预留核心土环形导坑法在隧道施工中的应用

2017-11-20郭彦彦

科技与创新 2017年22期

关键词：仰拱施作导坑

郭彦彦

(中铁十二局集团第三工程有限公司,山西太原 030024)

预留核心土环形导坑法在隧道施工中的应用

郭彦彦

(中铁十二局集团第三工程有限公司,山西太原 030024)

针对不同的隧道围岩等级,应当采取相适应的开挖方法.通过结合龙岗隧道工程项目,断面较大,大部分为Ⅳ、V级围岩,隧道开挖断面大(特大断面)、质量标准高,施工组织复杂、施工难度大.设计要求Ⅲ围岩S3型衬砌采用预留核心土法施工,Ⅳ级围岩深埋段S4b型衬砌采用预留核心土环形导坑法,Ⅴ级及Ⅳ级围岩浅埋段围岩S5a、S5b、S5c、S5d、S4a型衬砌采用双侧壁导坑法开挖.

隧道工程;围岩;核心土;开挖跨度

1 工程概况

营城子至松江河高速公路抚民至靖宇高速公路是东北骨架公路网规划的一条高速公路,是吉林省"十一五"重点建设项目.营城子至松江河高速公路抚民至靖宇路段起于辉南县抚民镇,止于靖宇县濛江乡境内拟建中的鹤大高速公路,路段长52.698 km.其龙岗隧道为双向分离式隧道,洞门为削竹式洞门.隧道内地质主要为强风化黑云母花岗岩、少量弱风化黑云母花岗岩,岩体破碎,围岩自稳能力差.

两隧道中心距30~68 m,洞形为三心圆形,隧道最大开挖跨度13 m,最大开挖高度10.51 m.隧道纵面均为单向坡,左幅纵坡为2.715%,右幅纵坡为2.763%.隧道左线施工长度1 895 m,起讫里程为K203+295~K205+190,其中衬砌结构为普通明洞50 m(进口25 m)、Ⅲ级围岩354 m(其中停车带40 m),Ⅳ级围岩893 m(其中停车带40 m)、Ⅴ级围岩598 m(其中加强段370 m).进口位于R=2 700的圆曲线上,出口位于直线上,中部位于直线及R=4 007.61的圆曲线上.隧道右线施工长度为1 870 m,起讫里程为YK203+280~YK205+150.Ⅲ级围岩346 m(其中停车带40 m),Ⅳ级围岩731 m(其中停车带40 m)、Ⅴ级围岩744 m(其中加强段360 m).进口位于R=2 300圆曲线上,出口位于直线上,中部位于R=4 000的圆曲线上.

2 隧道洞身开挖方案

本项目隧道为双向8车道,单洞4车道,限界净空为18.25 mX5 m,断面较大,大部分为Ⅳ、V级围岩,隧道开挖断面大(特大断面)、质量标准高,施工组织复杂,施工难度大,工序转换频繁,进度缓慢.隧道设计为限界高度5.0 m,宽度18.25 m;隧道净高9.18 m,总宽度19.1 m.车行横洞限界高度5.0 m,宽度6.5 m.人行横洞限界高度2.5 m,宽度2 m.设计要求Ⅲ围岩S3型衬砌采用预留核心土法施工,Ⅳ级围岩深埋段S4b型衬砌采用预留核心土环形导坑法,Ⅴ级及Ⅳ级围岩浅埋段围岩S5a、S5b、S5c、S5d、S4a型衬砌采用双侧壁导坑法开挖.

3 施工工艺

3.1 预留核心土法

本施工技术适用于Ⅲ级围岩地段,预留核心土法开挖将全断面共分4部分进行开挖,采用平行流水作业,依次开挖各部分向前推进施工.预留核心土法施工工艺流程见图1所示,预留核心法施工横断面见图2所示.该工艺的施工步骤首先在上一循环的超前支护防护下,弱爆破开挖Ⅰ部,然后进行初期支护①.弱爆破开挖Ⅱ部,并施作初期支护②.弱爆破开挖Ⅲ部,施作③部初期支护.弱爆破开挖Ⅳ部核心土,然后浇筑④部边墙与拱部二次衬砌.

