CN113006825B - 隧道塌方处的换拱施工方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及隧道的换拱施工工法,具体为隧道塌方处的换拱施工方法。本发明为了解决由于隧道塌方部位的岩石还不稳定,仍有继续塌方可能,从而导致处理隧道塌方处的难度较大、危险性高,极易导致安全事故发生的问题,故提供了一套相对成熟、完善、安全系数高的隧道塌方处的换拱施工方法,施工步骤如下:洞渣反压回填‑超前注浆‑径向注浆‑初期支护凿除‑钢拱架更换‑空腔处理,该施工方法既有效的保证了安全、质量,又节省了临时支护等。
Description
技术领域
本发明涉及隧道的换拱施工方法,具体为隧道塌方处的换拱施工方法。
背景技术
V1级围岩,岩性以糜棱岩为主,断层碎裂岩饱和湿软,断层上盘张性裂隙较发育,相对富水,沿断裂上盘接触带可能存在股状涌水或淋雨状出水,断层带局部可能短时发生突泥突水,属中等富水洞身段,围岩整体稳定性差。
这类围岩在施工后,极容易出现初期支护受拱顶围岩压力,拱部变形造成初期支护侵入二衬轮廓线,而由于塌方部位的岩石还不稳定,仍有继续塌方可能,故人员和设备处理塌方的难度较大,危险性高,处理方法不当极易导致安全事故和较大的工期延误。
发明内容
本发明为了解决由于隧道塌方部位的岩石还不稳定,仍有继续塌方可能,从而导致处理隧道塌方处的难度较大、危险性高,极易导致安全事故发生的问题,故提供了一套相对成熟、完善、安全系数高的隧道塌方处的换拱施工方法。
本发明是采用如下技术方案实现的:隧道塌方处的换拱施工方法,包括下列步骤:
1)洞渣反压回填:将洞渣运至二衬端头,利用机械作业将洞渣向塌方段落逐渐推进,形成反压形式,减少临空面;
2)超前注浆:采用超前小导管进行超前支护,从拱脚到拱顶全断面注浆:采用风动凿岩机沿隧道拱部开挖轮廓线外10cm施钻,成孔后安装超前小导管, 将小导管尾部与钢拱架焊接牢固,并用钢板将小导管与纵向钢拱架固定,然后沿小导管布置线喷砼形成止浆盘;
3)径向注浆:径向注浆采用梅花状布置的中空注浆锚杆;
4)初期支护凿除:采用人工风镐加破碎锤开挖法进行施工,拆除时,按照从上往下、先外后内的原则进行拆除;
a.利用洞渣在施工段落垫出施工平台后,破碎锤从拱顶向两侧均匀拆除初支,局部位置用人工风镐进行拆除;
b. 在拆除钢拱架前,采用地质雷达对隧道围岩进行扫描,监控量测数据显示围岩初期支护稳定后,进行钢拱架的拆换,钢拱架按照每次更换一榀的原则,对拆除段落钢拱架进行拆除,环向钢拱架按照从上到下的顺序进行拆除;
c. 拆除钢拱架时,破碎锤破除钢拱架背后的岩土,当用破碎锤不便于操作时,采用风镐凿除钢拱架背后的岩土;
钢拱架切割应沿半径方向,一次割除一个钢拱架单元,割除前采用顶撑顶住被割除段的钢拱架单元,每个钢拱架单元两端用气焊割除后,再割除钢拱架原有的纵向连接钢筋、钢筋网片,然后用锤头先轻敲震动钢拱架单元,使钢拱架单元松动,此时采用机械设备对钢拱架单元进行支撑,再由多名工人配合拖住钢拱架单元,1人用撬棍从一端到另一端逐步撬动,直至钢拱架单元顺利拆除;
在钢拱架拆除完成后,人工进行欠挖处理,对于局部残留的砼采用风镐破除,锚管支护类钢结构采用气焊切除,直至轮廓满足施工和设计要求;
5) 钢拱架更换:把加工好的钢拱架运至作业面,调整后定位安装;每节钢拱架打设2根锁脚锚管,锁脚锚管的尾端弯制成L型与钢拱架焊接牢固;
按设计要求将纵向连接筋与钢拱架焊接,焊接长度双面焊不小于5d,d为纵向连接筋的直径,相邻两榀钢拱架之间采用梅花型布置连接钢筋;
焊接钢筋网片,搭接长度1个网格;
6) 空腔处理:
a. 管棚施工;
