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龙华隧道穿越滑坡堆积体的施工技术

2015-11-26韦高志深圳市交通公用设施建设中心广东深圳518000

安徽建筑 2015年3期
关键词:钢架锚杆间距

韦高志 (深圳市交通公用设施建设中心,广东 深圳 518000)

1 工程概况

深圳市地铁5#线建设平南铁路改线工程龙华隧道全长806m,里程为DK15+100~DK15+906,属于一级电气化双线铁路隧道,最大开挖宽度13.56m,高度12.96m,断面方145.61m2。全隧均位于曲线上,线路平面上隧道呈中间小、两头大,标段范围内从0.4m加宽断面逐渐变化到1.6m加宽断面,变化值从1.0m~0.4m~1.2m~1.6m共计4个变化段。采用新奥法施工,光面爆破,钢架锚喷支护,复合式衬砌。中铁十局负责施工的第3标段暗挖长度500m,其中Ⅴ、Ⅵ级围岩段长355 m,占全长的71%,是工程的难点、重点所在,尤其是DK15+745~+800段的滑坡堆积体。

2 滑坡堆积体现状

2.1 工程水文地质特征

DK15+745~+800段原为山谷,2005年暴雨将四周山体的残坡积层冲集此处。隧道顶板厚3.5~11.0m,边墙底以上主要由坍滑体的含砾粉质粘土及全风化花岗岩组成,松散,饱和,呈软泥状,地表已作植草及排水处理。地下水主要为基岩裂隙水,渗透及富水性较好,雨季时降水即刻渗透到隧道内,水量极大。隧道边墙底部以下为中~弱风化的花岗岩,施工时需进行爆破处理。

2.2 设计开挖初支

2.2.1 滑坡体处理加固

①DK15+740~+810线路左侧抗滑桩:距线路左中线13m处布置一排11根2×2.25人工挖孔钢筋混凝土抗滑桩,深23m,桩间距3.0m。

②DK15+750~+800段地表袖阀管注浆:隧道中线左右10m范围,钻设¢110cm孔,¢50袖阀管注浆,2×2.0m间距梅花形布置,入弱风化岩2m以上(详见图1)。

2.2.2 超前支护

DK15+800~+770洞口段拱部1500范围¢108×6mm长管棚,环向间距40cm;DK15+770~+745洞身段拱部1500范围¢89×5mm长管棚,每次打设10m,纵向间距7m,搭接3m,环向间距40cm;均注1:1水泥浆液。

2.2.3 初支体系

本段为Ⅵ级围岩,采用I20a钢架,@50cm;¢8单层钢筋网,@20×20cm;拱部22组合中空注浆锚杆,边墙¢22砂浆锚杆,L=3.5m,纵环间距100×100cm;¢22纵向连接筋,@100cm;全环喷射C25混凝土27cm厚。

2.2.4 施工方法

3 施工方案

在按原设计完成地表抗滑桩、袖阀管注浆、洞口段拱部的超前大管棚支护后,于2009年2月15日采用CD法进洞暗挖施工,在完成前几榀初支钢架后发现下沉严重、迅速(施工时预留30cm的沉降量,喷射混凝土封闭后1d~2d就下沉了5cm~10cm),底部临时封闭的10cm厚C25喷射混凝土仰拱翘壳、开裂,但洞身初支结构未见任何异常开裂变形,监控量测数据也表明下沉大但收敛位移稳定。发生此种情况后,现场立即在拱部(1200范围)增设临时仰拱(I20a钢架+喷射27cm厚C25混凝土)及中部临时竖撑(I20a工字钢),通过采取上述的措施,仰拱整体已闭合段下沉、收敛均稳定无异常。经过设计单位现场踏勘后,拟将开挖方法变更为CRD法施工。

4 优化的CRD法

采用四台阶法开挖,拱部预留大核心环形槽挖,临时仰拱增设I20a钢架喷射27cm厚C25混凝土,中部采用I20a工字钢临时竖撑,整体闭合、步步为营施工,具体施工措施如下。

