城东隧道左洞进口洞顶地表注浆方案.docx
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城东隧道左洞进口洞顶地表注浆方案
城东隧道左线祖龙端拱顶地表注浆案
1.工程概况
城东隧道位于宁县城东,采用单向双洞布置,为小净距隧道,进口线间距11.5米,出口线间距12.3米,洞门为削竹式洞门;主洞净宽11.5m,净高5.0m;其中左线隧道起止桩号ZK65+763~ZK66+435,长度672m;右线隧道起止桩号YK65+760~YK66+425,长度665m;隧道祖龙端进口位于低山地貌,山体植被发育,隧道洞顶以上为粉质粘土,作为拱顶土层基本无自稳能力,隧道洞身为破碎状中风化花岗岩,节理裂隙较为发育,且左侧东门水库地表水可能渗入涌入隧道,隧道围岩自稳能力差。
隧道左线祖龙端洞门明洞长13m,采用16m长管棚超前支护进洞,采用环形开挖预留核心土法开挖,进洞后采用超前小导管、超前锚杆支护;其进口段长管棚采用108*6mm厚无缝钢管,钢管环向间距40cm,外插角1-3°,管棚钢管采用丝扣连接,采用C30钢筋混凝土套拱作为管棚导向墙,采用127钢管作为导向钢管固定在套拱。
2.地表注浆依据
城东隧道左线祖龙端进口段为V级围岩偏压浅埋段,位于该山体坡脚,地质较为破碎,为长时间雨水洗刷、剥蚀、搬运及土粒在重力作用下顺着山坡逐渐移动形成的堆积物,洞顶地表覆盖层比较薄,地表土体较为松散,在仰坡开挖后施工管棚钻时出现重塌、卡钻;考虑本隧道开挖跨度较大,如不采取加强措施,管棚无法继续钻进至设计深度,如管棚不足以支承上部围岩土体,开挖后较薄的覆盖层极易引起坍塌,根据《工程设计变更会议纪要》(编号:
001),确定对左线祖龙端进口K65+781~K65+788段山体进行拱顶地表注浆处理,具体参数如下:
⑴注浆加固围为ZK65+781~ZK65+788,长度7m,宽度15m;
⑵地表注浆导管采用φ42×3.5mm超前小导管,注浆小导管为外径42mm、壁厚3.5mm热轧无缝钢管,小导管长度从地表到隧道初支轮廓外线,具体长度现场确认。
钢管前端呈尖锥状,小导管底部2.0m围钻压浆,其他不设压浆,导管梅花形布置,间距1.4m*1.4m,垂直地表坡面打入土体,并压注水泥浆液,浆液采用P.O42.5水泥单液浆,水泥浆水灰比:
1:
1,注浆压力:
1.0-1.5Mpa,采用分段间歇式注浆;
⑶注浆扩散半径暂取0.70m,注浆土体隙率暂取0.4,具体经现场实验确认。
3.地表注浆案
城东隧道左线祖龙端边仰坡及明洞已完成开挖,已形成1:
0.75坡面,拱顶地表注浆拟采用满堂支架法搭设施工作业平台,于小里程侧往大里程侧逐排注浆,注浆采用Φ42×3.5mm超前小导管垂直于隧道开挖轮廓线打入土体,并压注水泥浆液,水泥浆液向围土体扩散,达到加固和板结土体的目的。
注浆围为K65+781~K65+788,竖向为斜坡,平面长度7m,平面宽度15m,小导管梅花型布置,间距为1.4m,小导管采用外径42mm、壁厚3.5mm热轧无缝钢管,钢管前端呈尖锥状,小导管底部2m围四钻8mm压浆,其他管段不设压浆,钻深度视管棚覆土深度实测确认。
注浆布置见:
城东隧道左线祖龙端进口地表注浆平面布置图。
4.施工组织及安排
城东隧道左线祖龙端拱顶地表注浆计划2016年5月20日开工,2016年6月15日完工,施工组织人员安排见表4-1,主要机械设备投入见表4-2。
表4-1施工组织人员安排表
