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摘 要:本文结合温福铁路天池山隧道的施工实践,对隧道施工主要工艺的技术控制进行了简要阐述。
关键词:隧道; 工艺 ;技术控制
温福铁路天池山隧道出口里程DK183+511,左线内轨顶面标高51.74(51.74),左线路肩设计标高50.84(50.84);隧道全长2000m,隧道洞身最大埋深263m。隧道Ⅱ级围岩长度1711m,Ⅳ级围岩长度265,、Ⅴ级围岩长度24m。
1、洞口施工
洞口土石方开挖前,先清除边仰坡上的浮土、危石,做好边仰坡的截排水天沟,将地表水、边仰坡积水引离洞口,以防地表水冲刷而造成边仰坡失稳。洞口仰坡刷坡前,在设计要求的仰坡开挖线外原坡面上打设若干排Ф25钢筋砂浆锚杆,锚杆长度4～5m;洞口开挖由外向里,从上至下分台阶开挖,分层分段开挖、分层分段支护。
根据地形,陡坡地带土方和全、强风化岩采用人工清理边仰坡,较缓的边坡具备机械作业条件时,用挖掘机挖装,人工辅助刷坡;石方采用浅孔台阶钻爆法开挖,明挖地段边坡,预留1～1.2m光爆层,钻孔采用YT-28风动凿岩机钻孔,用毫秒微差线型爆破技术,“一”型起爆。
边仰坡开挖后及时进行洞口边仰坡的防护,边仰坡的防护按设计要求采取喷砼、挂钢筋网、打锚杆和浆砌片石等措施进行防护。
2掘进爆破
2.1爆破参数设计
2.1.1炸药的选择:
本隧道掘进爆破采用2号岩石硝铵炸药,普通药卷直径为Ф32mm,光面爆破专用2号岩石硝铵炸药药卷直径Ф20mm和Ф25mm。
2.1.2起爆方式
①起爆器材
a.导爆管:采用国产传爆速度为(1950±50)m/s的导爆管。
b.非电毫秒雷管:选用1至30段毫秒雷管,必要时增加秒差雷管。
c.塑料导爆管的引爆:采用导火索引爆传爆雷管和塑料导爆管。
② 起爆网络中采用簇联方式。
2.1.3掏凿眼设计
使用YT-28型风钻的楔形掏槽。当掘进每循环进尺大于2.5～3.5m时,采用复式楔形掏槽,上下或左右布置两层掏槽孔。装药集中度1.3kg/m～1.4kg/m。掏槽孔底部装药高度为1/3孔深,炮孔堵塞长度为1/3抵抗线,孔内口部装药线密度为底部装药的0.4倍。内外层上的孔采用隔断微差起爆,时差50ms,同层的孔用同段雷管。
2.2光面爆破
光面爆破设计不仅要严格控制周边孔的钻爆参数,还要考虑临近周边孔的参数。周边孔光面爆破的主要参数有:孔径 ,药径 ,线装药密度 ,最小抵抗线 ,孔间距 。
采用YT-28式凿岩风枪钻孔,成孔孔径为Ф40～42mm;炸药选用光爆专用小药卷Ф20mm和少量Ф25mm药卷;线装药密度取0.2～0.25kg/m,底部20～40cm线装药密度为0.5kg/m;最小抵抗线 选0.9m,孔间距 取0.75倍的最小抵抗线,即0.68m;炮孔堵塞长度为25cm。
根据以上周边孔和辅助孔参数的选定,当周边炮眼深度为2.5m和3.5m深度时,各周边孔单孔装药量分别为0.5kg和0.9kg,而邻近周边孔的辅助眼,各单孔装药量分别为2.1kg和3.15kg,根据经验公式 计算结果,炮孔爆破裂隙区半径分别为0.7m、0.9m、1.4m和1.7m。
