一、前言
大部分的黄土具有湿陷性,下沉稳定的黄土在受水浸湿后,土结构迅速破坏,并产生显著下沉,对隧道施工产生巨大的威胁.因此,选择怎样的施工工艺、工法,这个将直接关系到黄土隧道施工的安全、稳定,而我局晋中南项目部大部分隧道恰好为黄土隧道,本文结合历年来前辈们对黄道的施工方法及工艺要点,希望能给正在施工的黄土隧道的施工员一点点启示和帮助.
图1三台阶七步流水法动画效果图
图2三台阶七步流水法现场效果图
目前,黄土隧道开挖一般采用三台阶七步流水法(图1、图2).该方法由中铁十二局集团首创,广泛的应用在黄土隧道施工中,能很好的满足黄土隧道的施工要求.开挖顺序如图2中数字所示.其中第1步为上台阶环形土开挖,留核心土.2与3错开2~3m,4与5错开2~3m.第6步为依次开挖上、中、下核心土,第7步为隧底开挖.
黄土隧道施工的原则:管超前,短进尺,强支护,严治水,早封闭,勤量测.下面将从以上6个方面对黄土隧道施工技术进行总结.
二、详细论述
1.管超前
1.1超前管棚
管棚法被认为是隧道施工中解决冒顶最有效最合理的方法.黄土隧道进洞和出洞必须设置超前管棚.掘进过程中根据实际情况选择是否需要打超前管棚.超前管棚的设置需要把握的主要是管棚的布眼、外插角和环向间距.管棚的直径按设计选取.如需连续设置管棚,管棚的搭接长度不小于1.5m.如果管棚长度不够需连接加长,优先考虑螺纹连接,也可以采用套管焊接,但不允许对焊后直接使用.
1.2超前小导管
超前小导管一般采用直径38~50mm的无缝钢管制作.在小导管的前端做成约10cm长的圆锥状,在尾端焊接直径6~8mm钢筋箍.距后端100cm内不开孔,剩余部分按20~30cm梅花形布设直径6mm的溢浆孔.施作超前小导管应该注意的问题有:注浆眼的布置、外插角、孔口止浆封堵、注浆压力控制等.小导管需配合钢拱架使用,按布置的注浆眼位置焊穿钢拱架中隔板钻眼,完成后将导管顶入岩层.打入后用塑胶泥封堵孔口导管与孔壁间隙,并在导管附近及工作面喷混凝土,以防止工作面坍塌.注浆过程
随时观察注浆压力,防治堵塞、跑浆.
2.短进尺
根据《铁建设【2010】120号》文,为保证施工安全,隧道开挖进尺一次不宜过大,包括台阶、边墙、仰拱等.
隧道各部位每循环进尺数
上台阶 V级围岩不大于1福,IV级不大于2边墙 不大于2仰拱 不大于3m
另外,安全步距作为一个“红线”问题,必须单独指出.黄土隧道一般为IV、V级围岩,安全步距必须满足:
围岩等级 二衬到仰拱不大于(m) 二衬到掌子面不大于(m)IV级 35 90V级 35 70
当隧道安全步距不满足要求时,必须停止掌子面掘进,加快施作仰拱和二衬,待满足条件后方可继续施工.
3.强支护
3.1初期支护
初期支护包括超前管棚、超前小导管、初喷混凝土、钢筋网、钢拱架、系统锚杆、锁脚锚杆等.
(1)初喷混凝土
初喷混凝土厚度为4~6cm,要求表面平整、圆顺,应严格控制好外加剂掺量.拱部喷射混凝土必须回填密实,不得有空洞.待铺好钢筋网、架好钢拱架后复喷至设计厚度.
(2)铺设钢筋网
钢筋网一般采用HPB325钢筋,直径为中6或中8,要求在洞外加工成
20cm×20cm网格状,每片加工面积不宜小于1m².钢筋网应随受喷面起伏铺设,搭接长度为1~2个网格.
(3)铺设钢拱架
钢筋网布设完后,架设钢拱架,钢拱架一般采用工字钢或格栅钢架,如采用格栅钢架必须设“8”字结.钢拱架应与围岩紧密相贴,不能紧贴的用高标号混凝土预制块填塞顶实.钢拱架架设要求注意6个方面的问题.
①拱架标高
②钢拱架横向尺寸
③钢拱架垂直度
④钢拱架的连接螺栓
③钢拱架各单元连接处松散物及虚碴的处理
③钢拱架间距
(4)系统锚杆
系统锚杆的布设沿隧道径向,一般为梅花型布置.系统锚杆作业必须是喷射混凝土厚度达到10~12cm后进行,且一定要使用垫板,垫板焊接在钢拱架的腹部,以便加强钢拱架的稳定性,提高其刚度.
(5)锁脚锚杆
锁脚锚杆在黄土隧道的施工非常关键,必须按设计长度、数量随钢拱架的作业及时跟进.锁脚锚杆要在端头加工成L型弯钩或者U型焊接在钢拱架上,下插角一般为30°,确保焊接质量,确实起到锁脚作用,防止钢拱架下沉过大.
3.2仰拱
根据《铁建设【2010】120号》文,仰拱开挖前必须完成钢拱架锁脚锚杆的施作.隧底开挖采用全幅分段施工,每循环开挖不超过3m,上面铺设仰拱栈桥.开挖后及时清除虚碴、杂物、泥浆、积水,立即初喷3~5cm厚混凝土封闭岩面,安装仰拱钢架,复喷混凝土至设计厚度,使初支及时
封闭成环,应当引起重视的是,拱脚严禁被水浸泡.被浸泡的拱脚黄土会因湿陷性大幅沉降,造成钢拱架等初支的悬空,无着力点,极易发生塌方.
3.3二次衬砌
二次衬砌应确保其密实度和外观质量,在模板台车上加设附着式振动器,并按设计要求在拱顶布设纵向注浆花管,紧贴初期支护混凝土面,孔位向上,在二衬混凝土外留注浆孔.同时应加强对衬砌台车的支撑.二衬混凝土应严格把握混凝土坍落度度、搅拌时间、振捣时间.已施工后衬砌表面缺陷部位要立即整修,重点是施工接缝部位,修整时禁正大面积抹浆粉刷,做到混凝土表面光滑平整,颜色一致.确保二衬钢筋的直径和间距,同时控制好钢筋保护层厚度.
4.严治水
大部分的黄土具有湿陷性,因此水成为黄土隧道施工的一个重要的不稳定因素.隧道施工前应做好地质检测,对隧道的含水情况有一个大致的了解,方便及时做好准备和调整施工方法.
4.1洞口防排水
隧道进洞前应做好洞顶及洞口防排水系统.排水沟用钢筋混凝土铺砌,防治地表水及施工用水下渗.及时施作洞门是确保洞口段稳定的一个好方法.
4.2洞内防排水
洞内情况远比外面复杂,除了传统的“防、排、堵、截”治水方法,如:铺设止水带、防水板、排水盲管、中央排水沟,水量过大时设置集水井、降水井、机械抽水、预打小导管排水等之外,我们还可以做到:
①预注浆