三臺(tái)階臨時(shí)仰拱法在滇中紅土泥巖隧道中的應(yīng)用

孫樂(lè)富 王 平

(中鐵三局集團(tuán)第五工程有限公司，山西 晉中 030600)

三臺(tái)階臨時(shí)仰拱法在滇中紅土泥巖隧道中的應(yīng)用

孫樂(lè)富 王 平

(中鐵三局集團(tuán)第五工程有限公司，山西 晉中 030600)

針對(duì)滇中紅土泥巖隧道圍巖節(jié)理發(fā)育、巖質(zhì)軟、浸水后易軟化崩解、巖體較破碎，隧道施工難度較大的問(wèn)題，提出了三臺(tái)階臨時(shí)仰拱快速施工方法，現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐表明：在保證施工質(zhì)量和施工安全的前提下，三臺(tái)階臨時(shí)仰拱法可有效縮短隧道施工對(duì)項(xiàng)目整體工期的影響，經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益顯著，對(duì)類(lèi)似地質(zhì)條件下隧道的施工具有借鑒意義。

隧道施工，滇中紅土，三臺(tái)階臨時(shí)仰拱法，小導(dǎo)管

1 工程概況

呂合1號(hào)隧道地處云南省楚雄彝族自治州楚雄市境內(nèi)，為雙線隧道，隧道全長(zhǎng)2 265 m，最大埋深約165 m，其中全隧Ⅳ級(jí)圍巖長(zhǎng)1 420 m，Ⅴ級(jí)圍巖長(zhǎng)820 m。隧內(nèi)主要以全～弱風(fēng)化泥巖夾砂巖為主，該泥巖具有弱膨脹性，節(jié)理發(fā)育、分層以薄～中厚層狀為主、巖質(zhì)軟、浸水后易軟化崩解、差異風(fēng)化嚴(yán)重、巖體較破碎等特點(diǎn)，為典型的滇中紅土泥巖。

2 三臺(tái)階臨時(shí)仰拱法施工工藝

三臺(tái)階臨時(shí)仰拱法施工工藝流程見(jiàn)圖1。

3 施工關(guān)鍵步驟及操作要點(diǎn)

3.1 測(cè)量放線

施工測(cè)量以GPS控制點(diǎn)、加密施工控制點(diǎn)為依據(jù)進(jìn)行施工放樣(見(jiàn)圖2)。在施工測(cè)量前應(yīng)核對(duì)控制點(diǎn)成果、線路坐標(biāo)、施工圖紙、結(jié)構(gòu)物尺寸等內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)，用于現(xiàn)場(chǎng)施工放樣的資料數(shù)據(jù)需經(jīng)第二人的獨(dú)立計(jì)算復(fù)核無(wú)誤后，經(jīng)測(cè)量實(shí)施小組組長(zhǎng)簽字后實(shí)施。

3.2 施打超前管棚

洞口段邊仰坡開(kāi)挖支護(hù)至明暗洞交界處滿(mǎn)足管棚施作高度時(shí)，形成臺(tái)階，作為超前長(zhǎng)管棚施作平臺(tái)，然后在臺(tái)階上沿拱部開(kāi)挖輪廓線支立管棚導(dǎo)向墻模板，安裝定位型鋼，預(yù)埋φ127 mm×5 mm套管(間距與設(shè)計(jì)對(duì)應(yīng))，澆筑管棚導(dǎo)向墻混凝土(見(jiàn)圖3)。

3.3 超前小導(dǎo)管制作與安設(shè)

小導(dǎo)管采用φ42 mm×3.5 mm的熱軋無(wú)縫鋼管制成，在前部鉆注漿孔，孔徑6 mm～8 mm，孔口間距15 cm～20 cm，呈梅花形布置，前端加工成錐形，尾部焊接φ6 mm～φ8 mm鋼筋加勁箍，尾部長(zhǎng)度不小于30 cm，作為不鉆孔的止?jié){段；超前小導(dǎo)管的安設(shè)需用帶沖擊的風(fēng)鉆或鉆機(jī)將小導(dǎo)管頂入孔中，用塑膠泥封堵導(dǎo)管周?chē)翱卓凇?dǎo)管外露20 cm，以便安裝注漿管路。注漿采用注漿泵施作，注漿口最高壓力嚴(yán)格控制在0.5 MPa～1.0 MPa以?xún)?nèi)，以防壓裂工作面。

