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文檔簡介
1、軟弱圍巖隧道中壁施工工法(93-15工字02號)鐵道部第十五工程局 田興柏一、前言在南昆線樂善村二號雙線隧道掘進施工中,我局和鐵道部第二勘測設(shè)計院、西南交通大學(xué)、蘭州鐵道學(xué)院等單位合作,采用中壁法施工,成功地解決了在軟弱圍巖中開挖大跨度隧道的施工難題。我們對之進行了總結(jié),形成本工法。二、工法特點1.能有效地控制圍巖變形和地表下沉。2.由于本工法充分利用了中壁和橫聯(lián)的支撐作用,并輔之以超前水平錨桿、徑向系統(tǒng)錨桿、掛網(wǎng)和格柵噴混凝土等支護手段,加之開挖對圍巖擾動小,故大大提高了施工的安全度。3.其支護系統(tǒng)能很好地適應(yīng)圍巖的變化,與圍巖形成一個整體,故能充分發(fā)揮圍巖的自承能力。4.能應(yīng)用量測監(jiān)控等信
2、息化管理方法指導(dǎo)施工,使整個施工過程均處于受控狀態(tài)。5.施工作業(yè)簡便,不需用特殊的施工機械和設(shè)備,故容易推廣使用。6.由于本工法采用分部開挖,故其超前導(dǎo)坑可起到預(yù)報地質(zhì)的作用。三、適用范圍1.適用于無水或有少量裂隙水的、類圍巖中的地下工程施工。2.適用于對地表下沉要求嚴格的隧道和地下工程施工。3.特別適用于淺埋大跨的地下工程施工。四、工藝原理所謂中壁法,就是在隧道和地下工程掘進中,通過設(shè)置中壁和橫聯(lián)(兩者交叉)將開挖斷面分成4部分,然后再根據(jù)圍巖情況細分部(見圖1)進行開挖。此法是以新奧法的基本原理為依據(jù),在開挖過程中盡量減少對圍巖的擾動,通過超前錨桿、錨(網(wǎng))噴洞壁支護系統(tǒng)和中壁、橫聯(lián)聯(lián)結(jié),
3、使斷面支護及早閉合,控制圍巖的變形,并使之趨于穩(wěn)定。同時,建立圍巖支護結(jié)構(gòu)監(jiān)控量測系統(tǒng),隨時掌握施工過程中的動態(tài)變化,合理安排、調(diào)整施工工藝和修改設(shè)計參數(shù),確保施工安全。五、施工工藝(一)施工程序本工法施工程序見圖1?,F(xiàn)將各部施工的內(nèi)容簡介如下:1.開挖部 按部預(yù)定的尺寸(一般寬、高均為3.5m)和中壁弧度開挖弧形導(dǎo)坑,掘進0.8m后支護一次:先噴4cm厚的混凝土,然后分別架立2榀中壁和周邊的鋼格柵I和A,再于第一榀格柵處打入徑向系統(tǒng)錨桿,兩榀格柵間掛網(wǎng),復(fù)噴一層混凝土(邊墻層厚16cm,中壁11cm)。然后,利用前一循環(huán)立好的格柵鋼架施作超前錨桿,在超前錨桿的保護下使用風(fēng)鎬等進行開挖,如此循
4、環(huán)掘進。2.開挖部 工作內(nèi)容包括:人工開挖;初噴混凝土(厚4cm);接長周邊格柵B和中壁格柵,掛鋼筋網(wǎng);上好中壁上部螺栓,鋪設(shè)格柵下端槽鋼,并預(yù)埋下部連接螺栓;打入徑向錨桿;架立底部橫聯(lián);周邊、中壁復(fù)噴混凝土(厚度同部)。3.開挖部 除不需作中壁外,其余工序內(nèi)容與開挖部相同。4.開挖部 除不需作中壁外,其余工序內(nèi)容與開挖部相同。5.開挖部 工作內(nèi)容包括:人工開挖;初噴4cm厚混凝土;接長周邊格柵C和中壁格柵,鋪設(shè)仰拱格柵;上好上中壁和周邊上端螺栓;周邊、中壁、仰拱掛網(wǎng); 周邊打徑向錨桿;周邊、仰拱和中壁分別復(fù)噴16cm和11cm厚的混凝土。6開挖部 除不需作中壁外,其余工作內(nèi)容與開挖部相同。7
