雁門關隧道高地應力 軟岩大變形段施工方案

2021-11-05 04:49:33 字數 4438 閱讀 2184

一、工程概況

雁門關隧道北起山陰縣廟家窯村西,南止於代縣太和嶺村北。起訖里程dk110+855~dk124+940,全長14085 m,為全線重點控制性工程,設計為單洞雙線隧道,最大埋深約820m。我部承擔雁門關隧道進口段8145m正洞及1#斜井1445m、2#斜井2385m的施工任務。

安排進口、1#斜井、2#斜井三個工區組織施工。進口與1#斜井正洞、1#斜井正洞與2#斜井正洞已貫通。

2、地質情況

dk118+645以後剩餘段落位於高地應力軟弱圍岩大變形段,該地段通過古老變質岩地層和斷層破碎帶,節理裂隙發育,岩脈穿插,岩體蝕變,軟硬不均,地下水發育,隧道圍岩穩定性極差。

三、初期支護、二次襯砌變形情況

由於圍岩地質條件複雜,圍岩收斂變形量大。自2023年11月以來,多次發生擠壓性大變形,導致初期支護開裂、掉塊、變形、侵限,初期支護多次拆換,二次襯砌區域性開裂、壓碎。工程進展十分緩慢。

dk118+645~+675段採用單層i25b型鋼鋼架支護(間距0.6m),初期支護開裂變形嚴重,採用i18工字鋼進行第二層鋼架加固後仍開裂變形嚴重,初期支護全部侵入二次襯砌淨空。進行雙層鋼架換拱處理,第一層鋼架採用i25b工字鋼架支護,間距60cm,第二層鋼架採用i18工字鋼架,噴射砼厚60cm。

採用雙層鋼架換拱處理後,初期支護仍出現環、縱向裂縫,噴射砼開裂掉塊,為確保施工安全,掌子面停工,施做二次襯砌。dk118+675~+702段採用雙層鋼架支護,第一層鋼架採用i25b工字鋼架支護,間距60cm,第二層鋼架採用i18工字鋼架,噴射砼厚60cm。採用雙層鋼架支護後,初期支護仍變形量大,dk118+682~+692段初期支護侵入二次襯砌淨空進行換拱處理。

dk118+692~+702段採用雙層拱架支護,第一層鋼架採用i25b工字鋼架支護,間距60cm,第二層鋼架採用i18工字鋼架,噴射砼厚60cm,初期支護仍變形量大,該段初期支護已侵入二次襯砌淨空,目前掌子面停工。dk118+678.3~+683段拱牆鋼筋混凝土襯砌開裂掉塊,襯砌鋼筋變形。

四、施工方案

dk118+645~+702段通過古老變質岩地層和斷層破碎帶,節理裂隙發育,岩脈穿插,岩體蝕變,軟硬不均,加之地下水的影響,隧道圍岩穩定性極差。多次發生擠壓性大變形,導致初期支護開裂、掉塊、變形、侵限,初期支護多次拆換,二次襯砌區域性開裂、壓碎。工程進展十分緩慢。

2023年5月31日~6月1日,準朔公司邀請國內地質、隧道專家,在太原召開了論證會,參加會議的有鐵道部工管中心、太原鐵路局及設計、施工、監理單位有關人員。與會專家進行了現場踏勘,聽取了施工、設計、監理單位關於雁門關隧道施工情況匯報,經過充分討論,與會專家及人員認為隧道圍岩為高地應力軟弱圍岩大變形地段,應按軟岩大變形進行設計。根據專家意見,高地應力、軟弱圍岩大變形地段採用以下施工方案:

㈠ dk118+689~+702段變形段初期支護採取換拱處理

1、對dk118+689~+702段回填石碴,回填至三台階的中台階。在台階上採用φ200鋼管進行支撐。

2、換拱採用雙層鋼架加強支護,初期支護採用h175型鋼鋼架,間距0.5m,全環布設, 第二層鋼架採用i20b工字鋼架,間距50cm。噴射砼採用c30網噴砼,噴射砼厚60cm。

