[word doc]大管棚超前支护技术在板桥山隧道出口堆积体段主洞施工中的应用

[word doc]大管棚超前支护技术在板桥山隧道出口堆积体段主洞施工中的应用 大管棚超前支护技术在板桥山隧道出口堆 积体段主洞施工中的应用 第29卷第6期 2010年12月 四川水力发电 SiehuanWaterPower Vo1.29.No.6 Dec..2010 大管棚超前支护技术在板桥山隧道出口堆积体段 主洞施工中的应用 赵春生,袁鹏,陈文建 (中国水利水电第七工程局有限公司,四川成都610081) 摘要i针对板桥山隧道出口段巨厚堆积体进洞难的问 题 快递公司问题件快递公司问题件货款处理关于圆的周长面积重点题型关于解方程组的题及答案关于南海问题 ,采用了大管棚超前支护及地 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 注浆的施工方法,提前发挥超前支 护作用,增加了施工安全度,提高了隧道的长期稳定性,对此施工方法作出了效果评价. 关键词:板桥山隧道;长大管棚超前支护;施工;效果评价 中图分类号:TV52;TV554;TV5文献标识码:B文章编号:1001-2184(2010)06-0039-05 1概述 映秀至汶川高速公路是”5.12”汶川特大地 震后在重灾区建设的第一条高速公路.板桥山隧 道位于映秀至汶川高速公路K41+915,K44+ 940段,为左右分修特长隧道,左线长3025m,右 线长2996m,隧道单洞净宽10.25m.板桥山隧 道出口段位于,巨厚堆积体上,最大埋深34m, 长40m.隧道出口斜坡坡度为30.,45.,斜坡下 部覆盖厚度不等的新生界第四系全新统崩坡积层 块,碎石,斜坡上部基岩大面积裸露,斜坡植被不 发育.坡体岩石呈松软一松散结构,极易垮塌.现 场开挖情况显示:堆积体为片石.碎石一夹砂,自稳 性极差.为增加进洞安全性, 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 采用40m长大 管棚,对洞口段进行超前支护. 2大管棚超前支护的必要性及相关工作原理 由于隧道出口堆积体较厚且形成年代较短, 洞口处岩体呈松软一松散结构,自稳性极差,洞口 开挖面极易垮塌,施工进洞困难.采用长大管 棚结合(p70无缝钢管对洞VI段堆积体进行注浆 固结后再开挖,可以有效保证洞口边仰坡的安 全,而且可以使开挖部位形成棚幕和一层壳体, 从而大大增加了进洞施工的安全性,确保顺利 进洞(图1). 超前支护的基本工作原理是在待开挖洞顶 无孔段长300cmll5伽Il5cm115cmI15cm115cm115cm 图1管棚钢花管不意图 轮廓线以外一定角度范围内,环向按照一定的问生的围岩压力和变形. 距超前打人钢管,并在钢管内进行压力注浆.环3大管棚超前支护设计 向钢管形成棚架,为开挖及初期支护作业提供了3.1大管棚设计参数 安全保障;浆液固结后钢管和围岩之间组成了一(I)导管规格:采用q~108,壁厚6mm的热轧 个共同的固结圈,从而在隧道的纵向和横向分别无缝钢管,长40m.钢花管内设置钢筋笼,钢筋 形成一个刚度较大的梁结构和拱结构.这个结构笼主筋为4q~16,采用’P6.5钢筋作固定环,固定 能有效提高围岩的承载力及自稳能力,从而减小环内径R:36.5mm,固定环间距20cm,与钢筋 围岩的变形;同时,隧道开挖后,与钢架一起共同笼主筋焊接.