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新奥法施工技术在公路隧道工程中的应用

2023-01-08崔正国

交通世界 2022年13期
关键词:钢架锚杆围岩

崔正国

(中建路桥集团有限公司,河北 石家庄 050001)

1 工程概况

某隧道工程位于高速公路第四标段,隧道左幅长455m,右幅长470m,隧道所处围岩为Ⅲ类、Ⅳ类围岩,围岩自承能力较差。隧道施工根据围岩结构特点,采用新奥法施工技术,初期支护方案为超前锚杆加固、喷射混凝土、安装格栅钢构架。开挖施工采用短台阶光面爆破法,先期进行洞门施工,加固洞门围岩结构,后与洞内二次衬砌同时施工。本工程新奥法施工要点为短开挖、弱爆破、强支护、早衬砌、勤测量。

2 新奥法施工技术在公路隧道工程中的应用

2.1 开挖与爆破

本工程在充分考虑支护结构受力条件的前提下,采用正台阶开挖法,上下断面平行作业,在开挖上台阶时留取核心土,以达到控制隧道收敛速度的目的。具体施工技术如下。

2.1.1 洞顶加固

本工程在进洞前清理坡面上的危岩,拆除位于洞顶处的水渠,采用喷锚挂网联合防护技术对洞顶20m×40m 区域进行加固;在加固中,采用长为3~5m的黏结型早强砂浆锚杆,锚杆间距控制在1.2m,在表面挂网,网格间距控制在20cm×20cm,喷射混凝土,混凝土厚度为10cm[1]。

2.1.2 进洞口开挖

(1)在进洞口采用明挖法开挖土石方,开挖顺序为从上到下分层开挖,每层开挖高度为2m;纵向开挖采用挖掘机,保证一次开挖成型;在开挖过程中遇到挖不动的岩石地段,则要用弱爆破方法完成开挖,减轻对围岩的扰动[2];在隧道出口开挖中采用光面爆破短台阶施工技术,上台阶开挖长度为洞跨的2 倍;土石方施工后,根据设计坡度要求进行刷坡,喷射混凝土稳固边坡,混凝土厚度为10cm,避免洞口坍塌。

(2)在进口5m 处采用铺设格栅钢架,拱部纵向连接筋间距控制在0.5m,在拱部表面挂网并喷混凝土,厚度为10cm;在拱部加固中采用超前小导管注浆加固技术,小导管外径42mm,长为3.6m,壁厚为3.5mm,环向与纵向间距分别为0.4m、2.4m,搭接长度不得小于1.0m;加工小导管前端部位,形成尖锥形,在小导管尾部焊接加固钢筋;小导管管壁钻压浆孔,孔直径为10mm,在距离导管尾端1m 处停止钻孔;根据设计图纸放线,确定拱部开挖的轮廓线,采用风枪钻眼,安装小导管,小导管外露0.5m;安装一排小导管后注浆,浆液以水泥浆液为主,浆液中掺入5%的水玻璃,注浆压力为0.5~1.0MPa,采用分浆器同步向4 根小导管注浆,注浆后检查围岩固结效果;小导管注浆固结后开挖,边开挖边喷混凝土封闭岩面,厚度为5cm,设置钢支架、锚杆加固、表面挂网,以稳定岩面受力结构。

(3)本工程为保证施工安全,减少超欠挖量,采用光面爆破技术替代钻孔爆破技术;在光面爆破中适当加密周边眼,爆破层厚度为50~90cm[3];爆破采用的炸药为猛度低、炮速低、破岩能力强的炸药,使用即发雷管与导爆索同时起爆爆破眼。

2.1.3 出口仰破加固

本工程的隧道出口仰破较陡,左侧堆积大面积采石,右侧为山体,分布1.0~3.0m厚的黄土层,该区域用于种植农作物。在长期经受流水冲刷的情况下,隧道仰破结构不稳定,需使用喷锚加固法对仰破加固处理。采用Φ28mm 砂浆锚杆,长度为2~12m,利用砂浆锚杆加固14m×28m区域,砂浆锚杆间距为1.5m,表面挂钢筋网,网格间距为25cm,喷厚度为10cm 的混凝土。

