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2016隧道施工工艺控制十

http://www.fang668.com 日期:12-02 22:15:10| 市政工程|人气:328

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  摘要:本文认为加强隧道施工工艺控制是确保隧道工程质量的重要方法。

  前言

  近年来,随着我国西部大开发力度的加大,在快速发展的公路建设中,在多山的地区,隧道工程在公路工程中就变成一个重要的组成部分。而且隧道工程相对路面,桥梁工程来说有它的特殊性:一般地质条件都比较复杂而且很难预测,完工后隐患不易察觉,这就须在施工过程中加强施工管理,做好工艺控制。

  隧道施工主要包括开挖和支护两大部分。在勘察设计过程中,根据实际地质,地貌,符合路线顺接要求的基础上,本着路线最短,成本最低的原则确定具体的施工线路。施工就要严格按照设计方案,保证每一步骤实现设计的意图。

  1、开挖

  开挖是隧道施工的龙头,质量,进度,安全,效益等无不与之密切相关,开挖符合要求,支护才有一个顺利的保证基础。

  1.1开挖的辅助手段开挖的最大困难是隧道围岩、地质构造、渗水等情况复杂多变,很难完全了解。为了及时掌握变化的情况,指导施工,就要重视测量和地质超前预报。

  1.1.1测量某省最长的一座3.3km的公路隧道,为上、下行分离式隧道,从两头同时对向开挖,四个开挖工作面,测量用同一系统控制,保证两端有同一目标,而且每二个月通过三角网或精密网对导线点校核一次,避免在施工过程中误差累积而产生较大的偏差。随着隧道开挖的进程加大,单洞单幅导线就象一根甩出的绳子,越长越容易偏离控制的中轴位置,也可以通过联络洞,把测出的导线值代入后相互验证,当隧道开挖长度超过500米时,两端如不能相互连通纠偏,就须在一条洞中建立两条独立的导线以便相互纠偏。

  1.1.2地质超前预报隧道开挖过程中,每前进一步都有意想不到的情况发生,所以超前预报就显得尤为重要,目前我们能够采用的地质超前预报手段有:打超前探孔法,地震波法和超声波探测法,也可以借鉴有经验的地质专家根据地貌特征,掌子面岩石产状,地质构造特征对前方地质情况的判断。

  1.1.2.1超前探孔法在掌子面最少布三个钻探孔,如右图:详细记录每个孔的进钻速度,每种不同粉尘的出现部位及钻粉岩性,钻孔涌水量的大小。根据进钻速度可以判断不同部位的岩石强度及裂隙,节理发育情况;根据钻粉岩性可以判断不同岩性的里程桩号;根据涌水情况就可以知道不同区域的含水情况;由1,2,3号孔的布孔位置,可以计算出岩石在整个面上的发育情况,这种方法一次可以预报20米,操作简单有效,一般施工单位通常喜欢采用。

  1.1.2.2地震波和超声波探测法根据波速在不同强度的岩体,空气,水等介质中传播速度差异来判断前方围岩情况。这种方法做出的结论在离发射波30米以内准确性较高,但随着距离渐长渐差,而且投入人力物力相对较高,业主曾在隧道施工中进行过几次超前探测。

  专家预测有时准确性高,有时也会产生较大的出入,因为影响产生地质变化的因素很多,而个人经验不同,主观倾向性不同可能会得出不同的结论。如果几种方法综合使用,相互映证,准确性就会提高。以超前预报来指导开挖,就可以避免一些可能的塌方。

  1.2开挖掘进,开挖一般采用爆破的方式,但特殊地段须用风镐或钢钎等撬挖。

  1.2.1 Ⅲ类以上的围岩,都采用全断面爆破形式的开挖,为了保证不欠挖,少超挖,控制光面须采用光面爆破,周边光爆孔孔距为50cm左右,采用不偶合装药,不偶合系数为1.25~2.5(按硝铵炸药考虑),中间偏下布掏槽孔,掏槽孔按锥形布置效果最好,如图一,但这种布置在实际当中上部和下部造孔施作不方便,所以一般采用“八”字掏孔,如图二。光爆孔和掏槽孔中间布辅助孔,以掏槽孔为圆心呈环向布置,间距75~100cm,在孔深小于2米时光爆孔,辅助孔,掏槽孔轴向深度相同,如深度超过2米时掏槽孔深度在轴线方向适当加深10~30cm,因为掏槽孔的起爆率一般为85%左右,所以具体加深深度根据不同围岩的起爆率不同而定,把握的标准是起爆后三种爆破孔的孔底在同一掌子面上为宜,掏槽孔的装药量相对光爆孔和辅助孔都高,单耗为4~7kg/m3.视围岩强度、整体性、风化程度差异而调整,钻孔深度可控制在0.8~3.5米,装药连线采用由内向外分圈扩散,响炮采用毫秒雷管微差逐级引爆,掏槽孔、辅助孔、光爆孔逐级爆破的时间间隔为0.05~0.1秒,当中间拉出临空面后周边依次向里面爆破,每一轮爆破的强力冲击波都向中部的临空面方向,这样减少对围岩的震动破坏。

