姚興國(guó)
【摘 要】黃土隧道三臺(tái)階大拱腳臨時(shí)仰拱法取消臨時(shí)仰拱,大拱腳,加強(qiáng)鎖腳錨管,預(yù)留核心土施工應(yīng)用。
【關(guān)鍵詞】隧道三臺(tái)階;取消臨時(shí)仰拱;大拱腳;預(yù)留核心土;設(shè)計(jì)變更
1 工程概況
蒙西至華中地區(qū)鐵路煤運(yùn)通道工程MHTJ-7標(biāo)段共計(jì)13坐隧道,隧道全長(zhǎng)31.862Km,8座是純黃土隧道,其中鄭莊隧道是控制性工程,兩端掘進(jìn),設(shè)計(jì)工期41個(gè)月。鄭莊隧道進(jìn)口里程為改DK371+811.58,出口里程為DK376+147.47,隧道全長(zhǎng)4335.89m,為單洞雙線隧道,隧道最大埋深約195.5m,最小埋深5m;進(jìn)口為陜西省延安市杜家溝村,沿線經(jīng)過(guò)樊家塬與南溝,出口設(shè)在延長(zhǎng)縣鄭莊村,該區(qū)是陜北黃土高原茆梁區(qū),沖溝發(fā)育,大部分地區(qū)覆蓋厚層黃土。
2 工程水文地質(zhì)
鄭莊隧道進(jìn)口改DK371+827~改DK371+847段地質(zhì)情況為砂質(zhì)新黃土:稍密-中密,稍濕,呈松散結(jié)構(gòu);黏質(zhì)新黃土:硬塑-堅(jiān)硬,呈松散結(jié)構(gòu);黏質(zhì)老黃土:硬塑-堅(jiān)硬,呈大塊狀壓密結(jié)構(gòu)。隧道洞底以上無(wú)地表水系;埋深5~17m;地下水為第四系孔隙潛水,其中改DK372+850~改DK376+147.47段最大涌水量1874m3/d。
3 設(shè)計(jì)情況
3.1 超前支護(hù)
鄭莊隧道進(jìn)口改DK371+827~改DK371+847段設(shè)計(jì)圍巖級(jí)別為V級(jí),開(kāi)挖輪廓尺寸寬11.35m,高11.24m,開(kāi)挖工法為三臺(tái)階大拱腳臨時(shí)仰拱法。采用?準(zhǔn)108壁厚6mm的40m超前大管棚,管棚環(huán)向間距3根/米,傾角1~3°,管棚內(nèi)增設(shè)鋼筋籠以提高抗彎能力,鋼筋籠由4根?準(zhǔn)22主筋和?準(zhǔn)42*3.5m固定環(huán)組成,用M15水泥砂漿充填鋼管。
3.2 襯砌支護(hù)參數(shù)如表1所示。其中,鎖腳錨管為無(wú)縫鋼管(?準(zhǔn)42 t=5mm)L=4m,每拱腳節(jié)點(diǎn)2根。
3.3 施工工法
(1)三臺(tái)階大拱腳臨時(shí)仰拱法中每榀上、中臺(tái)階拱腳設(shè)置大拱腳,大拱腳節(jié)點(diǎn)鋼板與初支鋼架間采用尺寸為20*20*1.4cm的等邊角鋼進(jìn)行焊接連接,每處大拱腳處連接角鋼采用厚度為1.4cm的Q235鋼板與等邊角鋼內(nèi)緣焊接,鋼板尺寸為18*18*1.4cm(長(zhǎng)*寬*厚),每塊鋼板直角邊兩側(cè)均與等邊角鋼焊接;大拱腳位置縱向開(kāi)挖長(zhǎng)度為初支鋼架基腳處節(jié)點(diǎn)鋼板縱向長(zhǎng)度,大拱腳處鋼板安裝完成后,在施做初期支護(hù)C25噴射混凝土?xí)r,同時(shí)將將大拱腳位置噴射混凝土封閉。
(2)臨時(shí)仰拱采用I18,間隔1榀初支鋼架設(shè)置。
三臺(tái)階大拱腳臨時(shí)仰拱法橫斷面圖如圖1 所示。
4 工藝難點(diǎn)分析
4.1 大拱腳
(1)大拱腳開(kāi)挖因尺寸小,全部采用人工開(kāi)挖,且開(kāi)挖完成后容易塌陷,造成拱腳及背后不密實(shí),有虛渣;
(2)在施做初期支護(hù)噴射混凝土?xí)r,不能保證大拱腳及其角鋼內(nèi)鋼板間位置噴射密實(shí),容易形成空洞,無(wú)法保證初期支護(hù)的穩(wěn)定。
4.2 臨時(shí)仰拱
(1)設(shè)置臨時(shí)仰拱無(wú)法保證掌子面前方土體的穩(wěn)定,坍塌嚴(yán)重;
(2)臨時(shí)仰拱對(duì)正常施工的干擾非常大,每循環(huán)施工周期長(zhǎng),不能使項(xiàng)目綜合效益最大化。
5 變更方案
5.1 開(kāi)挖方法