2.2 喷锚支护

本工程采用喷锚支护,对Ⅲ类围岩加装钢格栅1榀/m,湿喷混凝土,使混凝土与围岩形成承载环,起到围岩加固作用;在开挖面施工时紧跟首喷混凝土,厚度为3~5cm,为锚杆和挂网施工提供作业面;待安装好钢格栅后,二次喷射混凝土,喷射后4h内不允许爆破[4]。具体的施工技术如下:

2.2.1 喷射混凝土

(1)混凝土喷射采用P2-5(B)型喷机,压风机的供风量为21.5m³/min,在隧道入口管道上安装增压水泵;混凝土材料为普通硅酸盐425 水泥,中粗砂含水率为5%~7%,选用级配10~15mm 的石子,在拌和混凝土时掺入适量速凝剂。

(2)混凝土喷射顺序为从下到上、先墙后拱,若隧道岩面出现严重的凹凸不平,则要先喷射凹处;混凝土喷射采用分段分片施工方法,每片喷射要从下部横扫移动,往返一次,再向上移动横扫喷射,最大喷射长度不得超过6m。

(3)在喷射时,洞内喷射厚度为3~5cm,洞口段喷射厚度必须超过10cm,控制喷射设备与面层之间的距离,一般在1.0m 左右;喷射完毕后及时养护,养护周期为7d。

2.2.2 水泥砂浆锚杆施工

(1)锚杆选用20MnSi 钢筋;砂浆材料为普通硅酸盐425 水泥、砂、速凝剂,速凝剂掺入量为水泥用量的3%,砂粒径在3mm 内,水灰比为0.45,砂浆初凝时间和终凝时间分别不得超过5min、10min。

(2)对锚杆除锈,首喷混凝土后安装锚杆,根据设计图纸放线,定位锚杆钻入位置;钻孔时保持直线钻进,与岩层结构面垂直,控制深度和孔距误差,分别不允许超过±5cm、±15cm;钻孔直径要略大于锚杆直径1.5cm。

(3)灌浆前清理干净孔眼,均匀拌和水泥砂浆,从孔底均匀灌浆,保证灌浆饱满、连续不断,灌浆后缓慢拔管[5]。

2.2.3 格栅钢架

对称焊接格栅钢架,焊接长度不得小于4cm;清理安装部位处的杂物,回填超挖部分,人工组装钢架,用螺栓连接钢架,两榀格栅之间用拉杆连接;安装钢架时,钢架与围岩之间相距5cm,保证混凝土厚度大于4cm。

2.2.4 复喷混凝土

在安装完毕锚杆、格栅后复喷混凝土,复喷时间必须在首喷混凝土终凝1h后;复喷前冲洗受喷面,实测锚杆、格栅空隙距离,保证复喷密实,厚度符合设计要求,使混凝土全部覆盖钢筋网。

2.3 衬砌施工

本工程采用衬砌台车施工,在二次衬砌前时施作防水层,避免衬砌渗水;混凝土浇筑按照自下而上的顺序施工,从边墙浇筑到拱顶,整体式完成衬砌混凝土工程,不能留有工作缝;在混凝土浇筑到拱脚处时,可以中断浇筑,待墙上混凝土下沉稳定后,即停留1~2h 后继续浇筑混凝土;控制初期支护与二次衬砌的空隙,在空隙间压入水泥砂浆。

2.4 施工量测

在施工过程中,采用超前地质预报方法测量围岩变化和支护结构,及时调整支护方案,有效预防突发事故。本工程采用的超前地质预报方法为:工程地质调查法,在隧道施工前调查分析地质情况,掌握隧道工程区域的地质结构特征,判断施工方案的可行性;地质雷达法,采用地质雷达设备探测围岩结构,掌握围岩裂隙分布情况,及时发现掌子面前方的围岩类型变化,准确识别断裂带[6];全站仪监测,在施工过程中,采用全站仪测量隧道边墙、拱顶和隧底的位移情况。

3 结语

公路隧道工程施工中,结合围岩结构特点合理采用新奥法进行支护施工,应严格控制预支护、开挖、初期支护、量控监测和二次衬砌关键施工环节,通过锚杆施工和喷射混凝土强化原有岩体强度,最大限度发挥出围岩自身承载力作用,加固围岩结构,控制围岩变形,从而保证公路隧道施工质量和施工安全性。

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