伴随着21世纪的到来,我国的公路隧道建设也突飞猛进地发展着,为国民经济做出了重要贡献。公路隧道是国家基础建设的重要部分,因而必须加强公路隧道现场施工中的工程质量管理。本文以济邵高速公路新林隧道工程实践,从施工角度分析了在软弱破碎围岩地段隧道施工中的施工工艺、质量控制方法以及保障措施等具体做法。 一、工程概况 济(源)邵(原)高速公路第八合同段新林隧道桩号范围为:ZK37+490～ZK37+850、YK37+470～YK37+780,左线隧道长360m,右线隧道长310m。项目区处于中朝准地台的山西隆起区的南缘,二级单元属于山西中隆起的西南边缘和豫西褶皱带的北端,地质构造特点是各时代以高角度正断层为主,其它为元古代短轴褶皱中生带的平缓开阔褶皱构造,总的构造线方向为北西～南东方向和近东西方向。沿线出露的地层主要为第四系全新统冲洪积层和上更新统风积层等。区域内主要不良地质为湿陷性黄土、水流冲刷不良地质情况。隧道洞身段主要为弱风化砂岩和泥质粉砂岩互层,两端洞口附近为强风化砂岩和泥质粉砂岩,且埋深较浅。总体而言,隧道围岩强度较低,遇水易软化,节理裂隙发育,自稳能力差。根据设计文件提供的围岩分类情况,除洞口地段定为V级围岩外,其余都为IV级围岩。
一、工程概况
济(源)邵(原)高速公路第八合同段新林隧道桩号范围为:ZK37+490～ZK37+850、YK37+470～YK37+780,左线隧道长360m,右线隧道长310m。项目区处于中朝准地台的山西隆起区的南缘,二级单元属于山西中隆起的西南边缘和豫西褶皱带的北端,地质构造特点是各时代以高角度正断层为主,其它为元古代短轴褶皱中生带的平缓开阔褶皱构造,总的构造线方向为北西～南东方向和近东西方向。沿线出露的地层主要为第四系全新统冲洪积层和上更新统风积层等。区域内主要不良地质为湿陷性黄土、水流冲刷不良地质情况。隧道洞身段主要为弱风化砂岩和泥质粉砂岩互层,两端洞口附近为强风化砂岩和泥质粉砂岩,且埋深较浅。总体而言,隧道围岩强度较低,遇水易软化,节理裂隙发育,自稳能力差。根据设计文件提供的围岩分类情况,除洞口地段定为V级围岩外,其余都为IV级围岩。
二、隧道软弱破碎围岩段施工
针对新林隧道的实际情况,在软弱破碎围岩段,采用以下施工原则及施工方法:
施工原则:早预报、先治水、管超前、短进尺、弱爆破、强支护、紧封闭、勤量测、步步为营,以防为主,稳步前进。
加强超前预报工作,开挖前切实掌握软弱破碎带段围岩的情况,包括宽度、填充物及地下水等地质特性,以便采取相应措施。
施工方法:针对软弱围岩可能发生大变形,采用增大预留变形量和喷射混凝土、锚杆、钢筋网和可缩性的U型钢拱架复合式衬砌手段,采用分部开挖方法,初期支护及时封闭,喷射混凝土分2～3次施工,加强监控量测,利用反馈信息指导施工。
通过软弱破碎带段富水段时,先治水,采用排堵结合等治理措施。开挖过程中配备有经验的地质工程师24小时轮流值班,及时监控地质变化情况,指导现场施工。
加强监控量测,当初期支护变形异常且无收敛趋势时,调整支护参数,必要时施做二次衬砌。在二次衬砌中,采取增设钢筋和提高混凝土强度等措施。
三.隧道防渗漏、防坍塌技术措施
(一)防渗漏技术措施
隧道二次衬砌中掺加抗裂防水砼膨胀剂,以提高混凝土的抗渗性能,以防复合防水板局部破裂等原因而造成的渗水。
严格按设计布设盲沟,根据水量适当增加盲沟数量,以利于排水。
防水板施工时,要严格检查焊缝,防止漏焊;铺设时避免刺破。
施工缝、变形缝,严格按设计施作,确保不渗不漏。
(二)防坍塌技术措施
坍方是隧洞施工中的大害。防止坍方是确保隧道施工顺利进行及保证工程质量的关键所在,防坍措施如下:
认真做好地质超前预报和地质描述以及监控量测工作,预测地层变化情况,根据探测情况制定相应施工方案。
选用合理的施工方法。在不同地质条件下选用合理的施工方法是防坍的重要手段。
采用减震爆破,尽量减少对围岩的扰动。开挖成型后及时施作喷砼等初期支护,使围岩尽早达到稳定状态。
