探討隧道工程項目二襯與初支置換施工技術

夏黃鵬

(湖南路橋建設集團有限責任公司一分公司,湖南 長沙 410000)

近年來我國西南地區高速公路通車里程連創新高,而西南地區均為山嶺重丘地形,隧道所占比例較高且地質復雜,斷層破碎帶、泥灰巖段、滑坡段等不良地段多,嚴重影響隧道施工和后期行車安全。該隧道不良地質段二襯、初支置換,主要通過改進技術工藝和增加新材料,在確保施工安全、技術可靠的基礎上,實現不良地質段的低成本、高質量治理。

1 工程概況

某高速公路隧道,屬分幅式隧道,其左洞有共218m 出現二襯侵界15-50cm 不等、矮邊墻開裂滲水、隧道右洞共80m 出現初支工字鋼大變形。施工單位針對以上情況采用“先護后拆”,并對初支進行了成功置換,并通過監控檢測,該段沉降和收斂數據穩定,其它各項指標合格,滿足了通車運營要求。

2 工藝原理

2.1 采用120a 工字鋼先對換拱段進行臨時鋼支撐加固,使該段受力均衡。

2.2 分兩次施作6m 和4m 直徑42*3.5mm 長、短小導管,形成6m 厚的承壓圈,并通過鉆芯取樣、對注漿形成的承壓拱圈進行注漿效果檢驗。

2.3 利用啄木鳥機械法分段跳槽拆除臨時鋼拱架、二襯和初支,按加強后的圍巖設計參數,進行初支和二襯重構,從而確保了隧道的換拱施工安全。

3 二襯與初支置換施工技術要點

3.1 臨時鋼拱架支撐

臨時拱架搭設,和上臺階鋼支撐的安設方法一致。但需在工字鋼兩頭落腳處設置2cm 厚的縱向鋼板,寬度為0.5m,工字鋼與鋼板焊結牢固,使臨時鋼拱架整體受力均衡。

3.2 注漿固結

圖1 6m 注漿小導管加工構造圖

圖2 4m 注漿小導管加工構造圖

3.2.1 注漿方案。3.2.1.1 第一次注漿采用6m 長直徑42*3.5mm 小導管,縱環間距為2.4*2.4m,注漿孔尺寸、布置和間距情況見圖1。3.2.1.2 第二次注漿采用4m 長的直徑42*3.5mm小導管,縱環間距為2.4*2.4m,注漿孔尺寸、布置和間距情況見圖2。3.2.2 現場注漿管布置及安裝。3.2.2.1 在二襯混凝土表面,按縱環向2.4m 的間距,用風鉆打孔,孔深5.6m,方向為垂直砼外表面方向。鉆孔完成后打入小導管,孔口鋼管外沿與砼密貼,加止漿塞；3.2.2.2 測量:在原二襯或初支上,根據設計和施工規范要求,準確測定本循環增設小導管孔位；3.2.2.3 鉆孔:使用鑿巖風鉆,在小導管孔位定位處,鉆設孔洞；3.2.2.4 安裝注漿管：待小導管孔鉆設施作完畢,及時清孔檢查,在無坍孔、探頭石的孔洞內,安裝注漿管,注漿管外露30-40cm；3.2.2.5 注漿管固定和孔口密封：孔洞末端焊接鐵箍,并用膠泥麻筋纏箍成楔形,用于入孔注漿管的固定與孔口密封。3.2.3 小導管注漿。3.2.3.1 漿液配比:注漿采用超細快硬型硫鋁鹽42.5 水泥,配合比(W/C)為l:1-0.75:1(初始低濃度),需先稀后濃,依吸漿情況逐步加濃漿液；3.2.3.2 試泵:用系統額定注漿壓力1.5-2 倍壓力,測試系統耐壓性能,檢查系統是否存在滲液、漏液等密封隱患；檢查系統各導管出漿壓力和出漿穩定性,確保線路連接正確；試泵持續二、三分鐘泵管及機械設備不出故障,方可進行注漿作業施工；3.2.3.3注漿順序:遵循由疏至密,由兩側向中間的注漿順序；3.2.3.4 注漿壓力:根據作業面地質條件、吸漿量和注漿粘稠度等因素,綜合確定；在注漿過程中,為避免前期注漿壓力過低,導致裂縫被堵塞,或細小裂縫注漿效果不佳,遺留質量和安全隱患,適宜采用“一次升壓法”,以保證注漿效果；3.2.3.5 注漿結束標準:達到規定壓力,吸漿量小于0.5 升/分鐘,穩壓5-10 分鐘；如果長時間壓力不上升,吸漿量很大時應停止注漿,分析原因；3.2.3.6 封孔:注漿施作完畢后,應及時拔除注漿套管,并使用C15 砼封閉注漿孔。3.2.4 第二次加固注漿。在第一次6m 長的小導管注漿完成并凝固后,再采用4m 長的小導管按縱環向2.4m 的間距進行第二次注漿,尾部100cm 不鉆注漿孔作為止漿段。3.2.5 注漿異常處理。在注漿施作過程中,若注漿壓力突然增高,應立即停止注漿作業,并馬上換注清水,待注漿泵恢復正常時,再重新開始注漿作業；當吸漿量過大,注漿壓力始終保持低位時,應及時調整注漿濃度,適當增加凝膠速度,并合理減小注漿量和注漿壓力,或合理采用間歇式注漿。3.2.6 注漿效果檢測。3.2.6.1 鉆孔取芯檢查法:在每一個試驗區鉆孔三個,全長取出巖芯；交力學試驗室進行試壓,得出的結果與原巖強度進行比較；3.2.6.2 微型攝像機成相檢查法：用風鉆打孔深6m,清孔后,把微型攝像機探頭伸入孔內并錄像,檢查注漿效果；3.2.6.3 效果檢驗：如注漿效果良好,注漿后形成良好的水泥結石。如果注漿后沒有形成良好的水泥結石,證明注漿效果不好,注漿效果檢測情況見圖3。

