王 俊(中鐵二十一局集團第二工程有限公司 甘肅蘭州 730000)
簡析黃土隧道大三臺階施工工法應(yīng)用
王 俊
(中鐵二十一局集團第二工程有限公司 甘肅蘭州 730000)
隧道施工是當前鐵路建設(shè)主要施工類別,合理科學(xué)的施工工法既能保證質(zhì)量安全,又能使作業(yè)人員和設(shè)備達到最佳配置,形成流水作業(yè),有效提高施工進度。
黃土隧道;開挖;施工
小南塬隧道進口里程DK405+669.8,出口里程DK412+737,隧道全長7067.2m,為單洞雙線隧道。隧道最大埋深約為 218.62m,最小埋深約為 17.54m,隧道地表植被較發(fā)育。小南塬隧道隧址區(qū)屬陜北黃土高原東南部,為黃土殘塬地貌,上部覆蓋厚層黃土,由于受到強烈侵蝕作用,黃土塬已破損不堪,零星分布,地表溝壑縱橫,植被稀疏。地勢總體自東向西傾斜。海拔 900~1200m之間,一般高差50~300m。大部分地區(qū)覆蓋厚層黃土,未見基巖裸露。
小南塬隧道Ⅳ圍巖地質(zhì)主要是黏質(zhì)老黃土,堅硬~硬塑,呈大塊狀壓密結(jié)構(gòu),開挖方法采取大三臺階法開挖,即上臺階每循環(huán)開挖進尺不大于2榀鋼筋格柵間距(2.0m),中臺階開挖每循環(huán)開挖進尺不大于 2榀鋼筋格柵間距(2.0m),下臺階和仰拱開挖支護作業(yè)同步進行,每循環(huán)不大于2榀鋼筋格柵(2.0m),初支拱架與下臺階拱架連接牢固。施工中按照把控“三超前、四到位、一強化”關(guān)鍵環(huán)節(jié),確保隧道施工安全。如圖1所示:
圖1.大三臺階法工序縱斷面
圖2.大三臺階法工序橫斷面
3.1 開挖
開挖按照“管超前、嚴注漿、短開挖、強支護、快封閉、勤量測”的原則,確保開挖施工安全。如圖2:
(1)下個循環(huán)拱部超前支護利用上個循環(huán)架立的鋼筋格柵施作,與前一段超前支護搭接1.m。
(2)開挖上臺階①位置。開挖高度一般為4.0m~4.5m,利用挖掘機、裝載機挖裝,自卸車外運,開挖前測量放樣,預(yù)留10~20cm人工進行修整,保證超欠挖控制。
(3)開挖中臺階②位置。開挖高度一般為3.5m,先開挖一側(cè)架立鋼架后,再開挖另一側(cè)架立鋼架,然后同步進行噴砼支護。
(4)開挖下臺階和仰拱③位置,每次開挖不大于2榀鋼筋格柵拱架。
3.2 初期支護
(1)拱架采用采用H150型格柵鋼架,格柵高度為150mm,鋼架間距1.0m。格柵鋼架各單元由主筋(8字結(jié))、箍筋組成,單元之間采用接頭連接,兩榀鋼架之間設(shè)置縱向連接鋼筋。格柵鋼架主筋采用φ22鋼筋,8字結(jié)采用φ14,箍筋采用φ8鋼筋,鋼架各部件之間連接采用二氧化碳保護焊焊接,箍筋與主筋連接采用點,其余連接均采用雙面?zhèn)群浮8駯配摷芘涮?字結(jié)每件由2個構(gòu)件組成,單個8字結(jié)構(gòu)件應(yīng)由單根完整的鋼筋冷彎形成,要求尺寸準確,弧形圓順。8字結(jié)單肢中部核心應(yīng)密貼。
(2)鋼筋網(wǎng)片采用 MHW220型數(shù)控鋼筋網(wǎng)排焊機提前在鋼構(gòu)件加工廠集中加工,網(wǎng)片加工及安裝時應(yīng)注意除銹、去油污、確保鋼筋質(zhì)量滿足要求。鋼筋網(wǎng)鋪設(shè)時,應(yīng)隨受噴面的起伏鋪設(shè),與受噴面保持一定距離,并與拱架接頭處采用點焊方式焊接牢固。
(3)鎖腳錨管采用φ42鋼管熱軋無縫鋼管,壁厚5mm,長度4.0m,每個結(jié)節(jié)點2根,錨管按照45。向下傾斜,拱部可適當調(diào)整傾斜角度,但不得小于15。,嚴禁水平鉆設(shè),鎖腳錨管與格柵鋼架通過L筋焊接成整體。
