您現在的位置:保利長大工程有限公司 >> 技術設備 >> 施工技術>> 內容正文
三臺階法在大王頂隧道中的應用研究 于 2010年08月25日 發布 點擊數:

 

 
摘 要:江肇高速公路大王頂隧道為6車道左、右線分離式隧道。左線隧道長2200m,右線隧道長2159m,屬長隧道。原設計Ⅴ級(Ⅳ級)圍巖采用雙(單)側壁導坑法開挖,對其進行優化設計后,改用三臺階法開挖,以達到少擾動圍巖、早封閉、快速施工、降低工程造價和施工成本的目的,可供類似公路隧道施工參考。
關鍵詞:公路隧道;超大斷面;三臺階法;應用
大王頂隧道屬珠江三角洲經濟區外環公路江門至肇慶高速公路(簡稱江肇高速公路)的控制性工程。大王頂隧道位于佛山市高明區,采用雙向六車道左、右線分離式高速公路標準,大王頂左線隧道進口樁號K41 700,出口樁號K43 900,隧道長2200m;大王頂右線隧道進口樁號K41 725,出口樁號K43 884,隧道長2159m。該隧道最大埋深約198.77m。隧道平曲線進口R=3800m、出口直線,進口R=4150m、出口直線,縱面設計左線縱坡(%)/坡長(m)1.03%/2210m、-2.39%/670m,右線1.03%/2270m、-2.88%/760m。
緒論
1.1  本課題研究的背景
要解決的重點、難點和關鍵問題在本項目大王頂隧道(屬扁平、超大斷面隧道)中有如下三個問題。
第一,大王頂隧道左線出口端按原設計采用超前支護30 mФ108長管棚及雙側壁導坑法進行開挖進洞,于2008年12月30日隧道出口端左洞內側壁上臺階開挖進洞,至2009年1月7日,共開挖及支護9榀鋼拱架,共進尺4.8m,平均每天進尺0.53m。雙側壁導坑法施工工序煩瑣,施工進度很緩慢。如采用雙側壁導坑法開挖無法完成省委省政府要求2010年底建成通車及難于確保按總工期完成,急需解決雙(單)側壁導坑法改變為三臺階法開挖施工。
第二,大王頂隧道圍巖為強風化砂巖夾泥巖,局部弱風化,受地質構造影響較嚴重,巖體破碎,存在破碎帶,節理裂隙較發育,充填泥質物形成軟弱夾層,開挖后出現掉塊,局部小塌,圍巖滴水或小股流,圍巖強度低自穩能力較差;爆破后,洞渣呈碎屑狀,只有少量零星小塊。解決三臺階法適用于大王頂隧道開挖的實施方案,并在大王頂隧道各級圍巖開挖形成一套快速施工、提高工效的隧道施工新工藝成套生產技術。
第三,三臺階法與雙(單)側壁導坑法進行對比驗證,得出結論:三臺階法在大王頂隧道(屬扁平、超大斷面隧道)施工中少擾動圍巖、早封閉、方便快速施工、降低工程造價和施工成本的經濟效益, 更能確保工程質量及安全的目的。
1.2  重點、難點工程及其措施
結合大王頂隧道地質地貌及實際情況,本隧道技術重點、難點工程是大斷面隧道開挖及初期支護的施工。
措施:
(1)各級圍巖段采用三臺階法開挖。
(2)各級圍巖開挖每循環進尺嚴格按三臺階法要求來控制。
(3)爆破采用楔形掏槽微差控制爆破技術,起爆方式采用塑料導爆管毫秒微差有序起爆,并根據爆破效果及時調整各種爆破參數。
(4)發揮隧道機械化施工的特色,輔之以施工中的技術創新及適應于現實環境下的新工藝、新技術相結合。
(5)施工階段應加強超前地質預報,堅持全程進行超前地質預報。
(6)加強監控量測工作。通過對量測數據分析處理,及時調整和加強初期支護。
1.3  本課題主要研究內容
為更好的保證大王頂隧道開挖安全、保證質量及快速完成,尤其是在技術可行、經濟合理的前提下,怎樣提高隧道開挖速度,本課題結合大王頂隧道實際情況,開展了三臺階法在大王頂隧道中的應用研究工作。采用三臺階法開挖,施工中能維護和利用圍巖的自承能力、自穩能力,符合新奧法原理。其優點是施工工序簡單、緊扣、高效、投入少(節省開挖臺車),避免了大量拆除臨時支護作,節省了施工成本,以達到少擾動圍巖、早封閉、快速施工、降低工程造價和施工成本的目的,能確保工程質量和安全。
主要的研究內容如下:
(1)各級圍巖三臺階法設計研究。
(2)各級圍巖三臺階法施工研究。
(3)三臺階法與雙(單)側壁導坑法對比試驗研究。
(4)三臺階法經濟效益分析。
氣候、水文、地質的情況
