浅谈竖直投料孔在象山隧道中的设计及施工

臧 侃

1 工程概况

象山隧道起于福建省龙岩市新罗区曹溪镇三坑村,经过适中镇新祠村、象山村,止于漳州市南靖县和溪镇乐土村。左洞长15 898 m,右洞长15 917 m,最大埋深830 m,隧道设有5座辅助施工斜井。其中 1号、5号斜井采用无轨运输,2号、3号、4号斜井采用有轨运输。根据施工组织计划,象山隧道通过2号斜井施工段总计5 104 m,共需混凝土约9.7万m3。2号斜井原计划采用轨行式混凝土运输车(金刚车)向洞内输送混凝土。但根据前期试验表明,金刚车运输混凝土的效率很低,平均每小时运送量约6 m3,很难满足生产高峰期时的需要。为了解决2号斜井混凝土运输的问题,我们决定采用修建竖直投料孔的方法向2号斜井洞内输送混凝土。

2 地质情况

二迭系大隆组,灰黄色,薄层状泥质粉砂岩、泥岩,弱风化,岩石软,属软质岩,地下水较发育。地表约有20 m厚的第四系覆盖层,表层为水田淤积层。

3 总体施工方案

根据现场地形,投料孔设置在正洞上方位于漳龙高速适中收费站附近连接道旁的水田内,连接道连接漳龙高速与319国道。设计投料孔对应隧道正洞左线里程为DK24+444.57。为防止投料孔发生意外而影响混凝土的下放,需设2个投料孔。投料孔孔身为竖井形式,单孔孔身总长153.4 m,两孔共计306.8 m。投料孔设计直径350 mm,投料孔成孔后在孔内下一道护壁管,护壁管采用无缝钢管,规格外径为273 mm(壁厚11 mm)。在护壁管的外侧同时设2根外径31.5 mm(内径25 mm)的焊管,一根用于灌注水泥浆,一根用于穿投料孔上下(地表与隧道内)的通讯信号电线,将2根小管与护壁管一同放入钻孔内。在护壁管安设完成后,再在孔内下一道外径为 219 mm的无缝耐磨钢管(壁厚11 mm)作为投料管。2个投料孔的结构形式完全相同,在正常使用时可以同时使用,在发生意外一孔进行检修时,可以采用另一孔投料,不至于影响混凝土施工(见图1)。由于投料孔深度较深,为防止混凝土在下放至孔底时不发生离析和减少下落冲击力,在孔底设置缓冲装置。在投料管的底部设置一段长约40 cm的盲管,盲管的上部设一岔管出料,下部采用钢结构架支撑牢固。

投料孔的孔底设置在隧道洞身左右线之间,左右线间需设置一个横通道(横通道与设计的10号横通道的距离为35.43 m,将设计的10号横通道移位结合使用),以便于车辆进入后靠近缓冲装置。在投料孔钻到位置后,才能将横通道开挖到位与投料孔连接。

4 施工方法及工艺

1)施工准备。选定隧道横通道的对应地表作为投料孔孔口位置。经现场测量,此处表层为水田耕植层,施工前,先对地表钻孔位置5 m附近的水田淤积层采用透水性材料进行换填,表面30 cm再采用混凝土进行硬化。

2)钻孔施工。投料孔拟选用XB-325旋转空心钻机钻孔,成孔直径350 mm。施工前先通过已有的基准点在施工现场内进行孔位的放样,放样后根据孔位进行钻机的定位,孔位定位误差控制在10 cm以内。钻机安装、定位好后立即进行全面的钻机调试和垂直度的检查,成孔开始前应充分做好准备工作,成孔施工应一次不间断地完成,不能出现无故停钻,做好钻孔的原始记录。施工前先在钻机上设置导向,钻机定位准确、水平、稳固,钻机回转盘中心与护筒中心的允许偏差不大于20 mm。钻机定位后用钢丝绳将护筒上口挂带在钻机底盘上,成孔过程中钻机塔架头部滑轮组,回转器与钻头应始终保持在同一铅垂线上的状态下钻进。钻孔施工过程中定期进行垂直度的检查,保证垂直度小于2/100。

