有坡度且變斷面的隧道開挖技術(shù)探討

 有坡度且變斷面的隧道開挖技術(shù)探討

　　關(guān)鍵詞：排熱風(fēng)道,臺階,斜坡,變斷面控制

　　1.前言

　　隧道施工就是要挖除坑道范圍內(nèi)的巖土，并盡量保持坑道圍巖的穩(wěn)定。在坑道開挖過程中，圍巖的穩(wěn)定與否，除了取決于巖體本身的工程地質(zhì)條件外，開挖方法對圍巖的穩(wěn)定狀態(tài)也有著直接而重要的影響。在選擇開挖方法時(shí)，應(yīng)對隧道斷面的大小及形式，圍巖的工程地質(zhì)條件，支護(hù)條件，工區(qū)長度等進(jìn)行綜合性分析，采取切當(dāng)有效的開挖方法。一德路站排熱風(fēng)道由于斷面小且?guī)�坡度，圍巖條件良好但機(jī)械設(shè)備難以投入使用，遂采取上下兩臺階法進(jìn)行施工。

　　2.工程概況

　　排熱風(fēng)道為一德路站暗挖通道附屬結(jié)構(gòu)通道，設(shè)計(jì)里程為ZDK9+970.203～995.230，總共含4種斷面，兩端為水平段，中間為由大斷面變小斷面的斜挑段，斜挑段坡度為45°，坡度較陡。其中開挖斷面寬度最大為5.5m，高度為6.525m，最大開挖面積33.33m2。隧道范圍內(nèi)主要為⑨號圍巖(微風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖)局部含少量⑧號圍巖(強(qiáng)風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖)。圍巖無斷裂現(xiàn)象，呈塊狀～層狀構(gòu)造，巖質(zhì)較軟。排熱風(fēng)道縱剖面如圖2.1所示。

　　3.隧道施工方法

　　3.1技術(shù)特點(diǎn)

　　1、臺階開挖法具有較大的工作空間和較快的施工速度，減少對隧道圍巖的擾動(dòng)，有利于開挖面的穩(wěn)定，尤其是上部開挖支護(hù)后，下部斷面作業(yè)就較為安全。

　　2、能適應(yīng)不同斷面和多種跨度形式，沒有需要拆除的臨時(shí)支護(hù)，節(jié)省投資成本。

　　3、排熱風(fēng)道作為一個(gè)仰角45°的上挑通道，埋深最深約為32m，較為靠近珠江，開挖過程中滲水較多;且隨著隧道向上開挖，隧道斷面會(huì)有一個(gè)由大而小的過渡(變斷面)，埋深也將會(huì)越來越淺，出現(xiàn)軟弱圍巖相間的情況，圍巖變化頻率較大。采用臺階法便于調(diào)整施工方案，對出現(xiàn)的新情況及時(shí)作出應(yīng)對，進(jìn)度穩(wěn)定，使工期有保障。

　　4、由于排熱風(fēng)道是一個(gè)上挑通道，使得拱架安裝難度增大，臺階法可提供一個(gè)較大的操縱空間平臺，便于拱架安裝。

　　3.2工藝流程

　　測量放線

　　拱部超前支護(hù)

　　上導(dǎo)坑開挖、出碴

　　下導(dǎo)坑開挖、出碴

　　下部初期支護(hù)

　　超前地質(zhì)預(yù)報(bào)

　　上部初期支護(hù)

　　圍巖監(jiān)控量測

　　圍巖監(jiān)控量測

　　圍巖監(jiān)控量測

　　圍巖穩(wěn)定性評判、

　　修正施工方案，確定二次襯砌施作時(shí)間

　　仰拱填充施工

　　下一工序

　　仰拱

　　4.施工工藝

　　4.1隧道開挖

　　開挖前須做好探孔工作，在上臺階開挖時(shí)進(jìn)行探孔，探孔布設(shè)3個(gè)，拱頂中心設(shè)置一個(gè)，兩邊間距1.5m各布置一個(gè)，探孔深度為2.0m，角度為仰角45°,進(jìn)行探測，探孔無異常后再進(jìn)行開挖。開挖主要控制開挖面的超欠挖，根據(jù)中線和抄平標(biāo)高確定開挖斷面的輪廓尺寸，關(guān)鍵點(diǎn)是拱頂高度及弧度較大的位置，控制關(guān)鍵點(diǎn)位確保一次開挖到位，開挖時(shí)應(yīng)比設(shè)計(jì)輪廓線外放5cm左右，使鋼拱架能順利安裝且保證初支凈空，否則鋼拱架節(jié)點(diǎn)難以并攏。噴漿前應(yīng)在格柵節(jié)點(diǎn)處預(yù)留記號，比如埋一根鋼筋頭，方便下一榀開挖時(shí)有一個(gè)參照物，確定開挖輪廓高度，尤其是鋼格柵節(jié)點(diǎn)位置。開挖班負(fù)責(zé)人需隨時(shí)了解開挖進(jìn)度及凈空尺寸，確保不超欠挖。探孔及開挖尺寸控制如圖4.1所示。