2.1  氣候狀況
本課題大王頂隧道所在區域屬南亞熱帶季節氣候,干濕季節明顯,春夏溫和多雨水,秋冬涼爽無嚴寒,植被四季常青。該區年平均氣溫18.8℃~22.4℃,月平均氣溫最高30.9℃,月平均氣溫最低12.9℃,極端最高氣溫42℃。年均降雨量1754.9~2215.7mm,主要集中在4~9月份,尤以6月份降水最多,常年平均雨日157天。
2.2  水文情況
大王頂隧道工程區屬西江流域,西江從路線東北部流過。最近隧道約4~10公里,西江支流主要有高明河、楊梅河。
1、地表水
隧址區地表水主要為溝谷中的流水,流量較小,受季節影響明顯。大氣降水、溝谷兩側的基巖裂隙水及谷底的泉水為其主要補給來源。
2、地下水
隧址區地下水分為松散巖類孔隙水、基巖裂隙水兩種類型。
松散巖類孔隙水:賦存于基巖全風化層和部分坡積層孔隙中的潛水,水量較貧乏。
基巖裂隙水:賦存于強~弱風化砂巖的節理裂隙中,水量大小分布很不均勻,節理、裂隙發育,水量較大,反之則小。
據水質分析報告,隧址區地下水為HCO3?CL-Na和HCO3-Na型水,PH=6.6~6.9,Mg2 =2.67~14.83mg/L,CL-=12.41~15.86mg/L,SO42-=4.84~13.08mg/L,HCO3-=21.97~152.55mg/L,侵蝕CO2=0~10.56mg/L,按《公路工程地質勘察規范》(JTJ 064-98)判定:隧址區屬Ⅱ類環境類型,地下水對混凝土無腐蝕性。
3、預測最大涌水量
大王頂隧道預測最大涌水量:右線隧道為4373.88m3/d;左線隧道為4153.68m3/d。
2.3  地質情況
2.3.1  地形地貌
大王頂隧道位于佛山高明隆起區,山巒疊嶂,溝谷發育,多呈“V”字形,山坡坡度25?~45?,山坡植被茂盛,隧道區高程27~244.00m,屬侵蝕低山地貌。隧道最大埋深約198.77m。
2.3.2  地層巖性
根據工程地質調繪及鉆探結果,隧址區大部分地段上部分布第四系全新統坡積物(Q4d1)亞粘土,局部地段分布碎石;沖溝底部分布第四系全新統坡洪積物(Q4d1 p1)亞粘土;基巖為泥盆系砂巖(D) 、寒武系砂巖(∈)。
2.3.3  地層構造
隧址區位于華南褶皺系所挾持的粵中地塊,為地殼相對穩定區。據勘察結果,隧址區地質構造相對簡單,主要為砂巖中的節理裂隙。
(1)節理裂隙
此次勘察發現,隧址區內砂巖節理裂隙發育。
(2)褶皺
楊梅背斜:位于K41 700~K44 200段,背斜走向為北東—南西向,向北西或南東方向陡傾,傾角一般在55?~70?,核部地層為寒武系,東南翼被花崗巖侵入破壞,西北翼被斷層破壞,致使該背斜殘缺不全,該背斜構造對隧道工程無影響。
(3)斷層
區內主構造線方向主要呈北東-南西方向,地層走向和主要斷裂構造成北東-南西向。近場區主要斷裂為金雞-鶴城斷裂,對隧道工程無影響。
2.3.4  不良地層
根據鉆探及地質調繪、物探資料,隧道區未見嚴重不良地質現象。
各級圍巖三臺階法設計研究
大王頂隧道是江肇高速公路控制性隧道工程,為落實完成省委省政府要求江肇高速公路南段2010年底建成通車任務的目標,必須將原設計雙(單)側壁導坑法變更為三臺階法開挖施工。同時,三臺階法在大斷面、軟弱圍巖開挖形成一套快速施工、提高工效的隧道施工技術,以達到少擾動圍巖、早封閉、快速施工、降低工程造價和施工成本的目的,能確保工程質量和安全。
3.1  Ⅴ級圍巖三臺階法設計
Ⅴ級圍巖采用三臺階法開挖,主洞拱部采用Φ50mm超前小導管注漿預支護及初期支護,即安裝鋼拱架(淺埋段Ⅰ22b縱向間距60cm、深埋段Ⅰ22a縱向間距80cm),掛Φ8mm鋼筋網(淺埋段雙層、深埋段單層),安裝Φ25mm中空注漿錨桿、噴C25混凝土,上、中、下臺階每榀鋼拱架拱腳處增設5m鎖腳錨管兩根(Ф42?4mm鎖腳錨管)。加強段2洞之間加固中間巖柱采用Φ25mm中空注漿錨桿。上臺階長5m,中臺階長10m,下臺階長10~15m,仰拱至下臺階距離15~20m,2次襯砌至仰拱端頭不大于50m。上臺階高292cm,中臺階高385cm,下臺階高397cm。如下圖所示。
 
