1 工程概況

新蜀河隧道全長8 989 m,是新建鐵路襄渝二線胡安段的重點控制工程。(參考《建筑中文網》)設計采用帶仰拱的曲墻復合式襯砌、除進出口39 m為碎石道床外其余均鋪設彈性整體道床。整個隧道設2座斜井和1座橫洞,其中:漁王溝斜井長849. 64 m,險灘溝斜井長992. 14 m,沙溝橫洞長263. 16 m。

隧道原設計Ⅲ級圍巖6 780 m,Ⅳ級圍巖1 852 m,Ⅴ級圍巖357 m,變更設計后Ⅲ級圍巖2 621 m,Ⅳ級圍巖4 317 m,Ⅴ級圍巖2 051 m。地層巖性主要為石英云母片巖及云母石英片巖,呈互層狀,局部呈夾層狀,礦物成分主要為絹云母和石英等,片狀及塊狀構造,變晶結構,巖層軟硬互層,片理發育,片理面具絲絹光澤,受構造影響嚴重,褶曲發育,片理產狀變化較大,巖體全風化~弱風化。

2 地質特點

隧道洞身通過地層主要以志留系下統云母片巖為主,受區域構造的影響,巖體中構造和小褶曲發育,巖體受應力和變質作用的影響,使區域范圍產生大的褶曲構造,而且使巖層自身形成了局部的褶曲、揉皺,造成產狀的多變。施工過程中洞身開始大量出現炭質片巖地質及部分零散段落。炭質片巖巖體的抗剪強度低且對振動影響很敏感,巖體扭曲、揉皺現象明顯,節理發育,巖體節理面光滑亮澤,往往夾雜有石英巖脈侵入體,并伴有地下水滲流。施工過程中出現了不同程度的初期支護變形、侵限、拆換和危及施工安全現象。

3 炭質片巖特性和大變形特點分析

3.1 炭質片巖特性

經過近四年的現場施工情況分析,新蜀河隧道炭質片巖是一種具有沿片理面蠕滑、軟質巖流變和構造破碎綜合特性的特殊劣質巖。炭質片巖強度低、具有變形長時段發展的流變性質,在區域地質構造作用下,地層強烈扭曲揉皺,產生大量密集的節理和順層摩擦鏡面,巖體的整體性遭到嚴重破壞,由于富含炭質滑膜的作用,巖體抗剪強度c值、內摩擦角?值極低,是導致初期支護開裂、變形、侵限的基本地質原因。

3.2 大變形特點分析

1)日變形量和累計變形量大:施工過程中圍巖日水平收斂達30 mm~50 mm,隨著隧道的掘進,變形也隨之加快,洞身開挖支護完成后,導致初期支護在很短時間內變形侵限。2)蠕變加突變:開挖支護后,圍巖蠕變持續時間長,拆換侵限初期支護時易發生突變,造成圍巖失穩坍塌。3)工序轉換易導致圍巖變形加劇:工序轉換時對圍巖變形收斂影響大,比如掌子面爆破,下臺階落底及仰拱開挖時圍巖均有明顯的變形加劇現象。

4 方案選擇

4.1 三臺階法施工

隧道上臺階開挖后,首先進行圍巖封閉,接著進行上臺階翻碴、打設錨桿、掛設鋼筋網、架立Ⅰ20鋼架和施作噴射混凝土,同時進行中、下臺階出碴作業。出碴結束后即進行施作中、下臺階的初期支護,同時上臺階進行打設超前小導管和隧道開挖工作。小導管采用?42無縫鋼管,長3. 5 m,循環長度2. 0 m,環向間距30 cm,外插角5°~10°。中部和下部施工時,采用兩側錯開開挖,縱向錯開距離不小于2 m,單側開挖長度不大于1 m。

4.2 正臺階法施工

采用長臺階加臨時仰拱施工方案。正臺階增加臨時仰拱采用Ⅰ20型鋼,并澆筑C20普通混凝土。先對掌子面進行工序轉換,進行上臺階施工,掌子面初噴混凝土封閉,上臺階底部增設臨時仰拱,必要時預留核心土,下臺階分左右斷面錯開,仰拱及二襯混凝土根據步長控制要求穿插進行,及時跟進。開挖采用弱爆破,上臺階出碴采用小型挖掘機、裝載機配合小型運輸機械出碴,下臺階采用裝載機、挖掘機配合自卸汽車出碴。上臺階開挖高度5. 2 m,臺階長50 m。下臺階開挖高度4. 03 m,分左右斷面開挖,斷面錯開3 m,仰拱開挖應超前臨時仰拱拆除2 m。上臺階開挖循環進尺1 m,下臺階左右斷面開挖循環進尺均不超過1. 5 m,仰拱開挖循環進尺不超過4 m。上臺階采用?42超前小導管進行超前支護;初期支護采用Ⅰ20型鋼拱架、?25中空錨桿,?8鋼筋網及C20噴射混凝土;臨時仰拱采用Ⅰ20型鋼,并澆筑C20普通混凝土。

4.3 方案確定

根據炭質片巖的變形特點,三臺階法不能有效控制初期支護的變形,導致初支大量變形拆換,正臺階法加臨時仰拱,在臨時仰拱的橫向支撐下,能有效的阻止圍巖的水平收斂,防止初支變形坍塌,確保了施工安全,加快了施工進度。經綜合考慮,最終確定采用正臺階加臨時仰拱的施工方法。

