黄土隧道斜井进正洞挑顶施工工法

黄土隧道斜井进正洞挑顶施工技术 工法编号:ZJJTGF-××××-2013 编制单位:中建铁路建设有限公司 主要执笔人:刘衍文袁志强吴迪 1.前言 目前国内铁路建设周期普遍较短,长大隧道不可避免的依靠设置斜井的手段来增加作 业面,减小工期压力。黄土隧道相比石质隧道,在挑顶段的受力更为复杂,对于挑顶的方 法和工序安排要求更高,本文以石鼓山1#斜井为例,浅谈黄土隧道挑顶施工技术。 2.工法特点 2.1利用辅助坑道的自身结构作为支撑结构,减少了临时支护钢支撑和混凝土的用量,节约成本。 2.2采用台阶法开挖挑顶,较少了对围岩的扰动,提高了安全效益。 2.3利用正洞钢架直接参与支护体系,将整体钢架分成若干单元,与支撑结构形成稳定的单元结构,对隧道施工的安全稳定性提供了保证。 2.4一次性快速的进行了正洞台阶法的施工,避免了二次施工,大大减少了工期。 3.适用范围 本工法适用于黄土隧道斜井进正洞挑顶施工,特别适合软弱、自稳性差的黄土隧道。 4.工艺原理 黄土隧道自身结构不稳定,自稳性差,开挖过程中要尽量控制开挖轮廓,减少对围岩的扰动,避免造成围岩失稳,特别是在辅助坑道进正洞三岔口处及其不稳定。这就要求在施工过程中避免大面积开挖。“挑顶”,就是将正洞的一个洞室分解成小洞室,分段开挖。以辅助坑道衬砌结构为基点,对小洞室单元结构进行支撑,形成稳定的三角结构。同时有效地快速对正洞进行支护,完成正洞台阶法施工转换。 5.施工工艺流程及操作要点 5.1 施工工艺流程 本工法的施工工艺流程见表1斜井与正洞相交处施工流程表 5.2 操作要点 - 1 - 5.2.1交叉段正洞开挖方法确定 石鼓山隧道1#斜井正洞挑顶施工采用棚洞爬坡、开挖至正洞左线上台阶拱脚位置,主要以棚洞法为施工方法。 5.2.2棚洞大小确定 根据超前地质预报结果:XK0+11-XK0+00段,地层岩性上部为粗砂,下部为粉质粘土,由于挑顶施工断面的增大会导致围岩自稳性降低,容易发生坍塌,同时考虑到开挖时对围岩的扰动以及现场机械设备、 设计 领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计 斜井与正洞相接的断面又不影响施工的前提下,选定棚洞形状为斜八字型,顶宽3.0m,底宽5.0m,高度4.0m。在棚洞开挖前,对开挖轮廓预留40cm的变形量,设计要求为15-20cm,但经过借鉴石鼓山隧道进口与石鼓山隧道出口的监控量测数据,我工区决定将预留变形量暂定为35cm,确保沉降在可控范围内。 5.2.3爬坡坡度确定 考虑到施工机械施工可操作性,同时考虑正线隧道与正洞拱顶高差大,经分析,最终确定爬坡坡率为25%,爬坡段10米。 5.2.4开挖顺序确定 考虑到斜井双向掘进、斜井与正洞夹角,正洞围岩等因素,先向小里程施工,再向大里程施工。 5.3施工准备 5.3.1内业准备 斜井与正洞拱顶高差计算: 斜井拱顶标高=轨面标高606.8475-0.19+6=轨面标高+5.81m; 拱腰标高=轨面标高+2.27+7.395×tag30°=轨面标高+6.54m; 斜井拱顶与正洞拱顶高差 正洞拱顶:轨面标高606.8475m+8.68 m=615.5275m 斜井拱顶与正洞拱顶高差: 正洞拱顶615.5275m-斜井拱顶612.6575m=2.87m 设计图纸已经审核,隧道设计中线、标高及结构尺寸准确无误。