4.1 滑坡体处理加固

抗滑桩已按设计施做完毕,入微风化岩均在6m以上;袖阀管注浆也已按设计完成。

4.2 超前支护

DK15+800~+770洞口段拱部1500范围¢108×6mm长管棚已按设计施做完毕,必要时局部补充¢42×3.5mm超前小导管。DK15+770~+740洞身段拱部1500范围¢89×5mm长管棚拟按设计施做,若现场操作困难,则改为双排¢42×3.5mm超前注浆小导管,层距15cm~20cm,梅花形间隔布置,环向间距30cm,L=3.0m,纵向搭接1.5m。

4.3 初支体系

采用I20a钢架,@50cm;¢8单层钢筋网,@20×20cm;¢22纵向连接筋,@100cm;全环喷射C25混凝土27cm厚。由于本段埋深浅,土质松软,打设锚杆时的扰动经常造成局部的掉块、坍塌,加上预留大核心土后打设锚杆极其困难,因此取消了原设计的拱部¢22组合中空注浆锚杆。在钢架每侧拱脚打设6根¢42×3.5mm注浆小导管锁脚,L=4.0m,环向间距100cm,钢架左右各布置3根。边墙采用原设计¢22砂浆锚杆,L=3.5m,纵环间距100×100cm。

4.4 施工方法

第一台阶采用预留大核心土环形槽挖法,高度范围为拱部1200,至起拱线;第二台阶至起拱线下1m,高度3.5m,采用左右错开半边开挖;第三台阶至边墙底,高度3.5m,采用左右错开半边开挖;第四台阶为仰拱,整体开挖闭合施工。纵向每台阶长度控制在6m~8m,第一台阶每次开挖一榀钢架长度;第二、三台阶每次开挖1~2榀钢架长度,左右错开5m以上;仰拱每次开挖2m~3m。

4.5 临时支护措施

①临时仰拱:第一台阶增设I20a钢架(@50cm)+喷射27cm厚C25混凝土;¢22纵向连接筋,@100cm。

②中隔壁临时支撑:第一台阶增设I20a临时竖撑,@50cm,¢22纵向连接筋,@100cm。若拱顶下沉较大时喷射27cm厚C25混凝土包裹封闭。

③大核心土临时支护:由于第二、三台阶的基底为原岩(强风化~微风化花岗岩),所以未设置临时仰拱及中隔壁临时支撑。改为保留“八字形”大核心土,两侧采用导坑形式开挖,核心土侧挂¢8单层钢筋网,@20×20cm,喷射10cm厚C20混凝土支护。

4.6 施工步骤

第一台阶预留大核心土环形槽挖法,每次开挖一榀钢架,超前5m→第一台阶临时仰拱闭合,中隔壁临时支撑架设→第二台阶左右错开5m槽挖、初支→大核心土临时支护→第三台阶左右错开5m槽挖、初支→大核心土临时支护→第四台阶仰拱整体闭合(包括仰拱二衬及填充)→每闭合2个循环的仰拱拆除1个循环的临时支撑(详见图2)。

5 施工技术措施

①测量:开挖半径(以R1为例)=6.95m,视现场地质实际情况,高程整体抬高20cm~40cm,确保预留沉降量,满足二衬净空。

②¢42×3.5mm超前小导管根据现场围岩情况确定施工与否,施工时注浆必须饱满,开挖长度不能超出小导管的搭接范围。

③上部核心土预留长度、宽度以现场立拱、锚杆、喷射混凝土方便操作为宜,并且要注意核心土的坡度,防止坍塌。

④孤石爆破作业必须采用浅孔预裂爆破,应尽量控制药量,避免放大炮,减少对围岩的扰动,严格控制超挖,杜绝欠挖。

⑤钢架横向应与隧道纵向垂直,中线与隧道中线重合。连接螺栓应紧固,不管螺栓连接与否均要焊接连接板,纵向连接筋与拱架焊接牢实,钢架脚用方木或木板垫平垫稳,楔子打紧,使钢架顶紧岩面,拱脚处回填洞碴,方便下部连接。

⑥锚杆钻孔应垂直于岩面,保证深度,插入杆体前应将孔内杂质吹洗干净,注浆饱满,与钢架焊接牢固,杆体外露不大于10cm。除边墙外必须采用注浆泵施工。

⑦钢筋网绑扎、点焊牢固,以喷射时不晃动为原则,并且应预留下次的搭接长度。

⑧锁脚锚管一定要保证其数量、质量。注浆禁止采用药卷锚固剂,必须使用气动吹风泵或电动注浆泵,以保证其关键的作用。

⑨喷射混凝土要求采用湿喷工艺。施工时严格配合比,注意调整风、水压力和喷射角度、距离,减少回弹量。喷射时岩面不得有松土虚碴和杂物,风化岩面不得用水冲洗,只能用高压风吹扫干净。喷射面要平整、不得成波浪形,厚度保证27cm。每循环喷射前必须将上循环钢架背后空洞喷射满,必要时预留注浆导管回填注浆。