5、.灌注仰拱混凝土。8.待初期支護穩(wěn)定后,拆除中壁、橫聯(lián)。9.一次立模灌筑邊墻和拱部襯砌。(二)施工關(guān)鍵技術(shù)與作業(yè)要點1.施工關(guān)鍵技術(shù)(1)保持合理的分部開挖斷面和各部的縱向間距,開挖輪廓要圓順,以減少出現(xiàn)應(yīng)力集中現(xiàn)象。(2)格柵各節(jié)點的連接一定要對齊,確保牢固可靠。(3)及時施作符合質(zhì)量要求的初期支護,并使之盡早閉合,以控制圍巖變形和縮短圍巖暴露時間。(4)加強對圍巖的量測監(jiān)控。2.作業(yè)要點(1)開挖分部開挖前要嚴格按預(yù)定尺寸放線,開挖遵循“寧欠勿超”的原則(局部欠挖處用風(fēng)鎬修正),斷面要力求圓順。每循環(huán)進尺以0.8m為宜。各部開挖的縱向間距嚴格按圖2掌握。(2)初期支護初期支護的結(jié)構(gòu)形式見圖
6、3。每榀格柵共有13個單元,單元之間均為焊接。具體情況是:周邊格柵:由8個單元組成,即圖3中的A、B、C、D、D、C、B、A。格柵斷面為矩形,主筋為4根25螺紋鋼,側(cè)面聯(lián)結(jié)筋為10圓鋼,頂、底面聯(lián)結(jié)筋為8圓鋼,具體結(jié)構(gòu)見圖4,主筋與聯(lián)結(jié)筋均用焊接。中壁和橫聯(lián)格柵:中壁格柵由3個單元組成(圖3中的鋼、鋼、鋼),橫聯(lián)格柵由橫、橫兩個單元組成。這兩種格柵均采用三肢格柵(見圖5)。格柵(含槽鋼)的連接:將格柵兩端分別焊上鉆好孔的角鋼(角鋼長20cm,用三肢格柵時長19cm),用M20×60螺栓栓接。有槽鋼時,將帶角鋼的格柵放入槽鋼內(nèi),再用螺栓連接(見圖6)。相鄰格柵之間采用22拉桿相聯(lián),拉桿
7、間距為1.2m。4處槽鋼,每次按0.8m接長。錨桿的設(shè)置:徑向錨桿按每榀格柵設(shè)置1排,錨桿頭之間距為1.0m,桿長3.5m;每隔2榀格柵設(shè)1排超前錨桿,錨桿頭部間距為0.3m,桿長3.5m。掛網(wǎng)噴射混凝土:周邊、中壁和仰拱的初期支護均應(yīng)設(shè)鋼筋網(wǎng),網(wǎng)采用6圓鋼制成,網(wǎng)格為15cm×15cm。當確認開挖尺寸符合要求后,隨即噴射一層4cm厚的混凝土,其作用一是防止個別土塊塌落,二是為鋼筋網(wǎng)設(shè)置保護層。待格柵、掛網(wǎng)、錨桿等工序完成后,再噴一層混凝土,其厚度為:周邊、仰拱16cm,中壁、橫聯(lián)11cm。復(fù)噴時應(yīng)注意,噴前應(yīng)檢查格柵與初噴混凝土有無空隙,有空隙則須用同標號混凝土塊塞緊;復(fù)噴后混凝土
8、要將格柵全部蓋住。 圖6 格柵的連接(3)量測監(jiān)控。施工監(jiān)測需按圖7程序進行。(4)二次襯砌仰拱每次灌筑仰拱以45m為宜。灌注混凝土前需先清理作業(yè)面,然后綁扎鋼筋,要注意,橫向鋼筋一定要穿過中壁 (為此,可用風(fēng)槍將中壁鉆孔),鋼筋綁完后,停止掘進(或)部,隨即灌注仰拱混凝土,混凝土中宜加2%的二水石膏粉和0.05%的三乙醇胺作早強劑。拆除中壁和橫聯(lián)通過對周邊收斂、拱頂下沉、格柵內(nèi)力、圍巖位移和地表下沉的量測,確認圍巖穩(wěn)定后,便可拆除中壁和橫聯(lián)(順序為先中壁后橫聯(lián),從上往下拆),每次拆除45m。襯砌拱部和邊墻待中壁、橫聯(lián)拆完后,即可綁扎邊墻和拱部鋼筋,立模灌注混凝土。六、質(zhì)量標準及控制(一)支護
9、質(zhì)量初期支護質(zhì)量的好壞直接關(guān)系到本工法的成敗,故對之要嚴格控制,要做到:噴射混凝土的設(shè)計強度和彈性模量必須符合錨桿噴射混凝土支護技術(shù)規(guī)范(GBJ86-85)的規(guī)定,施工時要按鐵路隧道錨桿噴射混凝土支護設(shè)計施工技術(shù)規(guī)則的規(guī)定進行試塊抗壓試驗; 噴射混凝土的厚度必須保證,可采用預(yù)埋鋼筋頭、設(shè)置量測標志進行檢查,并實行驗收制度,不合格時立即補噴;格棚支撐必須嚴格按設(shè)計下料,組焊和安裝必須符合單線電氣化鐵路隧道鋼架支護(肆隧3004)的規(guī)定;復(fù)噴混凝土?xí)r必須保證格柵與初噴混凝土面間無空隙,并將格棚噴滿噴實至完全覆蓋,現(xiàn)場可用肉眼觀察和錘擊法進行檢查,發(fā)現(xiàn)有不實之處必須鑿開重噴。值得注意的是,每次復(fù)噴前
