软弱围岩洞口施工技术
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性,平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益,请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间:9:00-18:30)。
软弱围岩洞口施工技术
唐 斌 中国交建中交一公局海外公司
摘要:以渝铁路26标糯米坪隧道、弯弓田遂隧道为例,探讨在软弱围岩条件下隧道洞口超前支护或地表预加固后,短进尺、弱爆破、多循环,并及时初期支护的施工技术。
关键词:软弱围岩洞口;超前支护;地表预加固;短进尺;弱爆破;多循环;初期支护
一、工程概况
本单位承建的渝怀铁路26标段,沿线设计有7座隧道,其中多数隧道洞口段围岩级别为Ⅰ、Ⅱ类围岩,围岩条件较差。
地表覆盖有一层1-3米厚砂粘土,下部依次分布为风化极严重,风化严重、风化颇重面岩、泥质灰岩或灰岩。
部分隧道有地下水出露,且隧道洞顶覆盖层较薄,一般厚仅3米。
沿线地段属亚热带温润季风气候,降雨量多集中在5-8月,雨量充沛。
由于气候、水文条件,施工中需采取必要措施防排水。
二、总体施工方案
洞口天沟及防排水设施做好后,边仰坡采用挖掘机辅以人工自上而下分层开挖,局部辅以浅眼松动爆破。
根据隧道进洞掌子面外露地质情况,选择超前支护、地表预加固方案,喷砼封闭岩层外露面,在开挖外轮廓周边设置梅花形2-3排超前小导管或砂浆锚杆、中空注浆锚待超前支护有足够强度后,采用上部弧形导坑预留核心土法开挖,每循环0.8-1.2米,开挖后喷砼安装格栅钢架,打锁脚锚杆,定位钢筋或径锚杆固定,复喷至格栅钢架顶面。
开挖核心土,进行下一循环。
待上导坑开挖至一定长度,根据围岩情况设置台阶长度开挖下导坑及仰拱,仰供开挖后及时封闭,待围岩变形稳定后,及时进行衬砌[1]。
三、施工工艺流程及操作要点
1.洞口施工工艺流程。
见图1
2.操作要点。
(1)防排水设施施做。
洞口开挖前应对洞口段地形、地质、水文等进行详细调查,对发现有裂缝地段采取灌浆补裂处理,凹坑应用不透水性土回填夯实,将地表汇水设截水沟拦截,并排到隧道洞口范围之外。
截水沟结合永久设计设置,临时排水应有必要的防止渗漏措施。
截水沟距边仰坡开挖不小于1.5米,沟底纵坡不小于3‰。
(2)边仰坡开挖及防护。
洞口段防护排水设施做完后,按设计边坡仰坡放样,采用挖掘机自上而下开挖到位,并分层进行仰坡防护,边、仰坡根据设计情况喷砼或喷锚挂网支护。
(3)地表预加固。
洞口段一般为浅埋段,且地表覆盖粘土层或风化极严重层,地质条件差,地质较松散,为防止开挖中洞顶岩体下沉,地表沉陷开裂甚至山体滑动现象必须进行地表加固处理。
根据隧道覆盖程度及线路纵向地质变化情况,选择地表预加固处理。
以下为弯弓田隧道进口段地表加固处理方案:
①处理宽度。
根据浅埋隧道洞顶土层破坏特点,坍塌土体滑动后地面形成两个滑动面,两滑动面与地平面相交约45°(角度由土质情况决定),则处理宽度应超出滑动范围区,一般每侧加宽为B,则总加宽宽度为3B+2
H。
(2)
处理长度。
图1 洞口施工工艺流程
根据线路纵向地质分布,及土层覆盖分布,处理长度取为进口向前进方向约10米。
②处理方法。
在确定地表预加固处理范围内,设置φ22砂浆锚杆长度为3-4.5米,间距1.0×1.0m梅花形布置,共设置锚杆402根。
(4)超前支护。
结合洞口地质情况及设计图纸要求,当围岩为砂粘土类非常松软、破碎的土壤,凿孔后极度易坍孔的地层采用格栅钢架结合超前管棚法,当围岩为中砂或粗砂、砾石层等空隙率较大的松散地层采用格栅钢架结合超前小导管注浆法,如为空隙率极小的岩石地层则采用超前水平砂浆锚杆支
(下转第96页)
高程的增加而逐渐加大,在海拔较高地区使4.1中方法以无法满足规范要求,此时可采用投影与抵偿高程面的方法有效的解决这个问题。
首先我们假定实测边长归算到参考椭球面时和参考椭球面上边长投影到高斯平面上两者变形值完全抵消及得出下式
:
经推导上式可简化为:
理论上在测区任意选择一条边,取其两端横坐标(自然值)的平均值,即可按上式计算出一个投影变形值为0的高程。
通过这个高程值和这个边所在的高程面就可以求出这条边的抵偿高程面。
但是实际作业时在一个测区通过一条边求取的抵偿高程,基本上不可能抵偿所有边的高斯投影变形值。
通常实际作业时可分别应用测区东西两端的y和地区的平均曲率半径求得两个抵偿高程面,以这两个高程面为参考值,并充分考虑项目区的实际情况、发展远景和已有成果的利用,综合取舍进而确定最终抵偿高程面。
五、结语
由于地球实际的不规则形状导致我们无法使用现有技术完全准确还原地球表面的物体位置及其规律,我们通常采用坐标系统(参考椭球)、投影变形的一系列技术手段,来将地球表面上物体的形状位置等空间要素尽可能准确的转换到平面图上,而这必然造成物体的几何形状发生变化。
实际测绘作业中为减少上述变化即投影变形值,使之符合规范要求,满足作业需要,我们通常采用投影于参考椭球面上的高斯正形投影任意带和投影于抵偿高程面上高斯正形投影3°带两种方法(坐标系)来解决这一问题。
本人建议优先选择高斯正形投影任意带的平面直角坐标系。
因为项目成果后期应用以及建立大范围统一的信息数据库,基本都需要将坐标系成果转换成国家的标准分带成果,选择统一投影基准任意带平面直角坐标系因两者之间只存在换带计算问题,方便于坐标转换。
而选择投影于抵偿高程面建立的坐标系,其成果转换不但需要足够数量控制点的双重坐标,还要考虑控制点的有分布条件,技术要求较高且工作量较大。
参考文献:
[1]孔祥元,郭际明,刘宗泉.大地测量学基础[M].武汉:武汉大学出版社,2006.