⑩量测桩点要妥善保护,加强量测工作,指导和修正施工支护参数。当洞内变形量较大时,应根据反馈信息及时施做仰拱及填充,甚至二次衬砌。

6 施工安全措施

①进入工作面人员首先检查工作面情况,特别是拱顶、两帮、掌子面有无松动岩块、裂纹等安全隐患,如有,必须立即处理。开挖时注意落石、掉块,防止事故发生。

②打锚杆和环形开挖在斜坡上作业,注意检查支腿的稳定性,防止跌落伤人,同时注意钎子或锚杆滑落伤人。

③钢架笨重,安装时要有专人指挥,大家齐心协力不得各行其事,架立好后要支撑牢固,防止倾倒,纵向连接筋随立拱同时就要安装好。

④喷射作业人员要戴好防护用品,防止高压风、水、石料伤人。

⑤隧道内多工序多工种平行作业,相隔距离较近,互有干扰,噪音大,任何工作人员都得注意周围工作环境,在保护自己的同时还要保护别人。

⑥施工开挖要以上部为主,大家相互配合,在保证安全的条件下保证质量和进度。

7 施工体会

7.1 地表水的防渗处理

滑塌体主要由砾粉质粘土及全风化花岗岩组成,松散,饱和,呈软泥状,隧道本身处于沟谷地处,降雨时水流即刻渗入洞内。针对这种情况,在隧道地表铺设了一层防水板,并在防水板上覆盖泥土,根据地形修建了环形的排水沟。雨天时,专人排引水流,以防渗入洞内。

7.2 地表袖阀管注浆的作用

本段隧道地表设有¢50袖阀管注浆,2m×2.0m间距梅花形布置,范围为隧道两侧10m,加固至底部弱风化岩上,注浆压力为1.5MPa~2.0MPa。从隧道开挖效果来看很不理想,未达到改善围岩物理力学性能的目的,反而由于施钻的施工用水进一步增加了围岩的含水量。在这类滑塌体的地层注浆加固,采用粉喷桩的效果可能会更好,但会增加工程造价。

7.3 拱部系统锚杆的作用

原设计隧道拱部采用¢22组合中空注浆锚杆,L=3.5m,纵环间距100×100cm。由于拱部围岩均为松散、塑泥状的滑塌体,埋深也浅;锚杆根本起不到任何的锚固作用。反而打设锚杆时的扰动经常造成局部的掉块及坍塌,影响施工安全。国内也有很多已建成的类似浅埋隧道未设置拱部系统锚杆,比如深圳市龙岗区南通道的蛇岭隧道。

7.4 预留沉降量的控制

根据施工现场的监控量测反映,第一台阶仰拱未闭合前下沉8cm~10cm;临时仰拱施做后下沉5cm左右;第二台阶开挖下沉5cm左右;第三台阶下沉2cm左右;仰拱闭合后拆除临时支撑下沉2cm左右;总下沉量在30cm左右,下沉主要是在第一台阶,原因是钢架基底未能达到承载力要求。根据各段的实际地质情况,在架立第一台阶(拱部)的钢架时整体提高20cm~40cm,已确保二衬净空厚度。按照铁路隧道监控量测的规定,隧道拱顶下沉的预警值是3cm,本段远远超出此限值,为此监理等部门经常就此事发整改通知甚至要求停工。

8 结束语

综上所述,通过对龙华隧道出口滑坡段的地质及稳定性分析、隧道与滑坡体的位置关系分析,滑坡体没有位移,围岩变形较小,量测数据在设计及规范要求范围以内。表明了上述施工方案切实可行,从而保证了该隧道安全、顺利地穿越滑坡堆积体。

[1]张旭辉.隧道穿越古滑坡堆积层关键施工技术[J].山西建筑,2008(32).

[2]JTJ042—94,公路隧道施工规范[S].北京:人民交通出版社,1994.

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