大坡度條件下洞口防護(hù)和洞內(nèi)支護(hù)技術(shù)的應(yīng)用

翟澤威

(江西省水利水電建設(shè)集團(tuán)有限公司，南昌 330000)

0 引 言

隧洞是供水工程的主要組成部分，經(jīng)常需要穿越特殊地質(zhì)條件，在大坡度條件下，隧洞施工的難度會(huì)大幅度提升，過去隧洞施工中，比較重視隧洞口周圍情況的清理和防護(hù)，在洞內(nèi)支護(hù)多采取單一的支護(hù)方式，雖然可以降低施工成本，提升經(jīng)濟(jì)效益，但不利于保證施工的安全及質(zhì)量。基于此種情況，在甘肅省引洮供水二期工程11#隧洞施工中不僅重視洞口防護(hù)，同時(shí)加強(qiáng)了進(jìn)洞防護(hù)和洞內(nèi)支護(hù)。在洞內(nèi)支護(hù)中采取了多種支護(hù)技術(shù)相互聯(lián)合的方法，取得了良好效果，具體施工如下。

1 工程概述

甘肅省引洮供水二期主體工程施工第51標(biāo)段11#隧洞樁號(hào)28+955.29-30+583.0，長1627.71m，11#隧洞出口位于北家岔沖溝底部，隧洞出口樁號(hào)為30+583.0，隧洞出口底高程為1736.8m。11#隧洞出口邊坡下部基巖裸露，為新近系泥巖，表層風(fēng)化巖體<2m；上部為馬蘭黃土，邊坡靠前緣山體表面無牽引、卸荷裂隙發(fā)育，自然狀態(tài)下邊坡整體穩(wěn)定，但自然邊坡的坡度較大，約75度、局部接近90度，特別是上部土層邊坡局部倒懸，受振動(dòng)、擾動(dòng)影響后較易發(fā)生滑塌，威脅下方施工作業(yè)的人員和機(jī)械設(shè)備安全，存在較大的安全隱患，需要采取邊坡被動(dòng)防護(hù)措施。隧洞出口原始地貌圖如圖1所示：

圖1 隧洞出口原始地貌圖

2 大坡度條件下洞口防護(hù)施工技術(shù)

2.1 隧洞洞口坡面防護(hù)技術(shù)

在甘肅省引洮供水二期工程11#隧洞施工中，為保證施工的安全性，促使各道工序能夠高效、安全、有序的開展，需要對(duì)洞口頂部、周圍的坡面進(jìn)行全面防護(hù)。案例工程在設(shè)計(jì)圖紙中并沒有規(guī)定洞臉邊坡防護(hù)的范圍，以及具體的防護(hù)方式。因此，在具體施工中，需要在洞頂約10m高的位置，設(shè)置一層防護(hù)網(wǎng)，并對(duì)洞頂和洞口上下游范圍進(jìn)行C20錨桿掛網(wǎng)噴混凝土，長度為12.8m，寬度為4.2m，選擇直徑為16mm，長度為1.0m的錨桿，按照1.5m的間距進(jìn)行梅花形布置，再掛上規(guī)格為φ6.5@200mm×200mm鋼筋網(wǎng)，噴100mm厚C20混凝土進(jìn)行固坡。

2.2 進(jìn)洞防護(hù)技術(shù)

案例工程隧洞出口位置正好位于松散體巖層破碎處，一但受到外力的破壞，容易發(fā)生坡面滑塌問題。為解決此問題，本工程在具體施中，在進(jìn)洞之前就在距離洞頂約1.0m高的位置，沿圓弧段拱頂布置了1排直徑為42mm的鋼管進(jìn)行超前支護(hù)。洞口到洞外施工防護(hù)中采取了I16，間距為50cm的雙層鋼拱架，掛鋼筋網(wǎng)噴C20混凝土，形成明洞之后再進(jìn)行進(jìn)洞施工，控制明洞施工段的長度為4.2m，并在明洞洞口位置設(shè)置上混凝土擋土墻，以阻擋落石對(duì)施工人員和施工機(jī)械設(shè)備造成傷害。完成進(jìn)洞之后，需要及時(shí)按照地質(zhì)條件，設(shè)計(jì)加強(qiáng)段支護(hù)，具體的進(jìn)洞防護(hù)措施如下：

1)在進(jìn)洞之前需要沿著鋼拱架頂部高約1.0m的位置，用L=3m，環(huán)向間距為300mm，直徑為42mm的鋼管進(jìn)行超前支護(hù)，為隧道開挖和支護(hù)施工營造良好的條件。