2.3周边孔钻孔超欠挖的控制
除严格控制周边眼的装药量和装药结构外,主要是周边炮孔的外插角θ,开口位置e和钻孔深度L,它们与超欠挖高度(h)有如下关系:θ和e主要取决于司钻工的操作水平和所采用钻机的钻杆根部外缘高度,一般为5～7cm。平均线性超挖值控制在10cm以内,将e值控制在3cm范围内,钻孔时先定位,后钻孔。采用风钻时L值分别控制在3.5m～2.5m以内。θ值控制范围在2°±0.8°(钻孔深度为3.5m时)和2.8°±1.1°(钻孔深度为2.5m时)。
3喷射混凝土
初期支护喷混凝土采用湿喷机,对于混凝土中速凝剂的用量,一般要求其掺量为水泥重量的2%～4%,初凝不大于5min,终凝不大于10min。
喷射混凝土配比设计时,主要应注意以下几点:
a.尽量不使用碱性较强的速凝剂,如须采用,在骨料的选择上,加强检测,避免采用能产生碱骨料反应的品种。
b.在混凝土配比中,粗骨料粒径越大,回弹越多;但粒径过小,易引起堵塞,粗骨料率一般在2.3～3.1之间。
喷射基面的处理对保证喷混凝土与围岩紧密附着是非常重要的,因此,前期处理应按如下步骤实施:
①有流动的渗漏水面要进行排水处理,因为岩面上渗出自由水不仅使喷混凝土的附着力降低,接触面混凝土层强度下降,未凝前水泥浆流失,在硬化后,还有可能会因积聚的水压作用,造成初喷层的开裂和剥离。
②检查岩面钢筋网(加上排水盲管)的安设情况,防止因固定不好,在喷射作业中发生位移。刚度较大的钢筋网片发生振动时,会导致已形成的喷射砼体产生局部开裂现象。
混凝土喷射机安装调试好后,在料斗上安装振动筛(筛孔10mm),以避免超粒径骨料进入喷射机;用高压水冲洗干净受喷围岩面,而后即可开始喷射混凝土。送风后调整风压,使之控制在0.45～0.7MPa之间,若风压过小,粗骨料则冲不进砂浆层而脱落,风压过大将导致回弹量增大。因此,按混凝土回弹量小,表面湿润易粘着力度来掌握。
喷嘴与岩面的角度,一般与受喷岩面垂直,如喷拱部时,尽可能以直径方向喷射,但在喷边墙时,宜将喷嘴略向下俯角为10°左右,使混凝土束喷射在较厚的混凝土顶端。一次喷射厚度拱部为5～6cm,边墙为7～10cm,不宜超过10cm,若需喷第二层,两层喷射的时间间隔为15～20min。
喷射混凝土层的厚度控制,可采用标桩法或激光断面仪测量法等。
喷射作业分片进行,可按照先边墙后拱脚,最后喷射拱顶的顺序施喷。喷前先找平受喷面的凹处,再将喷头成螺旋形缓慢均匀移动,每圈压前面半圈,绕圈直径约30cm。
4、钢筋网施工
钢筋网一般在初喷混凝土、锚杆完工之后安设,施工时网片要紧贴初喷面,混凝土保护层厚度必须满足设计要求。施工时,钢筋必须经试验检测性能合格;钢筋网节点与锚杆间采用电焊焊接牢固,网片间用铁丝扎紧或焊接,在喷射作业时不得走动;钢筋网铺设随混凝土初喷面起伏,并与壁面贴紧;复喷混凝土后,将钢筋网完全覆盖,且要有3～5cm的保护层。
5、衬砌施工
5.1底板、仰拱及仰拱填充混凝土施工
本隧道Ⅱ级围岩隧道采用曲墙无仰拱衬砌断面形式,隧道底板设计厚度30cm;Ⅲ～Ⅴ级围岩隧道均采用曲墙有仰拱衬砌断面形式,要保证仰拱有足够的强度和刚度,仰拱矢跨比按1/12控制;采用仰拱先行的原则;仰拱填充与仰拱分开施作。