[2]赵俊生,刘雁春,王克平,任来平关于高斯投影长度变形的探讨.海洋测绘,第27卷第3期.
[3]刘明波,雷建伟,韦婵UTM投影及投影变形处理.西北水电,2010(6).
[4]王国俊,再论城市测量平面坐标系统的选择—怎样处理“投影长度变形”超限的问题.科技信息(学术研究),2008(08).
(上接第84页)
护。
根据实际情况我们选择格栅钢架结合超前小导管注浆作为糯米坪隧道、弯弓田隧道等洞口开挖前超前支护手段。
在洞口掌子面喷砼防护5天后,在仰坡面距开挖外轮廓线20㎝各60㎝处,交错设置两排L=3.5m的φ42水平超前小导管,并注浆,环向间距0.4m露头0.3m用φ18㎜钢筋将外环锚杆焊接连成整体。
进洞开挖以后,再设置一环超前小导管,外倾角5°-12°洞口超前小导管布设好后采用上部弧形导坑预留核心土法开挖,每循环进尺0.8m-1.2m,开挖到位检查轮廓线符合要求后喷4㎝厚砼,并安装拱部格栅钢架,二次喷砼到格栅钢架顶面[2]。
(5)上部弧形导坑预留核心土法开挖上部弧形导坑及边墙开挖以风镐为主,需要时辅以浅眼小药量松动爆破,开挖后应及时按照设计进行支护,洞口软弱围岩段一般拱部及边墙采用格栅钢架结合超前小导管注浆或水平砂浆锚杆。
格栅钢架每1米1榀,超前小导管或砂浆锚杆每2米1环,长度3.5米,环向间距0.4米。
上弧导预留核心土法遵循“短进尺,弱爆破,勤支护”原则,每循环进尺0.8m-1.2m,将格栅钢架安装安装固定并与超前小导管或锚杆焊接后喷砼至格栅钢架表面。
挖取核心土,继续上导坑开挖。
开挖至上弧导领先下导坑4-6米后,中部拉槽,并分左右边墙跳槽法开挖施工,每侧边墙长度为2-3米。
下导坑开挖后应及时开挖仰拱并浇注仰拱砼完成初期支护闭合环,尽量减少围岩变形。
四、围岩变形量测
在软弱围岩洞口施工中,除观察开挖后断面围岩分布,采用类比方法及时修正支护参数,确保洞口施工安全,我们还进行了以下项目实际量测:(1)地表下沉。
在洞口开挖前,沿线路中心及断面处地表埋设高程观测点,记录开挖各点高程,开挖后按有关规范要求规定的检查频率检查各点高程,以观测地表下沉量,布点根据围岩情况沿线路纵向20米一个断面。
(2)拱顶下沉。
沿线路方向曲线10米,直线20米一个断面,每断面布设三个点,即拱点、左右平距各20米处。
测设处埋置φ6或铁钉挂钩。
利用水准仪、塔尺、挂钩式钢尺进行。
观测频率按有关规范进行。
(3)净空变化量测。
布点断面同拱顶下沉,测设两对即拱脚线轨顶面线上1.0米,采用围岩周边位移收敛计量测,量测频率按照有关技术规范要求。
根据实际量测结果分析:围岩变形量基本可以满足规范要求变形范围。
五、施工方案实施评价
软弱围岩隧道洞口施工,由于洞口地质条件差,隧道埋深浅,为确保施工安全,我们严格按照施工规范,尊循“短进尺,弱爆破,勤支护,多量测”等新奥法施工原则,制定较为稳妥施工方案,实践证明基本是行之有效的。
但在施工中也暴露了一些问题,有关控制措施如下:(1)严格按照施工程序施工,开挖后应断面轮廓线复核并初喷封闭开挖面后,方可安装格栅钢架。
(2)格栅钢架拱脚基础应牢固,格栅钢架与围岩间应用砼垫块支撑牢固,并打拱脚 锚杆,格栅钢架与围岩间用定位钢筋或径向锚杆固定,并与超前小导管端头焊接。
(3)尽量采用风镐开挖,必要时辅以弱爆破,以控制超量开挖量,格栅钢架上必须用砼喷平。
六、结论
以上是本单位在软弱围岩条件洞口浅埋段施工的简单总结,希望对同类工程有一定的参考价值。
参考文献:
[1]李建达.大跨度浅埋软弱围岩隧道洞口施工技术研究[J].中国标准化,2017(06):223.
[2]陈文亮.猴子岩水电站进厂交通洞洞口段施工技术研究[D].西南交通大学,2017.。