10、必須將4處槽鋼內(nèi)的雜物清除干凈,噴射混凝土從槽鋼處開始,將槽鋼噴滿后再噴格柵和鋼筋網(wǎng)。(二)現(xiàn)場監(jiān)控量測現(xiàn)場監(jiān)控量測的必測項目、選測項目、使用的儀器、布點和量測頻度等如表1所列。周邊收斂、拱頂下沉和圍巖內(nèi)位移量測的斷面布點情況見圖8,格柵內(nèi)力量測斷面布點見圖9,中線方向每20m布設(shè)一地表下沉測點,另任選3個斷面布設(shè)其它點進行量測。本工法確定的監(jiān)控基準值為:周邊每邊7cm,拱頂下沉9cm,地表下沉5cm,格柵每根主筋內(nèi)力不大于78.4kN,周邊圍巖內(nèi)位移不大于7cm。樂善村2隧道的實測最大值分別為:周邊收斂5.7cm,拱頂下沉5.4cm,地表下沉6.7cm(洞口段),格柵內(nèi)力69.58kN,圍巖
11、內(nèi)位移4.7cm,基本上都小于基準值,故認為是安全的。七、施工安全措施本工法除應(yīng)遵守鐵路隧道施工安全規(guī)則等規(guī)范外,還應(yīng)結(jié)合中壁法的施工特點,采取以下安全措施:1.對全員進行安全意識教育,特別是量測人員和安全檢查人員,要完善其崗位職責(zé)。2.制定中壁法施工的安全規(guī)章和制度。3.嚴格控制各開挖分部循環(huán)進尺,開挖和支護工序必須銜接緊密,以減小圍巖變形。4.除部外,其余各部的開挖必須在鄰近作業(yè)面的初期支護達到一定強度后進行。5.各分部開挖須保持圖2所示的縱向間距,并以能盡早使初期支護閉合而不造成兩部施工干擾為原則。6.對局部松散破碎地段,應(yīng)根據(jù)量測信息加強支護。7.拆除中壁、橫聯(lián)時,腳手架一定要牢固,要
12、按先上后下、先中壁后橫聯(lián)的順序施工,施工人員通過拆除點時要注意聯(lián)系。8.加強對圍巖和支護的動態(tài)監(jiān)測,根據(jù)量測數(shù)據(jù)及時判斷圍巖和支護的穩(wěn)定情況,如有異常須及時處理。9.利用部圍巖變化情況,分析、預(yù)報前方地質(zhì)情況。八、機具設(shè)備單口作業(yè)所需用的機具設(shè)備見表2。九、勞力組織單口作業(yè)勞動力組織見表3。十、綜合效益分析1.本工法為軟弱圍巖、淺埋、大跨和特殊斷面的隧道及地下工程施工提供了新途徑,充實了新奧法的內(nèi)容。2.本工法可行性強,施工安全可靠, 這主要是因為,本工法充分發(fā)揮了中壁和橫聯(lián)的交叉支撐作用,采用分部開挖分部成環(huán)封閉減輕了圍巖的松馳程度(表現(xiàn)在其實測數(shù)據(jù)小于量測監(jiān)控基準值,見前述),所采用的柔性
13、支護能適應(yīng)圍巖的變形,使地層自承作用得以發(fā)揮,所采取的量測方式能敏感地反映圍巖及初期支護的穩(wěn)定情況。3.工程質(zhì)量好,主要表現(xiàn)在:采用短進尺多部開挖的方法,使毛洞成型好,減少了超欠挖;以格柵為主的初期支護系統(tǒng)性能穩(wěn)定可靠;初期支護整體性強,與二次襯砌結(jié)合緊密。4.本工法與其他軟弱圍巖隧道施工方法相比較,不需要特殊的施工機具設(shè)備,能節(jié)省大量的機械臺班費,經(jīng)濟效益顯著。十一、工程實例南昆線西段的樂善村2號雙線電氣化鐵路隧道,全長274m,開挖寬度為13.16m,開挖高度為10.98m,覆蓋層厚度438m。洞身通過的地層為第四系坡殘積砂粘土,下伏寒武系下統(tǒng)節(jié)竹寺組頁巖、粉砂巖夾粉砂質(zhì)頁巖和炭質(zhì)頁巖,風(fēng)化嚴重,節(jié)理發(fā)育
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