3.4 開(kāi)挖環(huán)形

1)在上一循環(huán)超前支護(hù)的保護(hù)下，弱爆破開(kāi)挖①部，經(jīng)斷面復(fù)測(cè)附合設(shè)計(jì)值，施作①部周邊初期支護(hù)：初噴混凝土，鋪鋼筋網(wǎng)，架立鋼架，鉆設(shè)徑向錨桿，復(fù)噴至設(shè)計(jì)厚度。2)弱爆破開(kāi)挖②部，施作②部初期支護(hù)：初噴混凝土，鋪鋼筋網(wǎng)，架立鋼架，鉆設(shè)徑向錨桿，復(fù)噴至設(shè)計(jì)厚度。施工臨時(shí)仰拱：架設(shè)臨時(shí)橫撐A，鋪設(shè)鋼筋網(wǎng)，并噴混凝土封閉臨時(shí)仰拱。3)弱爆破開(kāi)挖③部，施作③部初期支護(hù)：初噴混凝土，鋪鋼筋網(wǎng)，架立鋼架，鉆設(shè)徑向錨桿，復(fù)噴至設(shè)計(jì)厚度。如需施工臨時(shí)仰拱時(shí)，架設(shè)臨時(shí)橫撐B。4)弱爆破開(kāi)挖④部，施作④部初期支護(hù)：初噴混凝土，鋪設(shè)鋼筋網(wǎng)，架立鋼架，復(fù)噴至設(shè)計(jì)厚度。5)灌注Ⅴ部仰拱與邊墻基礎(chǔ)，待仰拱混凝土初凝后，灌注仰拱填充Ⅵ部至設(shè)計(jì)高度。6)根據(jù)監(jiān)控量測(cè)分析，確定二次襯砌施作時(shí)機(jī)，鋪設(shè)環(huán)+縱向透水盲管、防水板、土工布，利用襯砌臺(tái)車(chē)一次性灌注Ⅶ部(拱墻)襯砌。

3.5 臨時(shí)仰拱的制作安裝

由于“滇中紅層”地質(zhì)構(gòu)造下的呂合1號(hào)隧道圍巖情況自穩(wěn)能力差，開(kāi)挖立架后必須及時(shí)封閉成環(huán)，保證初支整體穩(wěn)定，控制圍巖變形位移。傳統(tǒng)臨時(shí)仰拱鋼拱架與初支鋼架連接通常采用焊接，施工速度慢、連接質(zhì)量不好保證。與傳統(tǒng)臨時(shí)仰拱鋼架制作安裝不同，呂合1號(hào)隧道臨時(shí)鋼拱架采用工廠化制作，嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)尺寸制作，臨時(shí)鋼拱架端頭制作裝配拼裝裝置。對(duì)應(yīng)的初支二、三臺(tái)階鋼架與臨時(shí)鋼拱架連接處預(yù)留裝配式拼裝裝置(打孔連接鋼板)。采用裝配式高強(qiáng)螺栓連接拼裝突出“快、好、省”，臨時(shí)仰拱鋼架裝配快捷迅速，連接質(zhì)量良好可控，循環(huán)利用節(jié)省成本。很好的保證了初支能夠及時(shí)封閉成環(huán)，鋼架連接密貼牢固，控制了圍巖的變形位移，保證了施工過(guò)程的安全可控。為節(jié)省成本，臨時(shí)鋼拱架需要循環(huán)利用，在臨時(shí)仰拱鋼架與初支鋼架連接接頭高強(qiáng)螺栓處涂刷隔離劑，臨時(shí)仰拱鋼架裝配完成后，噴射混凝土，使得臨時(shí)仰拱整體受力，形成勁性骨架。待施工下一部位時(shí)拆除臨時(shí)鋼拱架，拱架接頭人工清理，卸下高強(qiáng)螺栓，臨時(shí)鋼拱架得以重復(fù)利用。

3.6 噴混凝土

本隧道初期支護(hù)噴射混凝土采用濕噴工藝。將骨料、水泥、水和外摻劑按實(shí)驗(yàn)確定的比例拌合均勻，用濕噴射機(jī)壓送到噴頭處，再在噴頭上添加速凝劑后噴出。噴射混凝土料由洞外自動(dòng)計(jì)量拌合站生產(chǎn)，混凝土攪拌車(chē)運(yùn)輸，濕噴機(jī)噴射。

3.7 架鋼拱及掛網(wǎng)