在进正洞挑顶前认真阅读审核施工图纸,精确计算出正洞坐标及标高,结构尺寸。制定施工安全保证措施及 应急预案 办公室装修施工应急预案 下载公司关于消防应急预案火灾的应急预案防汛防洪应急预案施工生产安全应急预案 。对施工人员进行技术交底,对参加施工人员上岗前技术 培训 焊锡培训资料ppt免费下载焊接培训教程 ppt 下载特设培训下载班长管理培训下载培训时间表下载 ,考核合格后持证上岗。 5.3.2外业准备 施工作业中所使用的材料及各种施工机具设备的准备工作,详见施工人员及机具配置表。现场施工放样并经工区及项目部审核。 表1斜井与正洞相交处施工流程表 5.4 总体施工 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 斜井进正洞施工 斜井进入正洞采用横向棚架法。 斜井进入正洞前,斜井与正洞交界处,根据围岩、地质情况及安全施工和公司要求,及时封闭成环并浇筑二衬之后方可开挖进入正洞。 斜井与隧道平面关系示意图如下: 图1 斜井与隧道平面关系示意图 I25a的门型钢架由上下横撑和竖撑组成。门型钢架两侧的超挖部分采用喷射混凝土回填密实;门型钢架顶部按间距60cm,高度50cm的钢桩头,钢桩头顶部设连接钢板与正洞上台阶拱架采用高强螺栓连接牢固。 门架两侧各增设6根长度为3.0m的Φ42mm锁脚锚管和8根3.5m长Φ22砂浆锚杆,并喷射30cm厚C25混凝土。 在XK0+17-XK0+10段,斜井初支的7榀异形钢架加设I16仰拱钢架,仰拱喷射20cm厚的C25混凝土。确保正洞和斜井交叉口处的共同受力,如图“交叉口正洞侧面图” 图2 斜井与正洞交接处钢架布置图 、 图3 交叉口正洞立面图 交叉段斜井及时施做加强钢筋混凝土二衬(30m ),交叉口段正洞上台阶施工时左侧按设计进行施工,拱墙坐落于基岩上,右侧钢架坐落于托梁(门型钢架)上,如上图交叉口正洞立面图所示。保证交叉地段三维受力状态围岩的稳定。斜井支护施工中要严格按设计操作,保证锁脚锚杆和纵向连接筋的施工质量。 图4 正洞钢架与门型钢架连接示意图 5.4.1斜井交叉口处二衬施工 在挑顶施工前,施作完成斜井交叉口处二衬,确保施工安全。斜井衬砌采用模板台车衬砌,混凝土采用自动计量拌和站拌和,泵送混凝土施工工艺。 隧道衬砌必须保证其中线、水平、断面尺寸、净空大小符合设计要求,每衬砌循环不论长短都要进行测量放样,复核检查。模板台车准确就位,模板面光滑平顺,不漏浆,接缝严密整齐。脱模后对模板认真整修,使每段衬砌接缝平整,内实外光。 5.4.2棚洞挑顶施工 5.4.2.1棚洞开挖:斜井二衬完成,按垂直正洞走向采用3.0m*5.0m (顶部净宽3m )的棚洞以上坡方式开挖至正洞左侧侧上台阶拱脚位置处,棚洞钢架临时支护及时跟进,如图“斜井进入 I I25 工字钢托梁 主洞钢架 I 25 工字钢支撑 正洞立面图”、“棚洞断面设计图”。 棚洞I20钢架 线路左线 图5 斜井进入正洞立面图 图6 棚洞断面示意图 5.4.2.2棚洞支护参数:棚洞钢架采用I20a型钢,间距为80cm,底部设置横向支撑,使棚洞钢架形成临时封闭的环,在每个连接处设置两根3.5m的Φ42mm锁脚锚管,必要时棚洞钢架的顶部横梁两端加设临时竖向木(钢)支撑。其他临时支护参数:Φ8mm的钢筋网,网格间距20cm*20cm;Φ22系统锚杆长3m,间距1m*1m梅花型布置,喷射20cm厚的C25混凝土。