工法:临近既有线VI级围岩隧道施工工法.doc
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临近既有线Ⅵ级围岩隧道施工工法
中铁八局集团第三工程有限公司
1.前言
Ⅵ级围岩主要岩性为断层泥和断层角砾,成分以强风化炭质页岩、炭质泥岩为主,具弱膨胀性、遇水易软化、崩解,极易坍塌变形,浅埋时极易坍塌至地表,因此施工难度较大,选择先进、科学、合理的施工方法至关重要。
我公司对临近既有线Ⅵ级围岩隧道经过组织技术攻关,应用超前小导管注浆预支护,微台阶预留核心土施工掘进,锚、网、喷联合支护,加强监控量测,仰拱超前施作,全断面衬砌紧跟施工技术,在改建铁路贵阳至昆明线六盘水~沾益段增建第二线工程新明湖一号隧道实施;该隧道位于既有铁路线路右侧,出口段距既有隧道中心仅30m(详见图1-1),偏压并有少量地下水。
后续该施工方法继续应用于中缅油气管道工程Ⅵ级围岩隧道施工,通过精心施工确保了安全、质量和工期,在此基础上总结整理形成本工法。
图1-1新建与既有隧道相对位置图
2.工法特点
2.1质量有保证
结合喷锚构筑法施工特点,实施微台阶预留核心土开挖,锚、网、喷联合支护,仰拱超前施作,全断面衬砌紧跟施工,确保隧道施工安全优质高效。
与Ⅰ至Ⅴ级围岩相比:
其它围岩施工可采用全断面或大半断面施工、施工中无需预留核心土、仰拱及衬砌跟进距离可适当延长。
2.2安全可靠
以超前注浆小导管、型钢钢架、锚喷砼、微台阶法施工形成的封闭支护结构安全可靠。
2.3工期便于控制
全过程对新建隧道监控量测的同时加强对既有隧道监测,严控地表沉降和洞体围岩变形,确保变形值在规定范围以内;根据量测信息及时调整支护参数和开挖方法,使施工全过程处于受控状态,确保隧道无坍方及变形处理造成工期延长。
2.4作业简便
采用微台阶法施工开挖作业简便,不需要特殊施工机械设备,无需投入特定资金购买特殊施工设备。
3.适用范围:
本工法适用于临近既有线隧道围岩(Ⅵ级)较软弱、级别低,围岩自稳能力较差;洞顶覆盖层薄,含水量大,基底承载力低的地下工程;同时也可应用于交通、油气管道及水利水电Ⅵ级围岩隧道工程。
4.工艺原理:
临近既有线Ⅵ级围岩铁路隧道施工采用微台阶法,将隧道断面分成多个部分,降低了开挖跨度和开挖高度,减少对围岩的扰动;通过超前小导管,锚喷网支护技术,形成全断面初期支护封闭结构,控制围岩的变形。
施工中以监控量测数据、信息反馈微机网络处理技术指导施工。
5.施工工艺流程及操作要点:
施工准备、测量放线
施打超前管棚、导管等
开挖掘进施工、预留核心土
喷砼
架钢拱及挂网
喷砼
开挖核心土
拱脚打注浆锚杆、锚管
管棚、导管等加工制作
选定配合比
钢拱加工制作、钢筋网加工
试件强度
锚杆、锚管加工
开挖下半断面
喷砼
施作防水层
仰拱及砼填充
二次全断面衬砌
砼强度试验
监控量测
监控量测
5.1工艺流程:
(见图5.1-1)
图5.1-1工艺流程图
5.2操作要点:
5.2.1施工测量:
(1)隧道控制导线点在全标段贯通控制测量点为基准的基础上,采用徕卡全站仪(仪器精度根据规范要求确定)为测量仪器,在隧道洞口外侧布设导线网,洞内施工采用支导线,支导线边长80~100m,在测设时采用多测回进行照准读数。
洞内中线利用全站仪进行测量,开挖断面轮廓线绘制五寸台图进行放样。
(2)高程测量采用复合水准仪(仪器精度根据规范要求确定),水准点依据贯通测量复核的水准点,现场施工采用附合的方式进行了加密。
洞内高程控制每100m设置一水准基点,掌子面高程由水准仪自水准基点引至开挖面控制开挖高程。
(3)洞内中线及高程应定期换人、换仪器进行交叉复核,所有测量记录按铁路测量规范的要求进行,确保施工测量准确无误。
5.2.2进洞准备:
(1)准备并调试好各项机械设备,如注浆机、空压机、砼喷射机等。
(2)备足预注浆、喷射砼、型钢钢架、中空锚杆、砂浆锚杆、Φ42小导管及Φ89钢花管等所需物质材料。
