某高速公路隧道支护技术及施工监控量测研究.pdf

2 Q ! 垒生箜! 鱼塑i 望箜! 笪期l婆酉建挝塑堡 某高速公路隧道支护技术及施工监控量测研究 谢铭师囊中交第三公路工程局有限公司，北京 1 0 0 1 0 2 摘要：随着国家投资基础建设力度不断加大，促进了隧道施工技术的发展，特 别是在隧道施工支护技术以及新奥法施工监测技术，不断走向成熟。本 论文以某高速公路隧道为例，介绍了隧道支护技术及施工监控量测设 计，实时把握隧道的施工质量及变形情况，为类似工程提供参考依据。 关键词：隧道支护新奥法监控 1 工程概况 宜巴高速公路土建某合同段，起点位于巴东县沿渡河镇杨柳村，路 线向西设段家屋特长隧道、龙颈寨大桥、天池岭隧道，路段长度5 1 k m ， 主要工程为段家屋特长隧道、龙颈寨大桥，天池岭隧道。 地质构造属于秭归凹陷北部，褶皱构造以向斜为主。由于该段地 形等因素的影响，其地下水埋藏深度大于1 0 0 m 。路线区内地层出露均 为沉积岩类，岩层整体为单斜地层，局部发育小的褶皱，断层等构造地 质现象，而褶皱核部、断层破碎带常为地下水的富集地。地下水划分为 第四系松散岩类孔隙水、碎屑岩类孔隙裂隙水、盐酸盐岩类裂隙溶洞水 3 大类。地下水的补给来源主要是大气降水的直接人渗补给，在河谷 等地表发育部位也有地表水的垂直入渗补给。 2 施工支付技术 隧道采用新奥法施工，即采用光面爆破，辅以喷锚支护，并以围岩 监控量测为手段，适时施作全断面复合式衬砌的施工方案【1 2 一。 2 1 管棚超前支护 在洞口碎石土、强风化泥砂岩覆盖层地段，采用管棚超前支护。 ( 1 ) 套拱施工。为了保证钻孔方向，在明洞衬砌外设6 0 c m 厚C 2 5 钢架混凝土套拱，套拱纵向长2 m 。考虑钻进中的下垂，钻孔方向应较 钢管设计方向上偏l 。钻孔位置，方向均采用测量仪器测定，在钻进过 程中也须用测斜仪测定偏斜度，并及时纠正，以免影响开挖和支护。套 拱内钢架采用3 榀1 8 工字钢，各榀钢架间焊接环向间距为l m 的中2 5 连接钢筋。 ( 2 ) 管棚施工。测量人员准确放样，标出洞中心线及拱顶标高，开 挖预留核心土作为管棚施工的工作平台，开挖结束后，人工两边对称开 挖工作平台，台阶宽1 5 米，高2 5 米，作为施工套拱和管棚施钻的平 台。管棚应先打有孑L 钢花管，注浆后再打无孔钢花管，无孔管可作为检 查管，检查注浆质量，钻机立轴方向须准确，保证孔口的孔向正确，钻孔 完便顶进钢管，钻进中应采用测斜仪量测钢管钻进的偏斜度，若超过设 计要求，及时纠正- 3 4J 。钢管接头采用丝扣连接，丝扣长1 5 c m ，为使钢 管接头错开，编号为奇数的第一节管采用3 米钢管，编号为偶数的第一 节管采用6 米钢管，以后每节均采用6 米长钢管。 2 2 小导管超前支护 在泥灰岩、夹灰岩地段，采用p 4 2 注浆小导管进行超前支护。 ( 1 ) 导管加工。导管采用外径p 4 2 m m ，壁厚3 5 m m ，长3 5 m 的热 轧无缝钢管加工，前端加工成锥形，尾部设加劲箍，管壁加工p 6 一漏 浆孔，孔间距4 0 c m ，呈梅花形布置。导管上抬角1 0 1 5 度。 ( 2 ) 钻孔、装管施工。用全站仪确定导管中心位置，并做标记。