新建兰渝铁路后山坪隧道斜井施工方案优化
2015-03-23邢利华
邢利华
XING Lihua
(中铁十六局集团第三工程有限公司,浙江湖州313000)
1 隧道概况
兰渝铁路后山坪隧道全长6647 m,位于甘肃省漳县境内,隧道穿越地区山势陡峻,沙棘树等灌木丛生,人迹罕至,穿行等交通十分不便。隧道主要穿越西秦岭高中山区,地貌较为单一,山涧冲沟低缓丘陵。南坡较陡,测区内纵向横向沟谷普遍较为发育,且多呈“V”字型,线路穿越后山坪主峰,与线路走向迫于垂直,最高海拔为3065 m,相对高差为650 m。隧道内线路自进口分别为7‰、12.8‰、7‰的上坡及3‰的下坡。
后山坪隧道出口段5169 m,设置辅助坑道张家山斜井1 座,位于甘肃省漳县金钟镇,斜井与正洞相交里程为DK159 +600,与线路方向成45°平面交角,全长1310 m,采用无轨运输单道衬砌断面。斜井进入正洞后采用双向施工,其中往重庆方向施工长度120 m,往兰州方向长度1070 m,合计1190 m。见图1。
图1 后山坪隧道张家山斜井平面布置示意图
2 张家山斜井断面的拟定及衬砌支护设计
2.1 张家山斜井断面拟定
斜井无轨运输断面按单车道设计,断面拟定考虑满足各种因素,斜井断面拟采用5.0 m ×5.9 m(宽×高)的净空。斜井内间隔200~250 m 左右设置一处错车道,错车道长20 m,并在两端各5 m 范围内与单车道断面过渡,错车道净空尺寸为7.7 m×6.2 m(宽×高),斜井设计纵坡为10%,井口标高为2414.12 m。
2.2 衬砌支护设计
张家山斜井按非永久性工程设计,为单车道加错车道设计。待其承担任务完成后,在斜井井口及斜井与正洞交叉口位置采用C20 混凝土对其进行封堵。
2.2.1 错车道设计
采用复合衬砌,局部围岩地段设I16 型钢钢架,纵向间距0.8 m,喷射C25 混凝土,厚度230 mm。拱部采用Φ42 超前小导管预支护,小导管长3.5 m,环向间距0.5 m,搭接不小于1.0 m。模筑C30 混凝土,厚度350 mm。
2.2.2 单车道设计
采用喷锚衬砌,Ⅳ级围岩采用喷锚衬砌,局部地段拱墙设I12.6 型钢钢架,纵向间距1.0 m。Ⅴ级围岩采用复合衬砌,拱墙设I12.6 型钢钢架,纵向间距1.0 m,拱部采用Φ42 超前小导管注水泥浆预支护,小导管长3.5 m,环向间距0.8 m。无轨单车道斜井支护参数见表1。
表1 无轨单车道斜井支护参数表
3 张家山斜井施工优化方案
3.1 优化原因
后山坪隧道全长6647 m,施工工期紧张,不能满足业主的总体进度要求,为加快施工进度,解决隧道主体工程施工的运输、通风、排水、弃渣等特殊要求,决定对张家山斜井施工进行方案优化。
3.2 优化方案
3.2.1 斜井平面位置优化
后山坪隧道张家山斜井井口原设计位于一半山腰处,与正线线路相交于DK159 +600 处,交角为45°,位于线路左侧。
将井口位置优化:根据现场地势情况,将井口位置向线路左侧平移,洞口位置标高为2456.13 m,与线路方向成65° 平面交角,优化后斜井全长809.11 m,纵坡为9.92%。见图2。
3.2.2 斜井设计断面及支护参数优化
3.2.2.1 设计断面优化 张家山斜井由原设计无轨单车道变更为无轨双车道,断面净空尺寸变更为7.7 m×7.0 m(宽×高)。
图2 后山坪隧道张家山斜井优化后平面布置示意图
3.2.2. 2 支护参数优化[1]Ⅴ级围岩除井口26.2 m范围内采用复合式衬砌,其他地段采用喷锚衬砌。上、下台阶开挖,初期支护采用I16 工字钢,井口26. 2 m 内间距500 mm/榀,其他地段间距800 mm/榀,拱墙施作Φ22 全螺纹砂浆锚杆,长L =3.5 m,间距1 m×1 m(环向×纵向)。拱墙设Φ8 钢筋网,网格间距200 mm ×200 mm。拱部施作超前小导管,长L =4 m,环向间距500 mm,纵向搭接不小于1 m,外插角3°~5°。洞口26.2 m 段二次衬砌厚度为450 mm,采用C30 钢筋混凝土,每侧边墙底部预留5~8个Φ50 mm 泄水孔。