在导管上钻注浆孔,孔径12mm,孔 组成刚度较大的支护结构,以抵挡隧道开挖后产间距15cm,呈梅花型布置,导管尾部3In范围内 收稿日期:2010-10-11不钻孔作为止浆段,如图2,3所示. SichuanWaterPower囫 赵春生等:大管棚超前支护技术在板桥山隧道出口堆积体段主洞施 工中的应用2010年第6期 图2 主筋筋16 管棚导管构造图 焊接 图3A—A剖面图 (2)管距:环向间距为40cm,大管棚每环35 根,外插角:1.,2.; (3)同一环管棚中接头的位置相互错开不小 于1m,单号管棚节长度为:6m+61TI+6rn+ 6m+6In+6m+41TI;双号管棚节长度为:4 m+6m+6m+6m+6m+6m+6m: (4)大管棚钢花管管心与初期支护设计外廓 线径向间距为30cm; (5)预埋导向管为’p152无缝钢管,壁厚6 mm,节长2m,环向间距40cm,拱部120.范围布 置; (6)钢花管和钢筋笼前端均焊成锥形,以便 于钢花管人孔以及钢筋笼的安装. 3.2管棚浆液参数 (1)注浆材料及配合比:注浆浆液采用纯水泥 浆,水灰比为1:1,注浆水泥的强度等级为42.5; (2)注浆压力:1,2MPa; (3)浆液扩散半径:不小于0.5m. 3.3大管棚超前支护与地表注浆的结合 为了使大管棚超前支护更好的发挥作用,减 轻围岩变形作用在管棚上的荷载,在管棚支护的 同时,结合’p70无缝钢管进行地表注浆.具体 为:在洞顶堆积体中,采用’p70无缝钢管进行地 皿S&hH删WaterPower 表注浆,注浆横向加固范围大于破裂面与地面的 交线(45.)之间的距离,注浆深度为由地表至洞 身开挖边界外侧50em,注浆段长度为距洞口32 m处.地表注浆采用套管注浆法,竖向套管采用 (p70无缝钢管,注浆孔按梅花型布置,间距为1.5 m×1.5m.注浆材料为1:i纯水泥浆,注浆压力 为0.5,1.0MPa,注浆量为0.3,0.6m/m. 4大管棚钻机选型 根据板桥山隧道洞口堆积体土层的特点,管 棚深度,管棚的角度,施工进度及现场的实际情况 等要求,选用的管棚钻孔机具必须具有:动力头及 孔口板调转方向,可直接钻凿仰孔;钻机结构为分 体式,可拆性好,搬迁,安装迅速方便,并可远距离 操纵,一次搬迁完成多孔施工;操作员工工作环境 好,劳动强度低;钻机可以直接通过扣件安装在脚 手架上,移机快捷方便;钻机可适用跟管钻进 工艺 钢结构制作工艺流程车尿素生产工艺流程自动玻璃钢生产工艺2工艺纪律检查制度q345焊接工艺规程 方法等特点. 经过比选,YG一50型工程钻机符合上述要 求,故选用YG一50型工程钻机作为板桥山隧道 出口大管棚钻孔钻机. 5大管棚的施工及相关技术要求 大管棚施工工艺流程见图4: 图4大管棚施工工艺流程图 5.1施工前的准备工作 第29卷总第141期四川水力发电2010年12月 隧道位于高烈度地震区,施工时首先清除坡 面及坡顶危石,落石和地表松散地震渣体,并在坡 面上铺挂主动防护网和被动防护网,同时增设环 型截水沟,以拦截地表水;建立枝状排水系统,使 地表水尽快顺畅地排出洞口不稳定范围,以防积 水下渗. 洞顶堆积体’p70无缝钢管地表注浆先于大 管棚施工,从而使隧道顶部堆积体预先形成一层 壳体,以稳定隧道洞口上方堆积体,也利于大管棚 的成孔. 5.2大管棚导向墙的施作 当明洞开挖至洞口10m左右时预留开挖土, 以做导向墙及大管棚施工工作平台,且在导向墙 范围内刷垂直坡,避免2m长导向墙侵占洞身,影 响洞身初期支护.对仰坡及时进行锚杆,挂设钢 筋网,喷射混凝土支护,并在导向墙两端墙脚及顶 部预埋’p25锚固筋,三处共12根. 导向墙对于控制大管棚钢管的钻孔方向至关 重要,同时也兼作止浆墙.洞口前端采用2m 长套拱作为大管棚导向墙,套拱拱脚基础采用 MIO浆砌片石砌筑.