  1.2.2 如果说Ⅲ类以上围岩主要强调光面爆破效果的话,那么Ⅱ~Ⅲ类围岩在此基础上还要加强安全施工,防止掉块或掉块而引发的塌方,因为Ⅱ类围岩是处于强烈挤压破碎带围岩,有明显的滑动面,而且滑动面在失去支撑后会产生相对滑动,所以对隧道稳定带来严重威胁。开挖时布孔方式同1,周边孔有必要采用预裂爆破,而且整体要短进尺,弱爆破,每循环掘进不应超过80cm,单位体积耗药量适当减少,以免引起大的震动,对围岩的整体稳定造成更大的破坏。

  1.2.3 Ⅱ类弱或Ⅰ类围岩可以撬挖,这种围岩是大型断层带的挤压的断层泥或断层充填物,大型褶皱的轴部岩石,当失去支撑后完全没有自稳能力;这种围岩开挖方式有:留核心土法开挖,小导洞法开挖(又叫眼睛法),上部分台阶法开挖。

  (1)留核心土法开挖掌子面核心的部分先不动,在周边环向用风镐或锹撬挖宽约1米的圆环,支撑钢架,喷钢纤维混凝土施作初期支护,再开挖下一格栅钢架的位置,边掘进边扩大环向开口,掘进几个循环后机械配合挖掉一部分核心土,再进行下一个循环。

  (2)小导洞法开挖(眼睛法)

  两侧开挖宽约2米,高2米的导洞,开挖后先支护两边,在从两边向拱顶扩挖,边挖边支护,等挖到一定深度后,一般4~5米,在挖中堵墙,依此推进。

  (3)上部台节法开挖在下部筑封堵墙,拱部人工开挖高1.5~2米的前导洞,先支护拱顶,顶部挖出一定深度后,再向两边依序下挖支护,这种开挖方式导洞不易过深,因为人工开挖,速度较慢,而且空顶太长,顶部沉降变形太大。

  这种围岩在地下水的作用下还可能产生吐泥涌水现象,更为严重会吐泥通顶,甚至引发整个隧道垮塌,。大风垭口隧道下行线K254+871桩号就发生了突泥现象,可计算的突泥量达2000m3,地表兰溪河滩也产生了塌陷,是一次隧道涌泥的典型事故。

  开挖这种围岩,就不可避免地遇到支护的问题。

  2、支护支护包括超前支护、初期支护和二次支护。

  2.1超前支护超前支护在两种情况下必须用到,一种情况是隧道在开始成洞时须用超前支护,另一种情况是遇到较宽软弱带,断层或褶皱等地质构造带,因为遇到这两种情况时就不是只采用短进尺就能避免坍方,还须提前采取支护措施,打超前小导管或大管棚。

  2.1.1 小导管一般有3m、4.5m.、6m等不同长度,具体长度根据滑裂面的深度和围岩破碎情况而定,导管孔直径42mm,孔壁打梅花形小孔,以便进入围岩后注浆用,这种支护相对施工条件简单,循环快,但支护深度浅,如果滑裂面较深时会遭遇整个小导管垮塌的现象。

  2.1.2 大管棚一般长度20m,管径φ105,φ135,φ150,管孔选择可以根据现有的施工条件而定,一般都能满足要求。大管棚一般用在大型断层带内施工,拱顶以50~75cm间距顺洞轴线方向打入,然后注浆,如遇到涌水严重可加速凝剂(又名水玻璃),可以起到堵水和固结顶部围岩的作用,使得前方待开挖的围岩20m内形成一个3m左右厚的固结圈,再进行下一步开挖。在隧道开洞时,因为洞口埋深较浅,加之地表岩石风化破碎,如不进行大管棚超前支护,一般都会在顶部产生边挖边塌的现象,甚至引起边坡的大面积失稳,对施工造成很大的威胁。如果超前支护过程中,前方围岩完全松软呈塑性状,整个掌子面不能保证稳定的情况极有可能引发突泥涌水。前面举例某隧道下行线K254+871处,由于进行了地质超前准确预报,开挖之前及时采用大管棚超前注浆。但当突泥发生后只用大管棚作超前支护也不能保证施工的正常进行,就须采用最强的一种超前支护形式:掌子面浇筑封堵墙,实行全断面注浆,注浆管的分布形式可以参照全断面开挖过程中放炮孔的布孔形式,注浆完毕后,再根据围岩效果采用分台式开挖,留核心土开挖或眼睛法开挖。

