浅谈沐尘隧道施工中所遇问题及处理方法.docx
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浅谈沐尘隧道施工中所遇问题及处理方法
浅谈沐尘隧道施工中所遇问题及处理方法
[摘要]隧道施工过程中经常会遇到各种各样的地质问题,因此要根据实际情况的变化及时调整施工方案,本文就以沐尘隧道为例着重介绍隧道在施工过程中所遇到的施工难题及处理方法。
[关键词]开挖支护衬砌
1工程概况
沐尘隧道位于浙江省龙游县沐尘乡境内,全长1400米,分两个标段对向施工,公路一局修建范围为左线桩号k21+700~k22+300,隧道长度600m(其中明洞5m),右线桩号k21+715~k22+300隧道长度585m(其中明洞5m)。
地处浙东南丘陵低山区,地势南高北低、山峰绵延、层峦迭峰,海拔在400~700M,水位受降水控制,径流变化大,其流量、水位、水质都随季节性变化。
进口段岩石呈灰白色,为石英绢云岩,由于受褶皱断裂、侵入体的影响,构造形成复杂,节理裂隙发育,但岩质坚硬,属硬质岩石。
围岩类别有
类、
类、
类及以上围岩,其中
类30米、
类90类其余为
类及以上围岩。
隧道设计车速60KM/h。
隧道设计断面形式如图1所示:
图1隧道横断面内空图
2工程施工特点
2.1围岩类别
沐尘隧道龙游端各类围岩长度及其分布情况统计如表1所示:
沐尘隧道龙游端各类围岩长度及其分布情况表1
左、右线
围岩类别
长度
比例(%)
位置
左线
Ⅱ类
28m
4.7
K21+700-k21+728
Ⅲ类
92m
15.3
K21+720-k21+820
Ⅳ类
110m
18.3
K21+820-k21+930
Ⅴ类
370m
61.7
K21+930-k22+300
右线
Ⅱ类
31m
5.3
K21+715-k21+746
Ⅲ类
84m
14.4
K21+746-k21+830
Ⅳ类
104m
17.8
K21+830-k21+934
Ⅴ类
366m
62.5
K21+934-k21+1300
2.2地质情况
左线:
表层为残坡积含碎石亚粘土,厚度1.55米。
上部为全风化绢云岩或全风化二长岩,厚度7.95米,呈土状,局部土夹碎石状。
中部为强风化绢云岩或强风化二长岩,厚度2.25米,呈土夹碎石,碎石状。
中下部为中等风化绢云岩或中等风化二长岩,厚度为5.45米,岩石较完整,节理裂隙发育一较发育,以斜交为主,相互交错,裂隙密度为12-14条/米,RQD=15.9%,RB=26.4Mpa。
下部为微风化绢云岩或微风化二长岩,岩石较完整-完整,节理裂隙发育,裂隙发育度6-7条/米,RQD=57.8%,Rb=41.8-42.5Mpa,前震旦纪绢云岩,岩质坚硬,节理裂隙发育一较发育。
由于受F10断层及ηK岩体侵入影响,洞口段岩石节理裂隙发育一较发育,完整性差,岩石易风化,风化土层较厚,洞顶仰坡,边坡稳定性极差,开挖时易坍塌掉块。
强、中等风化岩透水性较旨,但汇水条件差,水量一般。
洞口段围岩为全、强、中等风化及微风绢云岩、部分微风化二长岩,岩体稳定性较差,进洞有一定困难,围岩类别为Ⅲ,局部为Ⅱ类。
右线:
表层为残坡积亚粘土混碎石层、厚度约1.55米,含碎石30-40%。
上部为全风化绢云岩,或全风化二长岩厚度约11.45米,呈土状、砂土状。
中部为强风化绢云岩,或强风化二长岩厚度约3.95米,呈砂土状,土夹碎石状。
