雙側(cè)壁導(dǎo)坑工法施作隧道軟弱圍巖段施工方法研究
關(guān)鍵詞：隧道；圍巖；施工
前言
某隧道洞口通過地段為覆蓋層和強(qiáng)、弱風(fēng)化砂巖與泥巖巖組、花崗閃長巖脈。砂巖與泥巖巖組為薄一中厚層狀構(gòu)造，花崗閃長巖呈塊狀構(gòu)造。巖石風(fēng)化強(qiáng)烈，巖性較軟，巖石破碎。因此成洞條件較差，圍巖易產(chǎn)生坍塌、冒頂。綜合數(shù)值模擬研究和地質(zhì)設(shè)計資料，本文決定在隧道洞口采用雙側(cè)壁導(dǎo)坑工法施工。
1施工工藝原理
雙側(cè)壁導(dǎo)坑工法是一項邊開挖邊支護(hù)的施工技術(shù)。其原理是:利用兩個中隔壁把整個隧道分成左中右3個小斷面施工，左、右導(dǎo)洞先行，中間斷面跟進(jìn);初期支護(hù)仰拱成環(huán)，拆除兩側(cè)導(dǎo)洞臨時支撐，形成隧道斷面，有利于控制拱頂下沉。
2施工工藝優(yōu)化研究
2.1工藝流程
2.2施工工藝說明
(1)先行單側(cè)壁導(dǎo)坑.上下臺階開挖;上臺階開挖時，每次開挖循環(huán)進(jìn)尺控制在0.5-1.0米。
(2)施作導(dǎo)坑臨時支護(hù)和臨時壁墻支撐;初期支護(hù)墻角設(shè)鎖腳錨桿，圍巖變形較大可施作臨時仰拱。
(3)下臺階開挖時，初期支護(hù)、臨時壁墻支撐錯間落底，每次開挖循環(huán)進(jìn)尺不得超過1.0米。
(4)施作導(dǎo)坑初期支護(hù)和臨時壁墻支撐。
(5)進(jìn)行另一側(cè)壁導(dǎo)坑上下臺階開挖，然后施作導(dǎo)坑初期支護(hù)和臨時壁支撐，左右側(cè)壁導(dǎo)坑前后間距控制在10-15米以內(nèi)。
(6)中間拱頂環(huán)形開挖，每次開挖循環(huán)不得超過1.0米，中間留核心土。
(7)施作拱頂初期支護(hù)。
(8)中間其余部分分臺階分步開挖，每次開挖循環(huán)進(jìn)尺不得超過2.0米。
(9)施作仰拱初期支護(hù)。
(10)拆除臨時壁墻支撐。臨時壁墻的拆除，一定要等到圍巖變形穩(wěn)定后才能進(jìn)行避免圍巖加速變形導(dǎo)致失穩(wěn)或坍塌。最后全斷面鋼筋混凝土襯砌。
2.3施工方案優(yōu)化
雙側(cè)壁導(dǎo)坑法施工工序復(fù)雜，工序間相互干擾大，在保證安全的前提下加快施工進(jìn)度是采用此方法需要解決的難題之一。雙側(cè)壁導(dǎo)坑將隧道分隔為3個相對獨(dú)立、封閉的小斷面洞室。由于斷面變小，導(dǎo)致機(jī)械效率降低，開挖后裝碴、出碴時間加長。
優(yōu)化后機(jī)械設(shè)備配備:PC220配合人工進(jìn)行開挖，ZL50裝載機(jī)進(jìn)行挖裝，解決了大型設(shè)備施展不開、工效低的問題。
同時對施工組織、施工方案進(jìn)行優(yōu)化。兩側(cè)導(dǎo)坑洞每開挖、初支10米左右，臨時中隔墻支撐架設(shè)3米，只架設(shè)臨時支撐而不噴射混凝土，待隧道初期支護(hù)全面封閉成環(huán)后，拆除中隔墻。
2.4超前地質(zhì)預(yù)報
由于隧道為隱蔽工程，在復(fù)雜地質(zhì)條件下，難以事前預(yù)測的因素較多，在設(shè)計階段難以準(zhǔn)確界定實際情況，通過采用超前地質(zhì)預(yù)報和建立地質(zhì)保障系統(tǒng)，對不良地質(zhì)條件和地質(zhì)災(zāi)害及時作出預(yù)報，進(jìn)行動態(tài)設(shè)計，確保長大隧道設(shè)計的科學(xué)性和施工安全，目前超前地質(zhì)預(yù)報工作已得到了普遍的推廣。