序号
工程项目
计划人员
备注
1
管理
2人
负责施工的现场管理、工程质量的管控
2
安全
1人
负责施工现场安全及环保
3
测量
2人
负责开注浆布置
4
质检
1人
负责施工现场施工质量
5
满堂支架
6人
负责满堂支架搭设
6
钻
4人
负责注浆的钻进,配合注浆
7
注浆
5人
负责地表注浆
8
钢材加工
2人
负责小导管加工、辅助支架搭设
表4-2主要机械设备投入表
序号
设备名称
规格型号
数量
备注
1
地质钻机
XY-2PC
1
2
注浆泵
GJB3
2
3
挖掘机
CAT320B
1
4
空压机
20m3
2
隧道队
5.拱顶地表注浆施工法及工艺
城东隧道左线祖龙端拱顶地表注浆采用XY-2PC地质钻机钻,钻进前先分别测量出位高程并计算出钻深度,钻向垂直于隧道开挖轮廓线,间距为1.4m×1.4m,梅花型布置,安装Φ42小导管,小导管底部2.0m长区段上钻Φ8mm的注浆,注浆在钢管断面上成120°角,纵向间距10㎝,梅花型布置;浆液采用P.O42.5水泥单液浆,水泥浆水灰比:
1:
1,注浆压力:
1.0-1.5Mpa,采用分段间歇式,在导管注入水泥浆,以进行隧道拱顶覆土固化。
5.1.拱顶地表注浆施工工艺
拱顶地表注浆施工工艺见图5-1。
图5-1拱顶地表注浆施工工艺框图
5.2.注浆施工流程及要点
5.2.1.施工准备
⑴标注注浆加固围
在左洞加固围山体坡面上打设间距离2m的木桩圈定注浆围。
⑵整理注浆地表
清除注浆坡面上的妨碍注浆的杂物,清理中尽量不破坏地表植被,保持山体的自然风貌。
⑶布置注浆点
在地注浆坡面上按间距1.4m,进行注浆布点,布点按梅花型布置,并在各注浆点钉设小木桩,注浆布置见:
城东隧道左线祖龙端进口地表注浆平面布置图。
⑷钻角度及深度
测量注浆围的各注浆点的坐标及高程,按比例绘制该断面的横断面的CAD剖面图,确定注浆深度。
注浆管采用φ42×3.5mm超前小导管,打入深度控制在管棚轮廓外线,钻角度,垂直于隧道开挖轮廓线进行钻。
5.2.2.搭设工作平台
拱顶注浆作业平台采用Φ48×3.5mm的钢管沿边仰坡逐层搭设,钢管采用48*3.5mm钢管,钢管、扣件、脚手板等材料质量符合要求。
⑴材料选用
采用外径Φ48mm,壁厚3.5mm的钢管。
立杆和大横杆的长度为4-9米,小横杆根据现场搭设需求现场加工。
有重腐锈、弯曲、压扁、损伤和裂纹的钢管均一一剔除。
所采用的直角扣件、回转扣件和对接扣件,必须为质地良好、性能可靠的标准件,以防在使用时出现开口、断裂、滑丝等现象,钢管数量充足、规格统一。
⑵工作平台搭设
注浆工作平台搭设拟定采用落地式满堂扣件式钢管脚手架,所有脚手架立杆均采用:
横距1.2m,纵距1.2m,立杆距套拱距离b=0.35m,脚手架步距h=1.20m,铺设脚手板层数1层,安全网1层。
①脚手架的搭设尺寸
立杆横距1.2m;立杆纵距1.2m;步距1.2m;剪刀撑:
水平间隔每4.8米拉设一道剪刀撑,有底至顶连续设置竖向剪刀撑。
②脚手架基础
位于套管外侧岩土上脚手架基础下垫槽钢;位于套拱上脚手架基础下垫钢板,且就近与套拱预埋钢筋焊接;位于边仰坡上脚手架基础下垫钢板且与就近打入边仰坡1.2m钢筋焊接;距离立杆底部350mm设置通长扫地杆,扫地杆按照纵横向设置,防止立杆底端发生位移。
③剪刀撑的设置
