺埋段中管棚施工工法。

1 姚家2號隧道洞身淺埋段概況

姚家2號雙線隧道坐落在沈陽至丹東客運(yùn)專線上，全長604m。其中有一段66m長的淺埋段，位于兩山凹間。該淺埋段內(nèi)，隧道拱部至自然地面最淺埋深為1.7m。工程地質(zhì)概況：雜填土、粗角礫土、安山巖，全段強(qiáng)風(fēng)化、節(jié)理發(fā)育、呈碎石角礫狀結(jié)構(gòu)。易坍塌掉塊。地下水狀況：雨季有大量的基巖縫隙水，正常涌水量為412m3/d，最大涌水量為1128.46m3/d。

2 隧道洞身淺埋段設(shè)計(jì)

為了保證施工作業(yè)安全防止隧道坍塌，設(shè)計(jì)采用中管棚注漿的工藝，使破碎基巖形成整體后再開挖的工法。

設(shè)計(jì)給定的技術(shù)參數(shù)：棚管為Φ89熱扎無縫鋼管，每環(huán)10m、43根，花鋼管與鋼管交叉配置，棚管搭接不小于3m、外插角100、根據(jù)情況適當(dāng)調(diào)整，注漿：水泥漿：1：1，M10砂漿。

設(shè)計(jì)中對中管棚如何施作不具體，沒有針對性。隧道中管棚施作如何控制鉆孔導(dǎo)向？最淺淺埋段，如何控制棚管末端在保護(hù)層范圍之內(nèi)？如圖1：

以姚家2號隧道最淺淺埋段為例：隧道拱部距地面僅為1.7m。取

也就是說，在最淺淺埋段，10m長棚管，以外插角100打入圍巖；末端已經(jīng)露出地面。如何控制I20鋼拱架間距在允許誤差范圍內(nèi)？

3 姚家2號隧道洞身淺埋段中管棚的具體施工工法

3.1 施工季節(jié)的選擇

由于需要采用管棚注漿開挖工藝。冬季溫度過低，無法保證注漿施工質(zhì)量。夏季施工，進(jìn)入雨季，雨水較大，容易造成隧道坍塌。最好選擇溫度適宜、且又無雨的季節(jié)進(jìn)行開挖、支護(hù)與襯砌。姚家2號隧道淺埋地段中管棚施工選擇在3月下旬至5月末的北方春季無雨季節(jié)施工。

3.2 沉降觀測

(1)編制《淺埋地段測量專項(xiàng)方案》，報監(jiān)理審查批準(zhǔn)。根據(jù)《方案》在淺埋段地面每5m段埋設(shè)一組觀測標(biāo)，測量范圍：淺埋段兩端各延伸10m。經(jīng)監(jiān)理驗(yàn)收合格后，在進(jìn)入淺埋段開挖前10m，開始按要求頻次進(jìn)行沉降觀測。

(2)按施組要求埋設(shè)洞內(nèi)監(jiān)控量測標(biāo)，按要求的頻次做好沉降收斂觀測。

(3)每天對沉降、監(jiān)控量測數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，判斷沉降速率，以便發(fā)現(xiàn)坍塌跡象，提前中止施工，保證施工安全。

3.3 中管棚導(dǎo)向架制作及施工

我們知道洞口管棚施作方法：通過導(dǎo)向墻控制鉆機(jī)鉆孔的角度。洞門管棚施工的特點(diǎn)是：洞口管棚施工空間寬敞，鉆機(jī)容易控制，因此鉆孔的角度與深度極易控制。對于洞身中管棚，我們不能采取與洞口管棚一樣的導(dǎo)向墻的方法施工。一是施工空間狹窄；二是I20鋼拱架間距限制了鉆孔的角度；三是最淺埋段限制。應(yīng)采取I20鋼拱架作為導(dǎo)向拱架控制鉆孔導(dǎo)向。該導(dǎo)向架有兩方面作用，即可起到支護(hù)作用，又能控制棚管鉆孔導(dǎo)向，且作業(yè)空間要求不高。

3.3.1 導(dǎo)向拱架的制作

在I20型鋼鋼架腹板按要求環(huán)向間距40㎝，鉆Φ100，43個導(dǎo)向孔。

3.3.2 導(dǎo)向架安設(shè):如圖2

說明：設(shè)計(jì)拱架間距為600mm，最大允許為600+600×10%＝660mm棚管保護(hù)層沒有嚴(yán)格標(biāo)準(zhǔn)，本人認(rèn)為不應(yīng)小于500mm。

(1)在隧道拱部至地面距離大于2.2m的淺埋段。外插角α取100

a=b/tanα=100/tan100=567mm〈600mm取600mm。

H=Lsinα=10sin100=1.74m〈2.2m。

經(jīng)計(jì)算：拱架間距、棚管末端至地面距離符合要求。

(2)在隧道拱部至地面距離小于2.2m的淺埋段。

當(dāng)外插角α取100時，H=1.74m〉1.7m即棚管末端超出最淺淺埋段的地面或保護(hù)層不足；

當(dāng)外插角α取90時，H=1.56m〈1.7m；a=631mm〈660mm。即拱架間距符合要求，最淺淺埋段棚管末端保護(hù)層過小。

當(dāng)外插角α取80時，H=1.39m〈1.7m；a=712mm〉660mm。即拱架間距、棚管末端保護(hù)層二者均不符合要求。

為此調(diào)整外插角α與棚管L長度，使拱架間距、棚管末端保護(hù)層符合要求。

取外插角α＝90、L＝7.5m；則H=1.17m；a=613mm〈660mm。

3.3.3 管棚導(dǎo)向架施工

(1)A鋼拱架支護(hù)完成后，開挖A鋼拱架至導(dǎo)向架段后，確定導(dǎo)向架精確位置并支護(hù)，打入錨桿與鎖腳錨管進(jìn)行鎖定。

(2)A鋼拱架至導(dǎo)向架間因需要利用該空間進(jìn)行棚管鉆孔，因此該段只能噴射3/4的C25混凝土，如圖2，A鋼拱架與導(dǎo)向架間，鉆桿上方部分。

(3)使用能控制角度的潛孔鉆，通過導(dǎo)向架的導(dǎo)向孔，進(jìn)行鉆孔定位。

3.4 鉆孔

(1)調(diào)整潛孔鉆鉆孔角度，控制鉆桿仰角。

(2)在最淺淺埋段(隧道拱部至自然地面為1.7m)范圍內(nèi)，調(diào)整潛孔鉆鉆孔仰角為90。鉆孔深度為7.5m。

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