特大跨超淺埋隧道施工技術(shù)

特大跨超淺埋隧道施工技術(shù)1工程概況

輕軌較新線是重慶市輕軌規(guī)劃中的主要組成部分,是國家確定的西部開發(fā)的十大基礎(chǔ)設(shè)施項目之一。由中鐵十一局五處承建的輕軌大坪車站隧道位于重慶大坪。大坪車站隧道起訖里程為DK7+658.20～DK7+739.5,全長為81.3m,縱坡為3‰,為超淺埋地段Ⅲ類圍巖。襯砌斷面采用大拱腳薄邊墻隧道結(jié)構(gòu),邊墻底部開挖寬為21.88m,隧道開挖高度為17.86m。地表有7～9層磚混結(jié)構(gòu)的民用住宅樓,要求爆破震速小于2cm/s,隧道質(zhì)量達到不滲不漏、Ⅰ級防水標準。

112地質(zhì)概述

DK+658.2～DK7+739.5段洞頂巖體厚4～15m,成洞條件較差,圍巖為泥巖夾砂巖,風(fēng)化帶泥巖的自然抗壓強度為8.6MPa,巖石飽和強度為5.4MPa;微風(fēng)化帶泥巖的自然抗壓強度為14.4MPa,飽和強度為9.9MPa;砂巖的巖石飽和抗壓強度為28.3MPa,巖體完整性系數(shù)為0.83;隧道涌水量為159m3/d。

2施工方案確定

由于該隧道為超淺埋隧道,圍巖自身承載能力差,呈松散狀態(tài);地表有較為密集的7～9層磚混結(jié)構(gòu)的民用住宅樓;以及該隧道具有跨度大、泥巖風(fēng)化嚴重、砂巖節(jié)理發(fā)育,受構(gòu)造影響,巖層裂隙水發(fā)育;地表外荷載和圍巖壓力主要集中在隧道拱部。為避免隧道拱部垂直壓力過大,造成隧道拱部下沉過多,危及地表建筑物的安全,在施工中采用以控制隧道拱部下沉變形為主的開挖方式,參考目前國內(nèi)外類似大跨地下工程實例及以往的施工經(jīng)驗,針對重慶輕軌大坪車站隧道超淺埋圍巖特點和確保地表建筑物的安全,采用上半斷面雙側(cè)壁導(dǎo)坑正臺階法下半斷面分部臺階法施工,能最大限度地減少對圍巖的擾動,減少地面沉降,有效地控制圍巖變形和保護圍巖的天然承載力。

3施工方法與施工工藝

311施工工藝流程(見圖1)

(1)先沿隧道拱圈外側(cè)施作大管棚,在大管棚預(yù)支護和小導(dǎo)管注漿條件下,展開上半斷面左右兩側(cè)壁導(dǎo)坑的掘進,為盡量減少對圍巖的擾動,右側(cè)壁導(dǎo)坑滯后左側(cè)壁導(dǎo)坑15～20m。

(2)上半斷面左右導(dǎo)坑采取正臺階分部開挖。先作左右導(dǎo)坑上半斷面超前中空錨桿,再進行左右導(dǎo)坑上半斷面環(huán)形土開挖,在施作環(huán)向錨桿、掛網(wǎng)和初噴混凝土以及左右導(dǎo)坑下半斷面超前中空注漿錨桿后,開挖左右導(dǎo)坑兩側(cè)壁土石方和施作初期支護,在左右導(dǎo)坑拱部初期支護和中隔壁臨時鋼拱支撐完成后,開挖導(dǎo)坑上半斷面核心土。

(3)導(dǎo)坑掘進15～20m后,進行中隔壁正臺階上半斷面土方開挖。

(4)在中隔壁拱部斷面錨噴支護基本穩(wěn)定后,立模襯砌拱部混凝土。

(5)在拱部混凝土保護下,進行上半斷面中隔壁正臺階下部核心土開挖。

(6)在隧道上半斷面掘進30～35m后進行下半斷面施工。在認真加固拱腳,打設(shè)拱腳錨桿,加強型鋼的鋼架縱向連接,使上部超前和初期支護與圍巖聯(lián)成完整體系;下部開挖后必須立即噴射混凝土,支護緊跟,盡量單側(cè)落底或雙側(cè)交錯落底,避免上部斷面兩腳的拱腳同時懸空;落底長度為2～3m,并不得大于4.50m。

312超前支護

該隧道超前支護采用超前長管棚及小導(dǎo)管注漿加固圍巖。

31211超前長管棚

(1)套向架施工

在拱部開挖線外緣設(shè)三榀20b工字鋼,在工字鋼頂部點焊固定31212超前小導(dǎo)管注漿見圖2。在大管棚預(yù)支護條件下開挖作業(yè)過程中,若遇到局部地段圍巖仍處于松散狀態(tài)自穩(wěn)能力較差時,采用超前小導(dǎo)管注漿加強對圍巖的注漿固結(jié)。