(3)做好超前预注浆、喷射砼、型钢钢架加工及衬砌砼施工工艺实验,提供合理的施工工艺参数。
(4)洞口边仰坡刷至设计要求,开挖边坡采用喷锚网防护,锚杆采用Φ22砂浆锚杆,间距1.5×1.5m,每根长3.5m,交错布置,钢筋网采用Φ8钢筋网格间距25cm×25cm,钢筋网随坡面起伏铺设,并固定在锚杆上,喷射砼采用C20砼厚8cm,确保边坡稳定。
(5)施工洞顶天沟,施作前应清除虚碴并按设计尺寸施作完成。
(6)隧道施工所有材料、机具不得与既有铁路钢轨接触。
(7)由于既有铁路距施工作业场所很近,在新建隧道施工作业前作业场所与既有铁路线间需设置物理隔离,严禁施工人员无工作需要时穿越既有铁路或在铁路线上行走。
确因工作需要时,所有穿越铁路的人员,必须做到一看、二站、三确定、四通过的原则,确保穿越铁路安全。
(8)新建隧道施工前应对既有隧道进行监测点位设置,监测点采用砂浆贴片,贴片厚度5mm,尺寸10×10cm。
每20m一组,每组设3个监测点,对明显有病害的区域视病害的形态、位置相应增加监测点。
5.2.3进洞施工:
(1)洞口20m范围内施作Φ89超前大管棚(壁厚5mm)注浆加强支护,Φ89钢花管环向间距0.4m,每环20根,每根长25m,共设置1环。
(2)超前大管棚钻孔采用YGL-100A全液压履带式管棚钻机,最高水平钻进高度3m,孔深最大可达120m。
(3)管棚机顶驱液动锤把套管与钻杆同时冲击回转,钻入隧道顶板前端设计要求孔深。
钻孔完毕,将套管内孔注水清洗干净,然后将钻杆拔出,套管仍留在孔内护孔。
事先加工好带有注浆眼的钢管插入套管内,钢管节与节用丝扣联接,每根钢管套丝长度不小于10cm,钢管终端密封,管插进后,取出套管;管棚施钻安插完毕后施做止浆墙。
(4)用高压泵将水泥浆压入钢管内,浆液通过钢管注浆眼压注入孔壁的缝隙内,固结附近岩土层,采用导管编号隔孔注浆,先注“单”号孔,待1至2天固结后,再注“双”号孔。
管棚位于土层中压注水泥浆压力不小于2MPa,其余地段压注水泥砂浆(水灰比1:
1,砂灰比2:
1)压力不小于1MPa。
(5)管棚支护下,隧道开挖总长度为管棚总长度的90%,在进行下一循环开挖前应根据设计做好超前支护措施。
(6)施工区段旁的既有线两端,必须派专职的防护人员,手拿对讲机、信号旗进行防护,遇到情况及时通过对讲机进行汇报,保证行车施工的安全。
5.2.4掘进施工:
(1)严格控制开挖尺寸,做到随挖随支护,尽量减少隧道轮廓外的围岩扰动,禁止按其它围岩级别一样采用全断面或大半断面开挖方式施工。
开挖按拱部和边墙两部分微台阶进行,拱部采用预留核心土环向开挖,每次开挖循环进尺不大于0.6m,每个注浆循环按开挖3个进尺共1.8m进行;边墙分左右两边交替进行开挖。
开挖完一个循环后立即对开挖轮廓线及核心土正面素喷砼,使其成为型钢钢架的保护层、防止型钢钢架腐蚀损伤。
同时也对围岩稳定有一定的好处且能直接观察分析围岩的变形情况,便于采取施工应急措施。
(2)上导坑开挖:
先采取人工用风镐及电铲掏槽,掏出拱圈圈槽口宽度约1m,纵向掏槽深度每次约0.6m,其中间预留斜坡形核心土,预留核心土长度最好控制在3~5m内,以便施工;当采用风镐及电铲掏槽开挖较困难时可考虑调整施工开挖方法,在尽量少扰动周边围岩的原则上采用分区域小炮开挖,禁止放大炮或大面积爆破施工。
支护完毕再用挖机挖掘中间核心土,采用自卸汽车运卸。
(3)下导坑开挖:
开挖时自隧道中心分配、按左右两侧分别进行跳槽开挖,每次开挖掘进进尺不大于1.2m,为防止开挖时对围岩自稳造成破坏,采用人工用风镐开挖,挖掘机配合扒碴。
拱部和边墙之间距离控制在6~12m的范围内为最佳,左边墙和右边墙的距离以5m为最好,禁止像非Ⅵ级围岩施工时采用同时掘进的方法。
(4)当隧道施工中遇到孤石、需进行爆破作业时,应对既有铁路进行申请封锁点,起爆后,检查既有铁路隧道及线路情况,确认没有危害时,才能开通线路。