下部为中等风化绢云岩或中等风化二长岩,厚度13.65米,岩石较完整,节理裂隙发育。
局部裂隙密集发育,RQD=20.6%,RB=26.4Mpa。
底部为微风化二长岩岩石完整,节理裂隙少发育,RQD=72.7%,RB=36.2Mpa。
前震旦纪绢云岩,岩质坚硬,节理裂隙发育,受F10断层及ηK岩体侵入挤压影响严重,洞口段岩石完整性差,岩石全风化,层较厚,洞口仰坡稳定性差,开挖时易坍塌,稳定性差。
洞身穿过全风化绢云岩,强、中等风化绢云岩及部分中等、微风化二长岩,岩石稳定性差,进洞有一定困难,围岩类别为Ⅲ,进口处为Ⅱ类。
3施工方法的确定
3.1分析问题
根据对本工程的施工图,围岩类别和地质情况的综合分析以及对整个施工过程的总结,本合同段隧道工程施工中有以下问题:
3.1.1本段隧道由于洞口处的地质条件较差,极有可能发生、洞顶围岩下塌,侧壁滑动等塌方现象。
3.1.2本段隧道由于有部分Ⅱ、Ⅲ类围岩的软岩地段,可能造成开挖面不稳定。
3.1.3由于地质构造复杂多变,如若开挖方法不当,即造成围岩支撑力不足、下沉量增大。
3.1.4施工中会遇到不可抗力的因素影响,造成从开挖到支护的各项工序连接不够合理,导致洞室周边位移增大,边移速度变大。
3.1.5沉降缝的设置原设计为明暗洞分界处和围岩分类变化处,而有的围岩长度很大,不利于衬砌稳定。
3.1.6原设计衬砌砼采用普通硅酸盐水泥,抗渗性能差。
3.2施工方法的确定
由表1可知,隧道进口段约有30m左右的Ⅱ类围岩,岩体完整性差,节理发育,若施工方法不当,极有可能造成塌方。
为保证开挖面的稳定,在Ⅱ类围岩段沿隧道纵向在拱部开挖轮廓线外进行小导管超前注浆预支护,与钢拱架配合使用,在开挖工作面周围预先形成一个承载壳,提高开挖面地层的自稳能力,限制了地层松弛变形。
采用台阶分部开挖法,上部留核心土以支挡开挖工作面,及时施作拱部初期支护增强开挖工作面的稳定,核心土及下部开挖在拱部初期支护下进行,施工安全性较好。
由于本隧道Ⅲ类及以上围岩岩质较好,节理裂隙少发育,采用全断面开挖,根据实际情况,必要时采用拱部超前锚杆,具体施工方法如下:
3.2.1小导管注浆预支护及护拱
3.2.1.1在进洞断面开挖完成后,用4榀14#工字钢(间距60CM)纵向平行摆放,再用φ22的
级钢筋(环向间距80CM)将其联结。
并在与进洞口第一榀工字钢的拱顶和两边上下拱腰各打数组锁拱锚杆,锚杆采用φ22螺纹钢筋制成,长度不小于3.5M。
并用锚固剂加以锚固,外端预留不小于50CM,与工字钢拱圈焊接牢固。
3.2.1.2在第一榀拱(与洞身最近一榀)的拱背部,从拱腰上1M处导入φ42×4的小导管,并与钢拱加焊按牢固,小导管采用长4.5的无缝钢管(环向间距30CM),然后加注水泥浆。
水灰比为1:
1.5,若遇到裂隙水时,采用水泥+水玻璃注浆液,水玻璃采用规范和设计要求的浓度。
3.2.1.3在注浆强度达70%后,采用浅眼爆破,爆破深度80CM安放2榀工字钢与护拱工字钢焊接牢固,这样可使护拱与洞身构造连成一体增强了隧道进洞的安全性。
3.2.1.4支设护拱模板,浇注护拱厚50CM长100CM的30号砼待强达70%以上开始进行暗洞的开挖。
3.2.2洞身开挖
洞身开挖是隧道施工中比较关键的基本作业,在
类围岩处采用台阶分步开挖法施工(图2、图3),
类及以上围岩采用光面爆破法全断面开挖施工(图4、图5、图6)。
图2横向施工示意图3纵向施工示意
图中:
1——上弧形导坑开挖2——拱部锚喷支护3——中核开挖4——下部开挖
5——边墙锚喷支护6——灌注仰拱7——二次衬砌
图4横向施工示意图5纵向施工示意
图6施工步骤
3.2.2.1台阶分部法:
施工顺序为先挖上部弧形断面(高一般为2.0~2.4M),然后挖下面部分。
上部开挖不宜超前过多,以免宕渣积聚在台阶上,这样可以减少翻渣工作,加快循环作业。
台阶高度和宽度一般为高2.0M左右,宽1.50左右;台阶斜度为1:
0.3~1:
0.6。
优点是该法工序少,干扰少,爆破效果好,尤其对围岩稳定性较好的隧道。
由于本段隧道80%以上都是
类及以上围岩,采用光面爆破即可。
支护开挖工艺流程图:
图7支护开挖工艺流程图
3.2.2.2光面爆破:
由于本段隧道80%以上都是Ⅳ类及以上围岩采用光面爆破的技术较多,为了使爆破面沿周边眼劈裂开来,从而避免周边眼以外的围岩受到破坏,并使坑道周边达到光面的交果。
采取以下措施。
(1)缩小周边眼间距(E)
一般由试验决定。
E值大致在0.4-0.7m之间,初步设计时参照下式:
E=16d
式中:
E——周边眼间距;
d——炮眼直径。
(2)减小周边眼的最小抵抗线W
同样是由试验确定W值。
通常W值在0.5-0.8m左右,初步设计可取W=0.8E。
(3)减少装药量及减小装药密度
根据我经理部经验,周边眼的装药量约为普通爆破时装药量的1/2-2/3左右,通常采用间隔装药(分散装药结构),并采用小直径药卷及低威力炸药,从而减少装药量及减小装药密度。
这样,可减少爆破时爆炸力过于集中,对围岩的扰动减小。
(4)周边眼在最后同时起爆
周边眼在最后起爆,用导爆索或即发雷管同时起爆所有周边眼的药包,周边眼的爆炸力将共同起作用,达到光面爆破的效果。
实践证明,对于石质较差的岩层,最好是使用毫秒迟发电雷管起爆周边炮眼,可使爆破既有同时起爆的爆破威力,又可减小对设计轮廓以外围岩的扰动。
(5)严格掌握炮眼方向
钻眼方向的准确与否,对光面爆破的效果有重要的影响,方向不准会达不到光面爆破的目的。
因此在钻眼前要认真定准炮位,确定炮眼的方向,钻眼时,上、下、左、右的角度均应严格控制,周边眼的眼底应落在同一垂直平面上,钻眼过程中经常检查炮眼方向,及时校正,对于个别不符要求的炮眼,则应废除,重新钻眼。
3.2.3支护衬砌
本隧道采用新奥法施工,包括喷锚支护(初期支护)和二次衬砌,由于围岩的性质不同,具体施工参数也有所不同。
隧道开挖形成新的空洞后,破坏了岩体原有的相对平衡状态,是隧道周围部分岩体应力重新分布,容易引起围岩变形、破坏、坍塌。
喷锚支护能控制围岩变形,增加围岩的自承力。
在初期支护基本稳定后,再施作模筑混凝土,进行二次支护,亦称二次衬砌。
不同的围岩具有不同的支护参数,本隧道分为
类(图8)和
类(图9)及以上围岩两种情况。
图8
类围岩衬砌结构图
图9
类围岩衬砌结构图
3.2.3.1喷锚支护
初期支护必须是薄层柔性的,才能作到允许并控制围岩变形。
初期支护配合量测进行,当变形超出设计要求时,加强的支护手段,如增加锚杆的长度的数量,挂钢丝网,加设钢拱支撑,增加喷射砼的厚度等。
反之,当变形小于设计要求且很快收敛,则适当减弱初期支护的结构。
锚杆按设计的锚杆孔方向、深度、孔径施工,安装之前清扫锚杆孔。
喷射砼一次不能太厚,拱部一次喷射最大厚度为7cm,拱脚为10cm。
二次喷射应在上次喷射有足够强度后进行。
喷射前,应将喷射面的粉尘清除。