由于某隧道處于全風(fēng)化巖層內(nèi)，圍巖非常破碎，為了避免掘進(jìn)過程中破碎、軟弱地層等不良地質(zhì)可能造成的塌方、突水突泥等突發(fā)事件的發(fā)生，采用地質(zhì)素描、超前探孔配合TSP203系統(tǒng)進(jìn)行超前地質(zhì)預(yù)報。通過地質(zhì)超前預(yù)報，了解前方圍巖的地質(zhì)情況，為施工組織管理、地質(zhì)災(zāi)害防治提供參考依據(jù)，指導(dǎo)施工隊伍安全高效施，從而保證工期和質(zhì)量，提高經(jīng)濟(jì)效益。
3施工關(guān)鍵技術(shù)研究
3.1超前支護(hù)施工
超前小導(dǎo)管采用外徑42mm、壁厚3.5~熱軋無縫鋼管，鋼管前端呈尖錐狀，尾部焊上Φ6加勁箍，管壁四周鉆8mm壓漿孔，但尾部有l(wèi)m不設(shè)壓漿孔。超前小導(dǎo)管施工時，鋼管與襯砌中線平行以14o仰角打入拱部圍巖，鋼管環(huán)向間距30cm。每打完一排鋼管注漿后，開挖拱部及第一次噴射混凝土、架設(shè)鋼架。初期支護(hù)完成后，隔2.25m(2m)再打另一排鋼管，超前小導(dǎo)管保持l.0m以上的搭接長度。小導(dǎo)管要求逐根施工，即一根鉆孔、安裝鋼管、壓漿、封孔后再進(jìn)行下一根施工。
綜合超前地質(zhì)預(yù)報，如果遭遇特別破碎的圍巖地帶，超前小導(dǎo)管可以采用雙層式。施工時，低層鋼管與襯砌中線平行以10-15o仰角打入拱部圍巖，鋼管環(huán)向間距40cm。每打完一排小導(dǎo)管注漿后，開挖拱部及第一次噴射混凝土、架設(shè)鋼架。初期支護(hù)完成后，再以30o外傾角打下一圈高層注漿管，鋼管環(huán)向間距40cm，小導(dǎo)管與注漿管縱向相錯50cm，環(huán)向相錯20cm。鋼管要求逐根施工，即一根鉆孔、安裝鋼管、壓漿、封孔后再進(jìn)行下一根施工。
超前小導(dǎo)管注漿采用水泥漿液(添加水玻璃)，注漿參數(shù)如下:
�、偎酀{與水玻璃體積比:1:0.05
�、谒酀{水灰比:1:1
③水玻璃濃度:35波美度;模數(shù):2.4
�、茏{壓力:0.5-1.0MPa
注漿參數(shù)應(yīng)通過現(xiàn)場試驗按實際情況確定。
3.2初期支護(hù)施工
(1)初噴。在開挖完后，為有效減少圍巖變形，要立即進(jìn)行混凝土初噴施工，噴射厚度一般為3-5cm。
(2)鋼拱架的制作與安裝。鋼拱架集中制作，現(xiàn)場安裝。制作時要注意工字鋼彎制弧度和連接板角度準(zhǔn)確，焊接質(zhì)量要求達(dá)到設(shè)計及規(guī)范相關(guān)要求;安裝要按照測量尺寸架立并根據(jù)地質(zhì)情況及圍巖監(jiān)控測量的結(jié)果留夠預(yù)留變形量，防止出現(xiàn)侵限現(xiàn)象。
(3)鋼筋網(wǎng)片的制作與安裝。鋼筋網(wǎng)片集中制作，現(xiàn)場安裝。制作時要確保鋼筋質(zhì)量及加工尺寸，安裝時應(yīng)注意鋼筋網(wǎng)的搭接長度及其與鋼拱架之間要焊接牢固。雙層鋼筋網(wǎng)應(yīng)分兩次施工，第一層鋼筋網(wǎng)施工完成后即開始進(jìn)行噴射砼施工，達(dá)第二層鋼筋網(wǎng)位置時停止噴砼施工，進(jìn)行第二層鋼筋網(wǎng)片安裝，安裝完后再繼續(xù)進(jìn)行噴射砼施工，直至達(dá)到設(shè)計厚度。
(4)噴射砼施工。噴射混凝土采用潮噴工藝，嚴(yán)格按設(shè)計配合比配料、拌和;混合料在運(yùn)輸、存放過程中，嚴(yán)防雨淋、滴水及大塊石等雜物混入，裝入噴射機(jī)前過篩;噴射作業(yè)應(yīng)分段、分片、自下而上、先墻后拱順序?qū)嵤�，每段長度不宜超過6m;噴射作業(yè)時，噴嘴垂直受噴面做反復(fù)緩慢螺旋形運(yùn)動，螺旋直徑約20-30cm，同時與受噴面保持一定的距離，一般可取0.8-1.0米。若受噴面被鋼筋網(wǎng)或格柵鋼架覆蓋時，可將噴頭稍加傾斜，但不小于70度，以保證混凝土噴射密實，保證鋼支撐背面填滿混凝土，粘結(jié)良好。