3)下放护壁管。投料管下管工艺流程:坡口吹割→起吊卡块焊接→对中连接块焊接→钢管编号→人工移动钢管至吊点→起吊抱箍安放→起吊→定位(对直)→焊接→松井口承管箍→下放→井口锁定。在钻孔深度达到155 m时停钻,对孔径、孔的垂直度进行检测。经检查合格后,下放φ 273 mm的护壁无缝钢管。钢管之间采用对焊焊接,为保证对焊质量,预先在每根钢管两端割 45°坡口,在距起吊端1.2 m处沿周边均匀焊设3个起吊卡块,卡块厚10 mm,长宽在30mm～50 mm,以便于控制对接精度,保证连接强度。钢管利用钻机井架进行起吊下放。

4)注浆固定护壁钢管。护壁钢管下放到位之后对管与钻孔之间的缝隙注水泥浆固定。水泥浆液水灰比采用W/C=1∶0.3,注浆时从预留的注浆管中注入水泥浆。注浆采用注浆泵现场配制水泥浆液,具体水泥浆浓度可在现场根据情况进行调整。

5)隧道内横通道和接料洞室的开挖。注浆完成后,待混凝土达到一定强度后,从投料孔向外进行抽水,若抽干说明注浆封水效果较好,就可以从地表计算出孔底在隧道内对应的开挖位置。确定孔底位置后,就可以确定横通道和接料洞室的位置。位置确定后采用钻爆开挖,初期支护及时紧跟。当洞室开挖到位后,就可以与投料孔连通,准备下放投料管和施作孔底缓冲装置。

6)下放投料钢管。投料钢管采用φ 219 mm的无缝耐磨钢管,其下放的方法与护壁管的相同,只是在下放后,无需再对管周围进行注浆,但要确保投料钢管与护壁钢管间的空隙,以便在今后注浆堵塞钢管后可以进行更换。

7)井底缓冲器制作。缓冲器是为减缓出料口混凝土出料速度,避免混凝土出料时因高速下落而造成离析影响质量,同时消除对接料罐车的强烈冲击而设置的一种缓冲装置,其主要部件是一节约40 cm长的盲管,盲管的上部设一岔管出料,下部采用钢结构架支撑牢固。

5 堵管的预防和处理

堵管的原因一般为:1)在长期的混凝土投送过程中,混凝土慢慢粘结于管壁,最终形成堵塞;2)混凝土运输过程中将投料管磨穿,翘起的管壁残片与混凝土粘结堵塞;3)在施工过程中不小心将异物落入孔内卡住堵塞。预防措施:在孔口用钢筋焊接安装一个篦子,可以防止异物和大块石等落入;严格控制混凝土配合比,确保拌制的混凝土和易性良好,无离析;在混凝土罐车放料前,必须强行旋转2 min以上,确保混凝土不因长距离运输而离析;每次投料后,及时清洗管道并检查,发现投料管内局部有粘结,可以从孔口下穿一根钢丝绳,钢丝绳上固定一橡胶球等物体,通过上下拉动橡胶球的方法及时排除。处理措施:出现堵塞时,可以先采用物探的方式找到主要的堵塞段,从而确定处理的方法;投料管一定要采用耐磨的无缝钢管。为便于投料管的下放,洞室内的钢结构支撑架要考虑可以拆卸。

6 结语

竖直投料孔施工后,解决了进料和出渣的分离问题,起到了良好的作用。混凝土经过投料孔输送至隧道内,经现场试验,满足强度等要求,达到了预期的效果。

[1]TB 10204-2002,铁路隧道施工规范[S].

[2]高海宏.竖直投料孔在斜井施工中的应用[J].隧道建设,1994(4):89-90.

[3]周振国.侯月铁路云台山隧道施工技术浅论七:云台山隧道竖直投料孔的设计与施工[J].隧道建设,1993(1):145-146.

[4]龙显明.隧道施工竖直投料孔的设计施工与应用[J].西部探矿工程,2003(3):91-92.

[5]刘学勤.浅谈竖直投料孔施工技术[J].黎明职业大学学报,2004(1):5.