摘要:为探讨大坡度条件下洞口防护和洞内支护技术的应用要点,采用结合甘肃省引洮供水二期工程11#隧洞实际情况的方法,从11#隧洞所在区域的地质条件入手,重点分析了洞口防护和洞内支护技术在大坡度隧洞施工中的应用。大坡度地质条件复杂,影响施工质量和安全的因素比较多,加大洞口防护技术和洞内支护技术的应用力度,可为隧洞工程施工营造一个安全的环境,保证各道工序能够高效、安全、有序的开展,按时完成施工任务。
隧洞是供水工程的主要组成部分,经常需要穿越特殊地质条件,在大坡度条件下,隧洞施工的难度会大幅度提升,过去隧洞施工中,比较重视隧洞口周围情况的清理和防护,在洞内支护多采取单一的支护方式,虽然可以降低施工成本,提升经济效益,但不利于保证施工的安全及质量。基于此种情况,在甘肃省引洮供水二期工程11#隧洞施工中不仅重视洞口防护,同时加强了进洞防护和洞内支护。在洞内支护中采取了多种支护技术相互联合的方法,取得了良好效果,具体施工如下。
1、工程概述
甘肃省引洮供水二期主体工程施工第51标段11#隧洞桩号28+955.29-30+583.0,长1627.71m,11#隧洞出口位于北家岔冲沟底部,隧洞出口桩号为30+583.0,隧洞出口底高程为1736.8m。11#隧洞出口边坡下部基岩裸露,为新近系泥岩,表层风化岩体<2m;上部为马兰黄土,边坡靠前缘山体表面无牵引、卸荷裂隙发育,自然状态下边坡整体稳定,但自然边坡的坡度较大,约75度、局部接近90度,特别是上部土层边坡局部倒悬,受振动、扰动影响后较易发生滑塌,威胁下方施工作业的人员和机械设备安全,存在较大的安全隐患,需要采取边坡被动防护措施。隧洞出口原始地貌图如图1所示:
2、大坡度条件下洞口防护施工技术
2.1 隧洞洞口坡面防护技术
在甘肃省引洮供水二期工程11#隧洞施工中,为保证施工的安全性,促使各道工序能够高效、安全、有序的开展,需要对洞口顶部、周围的坡面进行全面防护。案例工程在设计图纸中并没有规定洞脸边坡防护的范围,以及具体的防护方式。因此,在具体施工中,需要在洞顶约10m高的位置,设置一层防护网,并对洞顶和洞口上下游范围进行C20锚杆挂网喷混凝土,长度为12.8m,宽度为4.2m,选择直径为16mm,长度为1.0m的锚杆,按照1.5m的间距进行梅花形布置,再挂上规格为φ6.5@200mm×200mm钢筋网,喷100mm厚C20混凝土进行固坡。
2.2 进洞防护技术
案例工程隧洞出口位置正好位于松散体岩层破碎处,一但受到外力的破坏,容易发生坡面滑塌问题。为解决此问题,本工程在具体施中,在进洞之前就在距离洞顶约1.0m高的位置,沿圆弧段拱顶布置了1排直径为42mm的钢管进行超前支护。洞口到洞外施工防护中采取了I16,间距为50cm的双层钢拱架,挂钢筋网喷C20混凝土,形成明洞之后再进行进洞施工,控制明洞施工段的长度为4.2m,并在明洞洞口位置设置上混凝土挡土墙,以阻挡落石对施工人员和施工机械设备造成伤害。完成进洞之后,需要及时按照地质条件,设计加强段支护,具体的进洞防护措施如下:
1)在进洞之前需要沿着钢拱架顶部高约1.0m的位置,用L=3m,环向间距为300mm,直径为42mm的钢管进行超前支护,为隧道开挖和支护施工营造良好的条件。
2)在洞口位置向洞口外搭设4.2m明洞,并在明洞洞口位置两侧和拱顶处设置C20混凝土挡土墙,其中明洞采取I16工字钢全封闭双层拱架,间距控制在50cm左右,两层要错开布置,相邻拱架通过直径为25mm的螺纹钢进行连接。而外层拱架2榀型钢腹板之间需要挂设φ6.5@200mm×200mm钢筋网,并喷射20cm厚的C20混凝土,形成拱圈,内层钢拱架需要采取2榀型钢腹板间挂设上φ6.5@200mm×200mm钢筋网,再喷射上16cm厚的C20混凝土形成拱圈[1]。
3)为防止拱架发生沉陷问题,设计洞口桩号往洞外方向4.2m明洞,以及C20混凝土挡墙位置都布设上厚度为150cm的混凝土基础,在基础中布置上2层φ25@200mm×200mm钢筋,混凝土基础与挡墙连接位置设置φ25@200mm×200mm,L=1m锚筋,锚入基础深度0.5m。完成进洞之后,再按照现场地质条件选择合适的设计支护型式。
3、大坡度条件下隧洞洞内支护技术
案例工程上部土层边坡局部倒悬,受振动、扰动影响后较易发生滑塌,威胁下方施工作业的人员和机械设备安全,存在较大的安全隐患。因此,仅凭单一的洞内支护技术,难以保证施工的质量和安全性,需要综合应用多种支护技术。
3.1 钢支撑支护技术