鋼筋網(wǎng)的鋪設(shè)在初噴和系統(tǒng)錨桿施作后沿拱墻進(jìn)行。鋼筋網(wǎng)固定在錨桿末端，按照設(shè)計(jì)制作鋼筋網(wǎng)片并控制網(wǎng)格間距，兩個(gè)網(wǎng)片搭接時(shí)搭接長(zhǎng)度需超過(guò)一個(gè)網(wǎng)格。鋼筋網(wǎng)的安裝必須順直，隨被支護(hù)巖面的實(shí)際起伏狀鋪設(shè)，與巖面的間隙控制在3 cm左右。鋼筋網(wǎng)在加工廠加工成片，在洞內(nèi)再焊接起來(lái)形成整體，鋪設(shè)完畢后及時(shí)施作噴射混凝土。鋼筋網(wǎng)的網(wǎng)格間距符合設(shè)計(jì)要求，網(wǎng)格尺寸允許偏差為±10 mm。型鋼鋼架在車(chē)間工作臺(tái)上彎制，加工允許誤差：沿隧道周邊輪廓誤差不大于3 cm，平面翹曲小于±2 cm，接頭連接要求同類(lèi)之間可以互換。鋼架在初噴混凝土后安設(shè)，在安設(shè)過(guò)程中當(dāng)鋼架和圍巖間有空隙時(shí)，設(shè)墊塊，鋼架根部加設(shè)2根徑向鎖腳錨管(桿)，外插角度20°，40°，防止下沉。

3.8 拱腳打注漿錨桿

鎖腳錨管統(tǒng)一由構(gòu)件加工廠進(jìn)行制作，錨管的前端按設(shè)計(jì)做成尖錐形，尾部焊接φ8 mm鋼筋加勁箍，管壁上每間隔15 cm交錯(cuò)鉆設(shè)直徑為6 mm～8 mm的眼孔。鉆孔采用風(fēng)動(dòng)錨桿鉆機(jī)或風(fēng)鉆鉆孔，鉆至規(guī)定深度后，用高壓風(fēng)吹孔，成孔后，將鎖腳錨管按設(shè)計(jì)要求插入孔中，對(duì)于圍巖軟弱地段，采用游錘或鑿巖機(jī)將鎖腳錨管直接打入，將其與鋼架用L形φ22鋼筋焊接組成預(yù)支護(hù)體系。錨桿固定完畢后，采用注漿機(jī)壓注水泥砂漿，注漿壓力不超過(guò)0.8 MPa。嚴(yán)格按照施工規(guī)范灌注漿液，注漿前先噴射5 cm～10 cm混凝土封閉掌子面形成止?jié){盤(pán)，當(dāng)單孔注漿達(dá)到設(shè)計(jì)量時(shí)，結(jié)束注漿。

3.9 施工防水

全隧襯砌縱向施工縫采用中埋式鋼邊橡膠止水帶+外貼式橡膠止水帶進(jìn)行防水處理，按2道計(jì)列；環(huán)向施工縫設(shè)中埋式橡膠止水帶+外貼式橡膠止水帶防水，環(huán)向數(shù)量按10一道計(jì)列，變形縫填充聚苯板并加設(shè)鋼邊橡膠止水帶和外貼式止水帶，變形縫內(nèi)緣采用雙組分聚硫密封膏嵌縫。在鋪設(shè)防水板之前，應(yīng)對(duì)初期支護(hù)的滲漏水情況進(jìn)行檢查，采取埋管引排、局部注漿等措施進(jìn)行處理。隧道初期支護(hù)與防水板間設(shè)置環(huán)向及縱向排水盲管，采用HDPE打孔波紋管(外裹無(wú)紡布)，環(huán)向盲管直徑50 mm，每隔10 m一環(huán)(視水量大小加密設(shè)置)，直接引入側(cè)溝，兩側(cè)邊墻角設(shè)縱向透水盲管，直徑80 mm，施工時(shí)結(jié)合模板臺(tái)車(chē)長(zhǎng)度將其梁端直接彎入側(cè)溝。泄水管的出口應(yīng)離開(kāi)水溝內(nèi)壁一定距離，不得緊貼溝壁表面。股水涌流及大面積滲漏處應(yīng)增設(shè)環(huán)向盲管引排。