 
3.2  Ⅳ級圍巖三臺階法設計
Ⅳ級圍巖采用三臺階法開挖,主洞拱部采用Φ50mm超前小導管注漿預支護及初期支護,即安裝Ⅰ18鋼拱架(淺埋段縱向間距80cm、深埋段縱向間距100cm),掛Φ8mm鋼筋網,安裝Φ25mm中空注漿錨桿,噴C25混凝土,上、中、下臺階每榀鋼拱架拱腳處增設4m鎖腳錨管2根(Ф42mm?4mm鎖腳錨管)。加強段2洞之間加固中間巖柱采用Φ25mm中空注漿錨桿。上臺階長5m,中臺階長10m,下臺階長10~15m,仰拱至下臺階距離15~20m,2次襯砌至仰拱端頭不大于50m。上臺階高285cm,中臺階高392cm,下臺階高329cm。
如下圖所示。
 
 
3.3  Ⅲ級圍巖三臺階法設計
Ⅲ級圍巖采用三臺階法開挖,一般段主洞拱部采用初期支護,即安裝Ⅰ16鋼拱架(縱向間距100cm),安裝Φ22mm藥卷錨桿,掛Φ8mm鋼筋網,噴C25混凝土;加強段主洞拱部采用初期支護,安裝Φ25mm中空注漿錨桿,掛Φ8mm鋼筋網,噴C25混凝土,兩洞之間加固中間巖柱采用Φ25mm中空注漿錨桿;下臺階每榀鋼拱架拱腳處增設3.5m鎖腳錨管兩根(Ф42?4mm鎖腳錨管)。上臺階長度5m,中臺階長度10m,下臺階長度10~15m,仰拱至下臺階距離15~20m,二次襯砌至仰拱端頭不大于50m,上臺階高度為281cm,中臺階高度為388cm,下臺階高度為388cm。如下圖所示。
 
 
各級圍巖三臺階法施工研究
4.1  三臺階法施工工、料、機的投入
4.1.1  三臺階法施工工人配備
大王頂隧道開挖采用三臺階法施工,開挖施工配備工人如下表:
序號
施工工序名稱
配備人數
1
上臺階開挖
5
2
中臺階開挖
8
3
下臺階開挖
8
4
上臺階初支
4
5
中臺階初支
8
6
下臺階初支
8
 
4.1.2  三臺階法施工材料配備
大王頂隧道開挖采用三臺階法施工,開挖施工配備材料如下表:
序號
材料名稱
規格
1
鋼拱架工字鋼
Ⅰ22a、Ⅰ22b
Ⅰ18、Ⅰ16
2
中空注漿錨桿
Φ25mm
3
鎖腳錨管
Ф42mm?4mm
4
藥卷錨桿
Φ22mm
5
鋼筋網
Φ8mm
6
噴C25混凝土
C25
7
速凝劑
AC
8
半加圓排水管
Φ100mm
 
