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摘要:結合某公路隧道工程概況,分析隧道軟弱圍巖常見病害,提出相應的施工方法,并對超前小導管灌注施工、微臺階法、初期支護、底部仰拱、襯砌、地質預報與監測等方面做出研究,希望能為相關工作提供借鑒。
關鍵詞:公路隧道;軟弱圍巖;支護;襯砌
0引言
隧道施工是公路工程建設的重要環節,具體施工方法的選擇關系到安全性、經濟成本等眾多指標。通常情況下,兩車道隧道的施工開挖長度為12~13m,隧道呈扁平狀,選取適宜的施工方法是施工人員需要解決的主要問題之一。由于軟弱圍巖穩定性較差,無法承受較大的壓力,所以存在軟弱圍巖的公路隧道施工對于具體方法的要求更為嚴格。
1工程概況
某公路隧道由東向西延伸,最大填埋深度為318m,長約3169m。通過地質勘察得知,隧道圍巖中碎屑巖成分居多,整體強度低,大多為強風化泥質灰巖,裂隙較發育,淺層風化程度尤為嚴重,圍巖表層存在明顯的剝落現象,而且少數碎石的厚度偏大,不具備完整性,隧道進出口地形平緩,圍巖性質較軟,隧道口邊坡容易出現坍塌,需對其進行支護。隧道淺埋區比重大,隧道頂圍巖厚度小,強度無法滿足支撐條件,易引發坍落或冒頂等現象。
2隧道軟弱圍巖常見病害
⑴隧道形變程度較為明顯,夾雜數據波動的區域在掌子面附近20~30m的段落中,此外,在發生形變的一段時間內,形變發展呈加快趨勢;⑵早期開挖過程中,掌子面出現少量滲水,一段時間或降雨后滲水情況加劇,支護結構隨之發生大范圍沉降;⑶形變區出現較大沉降,隨即出現收斂;⑷隧道拱頂或邊墻出現裂縫;⑸圍巖形變區域出現環向開裂;⑹收斂最大處上的工字鋼架出現扭曲變形,支護結構開裂,伴隨混凝土脫落;⑺形變時間久,據測量得知,隧道在實施襯砌施工前始終沒有處于穩定狀態。
3公路隧道軟弱圍巖的施工方法
3.1超前小導管灌注施工
由于公路隧道圍巖結構不穩定,形變速度快,壓力大、自穩周期短暫,在施工時或施工后容易造成坍塌等事故。根據隧道工程的實際情況,決定使用超前小導管等方式對圍巖進行灌漿加固。本工程選用長度為3m、外徑保持在42mm的導管進行支護,導管設置間距為0.4m,環形套管中共含有37支導管,每隔1.5m設置一環,縱向連接長度不得低于1m,外插角度保持在10°~15°之內,導管末端直接焊接在鋼筋架上。漿液使用水泥砂漿,水泥、石灰用量相同,外摻水玻璃,摻量為5%總重。注漿孔設置完成后方可開始壓漿,漿液受壓可迅速進入巖體,使其破碎結構充分黏結,以形成高強抗滲的整體結構[1]。
3.2微臺階法
公路隧道開挖施工運用微臺階法,整個斷面按3層進行開挖,上層臺階的長度為4~5m,高度為4.8m。每開挖兩榀即進尺1.0m;在對下層臺階進行開挖時,先挖出右側雛形,兩榀為一級分級進尺,左側稍落后,約三榀,進尺與右側相同;仰拱開挖緊跟臺階進行。開挖時,應對爆破進尺進行準確控制,將上層臺階進尺情況作為基礎指標;臺階開挖需同步推進;控制交錯距離,確保拱架有一只拱腳觸地,否則會引發掉拱事故。若隧道圍巖破碎情況嚴重,應適當縮減進尺,每次只能開挖出0.5m。
3.3初期支護