①测量放样,标注孔位:沿掌子面右侧塌方范围起拱线至左侧塌方范围内标注管棚孔位; ②安放并固定钻机,根据现场实际情况调整钻孔方位与线路轴线外插角; ③开动钻机,钻进时低速低压,钢管随进度一根一根连续接长,直到预定位置,钢管尾端焊接法兰与止浆阀;
b.管棚注浆:采用水泥砂浆将钢管内空腔填满;
c. 加强塌方段支护: ①初期支护加强,采用工字钢支护,交错布置,全环布设双层钢筋网片,用喷射混凝土封闭; ②空腔分层回填:初期支护施做时,先埋设两根预留管,一根用于泵混凝土,另一根用于排气管,塌方段初期支护完成后,先用混凝土回填,形成保护壳,再用粉煤灰回填。
隧道塌方后,塌方体未封闭整个隧道而形成了较大的塌方空腔,塌方部位的岩石还不稳定,仍有继续塌方可能,人员和设备无法在塌方空腔内采取塌方处理措施来稳定塌方部位。此类塌方处理难度很大,危险性高,处理方法不当会导致安全事故和较大的工期延误。本发明的隧道塌方处的换拱施工方法,采用隧道洞渣反压回填加超前注浆施工,既有效的保证了安全、质量,又节省了临时支护等。
本发明所产生的有益效果如下:
1、本发明的隧道塌方处的换拱施工方法的安全性好,处理塌方人员和机械基本是在安全作业面施工,无安全隐患;
2、本发明的隧道塌方处的换拱施工方法的施工速度快,操作简便,劳动强度低;
3、本发明的隧道塌方处的换拱施工方法的处理塌方成本低,经济效益好;
4、节约工期约50%;
5、利用洞渣反压回填,可以减少临时支护材料的投入,既保证了安全,又节约了成本。
附图说明
图1为本发明的施工工艺流程图;
图2为钢拱架的拆除顺序。
具体实施方式
本实施例以大万隧道右洞K38+990-K39+200段初期支护换拱施工工艺进行详细说明。
大万山隧道右线K38+990-K39+200段为V1级围岩,埋深452m,洞体穿越F6压扭性断层破碎带,岩性以糜棱岩为主,断层碎裂岩饱和湿软,断层上盘张性裂隙较发育,相对富水,沿断裂上盘接触带可能存在股状涌水或淋雨状出水,断层带局部可能短时发生突泥突水。属中等富水洞身段。围岩整体稳定性差。
在施工后,初期支护受拱顶围岩压力,拱部变形造成初期支护侵入二衬轮廓线,局部塌方现象。根据现场的具体情况,需要对侵限段进行超前加固和换拱处理,施工中大胆实施,积极创新,形成了自己一套相当成熟、完善的换拱施工工法。
隧道塌方处的换拱施工方法,包括下列步骤:
1)洞渣反压回填:将洞渣运至二衬端头附近,利用装载机及挖掘机配合工作从而将洞渣向塌方段落逐渐推进,形成反压形式,减少临空面,防止塌方段进-步扩大;
2)超前注浆:采用φ42×4mm小导管超前支护,环向间距0.3m,每根长3.5 m,从拱脚到拱顶全断面注浆:施工前提前加工成注浆花管(注浆花管即小导管),小导管外插角为10°~15°,采用风动凿岩机沿隧道拱部开挖轮廓线外10cm施钻,成孔后安装小导管, 将小导管尾部与钢拱架焊接牢固,并用钢板将小导管与纵向钢拱架固定,然后沿小导管布置线喷砼形成止浆盘;
注浆材料为水泥水玻璃双浆液,重量比水泥:水:水玻璃=1:1:0.23,凝结时间在30分钟左右,注浆压力达到1.0Mpa停止注浆,注浆设备采用KBY50/70双液注浆泵进行注浆作业。
3)径向注浆: 径向注浆采用梅花状布置的中空注浆锚杆,锚杆长度为3.5m,纵向间距为0.6m,环向间距为1m;
4)初期支护凿除:初期支护拆除采用钻爆法施工会引起相邻衬砌和围岩发生爆破震动,会对隧道围岩和邻近结构物力学性能产生不利影响,故采用人工风镐加破碎锤开挖法进行施工,减少施工时对相邻初支的震动,拆除时,为避免隧道初支拆除过程中出现整体脱落,按照从上往下、先外后内的原则进行拆除;
a. 先利用洞渣在施工段落垫出一个施工平台,满足破碎锤从上往下施工的条件,破碎锤从拱顶向两侧均匀拆除初支,局部位置用人工风镐进行拆除;