2)在洞口位置向洞口外搭設(shè)4.2m明洞，并在明洞洞口位置兩側(cè)和拱頂處設(shè)置C20混凝土擋土墻，其中明洞采取I16工字鋼全封閉雙層拱架，間距控制在50cm左右，兩層要錯(cuò)開布置，相鄰拱架通過直徑為25mm的螺紋鋼進(jìn)行連接。而外層拱架2榀型鋼腹板之間需要掛設(shè)φ6.5@200mm×200mm鋼筋網(wǎng)，并噴射20cm厚的C20混凝土，形成拱圈，內(nèi)層鋼拱架需要采取2榀型鋼腹板間掛設(shè)上φ6.5@200mm×200mm鋼筋網(wǎng)，再噴射上16cm厚的C20混凝土形成拱圈[1]。

3)為防止拱架發(fā)生沉陷問題，設(shè)計(jì)洞口樁號(hào)往洞外方向4.2m明洞，以及C20混凝土擋墻位置都布設(shè)上厚度為150cm的混凝土基礎(chǔ)，在基礎(chǔ)中布置上2層φ25@200mm×200mm鋼筋，混凝土基礎(chǔ)與擋墻連接位置設(shè)置φ25@200mm×200mm，L=1m錨筋，錨入基礎(chǔ)深度0.5m。完成進(jìn)洞之后，再按照現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)條件選擇合適的設(shè)計(jì)支護(hù)型式。

3 大坡度條件下隧洞洞內(nèi)支護(hù)技術(shù)

案例工程上部土層邊坡局部倒懸，受振動(dòng)、擾動(dòng)影響后較易發(fā)生滑塌，威脅下方施工作業(yè)的人員和機(jī)械設(shè)備安全，存在較大的安全隱患。因此，僅憑單一的洞內(nèi)支護(hù)技術(shù)，難以保證施工的質(zhì)量和安全性，需要綜合應(yīng)用多種支護(hù)技術(shù)。

3.1 鋼支撐支護(hù)技術(shù)

鋼支撐支護(hù)技術(shù)是大坡度條件下隧洞洞內(nèi)支護(hù)的主要技術(shù)，在應(yīng)用此項(xiàng)隧洞洞內(nèi)支護(hù)技術(shù)時(shí)，鋼支撐需要在加工廠按照設(shè)計(jì)要求進(jìn)行分段加工成型，并且保證鋼支撐的聯(lián)結(jié)鋼板、螺栓螺帽、鋼楔等都準(zhǔn)備到位。鋼支撐支護(hù)體系的安裝，需要裝載機(jī)和人工相互配合，分間斷采用聯(lián)結(jié)鋼板螺栓聯(lián)接牢固，內(nèi)層和外層相鄰的兩榀鋼拱架需要采取連接筋焊接成一體[2]。尤其是外層鋼拱架架設(shè)完成之后要及時(shí)跟進(jìn)混凝土噴射，以保證混凝土能夠全部覆蓋架設(shè)好的鋼架，等外層噴射的混凝土完成初凝之后，架設(shè)內(nèi)層鋼架，再進(jìn)行混凝土噴射，也要全覆蓋，從拱腳開始噴射，以免上部噴射的混凝土虛掩拱腳，影響拱腳的密實(shí)性和強(qiáng)度，造成拱腳穩(wěn)定性不足，影響支護(hù)效果。

3.2 超前管棚支護(hù)

超前管棚支護(hù)也是洞內(nèi)支護(hù)的主要方法，能夠提前穩(wěn)定性的圍巖結(jié)構(gòu)體系，即便是發(fā)生問題，也先由超前管棚來承受，以保證洞內(nèi)施工人員和設(shè)備的安全。在案例工程中，超前管棚支護(hù)施工程序如圖2所示。

圖2 超前管棚支護(hù)施工程序

在進(jìn)行鉆孔時(shí)采用手持風(fēng)鉆進(jìn)行鉆孔，鉆孔的各項(xiàng)指標(biāo)都達(dá)到超前管棚支護(hù)施工的要求之后，再用高壓風(fēng)管將鉆孔中雜物清理干凈。然后人工配合鉆機(jī)將鋼管打入鉆孔中，完成超前管棚施工。

3.3 掛網(wǎng)混凝土施工技術(shù)