套拱的厚度为50cm,材料 采用C25混凝土,套拱内埋设4榀I18型钢,按大 管棚钢管设计位置,沿118型钢拱圈环向准确布 置q~152钢管,并与型钢焊接牢固,作为管棚钻孔 时的导向管,并将孔口预埋一定的上抬坡度(1., 2.).在仰坡中部,拱脚处将预埋锚固筋与型钢拱 架焊接,以避免在浇筑混凝土时移位.具体施工 见图5. 图5大管棚施工示意图 5.3钢花管的制作 钢花管按照设计要求制作,管头加工成锥形 以便送人.为确保接头质量,以长15cm的丝扣 连接.为防止浆液倒流,每根管棚尾部均焊接有 止浆板,止浆板采用2cm厚钢板制作,中间钻有 ‘p20带内螺纹的孔,以备注浆时用. 5.4大管棚施工 (1)搭设钻孔平台,安装钻机及钻机定位. ?对大管棚孔位编号,从一侧顺次编号; ?利用预留的开挖土,在其上用枕木和钢管 脚手架搭设钻机工作平台,并随钻机位置进行搭 建或拆除; ?钻机平台要着实地,与钻机平台钻机要用 扣件连接成整体,以确保钻机稳定,防止在施钻时 钻机产生不均匀下沉,摆动,位移等影响钻孔质 量; ?钻机定位:按照预埋的钢套管位置,将钻机 移动至1#管棚位置,依管棚编号顺序钻孔.要求 钻机与已设定好的预埋导向管方向平行,必须精 确核定钻机位置.用挂线,钻杆导向相结合的方 法反复调整,以确保钻机钻杆轴线与孔口管轴线 相吻合. (2)钻孔 为了便于钢管顶进以及注浆扩散,钻头直径 SichuanWaterPower田 赵春生等:大管棚超前支护技术在板桥山隧道出口堆积体段主洞施 工中的应用2010年第6期 采用130mm.使用顶驱液动锤按套拱中预埋的 钢套管角度,把套管与钻杆同时同步放人钢套管 内冲击回转钻入岩土层内至设计深度.钻机开钻 时,先低速钻进,待成孑L10m后可加快钻进速度, 但要根据地质情况对钻进速度进行调整,避免成 孑L卡钻现象并保证成孔质量;套管与钻具要同时 跟进,使其产生护孔功能,避免内钻杆在提出孑L后 出现塌孑L,提供临时护孔,方便往孑L内插管注浆. 钻孔时要经常使用测斜仪量测钢管钻进的偏斜 度,当偏斜超过设计要求时必须及时更正.要求 钻孔精度高,终孔位置准确,各开孔的孔眼必须与 终孔的孔眼落在同一周界面上,避免产生较大的 偏差和变形.同时要确保钻孔的同轴度,以避免 管棚送人时受卡. 因大管棚施钻范围为堆积体,岩体呈松软一松 散结构,自稳性差,极易垮塌,大管棚孔的施钻主 要存在卡钻,掉钻头,坍孔,退钻等问题.我们在 选择钻孔工艺时考虑到了这些问题,采用了套管 跟进法施钻,即用偏心钻头及套管靴使钢管跟进 钻头进尺. 认真作好钻进过程的原始记录,及时对孑L口 岩屑进行地质判断,描述,以作为开挖洞身的地质 预探预报,作为指导洞身开挖的依据. (3)清孔. 钻孔完成后,用高压气通过钻杆从孔底逐渐 向孔口清理钻渣;取出钻杆后,套管仍保留在孔内 供护孑L用. (4)安装管棚钢花管及钢筋笼. ?用钻机分节安装钢花管和钢筋笼,即钻机 钻杆不转动,钻机机身往前推进,通过连接卡使钢 花管和钢筋笼受力.当钻机机身移动到最大位置 后松动连接卡,钻机机身退回来,然后重新固定连 接卡,钻机向前推进,如此反复,将钢花管和钢筋 笼分节安装就位,见图6,7. ?钢花管采用15em长的内车丝扣,每节钢 花管在安装好钢筋笼后一同安装. ?对于编号为单号的孔位,钢花管按6m+ 6HI+6m+6m+6m+6m+4m进行分 节;对于编号为双号的孔位,钢花管按4ITI+6m +6In+6m+6m+6m+6m进行分节. 钢筋笼同一横断面内的接头数不大于50%. ?当管棚安装完毕,及时在钢管外露端焊上 囵SwhH删WaterPow, 图6钢花管与钢筋安装示意图 图7连接卡大样图 止浆板,止浆阀,并检查焊接强度和密实度. 