小導(dǎo)管采用31512噴射混凝土

(1)采用TK2961濕式噴射機,其工作風(fēng)壓大于0.5MPa為宜,以利于克服拌和好的混凝土在管道內(nèi)流動的阻力。

(2)拱部噴射混凝土厚40～55cm,厚度較大,采用噴射方式難以達到其設(shè)計厚度,故采用模噴混凝土方式進行施工,隧道拱部徑向錨桿、掛網(wǎng)和20b工字鋼鋼架安裝和焊接后,進行掛作業(yè),采用2根Φ16鋼筋置于與型鋼鋼架相應(yīng)的位置,將模板置于鋼筋與鋼架之間,再用12#鐵絲將型鋼鋼架與鋼筋捆結(jié)牢,確保模噴混凝土的厚度。

(3)混凝土噴射應(yīng)分片依次自下而上進行,并先噴型鋼格柵與壁間混凝土,然后再噴兩鋼筋格柵之間混凝土;爆破作業(yè)時,噴射混凝土終凝到下一循環(huán)放炮間隔時間不應(yīng)小于3h;噴射混凝土2h后應(yīng)養(yǎng)護,養(yǎng)護時間不應(yīng)少于14d,當(dāng)氣溫低于+5℃時,不得噴水養(yǎng)護;噴射混凝土施工區(qū)氣溫和混合料進入噴射機溫度均不得低于+5℃。316防水施工

31611防水層

(1)巖面整修

防水板鋪設(shè)前,先測量長度、修整基面,砼噴面是不光滑的,或者凸出的鐵線、鋼管架,應(yīng)進行整修處理,整修方法和標準如下:①噴射面的凹坑,用砂漿或補噴砼找平,或采用鑿打凸起處,直至矢跨小于1:5,以防防水板被拉裂。②鋼筋、鐵線先掐斷,后鉚平,然后用灰漿抹平,以防防水板被鈍器刺破。③當(dāng)有凸出螺栓時,先割掉帽外的多余螺栓,再用塑料帽覆蓋栓頭,塑料帽的外弧半徑R≥30mm。④基層面陰角,陽角處應(yīng)做成100mm圓弧或50×50mm鈍角;⑤基層面應(yīng)干燥,含水率不宜大于9%。

(2)防水板鋪設(shè)方法

①用腳手架鋼管自制簡易操作架、利用操作架作為操作平臺。②將無紡布緊貼巖面平鋪,用射釘槍固定,固定釘與無紡布間設(shè)熱熔襯墊。③將EVA樹脂防水卷材,鋪在無紡布外,并用手動熱熔接器在熱熔襯墊處將EVA與無紡布連接。④先在隧道內(nèi)拱頂彈出中心線,將預(yù)先卷好的EVA防水卷材環(huán)向展開,縱向采用無釘連接,前后兩圈EVA搭接長度不小于8сm,采用手動熱熔接器雙道粘合,留加壓孔道。⑤質(zhì)量檢查:先堵住熔接時留的空氣道的一端,然后用空壓機從另一端加壓,壓力表顯0.1～0.15MPa時停止加壓,以壓力維持2min以上則說明完成粘合。否則用檢測液找出漏氣部位,修補后再次加壓檢測。

317二次襯砌

31711拱部支架

1.(1)拱部二次襯砌采用自制拱架支撐,組合鋼模板,頂部利用核心土加豎撐支撐,拱架下部利用腳手架鋼管拼裝成的軌行式桁架支撐,長度為4m,模板采用60×150cm鋼模,每次拆卸模板、拱架及連接件均放置在支撐架和核心土頂部。

(2)采用60×20×16cm枕木、間距為45cm,鋼軌采用43kg/m,軌距為3.5m。鋪枕木前用C15砼找平枕木帶,以便受力均勻。

31712邊墻支架

邊墻支架采用型鋼、鋼管和螺旋支撐組成,邊墻豎帶采用I16a工字鋼制作,門式框架采用I10槽鋼和L75×75×6角鋼,支撐采用(1)先在大拱腳處及溝槽側(cè)壁按設(shè)計要求進行噴錨支護,并在溝槽底部和另一個側(cè)壁噴3～5cm的C20砼,以防溝槽積水浸泡圍巖。

(2)大拱腳處鋪設(shè)與設(shè)計同標準的防水板和無紡布各2層,無紡布鋪在上層與鋼筋底部鋼墊板直接接觸,防水板及無紡布下料長度要預(yù)計至設(shè)計起拱線以下2m。

