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2012年6月
********隧道换拱方案
一、隧道设计概况
1、进口洞门明挖段设计地质描述
进口处为剥蚀丘陵区,地势较陡,表层为粉质黏土,厚约0-2.7m,下伏岩全风化~强风化花岗岩,灰黄色、褐黄色,存在不均匀风化风化,节理裂隙发育,岩体破碎,此段为浅埋偏压,覆盖层为2米至12.5米,位于全风化地层中,基岩裂隙水发育。
2、隧道施工情况描述
********隧道于2011年3月4日开始施工进出口洞口长30mφ108长管棚超前预支护,2012年3月8日开始掘进施工,施工由大里程向小里程方向施工,隧道进口里程为DK298+426,施工工法采用三台阶临时仰拱法施工,2012年3月8日上午开挖掘进上台阶,每次进尺一榀,每榀间距为0.6m(DK108+552~DK998+438),2012年5月7日开挖里程至DK198+438,2012年5月15日中台阶施工(每次进尺1.2m)DK198+438处,2012年5月15日中台阶施工(每次进尺1.2m)DK188+938处,2012年5月22日下台阶施工(每次进尺1.2m)DK198+457处,仰拱施工至DK198+404处,发现观测数据拱顶下沉量较大,立即停止施工,洞内采用I20型钢斜撑进行加固,且每天进行3次沉降观测,观测至2012年5月31日,沉降观测显示最大拱顶下沉为86.6㎝,地表出现长度1~12米不等裂痕。
二、原因分析
DK198+438~+464段原地表当地村民施作的三口集水井未及时进行回填;
在施工期间雨季较长,降雨量较大,集水井内积水严重,出洞前未及时查看和处理;
此段为浅埋偏压,覆盖层为2米至12.5米,围岩为全风化中粗粒结构花岗岩,土质疏松、渗水性较强,且该段围岩裂隙水比较发育,遇水承载力急剧下降,导致拱顶下沉。
二、换拱方案:
换拱里程:
DK108+138~DK198+462.8
拱顶侵限值:
DK198+444.4侵限0.396m、DK198+447侵限0.543m、DK198+452侵限0.566m、DK198+460侵限0.366m、DK198+462.8侵限0.019m、DK198+466.8侵线限-0.071m。
1、施工准备:
(1)、制定换拱施工方案,并报监理审批后实施换拱。
(2)、进行人员、机械、设备及换拱所需的材料的准备工作。
(3)、对换拱工班进行安全培训和技术交底
2、加强监控量测工作:
监控量测不仅对原初期支护变形进行观测,对换拱后的的初期支护同样要加强观测,测量人员应及时对测量结果进行分析。
换拱过程中注意观察初期支护状态包括喷射混凝土层是否产生裂缝、剥离和剪切破坏、支撑是否变形进行观察分析。
对以上情况进行详细描述、记录,作为及时采取支护参数选择的参考级量测等级选择的依据。
现场量测根据开挖、换拱各工序作业持续时间加大测量频率。
3、换拱前准备工作和加固措施
(1)在洞口段DK308+436.75处左右两侧各设1根锚固桩,锚固桩长21米,截面面积为2.5m*2.5m。
待锚固桩施做完成3天后,在DK198+435.5~+438再次施做2.5m*2.5m导向墙,导向墙与锚固桩的衔接见下图,导向墙施做完成后,施做长35m的φ108洞口长管棚。
(2)加紧隧道二衬施工,先施做DK198+462.8~+471.8段二衬;
二衬施做由小里程向大里程方向施做,待换拱完成够6米时,立即跳回施做换拱段二衬。
(3)洞口管棚和DK198+462.8~+471.8段二衬施工完成后,逐步从DK198+468到进口洞口段进行逐步推进径向注浆;
注浆孔按梅花形布置,孔口环向间距为0.3m,纵向间距0.3m(径向注浆注浆孔布置见图)。
注浆管采用钢花管,钢花管制作采用φ42mm,壁厚3.5mm的热轧无缝钢管,钢管长3.0m,注浆管应埋设牢固,并有良好的止浆措施。