5.5注浆 利用浆液的渗透作用和压密作用将周围岩体 预先加固并封堵围岩的裂隙水,这样做既能起到 超前预支护的作用,同时也加强了管棚的强度和 刚度. (1)工艺流程(图8). (2)注浆的施工程序及方法. ?注浆采用BW一250/50型注浆机注浆.注 浆前先检查管路和机械状况,确认正常后做压浆 试验,确定合理的注浆参数,据以施工. ?注浆时一般是先注无水孔,后注有水孔. 因板桥山隧道洞口堆积体中无地下水,故从拱脚 起(1#管棚)顺序注浆.注浆速度根据注浆孔出 水量的大小而定,一般由快到慢.注浆过程中随 时检查孑L口,邻孑L,覆盖层较薄部位有无串浆现 象,如发生串浆,立即停止注浆或采用间歇式注浆 封堵串浆口,也可采用麻纱,木楔,快硬水泥砂浆 或锚固剂封堵,直至不再串浆时再继续注浆.注 浆过程中压力如突然升高,判断可能发生堵管,必 须停机检查. ?通过焊接在钢花管上的止浆阀对大管棚注 浆,进浆量按照20,30L/rain控制,注浆压力逐 步升高,达到1,2MPa时继续注浆15min后结 束注浆(板桥山隧道出口大管棚的注浆量一般为 8.0m/根).注浆结束后,及时封堵注浆El并将 闸阀关闭,卸下进浆管,进入下一循环. 第29卷总第141期四川水力发电2010年12月 图8工艺流程图 ?注浆过程派专人负责填写《注浆记录表》, 记录注浆时间,浆液消耗量及注浆压力等数据,观 察压力表值,监控连通装置,避免因压力猛增而发 生异常情况. 6施工质量控制要点 (1)钻孔前,精确测定孔的平面位置,倾角, 外插角,并对每个孔进行编号; (2)钻孔仰角的确定视钻孔深度及钻杆强度 而定,一般控制在1.,2.,钻机最大下沉量及左 右偏移量为钢管长度的1%左右,并控制在15— 20cm; (3)严格控制钻孔平面位置,管棚不得侵入 隧道开挖线内,相邻的钢管不得相撞和立交; (4)经常量测孔的斜度,发现误差超限应及 时纠正,对于至终孔仍超限者应封孔,原位重钻; (5)掌握好开钻与正常钻进的压力和速度, 防止断杆; (6)钢花管与钢筋笼的接头要错开,同一断 面接头数不大于50%; 7效果评价 为保证施工安全并检查大管棚的实施效果, 项目部专门组织对堆积体段的净空收敛进行量 测,在30m堆积体处理段埋设了3条收敛基线, 对监测数据进行的分析情况见表1.从量测情况 看,埋设初期收敛增长较慢,环挖核心土时收敛变 形急剧增长然后趋于稳定,均满足设计要求,充 分说明了大管棚预注浆超前支护对防止围岩急剧 控恶化,制隧道变形的作用是显着的,见表1. 表1净空收敛监测变形分析表/mm?d 罩程缓慢增长阶段速急剧增长阶段速基本稳定速率 一,率(0,15d)率(16,30d)(31,60d) 8结语 采用长大管棚,结合’p70无缝钢管对洞口段 堆积体进行注浆固结然后再进行开挖,作为穿越 板桥山隧道出口巨厚堆积体的超前支护手段,其 成功之处在于:通过注浆,将松散的堆积体固结起 来,利用大管棚支护围岩,将注浆体和管棚连成一 个整体共同受力,在隧道开挖轮廓线外形成棚幕 和一层壳体,有效地阻止了堆积体出现坍塌,也使 围岩的沉降在可控范围,为隧道洞身安全,顺利地 施工创造条件,是新奥法与其他辅助施工方法的 有效结合. 参考文献: [t1公路隧道施工技术规范,TGF60—2009fS]. 作者简介: 赵春生(1969-),男,河北青县人,工程师,从事路桥施工技术与管 理工作; 袁鹏(1974一),男,河南荥阳人,助理工程师,从事路桥施工技术 工作; 陈文建(1969一),四川新津人,技术员,从事路桥施工技术工作. (责任编辑:李燕辉) SichuanWaterPower困