噴混凝土分次施噴完成，第一層鋼筋網(wǎng)安裝后進(jìn)行第一次噴射混凝土施工，待第二層鋼筋網(wǎng)安裝好后再復(fù)噴至設(shè)計厚度。后一層在前一層混凝土終凝后進(jìn)行，若終凝1h后再噴射時，先用風(fēng)水清洗噴層面。
(5)拱背回填注漿。拱背回填注漿能有效地減少圍巖變形。每個導(dǎo)洞仰拱封閉后要及時進(jìn)行拱背回填注漿，回填注漿管不宜過長，以穿透噴射砼層、進(jìn)入土層20cm為宜。注漿壓力控制在0.6Mpa以內(nèi)。
(6)拆除臨時支撐。初期支護(hù)全環(huán)封閉后，圍巖變形已基本穩(wěn)定，依據(jù)圍巖量測結(jié)果(每天變形量小于0.5mm)，臨時支撐可拆除。
3.3二次襯砌施工
(1)施工方案
二次襯砌施工前先完成仰拱施工。二次襯砌的施作時間原則上在圍巖及初期支護(hù)變形基本穩(wěn)定后進(jìn)行。當(dāng)隧道水平收斂速度為0.1-0.2mm/d，拱頂下沉位移速度為0.1mm/d時，可以認(rèn)為圍巖已經(jīng)基本穩(wěn)定。施作過早可能使二次襯砌承受過大的荷載，施作過晚則可能使初期支護(hù)破壞。當(dāng)襯砌段圍巖變形過大，初期支護(hù)力不足時，除及時加強(qiáng)初期支護(hù)外，也可加強(qiáng)二次襯砌參數(shù)并提前施作二次襯砌，而不能等變形基本穩(wěn)定再施作。
正洞拱墻襯砌采用襯砌臺車整體澆注施工，一般情況下，養(yǎng)護(hù)時間不小于48小時，待強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計要求時，方準(zhǔn)拆模，拆模后養(yǎng)生不少于14d。
(2)施作時間確定
實踐證明，圍巖徑向位移速度≤0.2mm/d，支護(hù)結(jié)構(gòu)接觸應(yīng)力變化速度<5.0Mpa/d時，圍巖基本穩(wěn)定。如達(dá)不到上述要求。則采取相應(yīng)的辦法補(bǔ)救。辦法有:①加強(qiáng)初期支護(hù);②施作套拱;③改變施工方法，調(diào)整施工工序、臺階長度、開挖進(jìn)尺等。采取以上措施后，一般能很好地控制圍巖變形。
(3)施工順序
施工工序:清底→鋼筋安裝→全斷面襯砌臺車就位→檢查→澆筑底部混凝土→澆筑邊墻混凝土→拱頂混凝土澆筑→臺車移位→養(yǎng)護(hù)。
襯砌混凝土的質(zhì)量受施工方法的影響很大，特別是運(yùn)輸、澆筑、搗固、養(yǎng)護(hù)等環(huán)節(jié)對混凝土的性能影響很大。因此，應(yīng)仔細(xì)研究混凝土的運(yùn)輸、澆筑、搗固、養(yǎng)護(hù)等各大環(huán)節(jié)，嚴(yán)格按照設(shè)計要求及現(xiàn)場試驗的結(jié)果進(jìn)行操作。
拱頂部的混凝土沒有很好的搗固方法，最好是局部采用略具流動性的混凝土。
混凝土的搗固方法及標(biāo)準(zhǔn):針對本隧道，特制作整體大模板臺車，搗固器附著于模板臺車，使用外部振搗法搗固。嚴(yán)格控制振搗時間，避免離析、翻沙。
結(jié)束語
本文結(jié)論如下：
(1)雙側(cè)壁導(dǎo)坑利用兩個中隔壁將大斷面施工化成小段面施工，控制早期圍巖變形，每個步序受力體系完整，最后拆除兩側(cè)導(dǎo)洞臨時支撐，形成隧道斷面，有利于控制拱頂下沉。
(2)雙側(cè)壁導(dǎo)坑施工工序復(fù)雜，工序間相互干擾大。由于斷面變小，導(dǎo)致機(jī)械效率降低，開挖后裝碴、出碴時間加長。通過改進(jìn)施工方案來盡快施工進(jìn)度。
(3)在洞口段，施作超前小導(dǎo)管來加固軟弱圍巖，遇到特別破碎圍巖，需設(shè)計采用超前雙層小導(dǎo)管。
(4)初期支護(hù)和二次襯砌施工，需嚴(yán)格按照施工方案設(shè)計的要求進(jìn)行，早封閉。
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