每層鋼架連線筋採用φ22雙層連線筋,鋼架連線處採用[12槽鋼縱向連線,φ8雙層鋼筋網,間距20×20cm。每榀鋼架打設n51自進式鎖腳錨桿20根,鎖腳錨桿長8公尺,下傾角不小於45度,注水泥-水玻璃漿液。

3、對拱牆集**水段採用徑向注漿加固圍岩,注漿鋼管採用φ42×5mm,採用水泥漿液。

4、二次襯砌拱牆厚度60cm,仰拱厚度65cm,採用鋼筋砼襯砌,襯砌φ22主筋間距調整為15cm。

㈡ dk118+702以後段落

1、掌子面開挖加大預留變形量,預留補強空間。

2、必要時超前支護採用φ108×6mm大管棚注漿加固圍岩,每次施作長15m。縱向搭接5 m。

2.1 測量放樣,安裝導向管,導向管按環向間距每公尺3根與鋼架焊接牢固。掌子面用2m 長套拱(c25砼) 作為大管棚導向牆。

在2m套拱內架立四榀i20b型鋼拱架,在鋼支撐上安裝φ127×4mm,長2m的導向管,導向管方向與大管棚外插角一致。

2.2 鑽孔前掌子面噴射砼封閉密實。為保證成孔質量,防止鄰孔鑽進時前面的成孔坍塌,鑽孔間隔進行。

先鑽奇數孔,後鑽偶數孔,成孔直徑為φ140mm,以便順利安裝φ108×6mm鋼花管。即採用大引導孔施工,最大程度上克服在頂管施工作業中送管難的情況發生。

2.3 φ108×6mm大管棚外插角為5°~8°,環向間距每公尺3根。施作時每段應交錯搭接3m,鋼管上按間距30cm梅花形鑽10mm的小孔。

第一節鋼管頂端做成錐型,以便頂進。φ108×6mm鋼管採用3.0m和6.

0m兩種規格,奇數孔首根3.0m,偶數孔首根6.0m,其餘的均為6.

0m,以避免鋼管接頭在同一斷面上。鋼管採用套管聯接。

2.4 施鑽時,台車大臂必須頂緊在掌子面上,以防止過大顫動影響施鑽精度,鑽機開孔時的鑽速宜採用低速,鑽進20cm後轉入正常鑽速。第一節鑽桿鑽入岩層,尾部剩餘20~30cm時停止鑽進,人工用兩把管鉗卡緊鑽桿,鑽機低速反轉,脫開鑽桿。

鑽機沿導軌復位,再裝入第二根鑽桿。

2.5 引導孔的孔徑較管棚鋼管外徑大15~20mm,孔深較管長長0.5公尺以上。

2.6 清孔檢查鑽孔合格後,安裝鋼管,應每鑽完1孔便頂進1鋼管,鑽進中應經常採用測量儀量測鋼管鑽進的偏斜度,發現偏斜超過設計要求及時糾正。接長管件應滿足管棚受力的要求,相鄰管的接頭應前後錯開,避免接頭在同乙個斷面受力。

2.7 配備rpd-150履帶式全液壓工程鑽機。鑽孔前,平整場地,鑽機就位,使鑽桿與導向管保持同一角度。

鑽機就位後,開啟四個液壓缸支撐點,下墊設木板,待準備就緒後開始司鑽。邊鑽孔,邊清孔。鑽孔長度15公尺。

2.8 配製漿液

2.8.1 水泥漿的攪拌應在高速攪拌機內進行,嚴格按照施工配合比進行投料,在鋼管中注水泥水玻璃漿液,其配比為水泥:

水玻璃=1:1,水泥漿水灰比1:1,水玻璃模數m=2.

