高速公路黃土隧道出洞方案

2021-08-08 04:01:03 字數 3994 閱讀 5350

磨灣1#隧道左線出洞方案

1. 隧道概況

呂梁環城高速公路磨灣1#隧道位於山西省呂梁市離石區信義鎮磨灣村,隧址位於黃土殘垣丘陵區,圍岩為離石組黃土,岩性為粉質粘土,堅硬狀態塊狀整體結構,隧道採用分離式斷面,淨寬10.25公尺,淨高5.0公尺,兩側設檢修道,內輪廓考慮結構受力有利及便於施工,一般襯砌斷面內輪廓採用三心圓。

洞門形式採用端牆式,明洞段設定偏壓擋牆。隧道右線起訖里程:k23+326至k23+655,長度329公尺,隧道左線起訖里程:

zk23+315至zk23+605,長度290公尺。

結合磨灣1#隧道左線出口洞地勢地質情況,洞門採用端牆式洞門,無偏壓擋牆。

2. 出洞方案的確定

2.1施工條件

磨灣1#隧道左線出口地勢較陡,樹木較多,zk23+315-zk23+400段,洞頂埋深0-43.9公尺,圍岩由第四系中更新統(q2)堅硬-可塑黃土(粉質粘土)組成。洞口仰坡(q2)黃土破碎,垂直節理發育,受雨水沖刷易形成溜滑,仰拱穩定性差,地表及洞身範圍內未見地下水分布。

施工面臨的困難是:

場地狹小,且林地居多,徵地困難,代價高,橋梁施工已經占用較多場地;

工期緊張,隧道不能停工;

出口地勢陡峭,臨時設施選址無果;

橋隧緊連,施工平台不能滿足需要;

施工便道不能滿足材料與裝置的運輸;

輔助施工措施風、水、電無法從臨近接通;

2.2地質條件分析

專案部實地測量並結合施工設計圖紙與現場刷坡揭露的地層進行比較,地質條件與設計相符,結合進口段的施工實際情況,以及監控量測資料分析,出口端地質條件洞口土體較穩定,垂直節理較發育。

2.3洞口施工方案

結合現有的施工條件,專案部對出洞方法進行了大膽的構想----單向出洞。具體施工情況如下:

嚴格按設計支護引數施工,精心組織,步步為營,確保安全出洞。

及時組織出口端的施工,做好洞口邊仰坡防護及洞口臨時排水系統,排查洞頂的沖溝、暗穴等隱患。

按設計要求施作出口端超前管棚,要求在洞內開挖至zk23+350前十四天完成,以保證管棚的支護強度,充分發揮管棚的作用,如果管棚施工滯後,則要求洞內上台階開挖至zk23+350後停止掘進,等待管棚施工,管棚施工後要保留管棚施工的原始土體平台,以保證貫通時的土體穩定。

進入出口端淺埋段時,仰拱、二襯的安全距離要符合建管處要求,分別控制在30公尺,40公尺以內。

上台階每迴圈開挖一榀,先行貫通,在貫通前要保證管棚在大里程端有至少5公尺的仰拱成環。

上台階貫通後,第一時間施作洞口仰拱,在最短的時間裡消除逆坡開挖的不利因素,最大限度的提高管棚的支護作用;

待洞口段仰拱施作完成後,由內向外按建管處要求的安全距離和開挖步距,上台階每迴圈開挖一榀,**階三榀,仰拱三公尺,依次開挖貫通;

在此過程中,必須加強地表和洞內監控,地表設四排監控樁,監控邊坡穩定性,根據檢測結果適當提高監控頻率,發現異常及時停止開挖,修正開挖出洞方案;

施工過程中,必須保證設計支護引數,加強鎖腳,控制好沉降,根據進洞時監控變形量結果,適當調整預留變形量,堅持 「短進尺、強支護、早成環,勤量測」的原則。

2.4單向出洞可行性分析

針對單向出洞施工的可行性,專案部綜合分析如下:

(1)地質條件:結合施工設計圖紙與現場刷坡揭露的地層進行比較,地質條件與設計相符,結合進口段的施工實際情況,以及監控量測資料分析,出口端地質條件洞口土體較穩定,垂直節理較發育,採取防護措施後,邊仰坡穩定性易於控制。

(2)地形特徵:洞頂地形較緩,隧道洞口覆蓋層較厚,逆坡開挖的風險較小,利於邊坡穩定,利於出洞施工。

(3)洞口設計:磨灣1#隧道進出口均採用30公尺長的大管棚作為主要超前支護形式。大管棚用鋼管為φ108×6熱軋無縫鋼管,鋼管上按梅花形間距75cm鑽8mm的小孔,鋼管節長為3m和6m,用長15cm絲扣連線,設上抬角度1°。

管棚設計增加了單向出洞縮短保險距離的安全性與可操作性。

(4)開挖方法:綜合對比了各種開挖方法,專案部擬定採用台階分部環形留核心土法施工,既能確保掌子面與邊仰坡的整體穩定,又能及時封閉拱架確保安全,結合進洞的時的經驗,此法工人操作極為熟練,可控性較好,措施比較到位。

(5)施工實踐:在磨灣1#、2#隧道進洞段成功的克服了嚴重偏壓、淺埋段長、地形條件極差、暗穴、初支變形量大等眾多不利因素,通過各種措施,安全進洞。

(6)出洞口輕微偏壓:從現場地形可以看出,出洞口略有偏壓,可以通過及時施作明洞回填避免。

綜合上述分析,專案部擬定的單向出洞施工方案是可行的。

3. 單向出洞施工

3.1出洞施工順序

為確保隧道單向出洞安全實施,專案部擬定施工順序如下:

3.2管棚施工

超前管棚施工

磨灣1#隧道和磨灣2#隧道均採用30公尺長的大管棚作為主要超前支護形式。大管棚用鋼管為φ108×6熱軋無縫鋼管,鋼管上按梅花形間距75cm鑽8mm的小孔,鋼管節長為3m和6m,用長15cm絲扣連線,設上抬角度1°。

主要施工工序:套拱施工、裝置進場→裝置安裝、除錯→定位、定角度→鑽孔→清孔→檢查鑽孔質量→裝入鋼管、堵孔→高壓注漿。

套拱施工:混凝土套拱作為管棚的導向牆,在明洞外輪廓線以外施作,套拱內埋設i18a工字鋼支撐,鋼支撐與管棚導向管焊成整體,導向管安設的位置、傾角、外插角的準確度直接影響管棚質量,用全站儀以座標法在工字鋼架上定出平面位置,用水準儀配合坡度板設定導向管的傾角,用前後差距法確定導向管的外插角。

鑽孔:利用潛孔鑽進行鑽孔,鑽頭直徑採用φ115mm。每鑽進一節續接下一節鑽桿,直至鑽到設計位置。

鑽進時產生塌孔、卡鑽現象時,必須注漿後再鑽進。在鑽孔過程中認真作好鑽孔記錄,及時對岩屑進行地質判斷,做出管棚段的地質預報。

清孔:利用高壓風或高壓水將孔內餘碴清洗乾淨,以防插管時卡管。

檢查鑽孔質量:對正在鑽進的鑽孔及插入鋼管的彎曲度進行測定,必要時加以修正。

裝入鋼管:鑽孔檢查合格後,將鋼管連續接長裝入鑽孔,管棚頂進採用挖掘機頂進。由於接頭是薄弱環節,鋼管連線要確保質量,以防開挖過程中脫節斷裂,引起塌方。

為使相鄰鋼管的接頭前後錯開,首節鋼管採取3m和6m兩種規格間隔進行安裝,保證同一斷面內的接頭數不大於50%,相鄰鋼管接頭至少錯開1m。

堵孔注漿:堵孔質量的好壞,直接關係到注漿的效果。堵孔包括鋼管自身的封堵和鋼管與孔壁之間空隙的封堵。

鋼管自身封堵時,在鋼管最外端1.5~2.0m範圍內不設定注漿孔,管口用一塊3~5mm厚,其上鑿孔的鋼板封堵。

鋼板上焊接一根與注漿管等直徑的小導管。鋼管與孔壁之間空隙封堵時,利用自製工具將早強水泥砂漿塞入孔口封堵,同時插入φ10的塑料排氣管。封堵材料裝入孔內長度不小於1m,以確保封堵質量。

注漿:利用注漿幫浦將注漿液壓入孔內,注漿初壓力控制0.5-1mpa左右,終壓達到2mpa,持壓15分鐘後停止注漿,在注漿結束後清除管內漿液,並用m10水泥砂漿充填,以增強鋼管的剛度和強度。

在注漿結束後與設計注漿量對比分析,以便調整注漿引數,保證注漿效果。

開挖:待水泥漿硬化固結後,先行開挖上半斷面,為減少對圍岩的擾動和不破壞注漿帷幕,採用人工配合挖掘機開挖。開挖按照短進尺、多迴圈、及時支護的原則施工,力求最大限度地限制岩體的鬆弛變形。

當管棚長度埋入圍岩中還餘1.5~2.5m長度時,終止開挖,準備施工超前小導管。

管棚施工注意事項:

為保證施工質量,必須做好鑽機定位,要求鑽機與設定好的導向管方向平行,精確核定鑽機位置,確保鑽機鑽桿軸線與導向管軸線相吻合。在進行正式鑽孔前,選2個以上鑽孔先行試鑽,而後進行正式鑽進。

超前大管棚施工工藝框圖:

在進行高壓注漿之前,一定要將各孔口封堵完好,並在封堵時插入φ10的塑料排氣管,以便管內空氣順利排出,保證注漿效果和管棚施工質量。

鋼管間的連線要保證質量,以免在開挖過程中鋼管脫節,引起塌方。

在注漿過程當中,認真記錄各孔的注漿量和注漿壓力。

3.2正洞施工

隧道出洞採用台階分部弧形開挖法施工,嚴格執行 「先探測、管超前、短進尺、弱擾動、強支護、快封閉、勤量測」的原則。

⑴先探測

洞口段垂直、柱狀節理較發育,易受大氣降水的沖蝕而滑坡,邊坡穩定性較差,且可能存在黃土陷穴、落水洞等,開挖前必須先進行探測,探明是否存在不利的地質因素,為洞口段施工方案的確定,提供依據。探測可結合管棚施工進行,以節約成本。施工時,可以根據探測需要在開挖面布設三個及以上探測孔,利用潛孔鑽進行超前探孔,做好探孔掘進記錄,進行合理的資料分析,判斷是否存在不良地質情況。

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2 現場調查所獲得的工程地質 水文地質 當地資源 交通狀況及施工環境等調查資料。3 國家及相關部委頒布的法律 法規和鐵道部頒布的現行設計規範 施工規範 鐵路工程質量驗收標準及其它有關檔案資料。隧道出洞施工引用如下表所示的技術標準 規範。表1 1 技術規範 標準彙總表 班果隧道位於新康 元謀西站區間,...