3.10 仰拱填充

仰拱開(kāi)挖前必須完成鋼架鎖腳，每循環(huán)進(jìn)尺不得大于3 m。仰拱及填充緊隨開(kāi)挖進(jìn)行，使支護(hù)盡早閉合成環(huán)；Ⅳ，Ⅴ級(jí)圍巖施工時(shí)，仰拱距開(kāi)挖面距離控制在45 m，40 m以?xún)?nèi)；仰拱和填充分開(kāi)澆筑，嚴(yán)禁一次澆筑，為減少其與出碴運(yùn)輸?shù)母蓴_，采用仰拱棧橋。仰拱一次施工長(zhǎng)度根據(jù)圍巖情況和相關(guān)規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行，仰拱端頭采用大模板。自檢合格后，報(bào)監(jiān)理工程師檢查簽證，混凝土由中心拌合站生產(chǎn)混凝土罐車(chē)運(yùn)至現(xiàn)場(chǎng)，插入式振搗器搗固，施工時(shí)混凝土由中心向兩側(cè)對(duì)稱(chēng)澆筑。填充混凝土在仰拱混凝土終凝后澆筑，表面高程和橫向坡度要滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。

3.11 二次全斷面襯砌

在每個(gè)洞口配備1臺(tái)邊頂拱式混凝土襯砌鋼模臺(tái)車(chē)，一襯施工完畢后，及時(shí)進(jìn)行二襯永久支護(hù)。澆筑二次襯砌混凝土前沿隧道中線在拱部按設(shè)計(jì)要求預(yù)埋注漿管，隧道襯砌施工完成并達(dá)到一定強(qiáng)度后，進(jìn)行襯砌背后回填注漿。

4 施工質(zhì)量保障措施

1)隧道施工應(yīng)堅(jiān)持“弱爆破、短進(jìn)尺、強(qiáng)支護(hù)、早封閉、勤量測(cè)”的原則。2)工序變化處應(yīng)增設(shè)鎖腳錨管，以確保鋼架基礎(chǔ)穩(wěn)定，下臺(tái)階安全，防止塌方。3)小炮開(kāi)挖或人工開(kāi)挖，嚴(yán)格控制裝藥量。一臺(tái)階開(kāi)挖中應(yīng)根據(jù)超前支護(hù)施作間距，利用上一循環(huán)架立的鋼架施作隧道拱部超前支護(hù)。4)鋼架之間縱向連接鋼筋應(yīng)及時(shí)施作并連接牢固。5)Ⅰ18臨時(shí)仰拱與邊墻鋼架應(yīng)連接牢固，連接處設(shè)置鋼墊板，螺栓擰緊，臨時(shí)仰拱應(yīng)盡量倒換使用。6)開(kāi)挖時(shí)嚴(yán)格控制開(kāi)挖厚度，確保初支噴射混凝土的整體厚度。7)嚴(yán)格控制每榀鋼架的開(kāi)挖間距，避免出現(xiàn)進(jìn)尺過(guò)大造成圍巖失穩(wěn)。8)加強(qiáng)日常監(jiān)控量測(cè)及超前地質(zhì)預(yù)報(bào)，以數(shù)據(jù)指導(dǎo)施工。

5 結(jié)語(yǔ)

三臺(tái)階臨時(shí)仰拱法在廣大鐵路呂合1號(hào)隧道中得到了成功應(yīng)用，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)工程實(shí)踐，該工法在一定程度上保證了隧道施工安全，同時(shí)實(shí)現(xiàn)了在軟弱圍巖施工中的快速施工，縮短工期約45 d，經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益顯著，具有一定的推廣應(yīng)用價(jià)值。

[1] 夏潤(rùn)禾.三臺(tái)階六部短距法在鐵路隧道施工中的應(yīng)用研究[J].鐵道工程學(xué)報(bào),2012(3):58- 63.

[2] 陳立保.三臺(tái)階法在客運(yùn)專(zhuān)線山嶺隧道軟弱圍巖中的推廣應(yīng)用[J].鐵道工程學(xué)報(bào),2008(12):72-74.

The application of the three steps of temporary inverted arch in clay shale tunnel of Yunnan

Sun Lefu Wang Ping

(No.5CompanyofChinaRailwayEngineeringNo.3GroupCorporation,Jinzhong030600,China)

For the central Yunnan laterite mudstone tunnel surrounding rock, the joint development, soft rock, easy to soften disintegration after flooding, the more broken rock, the tunnel construction difficult problems, puts forward the three steps temporary invert fast construction method， the field practice shows that: on the premise of guarantee construction quality and construction safety, three steps of temporary inverted arch method can effectively shorten the tunnel construction to the influence of the whole project construction period, economic benefit and social benefit is remarkable, especially the similar geological conditions, it has reference significance to the construction of the tunnel.

the tunnel construction, the laterite of Yunnan, three steps method of temporary inverted arch, small pipes

2014-12-17

孫樂(lè)富(1970- )，男，工程師； 王 平(1976- )，男，工程師

1009-6825(2015)06-0174-02

U455

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