4.1.3  三臺階法施工機械配備
大王頂隧道開挖采用三臺階法施工,開挖施工配備主要機械如下表:
序號
機械名稱
規格
1
風壓機
20M3/min
2
挖掘機
卡特320C
3
裝載機
ZL50
4
鑿巖機
T28
5
冷彎機
LW-25
6
砼噴射機
GSP-D
4.2  Ⅴ級圍巖三臺階法施工
Ⅴ級圍巖采用三臺階法開挖具體施作過程必須嚴格控制如下幾點關鍵問題:①三臺階法上、中、下臺階每循環掘進開挖宜控制在2榀以內;②中臺階、下臺階開挖分左右兩側進行,馬口錯開長度約5m左右;③上、中、下臺階每榀鋼拱架拱腳處增設5m鎖腳錨管兩根(Ф42?4mm鎖腳錨管)。鎖腳錨管的作用,控制鋼拱架下沉;④采用預裂爆破,控制爆破中的震動效應;⑤洞口30m長管棚范圍內,拱部增加Ф50超前小導管52根,L-5.0m,環向間距40cm,α=10~15?,與長管棚錯開間距20cm布設;⑥30m長管棚范圍外,為有效控制拱頂下沉變形,拱部設Ф50超前小導管環向間距40cm,L-5.0m,α=10~15?;⑦加強監控量測,特別關注地表及拱頂下沉問題。如下圖所示。
 
 
 
 
Ⅴ級圍巖采用三臺階法開挖現場
4.3  Ⅳ級圍巖三臺階法施工
Ⅳ級圍巖采用三臺階法開挖時,施作過程中必須嚴格控制如下幾點:1)上、中、下臺階每循環掘進開挖宜控制在2榀以內;2)中臺階、下臺階開挖分左右兩側進行,馬口錯開長度約5m;3)上、中、下臺階每榀鋼拱架拱腳處增設4m鎖腳錨管2根(Ф42mm?4mm鎖腳錨管),鎖腳錨管用于控制鋼拱架下沉;4)采取預裂爆破,控制爆破中的震動效應;5)加強監控量測,特別關注地表及拱頂下沉。
4.4  Ⅲ級圍巖三臺階法施工
Ⅲ級圍巖采用三臺階法開挖具體施作過程必須嚴格控制如下幾點關鍵問題:①三臺階法上、中、下臺階每循環掘進開挖宜控制在2榀以內;②中臺階、下臺階開挖分左右兩側進行,馬口錯開長度約5m左右;③下臺階每榀鋼拱架拱腳處增設3.5m鎖腳錨管兩根(Ф42?4mm鎖腳錨管)。鎖腳錨管的作用,控制鋼拱架下沉;④采用預裂爆破,控制爆破中的震動效應;⑤加強監控量測,特別關注地表及拱頂下沉問題。
 
結論
大王頂隧道采用三臺階法開挖施工,比原工期提前了10個月完成,為落實完成省委省政府要求江肇高速公路南段2010年底建成通車的任務奠定了扎實的基礎,經過論證表明三臺階法在大王頂隧道中的應用研究是成功的。三臺階法優點少擾動圍巖、早封閉、方便快速施工、降低工程造價和施工成本的經濟效益, 更能確保工程質量及安全的目的。對類似的圍巖和公路隧道中具有工程實踐意義。
本項目研究成果克服了大王頂隧道圍巖為強、弱風化砂巖夾泥巖,受地質構造影響較嚴重,巖體呈壓碎結構,節理裂隙較發育,充填泥質物形成軟弱夾層,爆破時亦掉塊,有滲水現象,圍巖自穩能力相對較差,各級圍巖采用三臺階法開挖,達到快速開挖、少擾動圍巖、早封閉、能確保安全、保證質量的新工藝成套生產技術。本項目研究的創新點重要體現如下三點:
1、三臺階法在大王頂隧道各級圍巖開挖形成一套快速施工、提高工效的隧道施工技術。
2、大王頂隧道采用三臺階法開挖,與雙(單)側壁導坑法相比具有較大降低工程造價和施工成本的經濟效益成果。
3、大王頂隧道采用三臺階法開挖能確保工程安全、保證質量。
广东11选5开奖最快结果