陜西隧道洞口偏壓淺埋段施工技術方案(14頁).doc
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2022-08-08
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1、XX隧道洞口偏壓淺埋段處理方案1 工程概況線路全長15.1km。該段概算投資9.23億元,計劃工期18個月。 2 地質及工程情況2.1 地質情況隧址區地形起伏,山勢險峻,隧道軸線與黃土梁峁走向近于垂直,出口段為三疊系中統銅川組基巖,巖石破碎嚴重,穩定性較差。隧道上部地表暴露第四系上更新統風積黃土,厚度約10米,第四系中更新統風積黃土在隧道上部偶有出露,期間存在數層古土壤,呈褐黃色、棕紅色,結構致密,偶見大孔隙,堅硬硬塑。地下水主要為松散巖類空隙潛水和基巖裂隙水,洞口段水量較豐富。2.2 工程原設計狀況及變更設計XX隧道右線出口端明洞口設計里程為YK41+075,設計暗洞進洞里程為YK41+062、5,原設計出口采用超前大管棚支護進洞,管棚1088,長度40米。為了盡量減少占地該隧道多次改線,原設計的洞口位置也相應調整。原設計的進洞方案因時間倉促未做修改,進場后經現場實測YK41+065洞頂高出原地面約1米,由于洞口段山體地勢呈向線路右側緩傾的單面坡,所以洞右側拱部高出原地面約2米,左側深埋。通過對現場地形測量計算,YK41+065YK41+060段管棚將基本外露。從YK41+035開始洞頂覆蓋層達到約10米厚。對YK41+063中心拱頂及中心拱頂右側6.5米兩處點向下鉆探知,山頂坡積黃土厚分別為13米、13.5米,坡積土下部為基巖。詳細地形測量及洞口照片見后附圖1-3。3 施工方案為了3、保證進洞安全,在原設計超前大管棚支護進洞基礎上增加了偏壓擋墻、地表注漿安全措施,制定了地表注漿偏壓擋墻超前管棚回填暗洞開挖的施工順序方法。3.1 地表注漿由于洞口圍巖破碎,穩定性差,而且圍巖的產狀對進洞施工影響較大,因此必須對洞口及地表進行加固。地表注漿加固的作用是增強土體相互嵌接,提高土體自撐能力。在地表沿垂直于地表方向施打導管(50mm)并注漿,導管長度以達到拱部開挖線為準。由于導管在注漿后對拱部以上一定范圍的土體有懸掛牽引作用,從而加強土體在開挖后的整體作用和自穩能力。地表注漿的范圍為縱向:40米(YK41+025-YK41+065),橫向:隧道中心線左右各15米(其中YK41+025-4、YK41+065段右側15米,左側5.4米)。間距2米2米,梅花形布置。深度至拱頂開挖線位置,梅根長度由橫斷面圖確定,管壁四周每隔15厘米交錯布眼,眼孔直徑8毫米。注漿孔布置圖如下: 施工方法工藝流程:平整場地孔位放樣鉆孔清孔注漿管安放堵塞注漿孔口間隙水泥漿制作開始注漿檢查注漿效果。1.先測量放樣定出準備的地表加固范圍,然后進行原地面清表。根據設計圖紙進行孔位放樣,并對每個孔深進行書面交底。2.鉆機鉆孔 采用直徑100mm地質潛孔鉆機鉆孔。鉆機就位后鉆孔的深度根據鉆孔平臺(或地面)標高與隧道開挖線確定,鉆孔要求定位精確、豎直、圓順,各點深度以現場測量為準。3.清孔下管用小直徑鋼管對鉆孔進行清理5、。力求做到孔內無渣,無粉塵。管材采用505mmPVC管,根據現場實際情況決定長度,管四周每隔15cm鉆8mm鉆小孔,按梅花形布置。4.止漿塞及止漿盤止漿塞采用PVC高強花管管口,并留兩個小孔。PVC管安裝入孔后,管尾端地面開挖直徑0.5m深0.2m的凹坑,用C15混凝土回填至地面作止漿盤。5.