  2.2  初期支护初期支护包括喷钢纤维混凝土,工字钢架和锚杆支护几种形式。适用不同种类的围岩。

  2.2.1  Ⅲ类以上围岩的支护形式在围岩好的情况下,可以在开挖后直接喷混凝土,喷射厚度10cm~14cm,为了保证喷射混凝土的标号达标,回弹率在控制的范围以内,必须使用湿喷机喷射,钢纤维采用佳密克丝RC6535BN型,掺量为30Kg/m3.喷射的平均厚度要大于设计值,最小厚度大于6cm.径向用WTD25锚杆锁固,长3~3.5m,因为Ⅲ类以上围岩在光爆开挖后的松动圈厚度为1m左右,所以完全可以满足初期支护的要求。

  2.2.2  Ⅱ~Ⅲ类围岩的支护在喷钢纤维混凝土后架设格栅钢架,间距100cm左右。

  这两种支护形式的围岩在开挖过程中的预留变形量为0~8cm,根据围岩的变形情况而定,以免开挖后的拱顶在二次稳定变形后收缩侵入净空。

  2.2.3  Ⅱ类以下围岩的支护形式中,喷射混凝土厚度增至18~22cm,钢纤维掺量根据情况可增至35Kg/m3,格栅变成工字钢,可用16~22cm钢架,钢架间距在50~80cm之间,预留变形量8~18cm,锚杆长度可采用3.5~6m的规格,必要时也可用张拉锚杆,以减少稳定变形。如遇到大型断层带,在初期支护完成后,还须加强边墙的稳定强度,可打4.5~6m长的径向小导管,间距80~150cm,梅花形布孔,进行固结灌浆,以代替径向锚杆。

  在整个初期支护的过程中,如有富水段,须打排水管进行引水,然后喷射混凝土。一般来说,初期支护完成后,不允许喷射混凝土有开裂,拱架不许有较大变形,不能有成线状的漏水现象。

  2.3 二次支护二次支护是一次支护的加强,彻底防止水渗漏的重要保证。

  2.3.1  二次支护的条件初期支护完成后,进行二次支护、衬砌和仰拱浇筑,撑控支护的时间,直接关系到衬砌结构的安全,过早施作会使二次支护和初衬承受较大的围岩压力;过晚支护又不利于初期支护的稳定,施工时应满足以下几点:

  (1)监控量测的位移速率明显减慢,围岩基本稳定。

  (2)产生的位移已达预计总位移的80%~90%.

  (3)边墙的位移速率小于0.1~0.2mm/d,拱顶的下沉速率小于0.07~0.15mm/d.

  (4)稳定性很差的围岩,在较长时间不能达到以上要求,喷混凝土后出现大量明裂缝,应用较强的二衬支护形式及早施作二次衬砌,以改善围岩的变形条件。

  2.3.2 仰拱浇筑仰拱的圆心在隧道公路的垂直平分线上,半径是隧道拱顶半径的2~3倍,增大半径主要考虑减少开挖和回填浇筑量,仰拱厚度一般为40cm ,布双层钢筋,上下保护层各5~6cm.上面填充路基混凝土。这样可以同二衬混凝土形成一个圆形环,我们知道在承受周边挤压时,环形是最理想的形状,仰拱施作主要就是基于这一点考虑。所以大风垭口隧道在Ⅲ类以下围岩都设有仰拱。但在Ⅲ类以上的围岩支护中,由于围岩自身稳定性好,出于节约成本考虑,可以不设仰拱。

  3、二衬混凝土

  二衬混凝土是起到对初衬的加强和彻底防止渗水的作用,如果说开挖和初衬的隧道只是个半成品,那么二衬后就基本为成品了。二衬包括土工布,防水板和二衬混凝土。

  3.1 土工布,规格350g/m2,铺设在初衬混凝土上,主要起到一个对防水板的保护作用。

  3.2 防水板,厚1mm,它主要起到防止二衬漏水的作用,是二衬中很重要一环,沿隧道延伸方向的粘结,搭接长度不能小于50cm,环向搭接不能小于10cm,胶结必须密实,不能有漏洞或斑眼。

  3.3 二衬混凝土为钢筋混凝土,厚度因围岩类别不同有所不同,范围35~50cm厚,通过矮边墙、仰拱和路基混凝土连为一体,形成完整的环向拱。

  在初衬和二衬之间,须要把引出的排水管从土工布后面引到排水沟,二衬的环向部位在同一桩号设完整一道排水管,正常情况最少每15m设一道,在特别的富水区域可以根据实际情况增设,以利于顺畅排水。每两段二衬混凝土的连接缝处必须设一道止水带,以防接缝处漏水。

  隧道的整个施工过程中,开挖是主要控制规格,初期支护和二次支护的主要目的是变被动支护为主动支护。以达到堵水、引水、排水、防止渗漏。

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