　　斜坡段臺階的長度應(yīng)保證在2～3m，過短上臺階無法形成操作平臺，難以進(jìn)行開挖及立拱架工作;隨著臺階的加長，預(yù)留核心土使得上臺階操作空間越來越小，開挖激起的灰塵難以排放出去，且對于鋼拱架運(yùn)送也會(huì)造成障礙，同樣難以進(jìn)行開挖工作，因此保持在2～3m為比較合理的臺階長度。

　　4.2格柵拱架到位

　　斜坡段鋼拱架無法一次搬運(yùn)到安裝工作面，比較困難的是上、下臺階這段高差的搬運(yùn)。此時(shí)，應(yīng)在上臺階拱架上預(yù)埋吊環(huán)以安裝定滑輪，鋼拱架人工抬到下臺階掌子面后，再用定滑輪把鋼拱架吊上去進(jìn)行安裝就位。上臺階鋼拱架分兩單元，兩單元一長一短，長短相差為50cm，以使鋼拱架拱頂節(jié)點(diǎn)錯(cuò)開隧道中線位置，且每一環(huán)鋼拱架的長、短單元應(yīng)相互錯(cuò)開，避免節(jié)點(diǎn)在同一直線上。

　　鋼拱架與圍巖之間盡量貼近，當(dāng)鋼拱架與圍巖之間有較大的間隙時(shí)，加設(shè)墊塊墊緊。上臺階支護(hù)在圍巖上的連接板應(yīng)保持水平，盡量使鋼拱架不出現(xiàn)歪扭情況。各節(jié)鋼架以螺栓連接，連接板應(yīng)密貼。

　　4.3砂漿錨桿注漿及安裝

　　錨桿注漿安裝前須先做好材料、機(jī)具、腳手平臺和場地準(zhǔn)備工作，注漿材料使用硅酸鹽或普通硅酸鹽32.5水泥，粒徑小于2.5mm的砂子，并須過篩，膠骨比1:0.5～1:1，水灰比0.38～0.45，砂漿標(biāo)號不小于M20。

　　砂漿錨桿作業(yè)程序是：先注漿，后放錨桿，具體操作是：先將水注入牛角泵內(nèi)，并倒入少量砂漿，初壓水和稀漿濕潤管路，然后再將已調(diào)好的砂漿倒入泵內(nèi)。將注漿管插至錨桿眼底，將泵蓋壓緊密封，一切就緒后，慢慢打開閥門開始注漿。在氣壓推動(dòng)下，將砂漿不斷壓入眼底，注漿管跟著緩緩?fù)顺鲅劭祝�并始終保持注漿管口埋在砂漿內(nèi)，以免漿中出現(xiàn)空洞，將注漿管全部抽出后，立即把錨桿插入眼孔，然后用木楔堵塞眼口，防止砂漿流失。

　　錨桿孔中必須注滿砂漿，發(fā)現(xiàn)不滿須撥出錨桿重新注漿。注漿管不準(zhǔn)對人放置，以防止高壓噴出物射擊傷人。

　　砂漿應(yīng)隨用隨拌，在初凝前全部用完，使用摻速凝劑砂漿時(shí)，一次拌制砂漿數(shù)量不應(yīng)多于3個(gè)孔，以免時(shí)間過長，使砂漿在泵、管中凝結(jié)。

　　4.4砼噴射

　　4.4.1噴射前準(zhǔn)備

　　1、噴射前應(yīng)對受噴巖面進(jìn)行處理。用高壓風(fēng)吹凈巖面，噴射混凝土前，先噴一層水泥砂漿，待終凝后再噴射混凝土。

　　2、設(shè)置控制噴射混凝土厚度的標(biāo)志，一般采用埋設(shè)鋼筋頭做標(biāo)志，亦可在噴射時(shí)插入長度比設(shè)計(jì)厚度大5cm的鐵絲，每1～2m設(shè)一根，作為施工控制用。