注漿施工在花管內注入水泥漿,注漿壓力為3MPa,注漿后結束后用水泥漿填充花管。其注漿參數及步驟如下:注漿管采用PVC管,注漿間距2米2米,呈梅花型布置。漿液材料選用:純水泥漿,水灰比為1:1,漿液的擴散半徑為1.5米。注漿壓力是給予漿液在土層中滲透、擴散、劈裂及壓實的能量,其大小決定著注漿效果的好壞和費用6、的高低。本注漿巖性屬于風化裂隙巖石(上部為土),注漿壓力初壓為0.51.0MPa,漿液終壓控制在1.53.0Mpa。單孔注漿量:由圍巖的孔隙率確定,施工時可按下式控制 其中:Q-漿液注入量 R0-注漿有效擴散半徑(3.13.6) l-注漿段長度(m) n-巖體裂隙率或孔隙率(1.3%1.8%) -漿液的充盈系數(0.30.9)1:1水泥漿用量:根據單孔注漿量計算公式,算出漿液理論用量,依此反推水泥理論用量,在注漿過程中應以實際發生量為準。漿液攪拌過程中嚴格按配合比下料,以確保漿液質量與強度。注漿機就位:就位時應考慮場地的布局合理,安放應平穩牢固,底座下可墊設木板并用抓釘嵌牢,以增強注漿機的穩定7、性。安止漿塞:注漿前在管口加設止漿盤,將管端穩固。止漿塞的作法:在管口接10mmPVC板,上鉆排氣孔與注漿孔,具體結構尺寸詳見下圖:注漿:注漿前檢查注漿泵、管路及接頭的牢固程度,防止漿液沖出傷人。注漿泵先在現場進行運轉實驗,工作壓力滿足注漿壓力后可進行注漿。注漿液為1:1水泥液漿,注漿時應根據地質的變化而采取不同的角度注漿。注漿過程中,值班人員在現場嚴格控制注漿初壓、終壓、注漿起止時間及注漿量,并隨時作好記錄。當出氣孔冒漿,終壓達到設計要求時,即可結束注漿。工藝流程如下圖所示。清 孔鉆機鉆孔測量布孔平整場地注 漿安止漿塞下PVC管管注漿后用水泥砂漿填充以增強其受力與強度。堵口時可采用膠皮管用鐵8、絲擰緊或采用木楔塞實。注漿施工工藝流程:采用ZBW-80型注漿泵進行注漿,注漿工藝流程如下圖:水泥漿注漿泵高壓水泥漿壓力表巖體 注意事項1.頂管完成后,各項技術指標經監理檢查達到設計要求后方可開始注漿。注漿時應密切監視壓力的變化,發現異常及時處理。2.注漿注意防止串漿和跑漿,若發生串漿或跑漿要停止注漿,分析原因及時解決。3.注漿順序:先灌注邊孔,使松散的圍巖形成一個相對封閉的注漿環境,達到不露漿、不跑漿;然后依次向內推進。每排注漿孔中,間隔交替注漿。根據實際的地質條件,注漿方式采用分段前進式注漿。4.注漿結束:進漿量小于2.22.5L/min;注漿壓力逐步升高,達到設計終壓后穩定10 min以9、上。5.鉆孔孔位嚴格按設計孔位開孔,孔口位置偏差不超過孔深1%,注漿參數必須通過試驗確定最優方案。注漿過程要時刻注意注漿壓力的變化,如注漿壓力突然增大或減小,應停機檢查,查明原因后方可進行。注漿結束后,應采用最大注漿壓力封閉一段時間。3.2 偏壓擋墻XX隧道右洞出口處地形起伏較大,地表覆蓋黃土。根據現場實際情況,判定山體地表覆蓋層有向下滑動趨勢,為此在洞口山體外側施做反壓擋墻,并在隧道頂部回片石混凝土,防止由于淺埋造成的隧道失穩。因隧道口緊鄰河道,根據探測黃土覆蓋層較厚(約10米),所以反壓擋墻采用C25鋼筋混凝土樁基礎,樁長13米(保證樁嵌入微風化巖層3米),擋墻范圍YK41+065YK4110、+050,采用C25鋼筋混凝土,擋墻內側隧道頂部采用C10片石混凝土回填。反壓擋墻圖如下:擋土墻結構示意圖施工方法擋土墻基礎施工前要做好排水,防止地表水、地下水流入基坑。基坑兩側要較擋土墻底板寬出不小于50cm。特別是靠近山體側要采取必要的安全防護,確保安全。基礎梁采用整體澆注,擋墻采用分段澆注方法,每段5米。