4,濃度be=35,注漿時初壓0.5~1mpa,終壓2.0mpa,注漿結束後用1:

1水泥砂漿充填無縫鋼管,以增強鋼管強度和剛度。

2.8.2 攪拌水泥漿的投料順序:在放水的同時,將緩凝劑、外摻劑在水中按一定比例加入,攪拌溶解,再將需要的水泥倒入,攪拌2~3min。

2.8.3 漿液配比根據現場試驗確定。外摻劑的重量為水泥重量的5%-10%,緩凝劑的摻量佔水泥重量的2%~3%。

2.8.4 製備水泥漿或稀釋水玻璃時,嚴禁水泥塊或紙片進入漿液,放漿進入儲漿桶時要用濾網過濾,以防止堵塞注漿幫浦。

2.8.5 做好配置漿液的施工記錄,並且在注漿過程中要做好注漿記錄,為分析注漿效果提供依據。

2.8.6 配置好的漿液存放在由低速攪拌器的儲漿罐內,防止漿液由於存放時間稍長產生沉澱、離析等現象。

2.9 注漿

2.9.1 安裝好有孔鋼花管、放入鋼筋籠後即對孔內注漿,漿液由zj-400高速製漿機拌製。

2.9.2 採用注漿機將漿液注入管棚鋼花管內,初壓0.

5~1.0mpa,終壓2mppa,持壓15min後停止注漿。注漿應滿足設計要求,一般為鑽孔圓柱體的1.

5倍;若注漿量超限,未達到設計要求,應調整漿液濃度繼續注漿,確保鑽孔周圍岩體與鋼管周圍空隙充填飽滿。管棚注漿順序原則上遵循著「先兩側後中間」、「跳孔注漿」、「由稀到濃」的原則。注漿施工由兩端管棚鋼管開始注漿,跳孔進行注漿施工,向隧道拱頂鋼管方向推進,開始時注漿的漿液濃度要低一些,逐漸加濃至設計濃度。

這樣做法有利於注漿的漿液向拱頂方向擴散,而且促進漿液的緻密程度,利於防滲的要求。孔號為偶數的管棚完成後,對這部分管棚進行注漿。大管棚注漿按固結管棚周圍有限範圍內的土石設計,漿液擴散半徑不小於0.

5m,注漿採用分段注漿。

3、在大管棚支護下開挖,開挖後及時初噴5cm厚砼封閉圍岩,再進行鋼架支護。

4、初期支護採用i25b型鋼鋼架,間距0.6m,全環布設。噴射砼採用c25網噴砼,噴射砼厚32cm。

鋼架連線鋼筋採用φ22連線筋,φ8鋼筋網,間距20×20cm。每榀鋼架打設42×3.5mm鎖腳錨管16根,鎖腳錨管長4公尺,注水泥-水玻璃漿液。

5、對拱牆集**水段採用徑向注漿加固圍岩,注漿鋼管採用φ42×5mm,注水泥漿液。

6、二次襯砌拱牆厚度60cm,仰拱厚度65cm,採用鋼筋砼襯砌,襯砌主筋間距加密。

7、仰拱、二次襯砌緊跟,盡量縮短仰拱、二襯到掌子面步距。

8、加強超前地質預報和圍岩量測,根據圍岩量測結果隨時調整支護引數。

五、施工組織安排

㈠ 管棚施工

1、勞動力組織

管棚施工由隧道專業架子隊進行施工,嚴格執行標準化管理模式,由隊長和技術負責人主要負責,下設技術員、質檢員、安全員、材料員、試驗員各負其責,組織生產。

人員配備表

2、主要裝置

鑽孔注漿主要機械配套見下表。

機械裝置配套表

㈡ 洞身施工

雁門關隧道2#斜井正洞大里程圍岩為高地應力軟弱圍岩大變形地段,按特殊地質施工,先施做15m超前大管棚,每迴圈10天,洞身按短台階法施工,迴圈進尺0.5m,每迴圈時間480min,每天3.0迴圈,每天進尺1.

5m,月進度30m。短台階法迴圈時間計算見下圖。

短台階法施工迴圈時間計算圖

1、勞動力組織

施工隊伍勞力安排及工班任務劃分

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