(3)大拱腳以下防水板,在起拱線以下60cm處將剩余的防水板和無紡布折疊在靠邊墻與邊墻主筋之間,裝在防水板保護套內(nèi),保護套用0.75mm的鐵皮作成。

(4)邊墻鋼筋按設(shè)計及規(guī)范對接頭數(shù)量的要求插入溝槽內(nèi),確保鋼筋接頭數(shù)量在同一截面的不超過總接頭數(shù)的50%,并留足規(guī)范要求長度,為了避免鋼筋焊接時燒壞防水板,故采用墩粗直螺紋機械連接。

(5)鋼筋綁扎結(jié)束后,在溝槽夯填河砂,一定要夯實,以免在灌注砼時下沉。

(6)在溝槽砂頂抹低標號水泥砂漿,待水泥砂漿具有一定強度后方向灌注二次襯砌砼。

319圍巖監(jiān)控量測

根據(jù)新奧法的基本原理,必須對圍巖實行監(jiān)控量測,其目的在于掌握圍巖動態(tài),對圍巖穩(wěn)定性作出評價;確定支護結(jié)構(gòu)形式、支護參數(shù)和支護時間;了解支護結(jié)構(gòu)的受力結(jié)構(gòu)和應(yīng)力分布;評價支護結(jié)構(gòu)的合理性及其安全性,以確保施工安全和防止地表下沉。31911監(jiān)控量測內(nèi)容與頻率(詳見圖5)

(1)巖體爆破地面質(zhì)點振動速度和噪聲:采用DSVm24C測振儀1臺,89122拾振儀4臺,筆計本電腦一臺等設(shè)備,按質(zhì)點振速根據(jù)結(jié)構(gòu)要求設(shè)點,噪聲根據(jù)規(guī)定的測距設(shè)置,隨爆破及時監(jiān)測。

(2)地表、地面建筑、地下管線及結(jié)構(gòu)物變化:采用水準儀和水平尺按每10～20m一個斷面、每斷面7～11個測點測量。

(3)拱頂下沉:采用水準儀、鋼尺等按每5～10m一個斷面,每斷面1～3個測點進行測量。

(4)周邊凈空收斂位移:采用隧道凈空收斂計按每5～10m一個斷面,每斷面2～3個測點進行測量。

(5)型鋼內(nèi)力:采用支柱位移計、其它測力計按每30榀工字鋼鋼架設(shè)1對測力計進行測量。

(6)地表、地面建筑、地下管線及結(jié)構(gòu)物變化、拱頂下沉,周邊凈空收斂位移,型鋼內(nèi)力的量測頻率為開挖面距量測斷面前后5B時1次/周。

(7)地表沉降觀測點:在線路中線兩側(cè)每2～3m設(shè)一個測點,中線附近密,遠離時逐漸變稀,每側(cè)布置不少于6個測點,測點布置要牢固,并作明顯標志。

31912收斂計算

t時刻周邊收斂值:ut=10-lt+xt1-xt0每隔一段時間根據(jù)實測數(shù)據(jù)繪制位移—時間關(guān)系曲線,并進行回歸分析,得出回歸方程ut=A.+Bt,由此推出最終時刻的收斂值。

31913監(jiān)控與量測

(1)一般情況,測點距開挖面應(yīng)小于2m,測點埋設(shè)后,初次量測時間應(yīng)在上次爆破掘進后24小時內(nèi),下次掘進之前進行。每一次量測初讀數(shù)應(yīng)反復(fù)測讀,當(dāng)連續(xù)量測3次的極度差R<0118mm后,才能繼續(xù)爆破掘進。

(2)圍巖和初期支護結(jié)構(gòu)基本穩(wěn)定應(yīng)具備下列條件時,方可停止測量:①隧道周邊收斂速度有明顯減緩趨勢;②收斂量已達總收斂量的80%以上;③收斂速度小于0.15mm/d或拱頂位移速度小于0.1mm/d。

(3)隧道施工中出現(xiàn)下列情況之一時,應(yīng)立即停工,采取措施進行處理:

①周邊及開挖塌方、滑坡及破裂;②量測數(shù)據(jù)有不斷增大的趨勢;③支護結(jié)構(gòu)變化過大或出現(xiàn)明顯的受力裂縫且不斷發(fā)展;④時態(tài)曲線長時間沒有變緩的趨勢。

(4)為保持圍巖本身的支持能力,隨時注意觀察支護的變化狀況、防止圍巖出現(xiàn)過大的變形。對支護進行量測,評定其可靠性。在拱部、邊墻等部位設(shè)置觀測點,進行位移一時間關(guān)系的量測,隨時反饋信息,一旦發(fā)現(xiàn)位移增長率突變等反?，F(xiàn)象,位移值超過允許的范圍而仍無停止趨勢,應(yīng)及時采取加強措施,通過量測指導(dǎo)噴射砼的厚度。

(5)同時觀察洞內(nèi)圍巖風(fēng)化、裂隙的發(fā)育趨勢以及地下水情況及噴射砼的效果。

(6)在可能產(chǎn)生