(注:鋼筋圖中N1鋼筋要貫通第一次施工耳墻周邊,對稱增加二襯中N3、N4鋼筋,確保二襯鋼筋完整。N13鋼筋要留夠接茬長度貼在模板內。)3.3 超前大管棚 管棚的作用原理是通過管棚注漿支撐開挖土體,管棚在土體內形成棚架結構,通過掌子面后未開挖的土體和鋼拱架對已開挖的土體進行支撐。 頂部采用11、108長管棚支護,并設C25鋼筋砼護拱,長度為 2米,護拱厚度為0.45m。拱內預埋133導向鋼管,環向間距50cm,仰角1(不包括線路縱坡),鋼管與鋼拱利用25鋼筋固定焊接牢固。 工作程序1.長管棚及套拱施工順序:施工準備測量放出輪廓線立鋼拱架焊導向管套拱砼鉆孔安裝管棚注漿。1.1施工準備疏導洞身附近的水源,砌筑頂溝;增設環型截水溝,攔截地表水;完善排水系統,使地表水盡快順暢地排出洞口范圍。 1.2 測量放出輪廓線施工前,測量人員對洞口附近要進行縱橫斷面測量,根據測量結果找出最佳進洞里程右洞出口為YK41+065,以保證對原地面的破壞程度降至最低。洞門仰坡,根據地質情況用GA2型SNS主動防12、護系統防護,必要時也可采用水平錨桿、掛網、噴砼加固,保證其穩定。測量人員首先放出護拱的開挖輪廓線,先用挖掘機開挖,然后人工修邊。其次測量放樣出隧道設計輪廓線并按 50cm 的間距標出管棚的位置。 1.3立鋼拱架鋼拱架沒有明確規格,是設計文件有說明還是自行設計?按劃出的內輪廓線位置安設,每榀鋼拱架由5節工字鋼組成,端受地形限制計劃分兩次安裝,先安設拱部的3節弧形工字鋼此處的工字鋼是否包在套拱混凝土內?若包在內,則和套拱混凝土底部如何進行連接?若不包在混凝土內是否前后描述有誤。,待該段管棚鉆孔、注漿施工完成后,連接位于下部的右右側工字鋼及底部工字鋼。鋼拱架之間用25mm長度1.0m鋼筋縱向聯接,環13、向間距1.0m,鋼筋間平行布置;為防止鋼拱下沉或發生位移,在拱底砼基礎預埋鋼聯接板,鋼拱與聯接鋼板采用焊接。1.4焊導向管鋼拱架架設必須垂直于隧道中線,上下左右偏差小于2cm。每榀鋼拱架縱向間距0.5m。用全站儀在鋼拱外緣將導向管精確定位,并在鋼拱上刻好標記,導向管采用1334無縫鋼管,每根長2.0m,沿隧道軸線布置,環向間距50cm,外插角度為1,焊接于鋼拱架頂部,用25螺紋鋼做箍筋,加強導向管與鋼拱架的聯接,防止在鉆孔時導向管錯位。1.5套拱砼套拱對于控制鋼管的鉆孔方向至關重要。套拱材料采用 C25的鋼筋混凝土。澆注時利用定制鋼拱架拱胎,拱胎表面鋪設一層膠合板。拱架安裝垂直度允許誤差為2,14、中線及高程允許誤差為5cm。在鋼拱架上,沿隧道開挖輪廓線縱向焊上 133mm 壁厚 4mm導向管,外插角1。焊好后用3cm厚木板支側模和外模,將其固定后灌注護拱砼,砼要振搗密實。1.6鉆孔 首先在洞口搭設腳手架作為鉆機平臺。其次引入水電管線,水壓力不小于3.5Kgcm2,安裝鉆孔機接通水管即可開鉆,必須備有若干個異型接頭,管前端安裝環形鉆頭,一邊鉆孔一邊高壓水將鉆碴沖出。隨著鉆孔進尺應隨時檢查孔眼的方向與仰角,以免超過誤差限度。鉆眼達到設計長度后,檢查管內鉆碴是否沖洗干凈,否則再用較小鉆頭加高壓水在管內鉆除余碴。施鉆深孔時,當第一節鉆桿鉆入巖層,尾部剩余2030cm時停止鉆進,接長第二根鉆桿,15、又重新鉆孔,直至鉆孔達到要求深度(比管棚長0.5m以上)后,按同樣方法拆卸鉆桿,鉆機退回原位。鉆孔時,要確保孔徑比管棚外徑大1520mm。注:如果經常出現塌孔造成成孔后送管困難甚至不能達到設計長度,宜根據實際情況改用跟管鉆進工藝。1.7安裝管棚采用管棚鉆機鉆孔并頂進長管棚鋼管,鋼管接頭應在隧道同一斷面上錯開,縱向同一橫斷面內的接頭數量不大于50%,相鄰鋼管的接頭至少錯開1米。