開挖結束后立即進行初期支護,以免圍巖風化釀成事故。為減少圍巖暴露時間并預防其出渣擾動,可運用初噴漿方法。初噴厚度通常為5cm。該隧道初期支護使用錨噴法,選用特定鋼拱架,按間距50cm分布,拱架由Ф22鋼筋串接,串接鋼筋環向距離100cm;錨桿與串接鋼筋相同,長度為3m,按梅花形布設,間距1m;鋼拱架后方設置鋼筋網,共兩層,由Ф8鋼筋圍編而成,網格20cm;共噴射C20混凝土約26cm。為方便鋼拱架安裝,可按每榀五節分節制作,其中上層臺階三節,其余各一節。由于該隧道圍巖十分軟弱,拱底承載能力無法滿足設計要求,鋼拱架在完成安裝后會立即出現沉降,混凝土澆筑環節耗時較長,對施工進度造成較大影響,因此應在拱架安裝以前提前做好砼塊。隧道多段鋼拱架為進行落底封閉,拱腳與地面垂直,雖具有增加受力面積的作用,但水平方向上的收斂阻力較小。隧道圍巖處壓力過大,導致拱架出現明顯移動,致使混凝土結構開裂。在不更改腳板的前提下,可在拱架內部設置長度為1m的小型拱架,同時配備腳板,以提高水平作用力,同時在拱腳位置加設鎖定錨桿,即可有效解決上述問題,控制收斂。隧道滲漏水情況嚴重的區域中,錨桿應改選Ф42導管,運用徑向注漿法促使圍巖形成整體,以實現防水效果,減少圍巖所受壓力[2]。
3.4底部仰拱
早日成環是運用微臺階法的宗旨,及時對落底進行封閉成環是保證早期結構穩定可靠,避免沉降與收斂的捷徑之一。仰拱初期支護應與開挖掌子面緊緊跟隨,單次開挖長度不宜過大,完成開挖后的路段應立即設置鋼拱架,同時噴上混凝土完成封閉,如果開挖后的路段未得到上述處理,則在長時間的暴露情況下容易出現失穩、沉降或收斂。針對不存在仰拱段的路段,仰拱應低于下層臺階約15~20m,這樣主要是為出渣提供便利條件,滿足車輛活動要求即可,不宜過長。仰拱施工以前,應徹底清除拱底雜物,同時進行排水設置,將隧道中的滲透水引排到仰拱段之外,隨后方可進行澆筑施工[3]。
3.5襯砌
該隧道運用復合式防水襯砌。襯砌結構由C25防水混凝土澆筑而成,抗滲等級可達S8。防水設計將排水作為核心,充分結合防水與排水,遵循結構自身防水這一基本原則,強化混凝土結構自身的防水、抗滲性能,同時將伸縮縫與變形縫作為主要防范對象,通過加設防水層等方式予以輔助。一襯與二襯之間會存在一定的空隙,在此空隙中設置透水管,并在外墻側鋪設排水管。襯砌施工需要在隧道圍巖保持穩定的條件下進行,襯砌混凝土的澆筑要點為:⑴各量測內容變化情況趨于穩定,圍巖保持平穩;⑵已完成位移達到預期限度的90%左右;⑶襯砌周邊位移速度不超過0.10~0.20mm/d,且拱部沉降速度低于0.07~0.15mm/d,及時進行封閉成環。
3.6地質預報與監測
地質預報在實際施工過程中有著十分重要的作用。它可以對地質情況進行十分清晰的預測,并提供必要的數據參考,施工方可以據此提出適宜的施工方案。該隧道在施工過程中利用了TSP系統,可實現150m超前預測,具有不可替代的重要作用。施工監測同樣具有重要作用,實際的沉降、收斂數據可以為支護參數的改善提供必要的指導,并對具體方案進行檢驗,以充分保證施工安全。
4結語
在公路隧道的軟弱圍巖中,由于其有沉降量大、形變不規律、穩定性差等問題,使得基于軟弱圍巖展開的隧道施工難度極大,稍有不慎就會造成坍塌等事故。為此,在施工以前必須制定細致且切實可行的方案,開挖過程中需嚴格遵循“導管超前、規范注漿、縮短進尺、加強支護、及時封閉、多次量測”等基本原則,并在施工過程中運用與實際情況相適應的方法,充分發揮出預報系統與監測單元的主要作用,進而從根本上保證隧道施工安全。
參考文獻:
[1]關寶樹.隧道工程施工要點集[M].北京:人民交通出版社,2003.
[2]唐穎.公路隧道軟弱圍巖施工方法的探討[J].現代隧道技術,2007,44(8):68-71.
[3]黃波.公路隧道軟弱圍巖開挖方法研究[J].施工技術,2004,33(10):28-30.
作者:劉海奇 單位:貴州橋梁建設集團有限責任公司