b.钢拱架的拆除至关重要,钢拱架拆除后会导致围岩应力重新分布,岩面外露,故在拆除钢拱架前,采用地质雷达对隧道围岩进行扫描、监控量测数据显示围岩初期支护稳定后,方可进行钢拱架的拆换,如拆除过程中遇围岩掉块,应及时撤离人员,上报上级单位;钢拱架按照每次更换一榀的原则,对拆除段落钢拱架进行拆除,环向钢拱架连接点分为5次拆除,且按照从上到下的顺序进行拆除,具体拆除顺序如图2所示;
c. 拆除钢拱架时,破碎锤破除钢拱架背后的岩土,当用破碎锤不便于操作时,采用风镐凿除钢拱架背后的岩土;
钢拱架切割应沿半径方向,一次割除一个钢拱架单元,割除前采用顶撑顶住被割除段的钢拱架单元,每个钢拱架单元两端用气焊割除后,再割除钢拱架原有的纵向连接钢筋、钢筋网片,然后用锤头先轻敲震动钢拱架单元,使钢拱架单元松动,此时采用机械设备对钢拱架单元进行支撑,再由四名工人配合拖住钢拱架单元,1人用撬棍从一端到另一端逐步撬动,直至钢拱架单元顺利拆除,;
在钢拱架拆除完成后,人工进行欠挖处理,对于局部残留的砼采用风镐破除,锚管支护类钢结构采用气焊切除,直至轮廓满足施工和设计要求;
5) 钢拱架更换:把加工好的钢拱架运至作业面,调整后定位安装;每节钢拱架打设2根锁脚锚管,锁脚锚管的尾端弯制成L型与钢拱架焊接牢固,锁脚锚管采用长3.5m的φ42*4mm小导管;
按设计要求将环向间距为0.5m的纵向连接筋与钢拱架焊接,焊接长度双面焊不小于5d,d为纵向连接筋的直径,相邻两榀钢拱架之间采用梅花型布置连接钢筋。
钢筋网片采用φ8mm钢筋,网格间距为20×20cm,搭接长度1个网格。
6) 空腔处理:
为确保塌方区施工安全,采用自进式跟钻孔机施作管棚通处理该段。自进式跟管机的原理:准备工作→架设工作平台→孔口测量定位→安放钻机→跟管钻进→接管→跟管钻进→结束或移孔→注浆。自进式跟管机的优点:钻杆旋转推动钻头前进,到预定位置后钻杆形成管棚,无需打孔退钻送管,避免塌孔和钢管送不到位的状况发生;钻进的同时用水冷却钻头,无粉尘,施工环境更加健康。
a. 管棚施工: 管棚采用直径为Φ108mm、壁厚6mm的钢管,总长30m,节长3m和6m两种规格,且相邻钢管之间用套筒连接;
①测量放样,标注孔位。沿掌子面右侧塌方范围起拱线至左侧塌方范围内,标注管棚孔位,环向间距50cm; ②安放并固定钻机,根据现场实际情况调整钻孔方位与线路轴线外插角; ③开动钻机,钻进时低速低压,钢管随进度一根一根连续接长,直到预定位置,钢管尾端焊接法兰与止浆阀;
b.管棚注浆:管棚注浆采用M30水泥砂浆,目的是将钢管内空腔填满,增加钢管的强度,让管棚具有更好的支撑作用。注浆完毕,用水清洗注浆机与注浆管,待浆液凝结,管棚具有一定强度和刚度后,在进行空腔回填处理;
c. 加强塌方段支护: ①初期支护加强,加强塌方空腔段初期支护,采用I22a工字钢支护,工字钢间距调整为50cm,Φ22连接钢筋调整为上下两层,环向间距调整为50cm/根,交错布置,全环布设双层钢筋网片,用C25喷射混凝土封闭; ②空腔分层回填,初期支护施做时,先埋设两根预留管,一根用于泵混凝土,另一根用于排气管,塌方段初期支护完成后,先用C30混凝土回填,厚度3m,形成保护壳,再用粉煤灰回填,混凝土每次回填厚度不宜超过50cm,待混凝土强度达到设计60%,再进行回填,保证混凝土具有一定的自稳能力,回填期间,要不间断观测初期支护变化情况。
施工中所需的材料与设备如表1所示
表1
质量控制
超前注浆及径向注浆要保证,注浆质量。
1、严把初期支护拆除采用钻爆法施工,避免引起相邻衬砌和围岩发生爆破震动,造成对隧道围岩和邻近结构物力学性能产生不利影响。