施工中,棚洞临时支护体系中的顶部钢架横梁位于正洞初期支护外,下一步施做正洞初支时不用取出,所以棚洞拱顶高程设计开挖线65cm,以满足套拱临时支护厚度和预留40cm变形量。 5.4.2.3导坑出碴:由于导坑开挖断面较小,导坑施工出碴均采用装载机倒运至斜井错车道 处装车,外运至洞外弃碴场。 5.4.3正洞施工 棚洞内的套拱施作完成后,安设正洞V级围岩的5榀I25a的钢架,间距60cm。钢架右侧落脚于斜井交叉口二衬混凝土中预埋的钢桩上,左侧拱脚支在混凝土垫块上,在钢架分节处和拱脚处各施作长4m的Φ42mm锁脚锚管两根。 棚洞内正洞初期支护完成后,拆除棚洞小里程方向的临时支护,进行正洞上台阶开挖与支护。按设计采用三台阶临时仰拱法向小里程方向开挖、支约30m后,封闭掌子面,进行仰拱及仰拱填充施做,施工一板仰拱后再进行小里程段的开挖支护工作,仰拱及填充紧跟,小里程段施工至50m 时,停止开挖支护,进行台车拼装,并施工小里程段二衬,根据设计,按正洞Ve-I支护衬砌标准断施工。 在小里程停止开挖支护时,调头进行大里程正洞上台阶开挖与支护。DK640+500-DK640+510采用三台阶临时仰拱法;DK640+510- DK640+610段设计为Ⅵ级围岩,采用双侧壁导坑法施工,在施工至DK640+510时,须提前做好施工工艺、工法的转换。 图5 进入正洞开挖断面图 图7 正洞开挖断面图 5.4.4支护参数 ⑴斜井在靠近正洞段采用I16型钢钢架,钢架间采用φ22螺纹钢筋纵向拉杆焊接在一起,拉杆环向间距1m,采用φ42锁脚锚管定位。 ⑵斜井拱墙喷射C25混凝土厚23cm,拱墙设φ22砂浆锚杆,长3m,间距1m×1m,按梅花型布置,拱墙挂φ8钢筋网,间距20cm×20cm,搭接1-2个网格,采用C30混凝土模筑衬砌。 (3)正洞在交叉口两侧共30m范围内采用Ⅴ级加强衬砌,支护参数为: ①设置I25钢架,间距0.6m,钢架间用φ22纵向拉杆焊接在一起,拉杆环向间距1m,采用φ42锁脚锚管定位。 ②拱墙喷射C25混凝土厚35cm,拱部为φ25*7中空锚杆,L=3.5米,边墙设L=3.5米、φ22 砂浆锚杆,间距1.2m×1.0m,梅花型布置,拱墙挂φ8钢筋网,间距20cm×20cm,搭接1-2个网格。采用C35钢筋混凝土衬砌。 6 材料、设备及劳动力组织 6.1材料 应提前将挑顶用钢架、锚杆、锚管等支护材料运至洞内,喷射混凝土提前通知拌合站,保证施工材料的供给及时。 6.2设备机具配置 主要施工机械设备配置表 6.3 6.3.1劳动力组织方式:采用架子队组织模式,实行三班倒模式。 6.3.2施工人员应结合技术主管确定的 施工方案 围墙砌筑施工方案免费下载道路清表施工方案下载双排脚手架施工方案脚手架专项施工方案专项施工方案脚手架 以及现场的机械、人员组合进行合理配置。 每个作业班组人员配备表 7 质量控制 7.1质量检验标准 钢架安设因前应清除底脚的虚碴级杂物;安装允许偏差:横向和高程为±5cm,垂直度为±2o;各节钢架间应以螺栓连接,连接板应密切,连接板局部缝隙不超过2mm;钢架外缘应与基面密贴,如有缝隙应隔2m用钢楔或者混凝土预制块楔紧;钢架之间宜用Φ22mm的钢筋采用焊接方 式连接,环向间距符合设计要求。 钢架安装允许偏差 7.2质量保证措施 7.2.1软弱围岩地带,要遵循短进尺、快支护的原则,对开挖面不能暴露时间过长。 7.2.2棚洞尺寸在满足施工需要的情况下,越小越好。 