利 用钢管支架临时操作平台，支架沿隧道纵向长度不小于6 m ，纵向加剪 刀撑使支架有一定的纵向稳定性，以抵抗钻眼施工产生的纵向水平推 力。成孔后应及时装管，避免相邻孔钻进时坍孔。施工从拱顶向拱脚 分区进行，导管顶进过程中，发生坍孔而不能继续顶进应及时拔出导 管，重新清孔后装管。导管装入后需采用高标号砂浆填塞管口处导管、 钻孔间的空隙。 ( 3 ) 注浆。注浆顺序为由上至下、由拱顶至拱脚对称施工。采用双 液注浆机注浆。注浆按从拱部向两侧的顺序进行，压浆过程中要控制 压力，若个别孔泄浆不畅，被迫提前停止时，须在邻孔适当加压补浆。 若注浆时相邻孔出现串浆现象，应采用跳孔方式注浆。 1 6 8 2 3 喷锚支护 隧道初期喷锚支护包括p 2 5 中空注浆锚杆、喷砼( c 2 0 ) 、钢支撑、 钢筋网等。根据地质及岩性，锚杆长度、钢支撑间距、喷砼厚度作相应 的变化。喷锚支护紧跟开挖面及时施工，以减少围岩暴露时间，抑制围 岩变形，防止围岩在短期内松弛剥落。锚杆呈梅花形沿隧道周边径向 设置。 ( 1 ) 径向注浆锚杆施工。施工工艺流程为：钻孔一清孔一插入锚 杆一注浆。锚杆预先在洞外按设计要求加工制作，钻孑L 采用凿岩机按 设计要求钻凿孔眼，锚杆尽量沿隧道周边径向钻孔，由于径向锚杆主要 作用为串岩，所以不宜与岩层层面平行。达到要求后用高压风清孔，然 后将加工成型并除去油污、铁锈和杂质的锚杆插入孔内，注浆压力0 3 0 5 M p a ，水泥浆标号为3 0 号。 ( 2 ) 喷射砼施工。喷射砼分为初喷和复喷二次进行，采用湿法喷射 机施工。初喷在开挖( 或分部开挖) 完成后立即进行，以尽早封闭岩面， 防止表面风化剥落。复喷砼在锚杆和钢架安装后进行，使初期支护整 体受力，以抑制围岩变形。 喷射砼施工为防止砼堵塞管道，骨料粒径不大于1 5 m m 。为加快砼 凝结时间，必须加入速凝剂，初凝时间不超过5 分钟，终凝时间不超过 1 0 分钟。为减少回弹，拱部速凝剂用量约4 ，边墙约2 。喷射分段、 部、块，按先墙后拱，自下而上进行喷射。喷嘴至岩面的距离为0 8 1 2 m 。喷嘴与岩面尽量垂直L 6J 。喷射采用分层，拱部按6 c m 一层，边墙 按8 c m 一层控制。 2 4 砼衬砌 砼衬砌施工通常在初期喷锚支护进行后，通过量测，确定岩体稳定 后进行；为了防止砼受爆破震动开裂，砼灌注施工面通常落后于爆破施 工面2 0 一3 0 m 。 ( 1 ) 施工工序。仰拱一仰拱回填一预埋排水管道一挂防水板一二 衬钢筋施工一模板台车放样、就位一浇筑二衬砼。 ( 2 ) 砼仰拱施工。有仰拱的地段在初期支护后及时施工仰拱。仰 拱施工分左侧、右侧错开开挖或采用仰拱大样板施工。仰拱与边墙衔 接处振捣密实。仰拱砼达到设计强度的7 0 即可进行隧底填充。无仰 拱地段进行砼铺底。 ( 3 ) 砼灌注。砼在洞外拌和站集中拌合，砼输送泵灌注，插入式振 动器和附着式振动器联合振捣。钢筋砼衬砌灌注前尚需做好钢筋的布 设工作，钢筋角隅处要加强振捣，并按设计规定预留沟槽、管洞或预埋 构件。砼从两侧模板窗口对称灌注，左右高差不大于5 0 c m ，水平分层 厚度不大于3 0 c m 。施工中严格按由下向上，对称分层，先墙后拱的顺 序灌注。 