　　3、若遇受噴面有涌水、滲水或潮濕的巖面，噴射前應(yīng)按不同情況進(jìn)行處理。

　�、糯蠊捎克�宜采用注漿堵水后再噴射混凝土。

　�、菩」伤�或裂隙滲漏水宜采用巖面注漿或?qū)Ч芤�排后再噴射混凝土�?/p>

　�、谴竺娣e潮濕的巖面宜采用粘結(jié)性強(qiáng)的混凝土，如添加外加劑、摻合料以改善混凝土的性能。

　　4.4.2混凝土攪拌、運(yùn)輸

　　濕噴砼攪拌采取全自動(dòng)計(jì)量強(qiáng)制式攪拌機(jī)，施工配料應(yīng)嚴(yán)格按配合比進(jìn)行操作，速凝劑在噴射機(jī)喂料時(shí)加入。拌合物需攪拌均勻，不產(chǎn)生結(jié)團(tuán)，攪拌時(shí)間通過現(xiàn)場攪拌試驗(yàn)確定。攪拌好之后通過豎井下料管進(jìn)行下料，隧道下采用專用料斗車接應(yīng)，卸料區(qū)要保證干凈平整�；炷�土隨拌隨運(yùn)，過多容易受潮，少了無法保證供應(yīng)，應(yīng)根據(jù)噴射進(jìn)度及時(shí)提供。

　　4.4.3噴射作業(yè)

　　1、噴射操作程序應(yīng)為：打開速凝劑輔助風(fēng)→緩慢打開主風(fēng)閥→啟動(dòng)速凝劑計(jì)量泵、主電機(jī)、振動(dòng)器→向料斗加混凝土。

　　2、噴射混凝土作業(yè)應(yīng)采用分段、分片、分層依次進(jìn)行，噴射順序應(yīng)自下而上。噴射時(shí)先將低洼處大致噴平，再自下而上順序分層、往復(fù)噴射。

　�、艊娚浠炷�土分段施工時(shí)，上次噴混凝土應(yīng)預(yù)留斜面，斜面寬度為200～300mm，斜面上需用壓力水沖洗潤濕后再行噴射混凝土。

　�、品制瑖娚湟�自下而上進(jìn)行并先噴鋼架與壁面間混凝土，再噴兩鋼架之間混凝土。邊墻噴混凝土應(yīng)從墻腳開始向上噴射，使回彈不致裹入最后噴層。

　�、欠謱訃娚鋾r(shí)，后一層噴射應(yīng)在前一層混凝土終凝后進(jìn)行，若終凝1h后再進(jìn)行噴射時(shí)，應(yīng)先用風(fēng)水清洗噴層表面。一次噴混凝土的厚度以噴混凝土不滑移不墜落為度，既不能因厚度太大而影響噴混凝土的粘結(jié)力和凝聚力，也不能太薄而增加回彈量。邊墻一次噴射混凝土厚度控制在7～10cm，拱部控制在5～6cm，并保持噴層厚度均勻。頂部噴射混凝土?xí)r，為避免產(chǎn)生墮落現(xiàn)象，兩次間隔時(shí)間宜為2～4h。

　　3、噴射速度要適當(dāng)，以利于混凝土的壓實(shí)。風(fēng)壓過大，噴射速度增大，回彈增加;風(fēng)壓過小，噴射速度過小，壓實(shí)力小，影響噴混凝土強(qiáng)度。因此在開機(jī)后要注意觀察風(fēng)壓，起始風(fēng)壓達(dá)到0.5MPa后，才能開始操作，并據(jù)噴嘴出料情況調(diào)整風(fēng)壓。一般工作風(fēng)壓：邊墻0.3～0.5MPa，拱部0.4～0.65MPa.

　　4、噴射時(shí)使噴嘴與受噴面間保持適當(dāng)距離，噴射角度盡可能接近90°，以使獲得最大壓實(shí)和最小回彈。噴嘴與受噴面間距宜為1.5～2.0m;噴嘴應(yīng)連續(xù)、緩慢作橫向環(huán)行移動(dòng)，一圈壓半圈，噴射手所畫的環(huán)形圈，橫向40～60cm，高15～20cm;若受噴面被鋼架、鋼筋網(wǎng)覆蓋時(shí)，可將噴嘴稍加偏斜，但不宜小于70°。如果噴嘴與受噴面的角度大小，會(huì)形成混凝土物料在受噴面上的滾動(dòng)，產(chǎn)生出凹凸不平的波形噴面，增加回彈量，影響噴混凝土的質(zhì)量。

　　5、噴射混凝土終凝2小時(shí)后，應(yīng)進(jìn)行養(yǎng)護(hù)。采用噴霧養(yǎng)護(hù)，養(yǎng)護(hù)時(shí)間不小于14d。

　　6.結(jié)語

　　排熱風(fēng)道雖然只是一項(xiàng)小工程，但由于坡度大，開挖操作困難，且多處斷面變化使工況變的更為復(fù)雜，施工中稍不注意就可能出現(xiàn)問題。因此每道工序，每個(gè)環(huán)節(jié)我們都應(yīng)該嚴(yán)格控制，把工程一次性做好做完美，不拖后續(xù)工作的后腿，成為安全與質(zhì)量均無問題的優(yōu)質(zhì)工程。

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