一、基本情况
武广客运专线岭牌隧道全长531m, 进口明洞5m。, 进出口洞门各18m。, 暗洞490m, 全部为V级围岩。隧道开挖断面大、埋深浅、偏压严重。其设计断面为154m2, 考虑预留沉降等因素, 实际开挖断面最大达164m2;最大埋深48m。, 且中部约60m地段埋深仅4m~6m。隧道沿山体坡脚方向掘进, 上部岩质为全风化花岗岩、粉质豁土, 下部为强风化花岗岩。地下水丰富, 以裂隙水为主, 且中部6Om浅埋偏压段距隧道中心线约25m处有一面积为10亩左右的水塘, 其水面标高与隧道拱顶高程一致。
二、三台阶七步流水法的实施
针对本隧道地质情况及特点, 根据全风化花岗岩遇水易分解崩塌的特点, 为防止隧道坍塌及沉降, 施工中须保证开挖部分尽快封闭成环, 在此情况下, 经研究决定采用三台阶七步流水作业法进行施工。
(一) 开挖
1、第一、二步。
(l) 在拱部超前小导管的支护下, 人工风镐配合机械沿开挖轮廓线, 由上而下开挖上弧形导坑并预留核心土, 遇硬岩时采取弱爆破, 铸循环开挖0.6m。核心土保证其长度和宽度 (长度一般为3m以上, 宽度一般为两边预留工作空间即可) , 上弧导开挖5m~6m时方开挖核心土。 (2) 开挖后及时初喷4cm。厚混凝土封闭作业面, 在含水量较大易掉块处, 先铺挂一层钢筋网, 再进行初喷, 确保开挖面圆顺且无大的超挖现象。 (3) 按要求施作喷射混凝土、钢架、锚杆、钢筋网, 钢架架立完成后即开始施作锚杆, 再进行挂网施工, 然后进行喷射混凝土施工, 第一层喷射厚度:拱部为8cm~10cm、边墙10cm~15cm。分层喷射时, 第二层或第三层必须在第一层或第二层终凝后进行, 该配合比终凝时间为8min~10min。但喷射作业需一次性完成, 不能留给下个循环补喷。喷射棍凝土顺序为自下而上, 先拱脚后拱部, 或开挖到中、下导坑时, 先边墙脚后边墙。一般情况下, 上弧导施作3m~4m有足够作业空间后方可施工系统锚杆, 以确保系统锚杆角度准确, 受力良好。
2、第三、四步。
在上导承载拱作用下, 中台阶左右分开平行进行, 左侧超前右侧约1m~2m (2榀~3榀钢架间距) , 人工风镐、弱爆破配合开挖中导坑。左、右侧以一定的时间差按与第一步相同的工艺进行初期支护。
3、第五、六步。
在已完成上、中导坑支护后, 分段左右开挖下台阶, 开挖方式、开挖步距以及初期支护方式与中导坑一样。
4、第七步。
下台阶距仰拱最大距离不超过30m为宜, 设计要求采用分段整体灌注, 严禁半幅施工, 开挖长度以3m~5m最为安全, 以防止边墙拱脚处收敛, 造成喷射混凝土面开裂等病害。仰拱开挖后, 为保证其承载力, 立即将地下渗水抽出, 并喷射混凝土及时封闭, 厚度5cm。
(二) 初期支护
1、喷射混凝土。
开挖完成后为确保后续施作工序安全, 先对开挖轮廓线进行整修、排除危石, 再用喷射混凝土进行初喷, 待安装完钢筋网片、系统锚杆、钢架、系统锚杆、超前锚管后再进行复喷。第一层喷射厚度:拱部为8cm~10cm, 边墙10cm~15cm;分层喷射时, 第二层或第三层混凝土必须在第一层或第二层终凝后进行, 该配合比终凝时间为8 min~10min, 但喷射作业需一次性完成, 不能留给下个循环补喷。喷射混凝土顺序为自下而上, 先拱脚后拱部, 或开挖到中、下导坑时, 先边墙脚后边墙。因喷射砼厚度较厚, 严禁喷射时一次性喷完;否则, 在喷射过程中将不可避免地产生堆喷现象或者喷射混凝土未完全凝固而发生掉块现象, 造成喷射混凝土不密实而影响强度, 削弱喷射混凝土作用。