接頭采用外徑98mm長度40cm無縫鋼管內插、點焊連接;并把鋼管打入巖土內,以固定鋼管不易滑出孔口。鋼管插進完畢后,鉆進其它孔眼。鋼管口與孔口周壁用水泥砂漿密封。1.8注漿 其作用是利用漿液的滲透作用和壓密作用將周圍巖體預16、先加固并封堵圍巖的裂隙水,這樣既能起到超前預支護的作用,同時也加強了管棚的強度和剛度。(1)注漿參數:注漿材料及配合比 C20水泥砂,水灰比 1:1水玻璃濃度 35波美度 水玻璃模數 2.4注漿壓力 初壓 0.5- 1.0Mpa 終壓 2.0Mpa( 2 )漿液擴散半徑:不小于 0.5m ; 工藝流程 注漿的技術要求 1 .注漿時一般總是先注無水孔,后注有水孔。在無水地段可從拱腳起順序注漿。注漿速度根據注漿孔出水量大小而定,一般從快到慢。注漿結束時將閘閥關閉,卸下進漿管,進入下一循環。 2.注漿結束的標準:注漿壓力逐步升高,達到設計終壓并繼續注漿 10min 以上;進漿量一般為 20 - 3017、L/min 。注漿結束后及時清除管內漿液,并用 M30水泥砂漿緊密充填管棚鋼管,增強鋼管的強度和剛度。3.時刻注意觀察注漿管周圍防水膠泥變化情況,防止漿液壓力增加時將其沖裂。 4 .注漿過程中隨時檢查孔口、鄰孔、覆蓋層較薄部位有無串漿現象,如發生串漿,應立即停止注漿或采用間歇式注漿封堵串漿口,也可采用麻紗、木楔、快硬水泥砂漿或錨固劑封堵,直至不再串漿時再繼續注漿。注漿過程中壓力如突然升高,可能發生堵管,應停機檢查。 鋼花管制作 管棚材料采用108mm8熱軋無縫鋼管,管節長度3-6m,環向間距50cm。鋼管設置于襯砌拱部,管心與襯砌設計外輪廓線間距大于30cm,平行路面中線布置。管口段4.5m鋼18、管不開孔,其余部分按15cm間距交錯設置注漿孔,孔徑15mm。管頭加工成錐形以便送入,接頭采用內插管連接。為防止漿液倒流,每根管棚尾部均安裝孔口密封閥。 施工工藝流程長管棚施工工藝框圖鉆機就位鉆機固定測量布孔鉆孔及接長鉆桿鉆機退出分節頂進、焊接管棚鋼管管棚鉆機撤出注漿漿液制備效果檢查結束4 處理效果及監控量測注漿后經過對開挖掌子面圍巖觀察發現破碎圍巖縫隙中充滿了漿液,圍巖的完整程度得到明顯改善。為分析注漿效果,在現場布置了監控量測點測量凈空收斂及拱頂下沉,凈空收斂監測結果表明,注漿后隧道斷面凈空收斂穩定速度較快,10天左右即完成變形的70%,20天左右基本完成收斂變形。凈空收斂值較小,最終穩定19、收斂量不到13mm。拱頂下沉與凈空收斂變形具有一致的特征,即前10天即完成拱頂下沉量的70%,20天左右基本完成下沉變形。拱頂下沉值較小,最終穩定量為13mm。這兩項隧道變形結果綜合表明注漿效果明顯。擋墻和超前管棚施做完成后,在隧道頂部回填片石混凝土為暗掘創造了條件,而且在長管棚防護下確保了掘進安全。5 結束語目前該隧道主體已經全部完工,洞口工程等待回填綠化(詳見圖4)。此三種方案也為隧道淺埋偏壓情況提供了良好的解決辦法,適用于隧道口設計不周全,或進洞位置受地形限制的設計。右洞出口(YK41+065YK41+025)淺埋偏壓段通過采取了地表注漿、反壓擋墻、長大管棚三種措施,雖然施工困難和緩慢,但工程進展比較順利,經過多次現場量測,偏壓產生的位移很小,均在合理范圍之內。淺埋偏壓的治理,雖然工程投資增加了,但工程施工安全得到了保證。從長遠看,由于對山體及洞內做了加強處理,為今后隧道運營安全提供了保障。圖片1 XX隧道右洞出口原地形圖圖片2 XX隧道右洞出口原地形圖圖片3 XX隧道右洞出口原地形圖圖片4 XX隧道右洞出口原地形圖(完成)