底板、仰拱不能欠挖。当围岩级别较低时,尽可能使用风镐进行清底开挖,必须爆破时,应严格控制装药量;超挖部分一般用同标号的混凝土灌筑。
混凝土施工时分段立模灌筑,分段长度与衬砌台车长度基本保持一致。灌筑仰拱混凝土时,使用混凝土大样的样板,每间隔2m设置一个,以检查和控制仰拱断面。灌筑时采用低塑性混凝土,由仰拱中心向两侧扩展。
5.2隧道二次衬砌混凝土施工
本隧道出口二次衬砌混凝土施作,配备1台12m长全断面液压衬砌模板台车。衬砌台车在工序上形成防水、钢筋绑扎、混凝土浇筑、养护一条流水线。
隧道洞身二次衬砌均在初期支护收敛变形趋于稳定后施作,采用HBT60型混凝土输送泵配合自行式液压模板台车全断面施工,洞外设60m3/h混凝土自动计量拌和站集中生产,采用二次搅拌,以满足高性能混凝土的要求和耐久性要求,混凝土运输车运送混凝土至施工现场,由混凝土输送泵压入模板内,插入式振捣棒配合台车所挂附着式振捣器捣固。
灌注混凝土从新旧混凝土接茬处开始均匀分布灌注,最后在单元体中间位置进行挤压泵送灌注,待混凝土自挡头板挤出浆来时,稳压持续几分钟,看混凝土是否灌满,如稳定压力不能再灌入时,说明拱顶已灌满,若稳定压力仍能灌入,则稳压持续到不能灌入为止。
混凝土施工注意事项:在开工前,严格进行混凝土配合比的选配,确定最优配合比方案。混凝土两侧对称灌注,保证两侧灌注高差不超过1m,混凝土灌注过程中要注意振捣,防止过度振捣或振捣不足出现蜂麻现象,保证混凝土密实,表面光滑。
6、结束语
通过对以上主要工艺进行严格技术控制,温福铁天池山隧道工程合格率达到100%,优良率98%。
关键词:隧道; 工艺 ;技术控制
温福铁路天池山隧道出口里程DK183+511,左线内轨顶面标高51.74(51.74),左线路肩设计标高50.84(50.84);隧道全长2000m,隧道洞身最大埋深263m。隧道Ⅱ级围岩长度1711m,Ⅳ级围岩长度265,、Ⅴ级围岩长度24m。
1、洞口施工
洞口土石方开挖前,先清除边仰坡上的浮土、危石,做好边仰坡的截排水天沟,将地表水、边仰坡积水引离洞口,以防地表水冲刷而造成边仰坡失稳。洞口仰坡刷坡前,在设计要求的仰坡开挖线外原坡面上打设若干排Ф25钢筋砂浆锚杆,锚杆长度4～5m;洞口开挖由外向里,从上至下分台阶开挖,分层分段开挖、分层分段支护。
根据地形,陡坡地带土方和全、强风化岩采用人工清理边仰坡,较缓的边坡具备机械作业条件时,用挖掘机挖装,人工辅助刷坡;石方采用浅孔台阶钻爆法开挖,明挖地段边坡,预留1～1.2m光爆层,钻孔采用YT-28风动凿岩机钻孔,用毫秒微差线型爆破技术,“一”型起爆。
边仰坡开挖后及时进行洞口边仰坡的防护,边仰坡的防护按设计要求采取喷砼、挂钢筋网、打锚杆和浆砌片石等措施进行防护。
2掘进爆破
2.1爆破参数设计
2.1.1炸药的选择:
本隧道掘进爆破采用2号岩石硝铵炸药,普通药卷直径为Ф32mm,光面爆破专用2号岩石硝铵炸药药卷直径Ф20mm和Ф25mm。
2.1.2起爆方式
①起爆器材
a.导爆管:采用国产传爆速度为(1950±50)m/s的导爆管。