在起爆前应备有一定的抢修、抢险的后备力量,以确保遇到险况时能及时处理。
5.2.5隧道支护:
(1)隧道支护工艺流程:
开挖后初喷砼→系统支护施工(系统锚杆、钢筋网)→围岩加强支护施工(型钢钢架、超前小导管注浆)→复喷砼至设计厚度。
(2)隧道初期支护参数表见表5.2.5-1
表5.2.5-1Ⅵ级围岩支护参数表
喷砼厚(cm)
锚杆(m)
钢筋网(cm)
C20砼
拱部:
Φ25中空边墙:
Φ22砂浆
(Φ8×Φ8)
拱墙、仰拱
长度
环×纵间距
拱墙
25
3.5
0.8×1.0
25×25
(3)初喷砼施工
隧道开挖后及时对开挖轮廓及上导坑预留核心土正面进行初喷C20砼,以封闭围岩减少暴露时间,初喷砼的厚度定为4cm,通过埋设钢筋做为控制标志。
喷射机操作手由熟练工人担当,喷射作业按分段、分片,由下而上的顺序进行,湿喷作业喷嘴离岩面保持1.5~2.0m,风压控制在0.1Mpa左右,并且让水压略大于风压。
原材料选择:
水泥采用普通硅酸盐水泥,砂选用天然中粗砂,细度模数大于2.5,含水率5%~7%;碎石采用坚硬耐久碎石,粒径不大于16mm;通过试验确定速凝剂的掺量,一般按水泥质量的2%~4%掺入。
(4)系统支护施工
φ25中空锚杆:
拱部系统锚杆采用中空锚杆,由凿岩机按设计位置、深度、角度钻孔,钻孔完毕后用高压风清孔。
人工安装锚杆并保持位置居中,然后用水泥砂浆封端口,锚杆尾端安装钢垫板(150mm×150mm×6mm)。
中空锚杆内采用注浆泵注浆,注浆压力采用静水压的2~3倍,同时考虑岩层的裂隙阻力,根据现场情况试验后确定,瞬间最高压力值不超过0.5MPa。
φ22砂浆锚杆:
锚杆施工孔位偏差不大于±15cm,孔深偏差不大于±5cm;锚杆孔的孔轴方向垂直于开挖面。
锚杆按设计长度下取后在锚杆尾端安装垫板(150mm×150mm×6mm)。
向孔内注入强度M20的砂浆后,进行锚杆安装;锚杆安装时尽量使杆体处于孔中心,并让锚杆后的垫板与喷砼面密贴。
钢筋网挂设:
将钢筋网固定在露出的锚杆端头上,以保证喷射砼时钢筋网的稳定。
钢筋网随初喷面的起伏铺设,相邻两片钢筋网搭接长度为1~2个网格。
钢筋网使用Q235钢筋,钢筋直径8mm,网格间距25cm×25cm。
(5)型钢钢架安装:
Ⅵ级围岩采用全环型钢钢架进行加强支护,钢架纵向间距0.6m/榀。
钢架安装严格控制中线及标高,拱架与初喷面间沿外缘每隔2m安设鞍形砼垫块,确保初喷面与拱架密贴;各单元节间通过安设垫片拧紧螺栓连接,确保安装质量。
每榀拱架安设到位后再采用(Φ42钢管、长为3.5m)锁脚锚管对钢架进行固定,锚管尾部与钢架焊接在一起;相邻两榀钢架间沿周边设φ22纵向连接筋,形成纵向连接体系,从而保证垂直度,不发生扭曲变形。
(6)超前预注浆施工:
Ⅵ级围岩采用单排φ42超前小导管对岩体进行超前预加固,小导管每1.8m一环,环距0.4m,每环20根,导管长度3.5m,小导管的前端做成尖锥状,管壁每隔15cm交错钻眼,眼孔直径8mm,最后一排眼孔至管口端的距离为1.5m。
根据施工情况,若地质较复杂时应采用双排或3排超前小导管并注浆进行超前预加固。
(7)复喷砼施工:
复喷时先喷钢架与壁面之间的砼,后喷钢架之间的砼。
喷射砼由两侧拱脚向上对称喷射,并将钢架覆盖。
对钢架、钢筋网进行砼喷射时,减小喷头与受喷面的距离,并调节喷射角度,以提高喷射料流的冲击力,迫使砼挤入钢筋背后,保证钢筋与壁面之间砼的密实性。
5.2.6隧道结构防排水施工:
(1)隧道衬砌喷射砼与模筑砼之间拱墙设置无纺布和立体防水板,板后设置环向φ50mmHDPE打孔波纹管,环向盲管按间距10m一道,环向盲管的设置在施工中根据隧道出水情况作相应调整,集中出水点予以加强设置,并在两侧边墙脚各设一根纵向双壁打孔波纹管。
(2)透水盲管利用Ω形扣
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