(4)噴射作業(yè)使用TKJ-20混凝土噴射機組完成,噴射混凝土施工分初噴和復(fù)噴兩次進行,初噴在開挖完成后立即進行,以盡早封閉掌子面,防止表層風(fēng)化剝落。復(fù)噴混凝土在鋼架、網(wǎng)片、鎖腳錨管施工結(jié)束后進行,形成聯(lián)合支護體系,以抑制圍巖變形。噴射混凝土應(yīng)分片自下往上噴射,盡量使噴嘴與受噴面垂直,距離在1.5m~2.0m范圍內(nèi)(與風(fēng)壓呈反比),運行軌跡為螺旋狀,使噴層厚度均勻、平整、密實。
3.3 隧道仰拱和填充混凝土的施工
仰拱和填筑混凝土采用 CI-YG-2550型履帶式棧橋聯(lián)合仰拱臺車,每次施作長度為24m。
(1)長距離仰拱棧橋應(yīng)用可以提升施工質(zhì)量,有效減少仰拱之間施工縫隙對接次數(shù),提高仰拱的整體性,對改善隧道質(zhì)量通病、提高仰拱施工質(zhì)量具有極大的效果。
(2)可以 改善施工環(huán)境,在滿足各種運輸車輛正常通行的前提下,可實現(xiàn)掌子面開挖與仰拱施作同步進行,且能滿足不同的工況需要,可實現(xiàn)快速移動就位,施工空間高,有效改善施工作業(yè)環(huán)境。
(3)便于施工檢查,由于二襯仰拱施工每個循環(huán)周期較長,約 5~6天。其中初支仰拱底部清理檢查暴露時間至少3天,不能在短時間內(nèi)完成隱蔽,有利于仰拱施工質(zhì)量的檢查。
表1.主要加工設(shè)備
表2.主要施工機械
(1)做好上、中、下臺階開挖高度和長度的控制,以及仰拱開挖深度的控制,確保施工期間機械濕噴手操作空間不受影響。
(2)為保證初支仰拱安設(shè)安全,開挖后及時架設(shè)仰拱初支拱架,下臺階及拱架支護作業(yè)同步進行,一次施工不大于2榀拱架,初支拱架與下臺階拱架連接牢固。
(3)遵守“先仰拱后下臺階”的噴射混凝土順序,并采用機械濕噴手進行噴射混凝土,作業(yè)完成后,及時回填仰拱,然后進行上臺階混凝土噴射作業(yè)。
(1)測點布設(shè)應(yīng)按施工方法區(qū)分,三臺階按圖3所示進行布置。
(2)拱頂下沉和水平收斂測點應(yīng)布置在同一斷面上。拱頂下沉測點應(yīng)埋設(shè)在拱頂軸線附近,數(shù)值采用絕對高程,周期性復(fù)核后視點,保證其數(shù)據(jù)可靠性。
(3)初支應(yīng)與圍巖密貼,測點埋設(shè)在鋼架、格柵等初期支護上。采用直徑不小于20mm的螺紋鋼,尾端(隧道洞內(nèi)方向)進行45°斜切形成斜切面或者端部焊接鋼板,斜切面處或鋼板上面粘貼測量專用反射膜片(不小于 1cm×1cm)。測點布設(shè)以后,在測點位置用紅色油漆做醒目標識,每個斷面左右側(cè)各布設(shè)1個標示牌,及時記錄展示相關(guān)信息,監(jiān)測點上嚴禁懸掛物品。
(4)初始讀數(shù)應(yīng)在測點埋設(shè)12h內(nèi)讀取。采用全站儀配合反射膜片進行檢測,如表3。
表3.黃土地段變形總量管理等級
圖3.監(jiān)控量測測點布置圖
結(jié)論與建議:
大三臺階法在小南塬隧道的運用,將仰拱初支納入臺階法施工工序,減少仰拱單獨開挖工序,縮短仰拱施工循環(huán)時間,成環(huán)時間不超過12小時;合理對作業(yè)人員和設(shè)備進行配置,形成流水作業(yè),達到最佳工序銜接,有效提高施工進度;仰拱與下臺階一次爆破成型,減少爆破圍巖的二次擾動,有效控制周邊收斂和拱頂沉降,杜絕安全事故的發(fā)生。
TU75
B
1007-6344(2016)06-0228-02
王俊(1979.01—),甘肅蘭州人,男,本科學(xué)歷,華北水利水電學(xué)院,水利水電工程專業(yè),主要從事工程安全質(zhì)量管理工作。