2、钢筋网片。
初喷完成后进行钢筋网片的安设, 网片采用φ8钢筋网片, 利用u型卡扣紧贴初喷面进行铺设, 网格间距为200 x 200mm。根据现场实际情况, 可对网格大小、钢筋规格、网格层数进行调整。
3、系统锚杆。
由于系统锚杆在富水粘土地段因粘结力不强对隧道作用不大, 但对石质或砂性土质地段效果较为明显, 所以, 施工过程中, 我们在保持总量不变的情况下, 将系统锚杆位置改至钢架上并与之焊接牢固, 兼起到锁脚锚杆的作用, 使之与其他初支形成一个扩大的稳固基础。
4、钢架。
钢架制作必须在平整的场地上按照1:l大样图严格制作, 并在节点位置按照角度控制好连接板的倾角。各节点可根据实际情况进行调整, 但在圆环的薄弱地段尽量不要开设节点。钢架安装过程中要严格按照测量放样进行, 严格控制钢架倾斜度及高程, 如钢架底部超挖, 严禁采用虚土回填, 必须采用槽钢或者工字钢垫底铺设, 对于富水的软弱土质地段则需加设扩大钢板或者托梁以增大受力面积及充分利用相邻钢架共同承力。
5、锁脚锚杆。
一般来说, 锁脚锚杆在每榀底部以上约50㎝处设置2根, 左右各一根, 采用φ22钢筋与钢架及对称锁脚锚杆进行有效焊接, 确保共同受力。在软弱围岩地段, 可根据实际情况将锁脚锚杆改成φ42或更大的注浆锁脚锚管, 以增强抗剪能力, 确保沉降不超出拟定范围。
6、超前锚管。
在软弱围岩地段超前锚杆对控制掌子面稳定起着相当重要的作用, 对于特别软弱的地段每1~2循环施作一环, 环向净间距根据管径大小调整, 一般以管径的6~8倍为宜, 每环的搭接长度在沿隧道线路方向以不少于lm为宜, 在局部地段可适当加密。
三、围岩盘测与预留沉降控制
(一) “新奥法”理念中, 光面爆破、锚喷支护、围岩量测是
隧道施工三大核心, 其中围岩量测对于隧道施工有着及其重要的指导性作用。施工中, 我们可根据类似条件下围岩量测得出的沉降量来调整下步施工的预留沉降量, 避免预留沉降量过大造成二次衬砌混凝土增加而增加额外的成本;或预留沉降量过小导致二次衬砌厚度不够、减少受力储备, 形成安全隐患。
(二) 隧道预留沉降量一般为隧道净空扩大和整体抬升, 隧道围岩量测包括收敛量测和拱部沉降观测。
一般情况下, 根据收敛量测情况调整隧道净空扩大量, 根据拱部沉降量调整整体抬升预留量。但是, 由于衬砌台车通常比设计半径大5cm左右, 且隧道轮廓为圆弧形、整体抬升后下部180°以下将造成局部侵限, 一般也相应会产生一定量的净空扩大量;所以, 预留量的具体数据可根据前期施工时, 开始沉降到沉降稳定的总量来进行控制。假设断面设计半径为R (所有单位均为cm) , 拱部沉降总量为A, 周边收敛量为B, 那么我们在下步类似情况下, 可按净空量为 (A–B) 、整体扩大量为 (B+5) 来预留。
四、特殊情况处理方法
(一) 沉降速率过大。
