随着社会发展步伐的不断加快,公路隧道建筑规模不断扩大。公路隧道工程向全国各地不断延伸,各地区的地形复杂状况,对施工技术提出了更为严格的要求。在公路隧道浅埋施工中,若施工技术选择不科学、针对性不强,则会使工程质量问题频发,延误工期,给施工单位造成不可估量的损失。以实际工程为例,探究隧道浅埋地段施工方案的选择及施工工序,以便提高施工效率。
1工程基本情况
某公路工程隧道总长度4928m,采取单线隧道建设模式,工程隧道里程为DK140+198~DK145+126m,隧道设计时速160km/h,其中DK144+433~DK144+502m段为特殊地段,地质状况特征表现为沟谷浅埋段,该地段地下水丰富,沟水流量平均在13000~15000m3/d。施工路段建筑房屋集中,而且地表有公路通过。图1所示为浅埋段纵断面图。施工单位通过细致、勘察,终得出此地段土质分布松散,稳定性偏低,洞身地下水发育,为中等富水区,洞身部位使用型号为直径60mm中管棚进行超前支护,预注水泥-水玻璃双液浆,全环设置为16型的钢架结构,各个钢架结构应保持一定的距离。地表部位采用直径70mm钻孔进行注浆加固,以提高施工的有效性,确保工程按期、保质完成。
采用超前小导管注浆法,可将隧道开挖过程中所释放的荷载传递至前方的围岩及后方初支部位,从而保证隧道掘进中围岩的稳定性。小导管注浆是指沿着隧道纵方向于拱上部的开挖轮廓线外部一定范围内密排向前上方倾斜的注浆钢花管,这种注浆施工工艺较为简单,利用一些简单工具即可在小空间范围内进行钻眼与布管,同时可在地层出现变化的状况下对施工方案进行及时调整,有着显著的经济效益。随着我国大量隧道工程的兴建,小导管注浆技术在各种困难地层施工中得到广泛的应用。2.1超前小导管注浆基本原理超前小导管注浆工艺的原理是在隧道工作面的拱上部一定范围内将小导管以一定角度打入地层中,并通过注浆泵施加的压力使浆液沿着小导管渗透扩散至地层的空隙中。
起到止水的作用,并在工作面的周围形成一个地层自承拱,同时通过管体的超前锚杆作用提高土体的自稳能力与自稳时间,改变围岩的力学性能,提高其力学参数,从而控制地层松弛变形。注浆效果通过围岩抗渗性与强度来体现,以现场原位实验及实验室实验来确定。对于存在一定孔隙或者裂隙受到扰动与破坏的围岩,通过注浆泵施加的压力使浆液克服阻力渗入围岩空隙或裂隙中,从而起到固结地层的作用。对于土质致密的地层,通过对浆液施加较高的压力以挤开裂缝,使浆液渗入围岩,进而压密岩体。(1)小导管可选用管径为Φ25~Φ42的有缝钢管,管长一般为3.0m~6.0m。(2)小导管以纵向沿隧道轮廓线外一定范围向前上方倾斜,外插角α为10°~15°。
(3)注浆压力取决于地层的致密程度,一般为0.5MPa~1.0MPa;水泥浆水灰比为1;水玻璃波美度为e=35;模度2.4。(4)超前小导管的纵向搭接长度不应小于1.0m;导管环向间距通过试验进行确定,不可超过0.4m;设置范围在拱部120°。(5)注浆液选用纯水泥浆液或添加5%水玻璃的双液浆。隧道超前小导管注浆的施工工艺流程是:施工准备→制作小导管→钻孔→配置浆液→注浆→隧道开挖。(1)根据设计施工图纸及施工具体条件,并制定防止与隧道施工发生相互干扰的有效措施。(2)通过对土质情况的调查分析,根据渗透系数进行注浆类型的确定,包括注浆液的名称、材质、规格、用量及技术标准等。化学浆液的成本较高。
且有一定毒性,不利于环保,应慎用之。(3)选择试验、钻孔、注浆、检测等所需设备及仪表器材,检查仪器是否完好,保证工作压力符合注浆压力的要求。(4)拟定适当的实验方案,通过实验确定注浆参数,包括注浆压力、注浆半径、注浆速度、扩散半径、有效范围、浆液配合比及初凝时间、止水盘尺寸等。(5)制作小导管,其前端为尖锥形,尾端焊接直径为8mm的钢筋加劲箍,于管壁每隔20cm处做直径为8mm的梅花形钻眼,尾端留至少30cm不钻孔作为至(止)浆段。(6)组织、安排施工队伍,并对某些设备与器材的加工生产进行部署。3.3安装小导管首先在设计好的孔位处做上标记,用凿岩机进行钻孔,要求孔径超过设计导管管径20mm以上;
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通过对开挖前的围岩具体涌水情况进行分析,做好相应的记录,采取引水和排水措施。如果涌水较为集中,那么喷锚前使用开缝摩擦锚杆进行导水;如果涌水面积较大,在进行喷锚前运用树枝状软式透水管进行排水;当涌水比较严重时,通过设置汇水孔,一边排水一边喷射。对于初期支护的控制,可以在引水导管的使用下,受到喷射混凝土堵截作用的影响,构成 性的地下水排水设施。对其进行处理后,确保围岩中的大多数地下水在排水设施的作用下排到洞外,进而减少混凝土表面的渗水现象,达到防水的效果。开挖过程中涌水环节的防排水处理进行隧道施工时,首先对开挖面出现涌水的原因进行分析,找到原因后,运用以排为主,实现防、排、截、堵相结合,因地制宜的选择恰当的治理方案进行防排水工作,终实现防水可靠、排水通畅、经济合理以及不留下隐患。隧道出现涌水现象,原因在于地下水发育导致洞壁中的水流涌出来或者处于断层地带时,岩石破碎和裂隙发育导致出现涌水情况;洞顶的覆盖层不厚,进行地下水的开挖时,出现涌水现象。因此,进行施工时,要通过对洞内的水量大小、出水部位、涌水现象、补给水源、水质成分以及变化规律等方面进行观测、记录工作,并提高防排水施工技术。