在進(jìn)行混凝土支護(hù)中可采取干拌的噴射方法，也可以選擇半濕拌的噴射方法，具體施工流程如圖3所示。

噴射支護(hù)所需的混凝土需要由拌合站進(jìn)行集中拌和，再由自卸式三輪汽車運(yùn)輸?shù)街付ㄎ恢煤螅肞Z-6噴射機(jī)進(jìn)行噴射，由人工手持噴射嘴在移動(dòng)式施工平臺(tái)上噴射混凝土，噴射時(shí)需要采取從下到上和分區(qū)段依次施工的方法。掛網(wǎng)噴射混凝土施工要選擇強(qiáng)度為C20的混凝土，外層噴射混凝土的厚度控制在20cm左右，內(nèi)層噴射的厚度控制在16cm左右。鋼筋網(wǎng)格間距為200mm×200mm，鋼筋φ6.5mm?；炷量傇O(shè)計(jì)噴層厚度≤5cm時(shí)分兩次噴射，>10cm時(shí)可分三次噴射。分層噴射時(shí)，后層噴射在前層混凝土終凝后進(jìn)行，若終凝1h后進(jìn)行噴射，則應(yīng)先用風(fēng)水清洗噴層表面。采用噴水養(yǎng)護(hù)，或薄膜覆蓋養(yǎng)護(hù)；噴水養(yǎng)護(hù)在噴射混凝土終凝后2h進(jìn)行，養(yǎng)護(hù)時(shí)間≥d。當(dāng)氣溫低于5°時(shí)不進(jìn)行噴水養(yǎng)護(hù)。

圖3 掛網(wǎng)混凝土施工流程圖

3.4 模板施工方法

在案例工程施工中，混凝土施工中擋墻選擇了木質(zhì)模板，細(xì)分為兩層進(jìn)行安裝，包括上部和下部。模板安裝之前，應(yīng)由專業(yè)的測(cè)量人員進(jìn)行全方位測(cè)量，確定好測(cè)量人員放樣底部邊緣。擋墻上部模板選擇規(guī)格為1850mm×920mm×15mm的木質(zhì)模板，并選擇100mm×100mm的木方作為內(nèi)楞，間距控制在500mm左右，外楞由規(guī)格為φ48.3×3.6的鋼管橫向布置而成，間距控制在800mm左右，墻體兩側(cè)的模板主要是通過直徑為12mm的對(duì)拉螺栓連接而成，對(duì)拉螺栓布置間距控制為600mm左右。擋墻下部模板外側(cè)用φ48.3×3.6mm鋼管作外楞(橫向)布置，間距800mm，蝴蝶扣固定。內(nèi)楞采用方木100×100mm方木(豎向)，方木間距500mm。模板內(nèi)側(cè)用Φ12鋼筋斜拉，間距2000mm。具體的模板施工結(jié)構(gòu)示意圖如圖4所示。

當(dāng)模板施工完成之后，為保證總體的支護(hù)效果符合要求，需要對(duì)結(jié)構(gòu)、位置、模板面的平整度、接縫的寬度等進(jìn)行全面檢查和分析，經(jīng)過監(jiān)理工程師認(rèn)證達(dá)標(biāo)合格之后，才能進(jìn)行混凝土澆筑。

3.5 混凝土澆筑

混凝土澆筑是隧洞洞內(nèi)支護(hù)的主要工序之一，為保證澆筑效果，要做到分層澆筑，先澆筑混凝土基礎(chǔ)，再澆筑混凝土擋墻下部，最后進(jìn)行混凝土上部擋墻澆筑。做好面的清理工作，經(jīng)過“三檢”合格之后才能進(jìn)行混凝土澆筑。擋墻上部需要按照設(shè)計(jì)情況開展鋼筋綁扎、模板安裝等工作，也要做好檢查工作。在混凝土澆筑之前，需要先鋪設(shè)一層厚度在2-3cm厚的水泥砂漿。再通過平鋪法進(jìn)行混凝土薄層澆筑，保證進(jìn)入倉面的混凝土布料均勻平整，嚴(yán)禁堆積過高。當(dāng)混凝土強(qiáng)度硬化到設(shè)計(jì)要求之后，及時(shí)拆除模板。此外，混凝土澆筑結(jié)束之后，要及時(shí)跟進(jìn)養(yǎng)護(hù)操作，本工程選擇了噴水養(yǎng)護(hù)方法，養(yǎng)護(hù)時(shí)間不能低于28d，為混凝土固化成型，營造良好的環(huán)境。

圖4 模板施工結(jié)構(gòu)示意圖

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4 結(jié) 語

綜上，通過分析甘肅省引洮供水二期工程11#隧洞洞口防護(hù)和洞內(nèi)支護(hù)技術(shù)，發(fā)現(xiàn)在大坡度條件下，存在很多影響施工和安全的因素，需要結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，做好洞口防護(hù)工作，并選擇合適的洞內(nèi)支護(hù)技術(shù)。通常情況下，僅憑一種或者兩種洞內(nèi)支護(hù)技術(shù)，可能無法滿足隧洞安全施工的要求，案例工程結(jié)合地質(zhì)條件和設(shè)計(jì)要求，選擇多種支護(hù)技術(shù)聯(lián)合使用，經(jīng)監(jiān)測(cè)，隧洞各項(xiàng)數(shù)據(jù)均符合要求，可更好的保障施工質(zhì)量和安全性。