对施工中出现沉降速率过大的情况, 要分析原因, 沉降速率过大一般是由于钢架底部虚碴过厚、围岩本身极其软弱、围岩本身软弱外加裂隙水浸泡等原因造成。因此, 我们应该针对不同的情况进行处理:
1、对于底部虚碴过厚的情况, 首先清空下部虚碴, 采用木板、钢板等敲击填塞人底部。
该种情况的沉降一般只是前期沉降大, 时间较短。
2、对于围岩本身极其软弱或者围岩本身软弱外加裂隙水浸
泡而造成的沉降, 由于该种沉降一般速率大且延续时间长, 应该引起重视。对于每天沉降速率超过5mm的, 须增加观测频率。如果沉降速率随着时间的推移而增大或者将要超过预留沉降量, 则需立即采取相应的应急措施。一般可增设锁脚锚管 (杆) 并与钢架进行有效焊接;必要时增设临时仰拱, 临时仰拱与仰拱采用同样的弧度并与钢架有效连接。同时, 对于有裂隙水渗出的地段, 须设置排水盲管集中引排, 并相应调整下段施工的预留沉降量。
(二) 掌子面拱部坍塌。
坍塌发生时, 拱部的围岩是否能在喷射混凝土茬盖后形成一定时间的自然承载拱。对可以形成自然承载拱的, 在确保人员、机械安全的情况下进行有效抢险。但须特别注意的是:一般自然承载拱平衡都只是一个微妙的平衡, 须尽量减少外力对围岩的扰动, 如停止其他工作面的爆破或大型机械作业, 严禁对掌子面进行通风排尘处理等, 以便将扰动减至最少。对于不可形成自然承载拱的, 须立即撤出人员及机械, 待其基本稳定后再进行处理。一般情况下, 坍塌土体已将上导埋没, 我们可以在已施作好的钢架上再加密加设注浆超前小导管。小导管长度要超过掌子面坍塌长度lm以上, 确保小导管起到挑梁作用;小导管间距以3~5倍管径为宜, 注浆分次进行。为使浆液提前凝固, 一般在1:1的水泥浆液中按照试验室提供的配合比添加35波美度的水玻璃。在下段施工中, 适当将钢架间距缩小, 挂设多层钢筋网片。待坍塌段全环施作完成后再对拱部塌空区域进行注浆回填, 对于坍塌高度超过2m的, 回填注浆到2m高度即可。
(三) 初支环向、纵向裂缝、山体裂缝、地表沉陷。
施工隧道开挖改变原土体应力状态, 造成隧道环向、纵向裂缝、山体开裂, 处于不稳定状态, 隧道变形主要为地下水作用使围岩轴向应力、剪应力、塑性区范围增大, 土体抗剪强度降低, 导致围岩稳定变差, 诱发隧道轴向开裂、环向开裂、山体开裂、地表沉陷等现象。在此种情况下、一般根据成因, 在隧道纵、环向裂缝处两端各5m处增设系统、锁脚锚 (管) 杆、加设钢筋网片、复喷混凝土以增加初支自身刚度, 增强围岩本身与初支间的作用。对于山体开裂及地表沉降, 可在地表采用地表注浆、铺设钢筋网片、增设锚索 (杆、管) 等加强山体的稳定性。
五、结语
做好隧道施工, 首先必须有正确的施工方案, 而且必须从隧道施霖的每道工序做起, 有效开挖、超前小导管、钢架安装等每道施工工序的施工质量都对隧道施工有着重大影响, 施工中的一点不当, 就可能造成施工安全质量隐患。因此, 每道工序的施工质量都要达到预期的效果, 才能使隧施工安全、质量得到有效保证。
摘要：结合武广客运专线岭牌隧道施工实例, 重点介绍了三台价七步流水作业法在浅埋偏压软弱围岩隧道中的具体做法, 并对隧遗施工中可能出现的一些特殊情况的处理方法进行总结, 为浅埋偏压软弱围岩隧道三台阶七步流水作业法施工提供参考与借鉴。
关键词：三台阶七步流水作业法,浅埋偏压,软弱围岩总结