剪刀撑是防止脚手架纵向变形的重要措施,每组剪刀撑,斜杆与地面夹角在45°-60°之间,由底部至顶部随脚手架的搭设连续设置,剪刀撑斜杆应与立杆和横杆进行连接,底部斜杆的下端置于垫板上,剪刀撑斜杆的接长,均采用搭接,搭接长度不小于1.0m,设置2个旋转扣件。
④脚手架的搭设
脚手架:
检查准备、材料配备→清理场地→纵向扫地杆→立杆→横向扫地杆→横杆→剪刀撑→铺脚手板→铺安全平网。
脚手架搭设见图5-2脚手架搭设纵断面图、5-3脚手架搭设横断面图。
图5-2脚手架搭设纵断面图
5-3脚手架搭设横断面图
⑶支架力学验算
①计算依据
《建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规》(JGJ130-2011);
设计荷载:
公路-Ⅰ级;
②最不利荷载位置计算
综合考虑拱顶地表注浆平台搭设的结构形式,在ZK65+788断面位置钻注浆时为最不利荷载位置,按注浆宽度15m计算,该位置长度为2.4m,该断面面积为15×2.4=36㎡。
对该位置进行支架检算:
A、支架布置以1.2m×1.2m布置考虑,钻机重量为2.5T计
则单位面积承重为:
q1=2.5*9.8KN/(15×2.4)=0.68(KN/㎡)
由于钢管布置为1.2m×1.2m,则
单根承载力为:
0.68KN/㎡×1.2×1.2=0.98(KN/根)
B、脚手板等附属构造荷载
取 q2=0.3(KN/㎡)
C、扣件式钢管支架自重(按9m高度计算)
a、立杆自重(采用Ф48×3.5mm,钢管单位重量为3.84kg/m)
q31=0.0384KN/m×9m=0.313(KN/根)
b、托座
q32=0.045KN/m×1个=0.(KN/根)
c、横杆自重
q33=0.0384KN/m×8×0.8=0.246(KN/根)
d、扣件自重
直角扣件:
q34=0.0132KN/m×(8×2+3)个=0.251(KN/根)
对接扣件:
q35=0.0184KN/m×1个=0.0184(KN/根)
所以扣件式钢管支架自重:
q3=q31+q32+q33+q34+q35
=0.313+0.+0.246+0.251+0.184
=1.039(KN/根)
D、施工活荷载(参照规4.2.2表中结构脚手架施工均布活荷载标准值,取3KN/㎡)
q4=3KN/㎡
E、单根钢管设计轴向力
荷载组合:
施工恒载:
NGK=(q1+q2)×0.5×0.3+q3
=(0.68+0.3)×0.5×0.3+1.039
=1.19(KN/根)
活荷载:
NQK=q4×0.5×0.3=3×0.5×0.3=0.45(KN/根)
轴向力:
N=1.2NGK+1.4NQK
=1.2×1.19+1.4×0.45
=2.06(KN/根)
F、钢管支架的稳定性检算
单根钢管截面面积(考虑钢管为旧管,按壁厚3mm计,另外乘以0.75折减系数):
A=423.9×0.75=318mm2;回转半径:
i=1.58cm,查表得φ=0.412;
则:
N/(φ×A)=2060/(0.412×318)
=15.72MPa≤164Mpa
其中,Q235钢管容应力为205Mpa×80%=164Mpa,80%为旧管疲劳折减系数。
根据以上计算可知,钢管立杆的稳定性符合要求,安全系数164/15.72=10.4。
G、扣件受力分析
对于底板及腹板位置钢管均采用搭接控制标高,主要依靠扣件进行受力,现我部施工的搭接全部采用三扣件搭接,现对扣件抗滑力进行验算:
从整体验算结果可知:
单根钢管承载力为:
2.48KN/根
单个扣件受力为:
2.48/3=0.83KN/个
根据<<扣件式规〉〉表5.1.7中知:
直角扣件、旋转扣件(抗滑)承载力设计值为8.0KN,所以扣件抗滑符合要求,安全系数为:
8/0.83=9.6。
⑷安装地质钻机
采用CAT320B挖掘机吊装XY-2PC型地质钻机,地质钻机水平移动采用滑道电动自行,上下移动采用5t倒链。
5.2.3.拱顶地表注浆
⑴钻
在注浆点位钻,钻进设前调整好钻入角度,钻过程中经常检查钻入角度,以防偏。
⑵扫
为保证注浆效果,地表注浆采用两次扫分段注浆的式。
钻完毕后,采用后退式式扫一遍,清完毕后,再将钻杆插入底,重复扫一次即可。
⑶注浆管安装
注浆小导管采用外径42mm、壁厚3.5mm热轧无缝钢管加工制成,注浆管大样见图5-4注浆管大样图。
钢管尾部焊上φ6钢筋加劲箍,钢管长根据现场实际情况确定,前端加工成锥形。
小导管底部2m围四钻四排φ8mm的注浆,其余管段不钻,作为注浆用导浆管。
图5-4注浆管大样图
⑷制浆
注浆采用P.O42.5水泥单液浆,小导管注浆注浆参数如下:
水泥浆水灰比:
1:
1
注浆压力:
1.0-1.5Mpa
注浆参数应通过现场试验按实际情况确定,注浆量按施工实际情况作相应调整;配制时先在搅拌机放入定量清水进行搅拌,水泥浆边拌边用,停留时间不多于半小时以,超过半小时,重新拌浆使用。
⑸注浆
注浆式采用分段间歇式注浆,开泵前旋转压力调节旋钮将油压调在要求的油压刻度上,随注浆阻力的增大,泵压随之升高,当达到调定值时,会自动停机,不致于产生超压注浆的危险。
注浆泵流量大小由注浆泵的排量调节控制钮和排量记录仪加以控制。
注浆按从低至高的顺序进行注浆。
注浆过程时刻观注注浆情况,观察注浆地表的变化,并根据注浆情况调整注浆的浆液浓度。
5.3.拱顶地表注浆施工质量控制
5.3.1.基本要求
⑴钢管的型号、规格、质量等应符合规要求。
⑵钻角度与隧道开挖轮廓线垂直。
⑶小导管不侵入管棚钢管的位置。
5.3.2.实测项目
注浆管实测项目见表6-1注浆小导管实测项目。
表6-1注浆小导管实测项目
项次
检查项目
规定值或允偏差
检查法和频率
1
长度(m)
不小于设计
尺量:
检查10%
2
位(mm)
±50
尺量:
检查10%
3
钻深度(mm)
±50
尺量:
检查10%
4
径(mm)
大于杆体直径+20
尺量:
检查10%
6.拱顶地表注浆安全与环保措施
⑴施工前对现场人员进行详细技术、安全交底,重点强调施工平台搭设的安全操作规程及搭设的规化;重点管控工作平台安装及钻过程,全程施工施工人员必须戴安全帽、系安全绳;钻机固定牢固,防止机械滑下坡体伤及其他施工人员;
⑵注浆作业过程中,压力连接管路应连接牢固,注浆人员要戴防护面罩,防止浆液喷出伤人。
⑶注浆作业过程中,应尽量减少对地表植被的破坏,防止浆液外溢。
⑷注完浆后要及时清洗注浆机,以免堵管。
⑸整个施工过程,施工现场设专人统一指挥,调度协调。
⑹脚手架搭设牢固,作业平台禁止堆放杂物。
⑺脚手架的构配件质量与搭设质量,应按安全技术规进行检查验收,合格后准允使用。
⑻作业层的施工荷载应符合设计要求,不得超载。
不得将模板支架、缆风绳、泵送砂浆的输送管等固定在脚手架上,禁悬挂起重设备。
⑼重视洞口的稳定和排水,做好截水沟,经常检查洞顶边坡的稳定情况,做好地表下沉记录。
⑽抓好安全教育,消除事故隐患。
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