钢支撑支护技术是大坡度条件下隧洞洞内支护的主要技术,在应用此项隧洞洞内支护技术时,钢支撑需要在加工厂按照设计要求进行分段加工成型,并且保证钢支撑的联结钢板、螺栓螺帽、钢楔等都准备到位。钢支撑支护体系的安装,需要装载机和人工相互配合,分间断采用联结钢板螺栓联接牢固,内层和外层相邻的两榀钢拱架需要采取连接筋焊接成一体[2]。尤其是外层钢拱架架设完成之后要及时跟进混凝土喷射,以保证混凝土能够全部覆盖架设好的钢架,等外层喷射的混凝土完成初凝之后,架设内层钢架,再进行混凝土喷射,也要全覆盖,从拱脚开始喷射,以免上部喷射的混凝土虚掩拱脚,影响拱脚的密实性和强度,造成拱脚稳定性不足,影响支护效果。
3.2 超前管棚支护
超前管棚支护也是洞内支护的主要方法,能够提前稳定性的围岩结构体系,即便是发生问题,也先由超前管棚来承受,以保证洞内施工人员和设备的安全。在案例工程中,超前管棚支护施工程序如图2所示。
在进行钻孔时采用手持风钻进行钻孔,钻孔的各项指标都达到超前管棚支护施工的要求之后,再用高压风管将钻孔中杂物清理干净。然后人工配合钻机将钢管打入钻孔中,完成超前管棚施工。
3.3 挂网混凝土施工技术
在进行混凝土支护中可采取干拌的喷射方法,也可以选择半湿拌的喷射方法,具体施工流程如图3所示。
喷射支护所需的混凝土需要由拌合站进行集中拌和,再由自卸式三轮汽车运输到指定位置后,用PZ-6喷射机进行喷射,由人工手持喷射嘴在移动式施工平台上喷射混凝土,喷射时需要采取从下到上和分区段依次施工的方法。挂网喷射混凝土施工要选择强度为C20的混凝土,外层喷射混凝土的厚度控制在20cm左右,内层喷射的厚度控制在16cm左右。钢筋网格间距为200mm×200mm,钢筋φ6.5mm。混凝土总设计喷层厚度≤5cm时分两次喷射,>10cm时可分三次喷射。分层喷射时,后层喷射在前层混凝土终凝后进行,若终凝1h后进行喷射,则应先用风水清洗喷层表面。采用喷水养护,或薄膜覆盖养护;喷水养护在喷射混凝土终凝后2h进行,养护时间≥d。当气温低于5°时不进行喷水养护。
3.4 模板施工方法
在案例工程施工中,混凝土施工中挡墙选择了木质模板,细分为两层进行安装,包括上部和下部。模板安装之前,应由专业的测量人员进行全方位测量,确定好测量人员放样底部边缘。挡墙上部模板选择规格为1850mm×920mm×15mm的木质模板,并选择100mm×100mm的木方作为内楞,间距控制在500mm左右,外楞由规格为φ48.3×3.6的钢管横向布置而成,间距控制在800mm左右,墙体两侧的模板主要是通过直径为12mm的对拉螺栓连接而成,对拉螺栓布置间距控制为600mm左右。挡墙下部模板外侧用φ48.3×3.6mm钢管作外楞(横向)布置,间距800mm,蝴蝶扣固定。内楞采用方木100×100mm方木(竖向),方木间距500mm。模板内侧用Φ12钢筋斜拉,间距2000mm。具体的模板施工结构示意图如图4所示。
当模板施工完成之后,为保证总体的支护效果符合要求,需要对结构、位置、模板面的平整度、接缝的宽度等进行全面检查和分析,经过监理工程师认证达标合格之后,才能进行混凝土浇筑。
3.5 混凝土浇筑
混凝土浇筑是隧洞洞内支护的主要工序之一,为保证浇筑效果,要做到分层浇筑,先浇筑混凝土基础,再浇筑混凝土挡墙下部,最后进行混凝土上部挡墙浇筑。做好面的清理工作,经过“三检”合格之后才能进行混凝土浇筑。挡墙上部需要按照设计情况开展钢筋绑扎、模板安装等工作,也要做好检查工作。在混凝土浇筑之前,需要先铺设一层厚度在2-3cm厚的水泥砂浆。再通过平铺法进行混凝土薄层浇筑,保证进入仓面的混凝土布料均匀平整,严禁堆积过高。当混凝土强度硬化到设计要求之后,及时拆除模板。此外,混凝土浇筑结束之后,要及时跟进养护操作,本工程选择了喷水养护方法,养护时间不能低于28d,为混凝土固化成型,营造良好的环境。
4、结语
综上,通过分析甘肃省引洮供水二期工程11#隧洞洞口防护和洞内支护技术,发现在大坡度条件下,存在很多影响施工和安全的因素,需要结合现场实际情况,做好洞口防护工作,并选择合适的洞内支护技术。通常情况下,仅凭一种或者两种洞内支护技术,可能无法满足隧洞安全施工的要求,案例工程结合地质条件和设计要求,选择多种支护技术联合使用,经监测,隧洞各项数据均符合要求,可更好的保障施工质量和安全性。
参考文献:
[1]樊俊明.砂岩夹砂质新黄土隧道进洞施工技术[J].山西建筑,2019,45(06):164-166.
[2]张永鹏,吴建东.引洮供水二期主体工程第35标段引水隧洞施工技术[J].水利规划与设计,2021(05):125-128,134.
文章来源:翟泽威.大坡度条件下洞口防护和洞内支护技术的应用[J].黑龙江水利科技,2021,49(12):181-183.
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