圖3 注漿效果檢測(鉆芯取樣)

3.3 臨時鋼拱架拆除

為確保施工安全,用挖掘機安裝破碎頭對需換拱段臨時鋼拱架I20a 工字鋼進行破除,破除應從拱腰工字鋼連接的薄弱處開始往拱頂進行,待拱腰以上工字鋼破除后再破除拱腰以下工字鋼。

3.4 二襯拆除

為減少對圍巖的擾動,確保施工過程中的安全管控,采用人工風鎬配合挖掘機安裝破碎頭跳槽拆除整模二襯混凝土,二襯混凝土拆除時須自上而下,分塊分段進行；拆除順序為I1→II1→III1→IV1→I2→………→I108→II108→III108→IV108；拆除順序見圖4。

圖4 二襯與初支置換拆除順序示意圖

3.5 初支置換

二襯拆除后,對揭露出的初支斷面進行檢測,若檢測發現初支變形面積大,則須對初支進行拆除置換,初支置換采取全斷面整體置換；初支拆除置換采取1-2 榀鋼拱架一循環,每榻鋼架拱部及拱腳增設8 根直徑22mm 鎖腳錨桿。

3.5.1 初支破除。初支拆除工作同二襯拆除一樣,先開一道50cm 寬、24cm 深的槽口,然后用挖掘機安裝破碎頭在原初支拱架的拱腰的工字鋼連接薄弱處往拱頂開始破除；初支破除施工時,為避免破除施工對圍巖的影響,應合理確定破除施工時振幅和次數；第1 段破除施作完畢后,應馬上跳至第5 段施工。

3.5.2 拆除后重新支護。3.5.2.1 初支拆除施作完畢后,應使用斷面儀等儀器,精確測量圍巖斷面,及時修整欠挖斷面,保證斷面符合設計要求；3.5.2.2 斷面修整完畢,應及時清理作業斷面,并噴射2cm 混凝土,以達到保護圍巖斷面,防止巖壁脫落、坍塌,保障后續施工安全；3.5.2.3 初支空洞處理：支護與圍巖之間若存在空洞,會影響圍巖結構整體性和穩固性,并會改變支護應力結構,對結構支護能力產生不利影響,增加后續施工和后期隧道行車安全隱患；因此在初支施工期間,若檢測到初支空洞,應及時采用打孔預埋泵送管,向空洞內泵送C20 砼；3.5.2.4初支完成后,每5m 在拱頂和拱腰處布設沉降觀測和周邊收斂點,待數據穩定和初支斷面滿足設計要求后,即可進行后續二襯施工。

4 結論

本文結合具體工程,探討了隧道初支變形和二襯結構開裂病害治理的二襯與初支置換施工技術要點,結論如下：

4.1 在搭設臨時鋼拱架支撐時,工字鋼兩頭落腳處設置縱向鋼板,并將之與工字鋼焊接固定,提高了拱架整體受力均衡性。

4.2 在注漿施作過程中,應注意注漿異常處理,若注漿壓力突然增高,應立即停止注漿作業,并馬上換注清水,待注漿泵恢復正常時,再重新開始注漿作業；當吸漿量過大,注漿壓力始終保持低位時,應及時調整注漿濃度,適當增加凝膠速度,并合理減小注漿量和注漿壓力,或合理采用間歇式注漿。

4.3 初支破除施作過程中,應合理確定施工時振幅和次數,避免擾動圍巖；破除施作完畢,應及時修整圍巖斷面,并噴設混凝土保護層；初支重支后,應重視空洞處理,及時采用C20 砼泵送回填。