Ⅳ级围岩地段采用全断面开挖,支护取消二次衬砌,一般地段采用喷锚衬砌,厚度180 mm,局部地段视围岩及地质情况设置I16 工字钢,间距1.0 m/榀,拱墙施作Φ22 全螺纹砂浆锚杆,长L =3 m,间距1.2 m×1.2 m(环向×纵向)。拱墙设Φ8 钢筋网,网格间距200 mm×200 mm。
Ⅲ级围岩地段采用喷锚衬砌,初期支护为网喷混凝土支护,厚度为120 mm,拱部设Φ22 全螺纹砂浆锚杆,长L=2.5 m,间距1.5 m×1.2 m(环向×纵向)。
斜井内间隔200 m 设置一处缓坡段,长30 m,坡度为2% 缓坡段设置错车洞,错车洞净空尺寸为7 m×6 m×6 m(宽×高×长)。优化后无轨双车道斜井支护参数见表2。
表2 优化后无轨双车道斜井支护参数表
3.2.3 变更斜井进洞方案
3.2.3.1 斜井原设计进洞方案 洞口段采用30 m长Φ108 管棚注浆预支护,注浆采用水泥单液浆,水灰比1∶1。开挖采用两台阶开挖,光面爆破。支护采用模筑衬砌,拱墙设I16 工字钢,间距0.8 m/榀。二衬混凝土厚350 mm。
3.2.3.2 进洞方案优化 根据现场的地质情况,取消原设计Φ108 管棚注浆预支护,采用Φ42 双层小导管注浆预支护。小导管设置拱部120°范围,长度为4.0 m,环向间距500 mm,倾角为外插角3°~5°,注浆采用水泥单液浆,水灰比1∶1。超前小导管配合型钢钢架使用,用于斜井洞口围岩拱部超前注浆预支护,其纵向搭接长度不小于1.5 m。开挖采用两台阶开挖,光面爆破。支护采用模筑衬砌,拱墙设I16 工字钢,间距0.6 m/榀,二衬采用C30 钢筋混凝土,厚450 mm。
3.2.4 弃渣场位置优化
后山坪张家山斜井原定弃渣场位于后山坪出口,占地3.49 hm2,弃渣场位置在半山处,若按原地弃渣,运距较远,运输费用较高,经现场测量,且该弃渣场满足不了斜井和正洞弃渣方量,经笔者单位与地方国土局、林业局、环保局、水保局等相关部门现场调查,一致认定弃渣场移至斜井洞口左侧150 m处的一天然沟壑,经过现场勘测,此区域可容纳约30 余万方弃渣,完全满足张家山斜井弃渣用地的需求,弃渣运距约0. 55 km,比原弃渣场运距缩短了1500 m。
4 优化后的效果
通过对后山坪张家山斜井施工方案优化,效果如下:(1)斜井长度减小,可以提前进入正洞施工,有利于加快正洞施工进度,同时有利于斜井的通风排烟,也降低了工程造价。(2)斜井改为双车道可以提高运输效率及提高通风排烟效果,由于现在均是采用大型机械施工,单车道运输不能发挥大型机械的优势,从而降低了工作效率,而双车道可以发挥大型机械的优势,包括装渣、会车、运输等方面。(3)坡度减小,可以提高运输效率、行车安全及运输车辆的行车损耗。(4)进洞方案的优化,在保证安全的前提下加快了施工进度,由于大管棚的施工对钻机机械及工艺有特殊的要求,施工难度大,进度慢。而采用小导管预支护施工可以采用普通的风枪就可以施工,从而大大提高了施工进度。
斜井单、双道通风排烟量对比见表3。
表3 斜井单、双道通风排烟量对比表
5 结 语
通过后山坪隧道张家山斜井施工优化方案的实行,斜井提前5 个月进入正洞施工,同时为后山坪隧道正洞施工做好了保障,现已完成正洞施工1290 m,超额完成任务。经实际证明此方案是可行的,施工安全质量可以保证。但是,我们在今后的施工过程中更要遵循以下施工原则:
(1)隧道施工质量控制是一个贯穿施工全过程、全方位的综合工作,需要施工单位各部门、各岗位的通力协作和有机配合。只有抓住施工过程中的每一个关键点和施工工序,严格按照施工规范和相关标准要求去积极实施、落实,才能使工程质量得到有效地控制。
(2)施工质量和安全控制是关键,施工过程中要加强围岩监控量测工作,贯彻始终。一旦发现围岩发生变化,应及时采取相应措施。
[1]唐南生,薛吉岗,刘志江,等.铁路工程质量验收标准使用手册[M].北京:中国铁道出版社,2006.