b.非电毫秒雷管:选用1至30段毫秒雷管,必要时增加秒差雷管。
c.塑料导爆管的引爆:采用导火索引爆传爆雷管和塑料导爆管。
② 起爆网络中采用簇联方式。
2.1.3掏凿眼设计
使用YT-28型风钻的楔形掏槽。当掘进每循环进尺大于2.5～3.5m时,采用复式楔形掏槽,上下或左右布置两层掏槽孔。装药集中度1.3kg/m～1.4kg/m。掏槽孔底部装药高度为1/3孔深,炮孔堵塞长度为1/3抵抗线,孔内口部装药线密度为底部装药的0.4倍。内外层上的孔采用隔断微差起爆,时差50ms,同层的孔用同段雷管。
2.2光面爆破
光面爆破设计不仅要严格控制周边孔的钻爆参数,还要考虑临近周边孔的参数。周边孔光面爆破的主要参数有:孔径 ,药径 ,线装药密度 ,最小抵抗线 ,孔间距 。
采用YT-28式凿岩风枪钻孔,成孔孔径为Ф40～42mm;炸药选用光爆专用小药卷Ф20mm和少量Ф25mm药卷;线装药密度取0.2～0.25kg/m,底部20～40cm线装药密度为0.5kg/m;最小抵抗线 选0.9m,孔间距 取0.75倍的最小抵抗线,即0.68m;炮孔堵塞长度为25cm。
根据以上周边孔和辅助孔参数的选定,当周边炮眼深度为2.5m和3.5m深度时,各周边孔单孔装药量分别为0.5kg和0.9kg,而邻近周边孔的辅助眼,各单孔装药量分别为2.1kg和3.15kg,根据经验公式 计算结果,炮孔爆破裂隙区半径分别为0.7m、0.9m、1.4m和1.7m。
2.3周边孔钻孔超欠挖的控制
除严格控制周边眼的装药量和装药结构外,主要是周边炮孔的外插角θ,开口位置e和钻孔深度L,它们与超欠挖高度(h)有如下关系:θ和e主要取决于司钻工的操作水平和所采用钻机的钻杆根部外缘高度,一般为5～7cm。平均线性超挖值控制在10cm以内,将e值控制在3cm范围内,钻孔时先定位,后钻孔。采用风钻时L值分别控制在3.5m～2.5m以内。θ值控制范围在2°±0.8°(钻孔深度为3.5m时)和2.8°±1.1°(钻孔深度为2.5m时)。
3喷射混凝土
初期支护喷混凝土采用湿喷机,对于混凝土中速凝剂的用量,一般要求其掺量为水泥重量的2%～4%,初凝不大于5min,终凝不大于10min。
喷射混凝土配比设计时,主要应注意以下几点:
a.尽量不使用碱性较强的速凝剂,如须采用,在骨料的选择上,加强检测,避免采用能产生碱骨料反应的品种。
b.在混凝土配比中,粗骨料粒径越大,回弹越多;但粒径过小,易引起堵塞,粗骨料率一般在2.3～3.1之间。
喷射基面的处理对保证喷混凝土与围岩紧密附着是非常重要的,因此,前期处理应按如下步骤实施:
①有流动的渗漏水面要进行排水处理,因为岩面上渗出自由水不仅使喷混凝土的附着力降低,接触面混凝土层强度下降,未凝前水泥浆流失,在硬化后,还有可能会因积聚的水压作用,造成初喷层的开裂和剥离。
②检查岩面钢筋网(加上排水盲管)的安设情况,防止因固定不好,在喷射作业中发生位移。刚度较大的钢筋网片发生振动时,会导致已形成的喷射砼体产生局部开裂现象。