对围岩自稳能力较差地段,采用超前支护或超前加固前方围岩,坚持先护顶后开挖的原则组织施工。当初期支护变形出现异常现象且无收敛趋势时,采取初期支护加强(如增打锚杆、增设钢支撑、补喷混凝土等)措施,并提前施做二次衬砌。在二次衬砌中,采取增设钢筋和提高混凝土强度等措施。
四、隧道辅助施工措施
(一)管棚施工工艺
概述:新林隧道V级围岩SA5a衬砌段超前支护设计为Φ108(壁厚6mm)热扎无缝钢管,倾角与平行于线路纵坡,方向与线路中线一致。管节长3m,6m,环向间距40cm,在拱部124.44度范围内布置,方向与线路中线平行,洞口段一次顶入长度不少于30m。
施工方法
施工顺序:施作砼套拱→钻机就位→钻孔→扫孔→插入钢管→孔口密封处理→喷砼封闭→管棚钢管注浆→开挖及支护→进入开挖支护循环
主要技术措施
砼套拱:明暗洞交接处采用100cm厚C25砼套拱(明洞外轮廓线以外,紧贴掌子面)做长管棚导向墙,套拱内设18号工字钢,工字钢与管棚钢管焊成整体。为便于钻机钻孔、注浆作业,在做套拱前,分台阶开挖,上台阶高度在起拱线附近,以满足工作高度。
钻孔:采用地质钻机从Φ140(壁厚6mm)导向管(用Φ16螺纹钢筋固定在钢拱架上)钻进,并顶近长管棚钢管,开孔时低速低压。钻机纵轴方向准确定位,保证孔向正确,每钻完一孔即顶进一根钢管,注一孔浆。钻进过程中经常测定检查钢管钻机的偏斜度,发现偏差超过要求时,立即纠正。
长管棚插入及孔口处理:钢管长3m和6m,采用丝扣连接,丝扣长15cm。为确保同一横断面内接头数量不超过50%,相临钢管的接头错开量不小于1m,施工前先确定本次顶入长度,编排好每孔管节顶入顺序,并做详细交底。浅孔段采用人工推进,孔深阻力大时,采用机械顶进。钢管就位后加以固定,钢管与导向管间隙用棉纱堵塞。
注浆:利用间隔位置先行敷设的钢管进行,采用双液注浆泵在管中注C.S浆液,注浆压力控制在0.5～1.0Mpa,终压2.0MPa。注浆时做好记录,根据压力状况和跑浆情况确定终止时间
注意事项如下:
①注浆操作人员必须经过专门培训,并实行岗位责任制。
②在注浆前充分做好各项准备工作,特别是机具设备的检修工作,发现问题及时排除,使其处于良好状态。
③认真检查注浆管路系统,包括混合器、接头、阀门等,如有破损立即更换,不好用的接头、阀门,不得使用,防止在高压下发生脱扣的危险事故。
④注浆前,在洞外将管路全部接通,进行试压,试压可用清水进行。在试压时,如管路不通或接头有漏水现象,予以排除,保持管路系统各部件完好畅通。
⑤注浆参数:水泥浆水灰比0.8:1,根据现场实际情况,必要时参加速凝剂,注浆浆液的参数在现场可适当调整。
⑥在注浆过程中,所有拆卸下来的接头、阀门,安排专人及时清洗干净,以备轮换使用。
⑦配备专业电工,在电路、电器设备发生故障时及时排除。
⑧注浆完毕后,清除管内浆液,用M10水泥砂浆紧密充填,以增强管棚的强度和刚度。认真清洗干净所有的机具设备,特别是搅拌机、注浆管、接头、阀门、贮浆桶等,以备下阶段注浆时使用。
(二)超前小导管施工
轴施工方法
施工顺序:测量→钻孔→清孔→插入小导管→孔口密封处理→喷砼封闭→钢管注浆→开挖及支护→进入开挖支护循环
主要技术措施
钻孔:采用手持风钻钻孔,注意控制钻孔角度,发现偏差超过要求时,立即纠正。
小导管插入及孔口处理:小导管每节长4.5m,保证搭接长度满足设计要求。
注浆:在管中注水泥浆液,注浆压力控制在0.5～1.0Mpa,终压2～2.0MPa。注浆时做好记录,根据压力状况(下转129页)(上接128页)和跑浆情况确定终止时间。
超前小导管预注浆施工要求:
①小导管采用Φ42×4mm的钢管,长度4.5m。管壁每隔10～20cm交错钻眼,眼孔直径宜为6～8mm。
②沿隧道纵向开挖轮廓线向外以15°的外插角钻孔,在开挖断面上将小导管打入地层,小导管环向间距宜为40cm。
③小导管注浆前,应对开挖面及4.5m范围内的坑道,喷射厚度为5～10cm砼或用模筑砼封闭,并将检查注浆机具是否完好,备足注浆材料。
结语
以上对隧道施工中的各项工程控制措施进行了理论和实践上的初步探讨,但对于具体的预防和改善需要在工程实践中多观察、多比较,对于出现的问题多分析、多总结,结合多种预防处理措施,才能起到好的作用。