5 施工工藝

1)超前支護:開挖前,采用?42超前小導管注漿對隧道拱部進行超前支護。鋼管采用外徑42 mm,壁厚3. 5 mm,長3. 5 m熱軋無縫鋼管。循環長度2 m,環向間距30 cm,縱向搭接長度1 m,外插角5°~10°,全環36根。漿液采用水泥砂漿(加速凝劑),小導管與鋼拱架牢固焊接。

2)上臺階開挖:嚴格控制打眼深度及裝藥量,盡量減少對圍巖的擾動,根據圍巖變化情況調整爆破參數。

3)支護及施作臨時仰拱:上臺階開挖后,初期支護與臨時仰拱同步施作。臨時仰拱采用?22螺紋鋼縱向連接,間距100 cm。鋼架下設?8單層鋼筋網,網孔間距20 cm×20 cm,并與型鋼點焊連接,現澆C20混凝土(加速凝劑),搗固密實。

4)下臺階開挖:采用兩側錯開開挖,縱向錯開距離不小于2 m,單側開挖長度不大于1 m。

5)下臺階支護:下臺階開挖完成后,及時按設計施作初期支護。

6)仰拱施工:采用弱爆破開挖,棧橋跨越,每次施作4 m。

7)臨時仰拱拆除:采用人工風鎬鑿除混凝土,氣割型鋼拱架,一次拆除長度4. 5 m。

8)防水板鋪設:臨時仰拱拆除后,人工及時鋪設防水板,防水板焊接采用雙縫熱焊機焊接,單條焊縫寬度不小于1. 5 cm。

9)綁扎襯砌鋼筋:防水板鋪設完成后,及時綁扎襯砌鋼筋。10)澆筑混凝土:鋼筋綁扎完成后,模板臺車就位,混凝土采取罐車運輸,混凝土輸送泵泵送入模,插入式振搗棒搗固密實。

6 采取的主要措施

1)加強支護措施。針對軟弱炭質片巖變形特征及特點,嚴格按照“強支護”的原則組織施工。初期支護:采用?42超前小導管,環向間距30 cm,打設?22系統砂漿錨桿,長度3 m,間距1 m×1 m,掛設?6. 5×?8鋼筋網,網孔間距20 cm×20 cm,架立2榀/mⅠ20型鋼鋼架,噴射C25混凝土厚27 cm。

2)控制工序步長措施。優化施工工藝,并對每個工序、工藝進行監控,確保工藝到位,嚴格控制工序步長,三臺階關鍵工序步長控制如下: a.上、中臺階長度在3 m~5 m,循環進尺0. 8 m~1 m; b.仰拱施工一次不超過4 m,仰拱距離下臺階不超過8 m; c.二次襯砌距上臺階掌子面不大于50 m,仰拱緊跟下臺階等。

3)臨時加固措施。a.對變形控制采用?42的小導管進行徑向注漿加固,小導管長4 m、間距1 m×1 m梅花形布置。b.在軟弱圍巖段鋼拱架連接板處增加鎖腳錨桿,并對連接板處集中加固。c.正臺階施工,在起拱線部位增設臨時仰拱,臨時仰拱采用Ⅰ20型鋼按照鋼拱架的間距設置,灌注25 cm厚C20混凝土。

4)釋放應力措施。由于炭質片巖特殊巖性的影響,圍巖變形量大易導致初期支護變形侵限,因此對大變形隧道的處理應按照“先放后抗”的原則進行,在臨時支護約束下盡量釋放變形,然后施作初期支護,二襯及時緊跟。

5)控制爆破措施。開挖采用弱爆破和人工風鎬配合修鑿,堅持多打眼、少裝藥原則,盡量減少超挖,避免欠挖。

6)加強監控量測,增加預留變形量,滿足施工需要。針對新蜀河隧道變形持續時間長、累計變形量大的特點,依據監控量測數據分析,增加了預留變形量,由設計的15 cm增加到45 cm。

7 炭質片巖大變形隧道施工建議

1)強化工序組織、快速成環,步序合理、工藝到位和采取的一系列措施對隧道變形具有抑制作用,以二襯施工控制開挖速度,是減少變形拆換的一個有效方法。

2)支護強度。炭質片巖隧道圍巖變形非常嚴重,圍巖變形量大,致使隧道初期支護變形、開裂掉塊嚴重,侵占二襯空間,鋼架扭曲,甚至被剪斷。造成大量拆換,嚴重制約了施工進度。因此,炭質片巖隧道施工地段應加大鋼架型號,提高噴射混凝土級別,抵抗圍巖變形。

3)以暴露時間控制工序步長、控制預留變形量的值。初期支護暴露時間越長時,圍巖變形就越大,從控制圍巖變形角度來考慮,初期支護暴露時間越短越好,因此盡可能地縮短施工臺階,爭取早封閉、快成環。然后對初期支護暴露時間內的監控量測數據進行分析,合理確定預留變形量數值。

裝配式建筑作為一種新興的建筑施工方法，其很多優點都是傳統建筑無法比擬的。因此，在現代建筑業快速發展的時代，我們應該轉變觀念和思路，投入更多的人力、物力來研究和發展裝配式建筑，使其成為現代建筑業發展的主流方向，為現代人們提供更多更好的舒適安全、綠色環保的居住空間，促進現代建筑業的發展。以上內容就是“裝配式建筑工程知識分享：炭質片巖地質隧道施工變形控制”，更多精彩內容可繼續關注環球網校!點擊下方免費下載，可領取裝配式精華考點/課程講義。