混凝土喷射机安装调试好后,在料斗上安装振动筛(筛孔10mm),以避免超粒径骨料进入喷射机;用高压水冲洗干净受喷围岩面,而后即可开始喷射混凝土。送风后调整风压,使之控制在0.45～0.7MPa之间,若风压过小,粗骨料则冲不进砂浆层而脱落,风压过大将导致回弹量增大。因此,按混凝土回弹量小,表面湿润易粘着力度来掌握。
喷嘴与岩面的角度,一般与受喷岩面垂直,如喷拱部时,尽可能以直径方向喷射,但在喷边墙时,宜将喷嘴略向下俯角为10°左右,使混凝土束喷射在较厚的混凝土顶端。一次喷射厚度拱部为5～6cm,边墙为7～10cm,不宜超过10cm,若需喷第二层,两层喷射的时间间隔为15～20min。
喷射混凝土层的厚度控制,可采用标桩法或激光断面仪测量法等。
喷射作业分片进行,可按照先边墙后拱脚,最后喷射拱顶的顺序施喷。喷前先找平受喷面的凹处,再将喷头成螺旋形缓慢均匀移动,每圈压前面半圈,绕圈直径约30cm。
4、钢筋网施工
钢筋网一般在初喷混凝土、锚杆完工之后安设,施工时网片要紧贴初喷面,混凝土保护层厚度必须满足设计要求。施工时,钢筋必须经试验检测性能合格;钢筋网节点与锚杆间采用电焊焊接牢固,网片间用铁丝扎紧或焊接,在喷射作业时不得走动;钢筋网铺设随混凝土初喷面起伏,并与壁面贴紧;复喷混凝土后,将钢筋网完全覆盖,且要有3～5cm的保护层。
5、衬砌施工
5.1底板、仰拱及仰拱填充混凝土施工
本隧道Ⅱ级围岩隧道采用曲墙无仰拱衬砌断面形式,隧道底板设计厚度30cm;Ⅲ～Ⅴ级围岩隧道均采用曲墙有仰拱衬砌断面形式,要保证仰拱有足够的强度和刚度,仰拱矢跨比按1/12控制;采用仰拱先行的原则;仰拱填充与仰拱分开施作。
底板、仰拱不能欠挖。当围岩级别较低时,尽可能使用风镐进行清底开挖,必须爆破时,应严格控制装药量;超挖部分一般用同标号的混凝土灌筑。
混凝土施工时分段立模灌筑,分段长度与衬砌台车长度基本保持一致。灌筑仰拱混凝土时,使用混凝土大样的样板,每间隔2m设置一个,以检查和控制仰拱断面。灌筑时采用低塑性混凝土,由仰拱中心向两侧扩展。
5.2隧道二次衬砌混凝土施工
本隧道出口二次衬砌混凝土施作,配备1台12m长全断面液压衬砌模板台车。衬砌台车在工序上形成防水、钢筋绑扎、混凝土浇筑、养护一条流水线。
隧道洞身二次衬砌均在初期支护收敛变形趋于稳定后施作,采用HBT60型混凝土输送泵配合自行式液压模板台车全断面施工,洞外设60m3/h混凝土自动计量拌和站集中生产,采用二次搅拌,以满足高性能混凝土的要求和耐久性要求,混凝土运输车运送混凝土至施工现场,由混凝土输送泵压入模板内,插入式振捣棒配合台车所挂附着式振捣器捣固。
灌注混凝土从新旧混凝土接茬处开始均匀分布灌注,最后在单元体中间位置进行挤压泵送灌注,待混凝土自挡头板挤出浆来时,稳压持续几分钟,看混凝土是否灌满,如稳定压力不能再灌入时,说明拱顶已灌满,若稳定压力仍能灌入,则稳压持续到不能灌入为止。
混凝土施工注意事项:在开工前,严格进行混凝土配合比的选配,确定最优配合比方案。混凝土两侧对称灌注,保证两侧灌注高差不超过1m,混凝土灌注过程中要注意振捣,防止过度振捣或振捣不足出现蜂麻现象,保证混凝土密实,表面光滑。
6、结束语
通过对以上主要工艺进行严格技术控制,温福铁天池山隧道工程合格率达到100%,优良率98%。