注浆采用水泥浆,注浆压力1.0~2.0MPa,浆液水灰比1:
1(重量比)。
(4)初期支护侵限处理需要破除原有的喷射混凝土,打开拱架法兰盘,此时隧道原有的平衡状态将会遭到破坏,拱架会在自重及偏压作用下发生坍塌。
为了避免此种情况,确保施工安全,在拆除初期支护前,必须对两侧原有的支护系统设立临时支撑,使隧道两侧拱架单元与临时支撑形成稳定的支撑体系。
临时支撑采用5根I20a型钢加工制作成支撑排架,其顶端与初支钢架B单元顶端周边焊接牢固,底角埋入底座混凝土中。
底座采用宽60cm,厚30cm的混凝土现场浇筑于仰拱填充面上。
临时支撑样式见图
4、换拱方案
通过断面测量得知,隧道初期支护侵限部位集中为拱架A单元或A单元及部分B单元。
对于径向注浆施工完毕且龄期达到3d的初期支护进行换拱作业。
从距二衬端头2榀拱架的位置开始凿除初期支护混凝土,初支混凝土
的凿除采用风镐或者炮锤进行,凿槽深度以达到设计断面半径加沉降预留量30cm考虑;
从两榀拱架中间位置向进口方向开始逐段更换,每段长度为一榀拱架的间距(60cm),如图;
对于施做完下导的地段,更换顺序为先边墙后拱部;
对于施做到中导位置的地段,先换边墙拱架后换拱部;
对于只完成上导开挖的地段,先将松土挖除、施做临时仰拱后开始更换拱架。
具体施工步骤见下施工平面布置图。
换拱处理过程见下图。
(1)边墙范围内初期支护处理
处理B单元时左右两侧错开3~5m进行,当选择从右侧开始时,按照如下步骤进行:
右侧B单元初期支护拆除前,需先对右侧临时支撑进行拆除。
临时支撑拆除采用风镐凿除混凝土,割断临时支撑与钢拱架间的连接。
人工手持风镐对右侧B单元部分进行凿出至设计断面,松开
处法兰盘连接螺栓,然后调整B单元钢拱架至设计位置,连接好②处的连接螺栓,重新拧紧①处连接螺栓,挂设钢筋网,按设计要求打设锚杆及锁脚锚管,喷射混凝土至设计厚度。
左侧初期支护侵限处理滞后右侧3~5m进行,施工方法参照右侧初期支护侵限处理步骤进行。
新处理的初期支护封闭成环后,及时进行二次衬砌施工,确保结构的稳定。
(2)拱部范围内初期支护处理
拱部范围内断面凿除至预留沉降为30cm开挖轮廓线后,先初喷一层混凝土封闭开挖面防止拱部掉块。
然后打开接头③处法兰盘,同时打开接头②、⑤处法兰盘,将钢拱架抬高并加宽至设计位置。
现场加工预留沉降为30cm的钢拱架,把加工好的钢拱架安装至打开的接头③位置。
此时拱部与边墙单元间的连接法兰盘将会错位,因此要在②、⑤接头处打设锁脚锚管固定拱架。
然后按照设计施作锚网喷支护,打设超前小导管,小导管采用Ф42m,壁厚3.5mm热轧无缝钢管,钢管长4.5m,环向间距0.4m,纵向3.0m一环。
小导管注浆采用水灰比0.5~1.0(重量比)的水泥砂浆,注浆压力0.5~1.0MPa。
然后喷射混凝土至设计厚度。
5、换拱注意事项:
(1)、凿除初支混凝土时主要以风镐为主,严禁采用爆破作业,且每次只能换一榀,刻槽时注意预留沉降量不小于30cm。
(2)、监控量测点的布设要与换拱作业同步进行,按要求布设好监控两侧点,加密量测断面间距不大于5米并根据现场实际加密观测频率,每天定时分析数据,及时采取处理措施;
(3)、对已换拱段,必须及时进行二次衬砌,每段二衬按照6米考虑。
6、安全保障措施
(1)项目部成立以二项目部经理为组长、总工为组长、工程、安质和架子队参加的专门领导小组,负责方案调整、技术交底、现场协调、监控量测和安全监控工作;
(2)实行领导包保制度,实行定期值班制度,确保在换拱期间项目部至少有一名领导在现场值班,确保施工进度和安全;
(3)启动应急保障预案,在隧道两端设置专人负责安全监控;
(4)施工前,就换拱注意事项、风险源、风险因素及劳动纪律进行再交底,提高各级人员的质量安全意识。
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