3 施工监控量测设计 3 1 测点布置 全断面开挖时水平收敛基线布置2 条，起拱线处l 条，起拱线以上 1 5 m 布置1 条；正台阶开挖时水平收敛基线布置2 条，轨面以上1 m 处布 置1 条，起拱线以上2 5 m 布置1 条。拱顶下沉点在每断面布置3 点。 3 2 监测方法 ( 1 ) 水平位移量测。喷锚支护施作后，用风钻凿碑O m m 、深2 0 c m 孔，先用水泥砂浆灌满后再插入测点固定杆，尽量使同一基线量测点的 固定方向在同一直线上，等砂浆凝固后，即可进行量测工作。 ( 2 ) 拱顶下沉量量测。拱顶位移量测的测点用风枪打眼埋设好固 定杆，并在外露杆头设挂钩。采用水准仪、水准尺、挂钩式钢尺配合测 量拱顶下沉。 ( 3 ) 地表沉陷量测。隧道中线附近，并在开挖面后方3 5 m 处至 前方H ( H 为隧道埋深) m 处埋设测点。纵向每隔5 1 0 m 沿隧道环向 布置测点，同排测点尽可能在同一直线上。( 下转第1 7 1 页) 万方数据 由于植筋后，植筋位置不能受振动荷载影响，故植筋前需进行交通 转换，将车辆改到对面半幅上行驶待植筋胶养生期结束后再进行钢 筋焊接、绑扎及其它后续施工： ( 6 ) 检测。植筋的质量验收：试验所采用的千斤顶应进行标定，现 场抗拉拔试验( 施工后的验收试验) ：为非破坏性抗拔试验( 即达到钢 筋抗拉强度) ，同规格的钢筋每1 0 0 根随机抽样一组，每组为3 根，进行 试拉，板梁段植筋拉拔力需达到3 1 6 5 K N ，现浇段植筋拉拔力需达到 8 7 9 6 K N 。如达到安全拉力钢筋不被拉出，说明植筋施工质量合格。 5 拼接施工技术控制 5 1 切面处理 混凝土施工前切割面必须进行处理：由于切割面是平面，不利于新 老混凝土的连接：对切割面的处理采用人工小电锤凿毛的方式进行。 切割面要处理全面仔细，凿毛表面要求凸凹不平，保证混凝土连接良 好，凿毛完成后，利用森林灭火机将凿毛面清理干净： 5 2 新老桥钢筋连接 老桥植人钢筋与新桥预埋钢筋采取焊接的方式连接。为减少焊接 产生的高温对植筋胶的影响，在植入老桥的钢筋的根部设置湿毛巾，用 与降温处理。焊接过程中，在满足焊接的要求下，将焊机的电流调整到 最小值，在焊缝范围内采用跳焊的方式进行，先两头后中间的方式，但 要保证焊缝的长度和饱满度。 5 3 模板的安装 新老桥连接模板仅需要底模板，采用厚1 8 c m 竹胶板制作而成。 底部每隔5 0 c m 设置一道木方加强，同时作为悬吊的底托。为了r 防止浇 筑过程中漏浆，在模板与梁板之间注入泡沫胶一螺杆穿过P V C 管与梁 板顶面的平放的双拼钢管采用蝴蝶夹相连后加固模板。 5 4 混凝土浇筑 ( 1 ) 浇筑前准备。现场准备：转换交通，将交通改到对面车道上行 驶。模板安装完成后，利用森林灭火机将模板内的杂物吹净，然后洒水 使模板、混凝土接触面充分湿润： ( 2 ) 钢钎维混凝土准备。确定钢钎维的用量。根据图纸设计要求、 专家意见及试配的效果，确定每立方米混凝土钢纤维用量为4 0 k g 。 拌合过程：骨料水泥钢纤维一【干拌6 0 s ) 一水一( 湿拌 1 2 0 s ) 一出料 运输：利用混凝土运输车运输，每一车运输3 4 立方米，3 0 m i n 内 到达现场，到达现场后要强制搅拌l m i n 后出料，2 0 m i n 内完成浇筑。 ( 3 ) 钢纤维混凝土振捣与整平：由于新老桥连接缝成带状分布，单 位面积内浇筑混凝土量不大，加上钢纤维混凝土的自身的特性，坍落度 损失比较快，故采用多点放料多台振捣棒同时作业的方式，在短时间 内完成施工。 混凝土收面时，会有钢纤维竖立着超出混凝土浇筑面，利用铁板收 面将钢纤维压入到混凝土内，并采用硬毛刷仔细拉毛。在现场设置同 等条件养护试块，利用其确定恢复交通的时间。 ( 4 ) 养护。浇筑完成后采用土工布覆盖进行养护，杜绝洒水车靠近 混凝土连接处，可使洒水车在老桥上直接洒水，利用桥面横坡将水漫流 进行养护。养护不少于7 天时间，在对现场同等养护的试块进行试验， 确定混凝土强度满足设计后，方可开放交通。 6 结束语 南京机场高速公路扩建工程，由于桥梁拼接施工前所有参建单位 高度重视，借鉴了沪宁高速、济徐高速拼接施工的成功经验，对各种施 工细节进行了充分分析论证并制定了相应指导手册，使得全线1 6 座桥 梁在拼接施工过程整体受控，各方检测均满足要求并获得一致好评： 参考文献 ! 1 公路桥涵施工技术规范( J T G TF 5 0 2 0 1 1 ) 2 混凝土结构加固设计规范( G B5 0 3 6 7 2 0 0 5 ) 3 机场高速拼接施工指导手册 湿接缝施工示意图 + 一+ 一+ 一+ “+ “+ 一+ 一+ 一+ - + 一+ 一+ 一+ 一+ - + 一+ * + 一+ 一+ n + - + ”+ 一+ 一+ 一+ “+ n + 一+ 一+ 一+ ”+ 一+ ”+ * 卜- + - 一+ 一+ 一+ 一+ 一+ * 卜”卜一- + _ - + 一+ 一+ * + ( 上接第1 6 8 页)：2 田振刚锚杆无损检测在隧道建设中的应用 J 公路交通技术 4 结束语 2 0 0 9 ( 0 5 ) 论文通过某隧道为例，详细介绍了施工支护技术，主要包括管棚超 3 岳建辉，卢明超声法检测混凝土缺陷研究综述 J 科技风2 0 0 9 前支护、小导管超前支护、喷锚支护、砼衬砌施工等技术在该工程中具 ( 1 1 ) 体实施情况，在此基础上设计施工期的监控方案，从而为工程的质量与 4 王华牢，李宁，褚方平公路隧道衬砌厚度不足对衬砌安全性影响 安全提供了保障，具有一定的指导意义i J 交通运输工程学报2 0 0 9 ( 0 2 ) 5 j 马秀成北京地铁十号线四线明挖区间围护结构选型 J 山西建 参考文献筑2 0 1 2 ( 1 2 ) 1 涂小明浅析超声回弹综合法检测混凝土强度 J 今日科苑2 0 0 9 6 路遥城市明挖隧道施工方法的探讨 J 太原铁道科技2 0 l l ( 2 4 ) ( 0 2 ) - + 一+ 一+ “+ ”+ 一+ 一+ - + 一+ 一+ 一+ - + ”+ 一+ 一+ 一+ ”+ 一+ 一+ 一+ n + 一+ 一+ 一十一+ 一+ 一卜一+ 一+ 一+ 一卜一- 卜一卜一。卜一卜“+ 一+ 一卜”。+ - 一+ - 一+ 一卜”+ 一卜一卜一卜一卜 ( 上接第1 6 9 页) 须结合公路路基施工现场的实际情况，选择合适的碾公路路基的稳固性= 压设备，确保路基碾压效果。同时需要注意不同地区的地质条件，对于3 结束语 路基碾压遍数的要求也不同，要深入分析路基施工