將改DK371+827~改DK371+847段原設(shè)計(jì)的三臺(tái)階大拱腳臨時(shí)仰拱法調(diào)整為三臺(tái)階預(yù)留核心土法,即取消臨時(shí)仰拱及大拱腳,在上臺(tái)階預(yù)留核心土,鋼架部分采取掏槽施工,掏槽寬度以滿足人工開(kāi)挖為準(zhǔn),隧道預(yù)留變形量30cm。
三臺(tái)階預(yù)留核心土法橫斷面圖如圖2所示。
5.2 施工保證措施
(1)為應(yīng)對(duì)因取消臨時(shí)仰拱導(dǎo)致的初期支護(hù)收斂的加大,將上、中臺(tái)階每節(jié)點(diǎn)處的鎖腳錨管由2根調(diào)整為4根,型號(hào)和長(zhǎng)度與原設(shè)計(jì)一致;取消大拱腳,采用拱腳墊聚氨酯板和泡沫鋁(圖3),此墊板可循環(huán)使用;
(2)采用短臺(tái)階快速落底,封閉成環(huán)的技術(shù)措施,仰拱鋼架封閉位置距離掌子面不超過(guò)1倍洞徑距離,上臺(tái)階長(zhǎng)度控制在3.5米,中、下臺(tái)階長(zhǎng)度控制在3.5~4米;
(3)鎖腳錨管斜向下45°角安設(shè),與鋼架通過(guò)?準(zhǔn)25“ L”型螺紋鋼鋼筋焊接連成整體,保證焊接質(zhì)量;
(4)機(jī)械開(kāi)挖時(shí)鋼架兩側(cè)腳部應(yīng)預(yù)留不小于20cm厚的土體,人工清理,確保鋼架坐落在穩(wěn)定地層上,防止兩側(cè)腳部懸空;
(5)上臺(tái)階每循環(huán)開(kāi)挖進(jìn)尺為1榀鋼架間距,邊墻每循環(huán)不超過(guò)2榀鋼架間距;
(6)開(kāi)挖過(guò)程中,出現(xiàn)滲水,涌水現(xiàn)象時(shí),及時(shí)引排至洞外,保證不沖刷拱腳;
(7)加強(qiáng)監(jiān)控量測(cè),及時(shí)反饋結(jié)果,分析洞身結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定,為預(yù)留變形量及支護(hù)參數(shù)的調(diào)整提供依據(jù);
(8)根據(jù)監(jiān)控量測(cè)結(jié)果,及時(shí)施做二次襯砌。
6 監(jiān)控量測(cè)情況
現(xiàn)場(chǎng)變更方案施工后照片如圖4所示。
施作二次襯砌前,監(jiān)控量測(cè)顯示:拱頂累計(jì)最大沉降61mm,最大沉降速率12mm/d,最大收斂累計(jì)5.1cm,最大變形速率8mm/d,根據(jù)數(shù)據(jù)分析,變形已趨于穩(wěn)定。
7 效益分析
7.1 節(jié)約成本
根據(jù)工程量變化計(jì)算,取消臨時(shí)仰拱節(jié)約直接成本66736元,取消大拱腳節(jié)約直接成本55929元,增加鎖腳錨管措施增加直接成本32093元,方案優(yōu)化后此段里程范圍節(jié)約直接成本90572元。
7.2 縮短了工期
根據(jù)工序增減計(jì)算,此段里程范圍共節(jié)約112小時(shí)(表2)。
8 結(jié)論
(1)黃土隧道在施工中,開(kāi)挖后及時(shí)支護(hù),短臺(tái)階施工,及時(shí)施作初支仰拱,封閉成環(huán);加強(qiáng)監(jiān)控量測(cè),根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控量測(cè)數(shù)據(jù),及時(shí)調(diào)整支護(hù)參數(shù)。
(2)施工中預(yù)留的核心土對(duì)掌子面土體的穩(wěn)定起到了至關(guān)重要的作用;鎖腳錨管來(lái)控制拱腳位移,避免了臨時(shí)仰拱給施工造成的干擾;大拱腳控制拱腳的沉降的作用不明顯,施工中客觀上不能保證其功能的發(fā)揮;采用墊設(shè)墊板可以有效的控制拱腳的沉降。
(3)鄭莊隧道90%設(shè)計(jì)采用三臺(tái)階(大拱腳)臨時(shí)仰拱法施工,此種工法循環(huán)施工周期長(zhǎng),直接成本高,不利于控制項(xiàng)目的綜合效益;通過(guò)技術(shù)措施簡(jiǎn)化施工流程,采用三臺(tái)階預(yù)留核心土法,即取消臨時(shí)仰拱及大拱腳,在上臺(tái)階預(yù)留核心土的方法,加快了施工進(jìn)度,降低施工成本,為項(xiàng)目縮短工期,提高效益,值得推廣。
[責(zé)任編輯:楊玉潔]