2、拱架拆除时,为避免隧道初支拆除过程中出现整体脱落,钢拱架按照每次更换一榀的原则,拆除从上往下进行,按照先外后内的原则进行拆除。
3、拆换后的拱架单元恰巧不能螺栓连接时,要采用型钢或16mm钢板对连接处楔紧并四面满焊。
4、拆换拱架前,对施工作业人员进行安全技术交底,施工时尽量减少正面对着换拱作业面的时间。
大万山隧道右线K39+083-K39+143段处理是采用洞渣固结封闭掌子面,管棚超前,增强支护。在进行开挖过程中,小间距逐步推进,支护及时到位。同时加强监控量测,特别是拱顶沉降和周边位移,及时掌握围岩和支护受力状况,避免了在施工过程中的安全隐患,运用本工法共计一个月浇筑任务,保证了大万山隧道后期施工的安全,节约了施工时间,产生了较好的社会效益。
Claims (1)
1.隧道塌方处的换拱施工方法,其特征在于,包括下列步骤:
1)洞渣反压回填:将洞渣运至二衬端头,利用机械作业将洞渣向塌方段落逐渐推进,形成反压形式,减少临空面;
2)超前注浆:采用超前小导管进行超前支护,从拱脚到拱顶全断面注浆:采用风动凿岩机沿隧道拱部开挖轮廓线外10cm施钻,成孔后安装超前小导管, 将超前小导管尾部与钢拱架焊接牢固,并用钢板将超前小导管与纵向钢拱架固定,然后沿超前小导管布置线喷砼形成止浆盘;
3)径向注浆: 径向注浆采用梅花状布置的中空注浆锚杆;
4)初期支护凿除:采用人工风镐加破碎锤开挖法进行施工,拆除时,按照从上往下、先外后内的原则进行拆除;
a.利用洞渣在施工段落垫出施工平台后,破碎锤从拱顶向两侧均匀拆除初支,局部位置用人工风镐进行拆除;
b.在拆除钢拱架前,采用地质雷达对隧道围岩进行扫描,监控量测数据显示围岩初期支护稳定后,进行钢拱架的拆换,钢拱架按照每次更换一榀的原则,对拆除段落钢拱架进行拆除,环向钢拱架按照从上到下的顺序进行拆除;
c.拆除钢拱架时,破碎锤破除钢拱架背后的岩土,当用破碎锤不便于操作时,采用风镐凿除钢拱架背后的岩土;
钢拱架切割应沿半径方向,一次割除一个钢拱架单元,割除前采用顶撑顶住被割除段的钢拱架单元,每个钢拱架单元两端用气焊割除后,再割除钢拱架原有的纵向连接钢筋、钢筋网片,然后用锤头先轻敲震动钢拱架单元,使钢拱架单元松动,此时采用机械设备对钢拱架单元进行支撑,再由多名工人配合拖住钢拱架单元,一人用撬棍从一端到另一端逐步撬动,直至钢拱架单元顺利拆除;
在钢拱架拆除完成后,人工进行欠挖处理,对于局部残留的砼采用风镐破除,锚管支护类钢结构采用气焊切除,直至轮廓满足施工和设计要求;
5) 钢拱架更换:把加工好的钢拱架运至作业面,调整后定位安装;每节钢拱架打设两根锁脚锚管,锁脚锚管的尾端弯制成L型与钢拱架焊接牢固;
按设计要求将纵向连接筋与钢拱架焊接,焊接长度双面焊不小于5d,d为纵向连接筋的直径,相邻两榀钢拱架之间采用梅花型布置连接钢筋;
焊接钢筋网片,搭接长度一个网格;
6) 空腔处理:
a.管棚施工;
①测量放样,标注孔位:沿掌子面右侧塌方范围起拱线至左侧塌方范围内标注管棚孔位; ②安放并固定钻机,根据现场实际情况调整钻孔方位与线路轴线外插角;③开动钻机,钻进时低速低压,钢管随进度一根一根连续接长,直到预定位置,钢管尾端焊接法兰与止浆阀;
b.管棚注浆:采用水泥砂浆将钢管内空腔填满;
c.加强塌方段支护:①初期支护加强,采用工字钢支护,交错布置,全环布设双层钢筋网片,用喷射混凝土封闭;②空腔分层回填:初期支护施做时,先埋设两根预留管,一根用于泵混凝土,另一根用于排气管,塌方段初期支护完成后,先用混凝土回填,形成保护壳,再用粉煤灰回填。
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