图1 III级围岩地段施工流程图

图2 台阶法施工工序横断面示意图

施工方法分为以下6步:①Ⅰ部全断面开挖,Ⅱ部、Ⅲ部分左右幅交替开挖并进行初期支护,以保证Ⅰ部车辆通行.②隧道洞身开挖采用光面爆破,风动凿岩机钻孔,人工装药;爆破采用非电毫秒雷管起爆,2号岩石硝铵炸药爆破.开挖使用自制移动式台架作为施工平台进行施工作业.③隧道出渣采用无轨运输方式,装载机装渣,挖掘机清底,自卸汽车出渣.④型钢钢架在洞外加工场胎模加工成型,经预拼装检验合格后洞内安设.采用湿喷工艺进行洞内喷射混凝土施工,混凝土由强制式拌和机拌制,混凝土运输车运至作业面;锚杆采用风动凿岩机成孔,注浆泵压注水泥浆或水泥砂浆.⑤隧道铺底混凝土(路面基层)分左右幅施工,以便车辆通行.⑥各导坑长度不得大于18 m,二衬与最远掌子面距离不大于120 m.

本工程安全步距要求及逃生管道设置,Ⅲ级围岩S3型衬砌,导坑法施工过程中,导坑长度不得大于18 m,二衬与最远掌子面距离不宜大于120 m.

3.2 预留核心土环形导坑法

本工艺适用于Ⅳ级围岩,预留核心土环形导坑开挖法将隧道全断面分成7部分进行开挖,施工先施作超前支护,开挖中部导坑Ⅰ部,然后沿左右侧自上而下分Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ进行开挖,每开挖一步均应及时施作锚喷支护、安设钢架,待整个开挖面支护成环后立即施做垫层、仰拱,等围岩变形稳定后立即施作二次衬砌.采用预留核心土环形导坑开挖法施工.在S4b型衬砌导坑法施工过程中,导坑长度不得大于15 m,二衬与最远掌子面距离不宜大于100 m.隧道开挖采用光面爆破时应严格控制装药量.施工过程中应按监控量测设计要求,埋设洞内观测点,实施监控量测,并及时反馈信息以指导施工和修改设计.

本工程IV级围岩预留核心土环形导坑开挖施工步骤如下:①超前支护.主洞洞身采用单排C25 mm超前锚杆支护,单根长度4 m,外插角10°~15°.超前锚杆加工场制作,运至工作面安装,采用风动凿岩机钻孔并导入,注浆锚固并将端部焊接在拱架上.②开挖先行导坑.开挖采用弱爆破为主,软弱破碎岩层采用机械开挖方式.开挖进尺控制在1~2榀钢架距离为宜.③先行导坑初期支护,支护紧跟掌子面.主洞洞身及导坑侧壁墙初喷后,主洞洞身支护采用φ25 mm中空注浆锚杆、钢筋网片、型钢拱架,型钢拱架采用φ42X4 mm(无缝钢管)施作锁脚锚杆(管),以加强钢支撑的稳定性.④左右侧导洞开挖及支护.先行导洞开挖大于15 m后,开挖左侧导洞,并施作初期支护.左侧导洞开挖15 m后开挖右侧导洞.保持各分部开挖断面和各部的纵向间距,开挖轮廓线要圆顺,以减少出现应力集中现象.⑤核心土的开挖.采用两台阶开挖方式开挖核心土,上台阶超前长度3~5 m.施工期间做好施工安排及协调,避免施工干扰.⑥仰拱浇筑及二次衬砌.核心土开挖后进行仰拱垫层的浇筑,绑扎仰拱钢筋浇筑仰拱,等初期支护稳定后浇筑二次衬砌,二次衬砌采用液压整体模板衬砌台车,混凝土输送泵入模;插入式振捣器振捣为主,附着式振捣器为辅的振捣方式.

Ⅳ级围岩S4b型衬砌,导坑法施工过程中,导坑长度不宜大于15 m,二衬与最远掌子面距离不宜大于100 m.