严格掌握所用速凝剂的用量。
如有漏水,要先排水、后喷射。
有锚杆的喷层面,要注意不形成凹凸。
钢丝网必须固定并互相搭接,钢丝网应有足够的砼保护层。
钢支撑安装后能立即提供支护阻力,正确地架设在设计的位置上。
采用V形钢时,其窄侧靠围岩,开口一侧向内,以便于喷射砼,不留空隙。
3.2.3.2二次衬砌
二次衬砌一般是不受力或只承受很少的力,为了减少产生弯矩,使发生弯矩破坏减到最小,二次衬砌采用模筑砼,如果过早的施作二次衬砌可能要承受较大的围岩变形压力,因此要在变形收敛后施作,在施工上与一般模筑砼基本相同。
但不用拆除设置的构件支撑。
为保证二次衬砌的质量,必须在施工中抓好下列事项:
(1)必须保证模板台车的强度、刚度及稳定度,满足衬砌厚度和隧道净空要求。
模板台车除在浇筑混凝土前要严格检查安装位置外,还必须加强在浇筑混凝土过程中的检查,发现台车出现变形扭转倾斜等不良现象时应立即调正。
(2)抓混凝土的质量,对水泥、骨料、配比、拌和、浇筑、振捣等工序必须严格检查、控制、确保衬砌混凝土的强度,做到内实外光。
(3)对浅埋且有较多渗水软弱围岩等不良地质地段的二次衬砌必须加强变形检测,掌握变形规律。
4监控量测
监控量测是新奥法施工中一个十分重要的环节,根据量测数据可对已开挖区间和掌子面前方的围岩状况做出判断,对于指导隧道的安全施工具有重要意义。
沐尘隧道进口段根据现场开挖情况和对围岩地质构造的分析,我们确定如下量测项目做为我们量测的主要内容:
洞内地质观察;拱顶下沉;围边收敛;锚杆抗拔力试验。
通过监测数据的反馈与分析,及时进行调整支护参数和施工方法,做到安全检查、快速、优质施工。
由于无浅埋地段和特殊地质变化,对地表沉陷、喷砼内力、围岩压力三项不做量测要求。
具体的量测方法如下:
1、洞内观察:
每次开挖后初期支护后进行,采用地质罗盘、地质锤、尺子等工具,确定对开挖后岩石的岩性、结构面产状,支护裂缝等进行详细的描述,为施工提供可靠的依据。
2、拱顶下沉:
采用精密水准仪、钢挂尺、坑道收敛计等工具沿隧道纵向在拱顶和墙中布设测点,测点间距视围岩条件、埋深而定,Ⅲ类围岩取10-20m,Ⅳ-Ⅴ类围岩取20-50m。
3、周边位移:
采用各种类型收敛计,Ⅲ类围岩取10-20m、Ⅳ-Ⅴ类围岩取20-50m测一个断面,围岩复化处增加一个断面,每断面1~5个对测点。
4、锚杆抗拔力试验:
采用锚杆测力计及拉拔器,每打300根锚杆检查一组,每组检查3根。
5小结
隧道施工的质量主要表现在两个方面:
一个是对围岩的损伤到什么程度;一个是支护和衬砌支护效果发挥到什么程度。
新奥法施工能最大限度地发挥围岩的自承作用,使修建隧道过程中尽可能保持围岩的原始状态,以喷射砼、锚杆为代表的初期支护和量测技术为支柱,把隧道围岩和各种支护结构作为一个共同作用的承载体系,控制围岩变形发展,通过量测手段,及时掌握围岩和支护的变形和应力动态,确保隧道结构设计和施工信息化,具有极大的适用性和经济性。
本隧道通过及时根据地质状况改变施工方法,选择合理的施工工艺起到了降低工程成本造价,加快施工进度的目的,取得了较好的经济效益。
参考文献:
[1]中华人民共和国交通部.公路隧道施工规范JTJ042-94.人民交通出版社.1994.11
[2]钱东升.公路隧道施工技术.人民交通出版社.2002.10
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