7.2.3如掌子面围岩情况不好,应做好超前支护,对掉块情况进行初喷处理。 7.2.4棚洞应分台阶开挖,并在台阶处做临时横撑,防止棚架收敛变形。 7.2.5锁脚锚管应按要求打设,打设角度应满足30°-45°下倾。 7.2.6棚架底部要垫设钢板,防止沉降。 7.2.7棚洞尺寸虽小,也应保留核心土,防止掌子面溜坍变形。 7.2.8加强与主洞交界处的测量工作,保证高程、坐标以及开挖净空的准确性。 8 安全措施 8.1斜井与正洞形成的喇叭口,开挖断面大,作为施工通道放置时间长;围岩在应力重分布和应力释放的过程中,会引起支护结构产生位移、变形,直至支护结构破坏,危及隧道安全。因此,在施工中建立严密的监控量测是保证安全的主要手段,同时也是调整支护参数的信息来源。 8.2加强与主洞交接处的测量工作,保证高程、坐标以及开挖净空的准确性。精测小组要对喇叭口过渡段进行高程、坐标以及开挖净空的测量,严格控制开挖尺寸和中线的定位。 8.3施工期间,应对支护的工作状态进行定期和不定期检查。在不良地质地段,应由专人每班检查。当发现支护变形或损坏时,应立即修整加固,当险情危急时,应将人员撤出危险区。 8.4 构件支撑的立柱不得置于虚碴上。在软弱围岩地段,立柱底面应加设垫板或垫梁。 8.5钢架的安装作业时,作业人员之间应协调动作,在本排钢架未安装完毕,并与相邻的钢架和锚杆连接稳妥之前,不得擅自取消临时支撑。 9 环保措施 9.1 防止大气污染措施 临时运输道路经常洒水湿润,减少道路扬尘。对产生尘埃运输车辆和石灰等挥发性材料堆场 加以覆盖,减少对空气污染,生产及生活垃圾定期处理。严禁焚烧有毒废料。 9.2防止噪声的措施 施工噪声主要包括施工现场、机械作业时和车辆运输时产生的噪声。为减少噪声影响,机械设备选型配套时优先考虑低噪声设备,尽可能采取液压设备和摩擦设备代替振动式设备,并采取消声、隔音、安装防震底座等措施。加强机械设备的维修保养,保证机械设备的完好率,确保施工噪声达到环境保护标准要求。 合理布置施工和生活区域。进入施工现场的机械车辆少鸣笛、不急刹、不带故障运行,减少噪声。 9.3防止水污染的措施 施工及生活废水的排放遵循清污分流、雨污分流的原则,各种施工废油、废液集中储积,集中处理,严禁乱流乱淌,防止污染水源,破坏环境。 施工作业产生的污水须经过沉淀池沉淀,经净化处理,符合要求后排放。 食堂的废水处理应设置隔油池,定期清理油污,污水经过必要的处理后排入污水管道,施工、生活污水严禁排入农田和水源。 废弃物中不得含有有毒有害物质,避免雨水冲刷后对地表、地下水造成污染。 10 效益分析 本工法与传统小导洞法相比较,节约了成本,提高了功效,同时也增强了安全系数。 传统小导洞法需向相反方向打设两个导洞,增加了一倍的机械、材料和人工成本,同时由于斜井断面较小,材料供给也会增加困难。本工法从人员、材料、机械等三个方面需求均要少于小导洞法。 棚洞爬坡法挑顶在施工过程中无需拆换拱部拱架和初支,用套拱形式将正洞上台阶拱架支护于棚洞上,增加了安全系数。 11 应用实例 宝兰客专一标石鼓山隧道是高风险隧道,全长4330米,设置2个斜井,斜井围岩等级均为Ⅴ级,均采用此工法成功完成挑顶施工,其中石鼓山1#斜井挑顶仅用时10天,为正洞施工争取了宝贵的时间,也为此工法在高风险黄土隧道施工中提供了经验。 - 11 - 设置爬坡平台 梯形棚洞成型 棚洞设置临时横撑 套拱完成