横岭隧道1号斜井大型设备快速挑顶技术

2018-08-18 05:46
城市道桥与防洪 2018年8期
关键词:正洞门架斜井

李 明

(中铁十六局集团路桥工程有限公司,北京市 101500)

1 工程概况

赣深客专位于京九客专最南端,纵贯赣、粤两省。横岭隧道全长7 875 m,位于广东省河源市源城区、紫金县两地交界,该隧道设有2座斜井。1号斜井设置在隧道右侧,为永久救援通道。该斜井与正洞相交于DK275+600,斜井长度519 m,综合坡度5.96%,采用无轨运输双车道,斜井XJDK0+000~+129.08段与线路大里程方向平面交角90°,XJDK0+129.08~+519段与线路大里程方向平面交角61°01′27″,斜井转弯处采用R=200 m的圆曲线顺接。斜井井底设置缓坡80 m,缓坡坡度2%,斜井与正洞断面最大相交跨度比为9.6 m:14.76 m。

1号斜井井底工程地质位于侏罗系砂岩弱风化地层,因受花岗岩侵入的影响,岩体成混合状,裂隙稍发育—较发育,岩体较破碎,无地下水;施工图判断为Ⅳ级围岩地质,Ⅴ级复合衬砌结构,初支钢架Ⅰ20a,间距80 cm,C25初支混凝土厚28 cm,二衬钢筋混凝土厚度50 cm。

斜井与正洞相交处为三台阶临时仰拱工法,斜井挑顶进正洞采用台阶法,施工中尝试了大型机械设备快速进入正洞的做法,取得了较好的经济效益。

2 技术方案

2.1 挑顶施工单元划分

施工现场没有小型挖、装运碴及湿喷机械设备,若采用以往小断面挑顶方法,组织笨重的人工扒碴、湿喷作业将非常困难。因此斜井挑顶方案必须依据大型机械设备的作业范围来确定开挖高度,并将隧道断面划分为斜井挑顶进正洞的施工单元:斜井挑顶上台阶按正洞初支钢架划分为A、B、C、D单元,E单元施工为正洞中台阶,F单元施工为正洞下台阶及仰拱(见图1)[1]。

2.2 挑顶进入正洞断面

采用机械设备挑顶进入正洞施工必须满足LG230挖掘机进入斜井门架装碴及临时支撑门架内扒碴的空间,而且具备HPS3016s湿喷机械手伸入到D单元钢架处喷射混凝土的条件,还应根据斜井揭示的工程地质及开挖单元长度,确定开挖断面的宽度(见图2)。

2.3 斜井口钢门架设置

为了满足机械设备的作业高度,避免增加二衬混凝土浇筑时的荷载及回填数量,斜井口钢门架应适当加高,但A、B单元钢架不得出现反拱度。通过现场调查及推算,将施工机械设备行走路面设置在正洞中台阶,斜井口钢门架可加高55 cm[2]。

斜井钢门架设置3榀Ⅰ22钢门架,钢门架内套3榀Ⅰ22a钢拱架;为了方便斜井门架横梁的安装,将横梁分为3段;斜井钢门架与斜井格栅钢架之间设置1榀I 20a钢架顺接。

2.4 挑顶临时门架措施

安装正洞初支钢架时应在钢架的端头设置临时钢门架,使正洞初支钢架定位准确,又能防止拱部掉块。门架立柱底脚要各设置2根42锁脚小导管,长4 m;门架中间位置的正洞初支钢架施作2根42超前锁脚钢管,长4 m,门架两端正洞初支钢架应按隧道安装施作50锁脚钢管,并贴近初支钢架施作22中空组合锚杆。

2.5 机械设备

施工所用机械设备见表1。

表1 机械设备表

3 施工步序与方法

3.1 施工步序

施工步序流程如下:施工准备→测量放样→安装斜井口钢门架→钻眼爆破→扒装运碴→安装临时支撑钢门架→连接正洞初支钢架→锁脚锚管→超前小导管→中空锚杆→挂钢筋网片→喷混凝土→A单元挑项结束→B单元挑项→C单元挑项→D单元挑项→错开拆除D单元门架接长正洞初支钢架→错开拆除C单元门架接长正洞初支钢架→错开拆除B单元门架接长正洞初支钢架→错开拆除A单元门架接长正洞初支钢架→挑项正洞上台阶结束→过渡到隧道正洞施工。

3.2 安装斜井口钢门架

(1)开挖支护1.6 m,初期支护1榀斜井格栅钢架和1榀I 20a加高钢架。

(2)短进尺开挖斜井门架位置,先采用斜井作业台架安装3榀斜井门架立柱及钢拱架,后安装斜井横托梁及门架内支撑钢架。3榀钢架侧面焊接22连接筋,间距1 m,左右侧拱脚及拱腰各施作2组2根50锁脚锚管8根,每根长度4 m[3]。

(3)开挖斜井钢门架时应预留部分碴体堆放在斜井缓坡道两侧,作为堆垫搭设钻爆作业台架及满足挖掘机、湿喷机械手的作业高度。

3.3 斜井挑顶至正洞上台阶

(1)从斜井钢门架之下约36°上挑正洞①部A单元钢架位置,采用50钢管临时搭设的作业台阶,钻爆按2个循环,进尺2.55 m,每个循环均初喷厚4 cm混凝土后及时架立Ⅰ20a临时支撑门架,门架立柱底脚各施作2根42,长4 m的锁脚锚管,然后把正洞A单元钢架逐榀放置在Ⅰ22a斜井门架的托梁上和掌子面Ⅰ20a临时门架的顶面,采用连接螺栓逐根栓牢焊接,并在初支钢架的端头施作42超前钢管及初支钢架中间部位施作22中空组合锚杆,铺挂6钢筋网片,焊接22连接钢筋,采用HPS3016s湿喷机械手湿喷混凝土至28 cm。

(2)在A单元初支钢架的端头开挖②部B单元钢架位置,按2个循环开挖支护,进尺3.02 m。②部B单元7榀正洞钢架与①部A单元正洞初支钢架对接,开挖断面及支护方法与①部类同。

(3)C单元钢架位于隧道顶部,为了防止拱部开挖掉块,将③部开挖断面宽度减少到3.5 m,开挖支护仍按2个循环,进尺4.03 m,安装临时钢门架与正洞初支钢架、锚挂喷支护方法与前单元钢架相同。

(4)D单元钢架开挖支护长度4.23 m,位于斜井口对面,为了快速形成正洞上台阶初期支护,将④部开挖断面宽度调整到2.2 m,先开挖安装3榀正洞初支钢架,使正洞上台阶初支钢架先期闭合。

(5)从斜井对面按D、C、B、A单元钢架顺序,错开拆除临时支撑门架,开挖正洞钢架位置,并接长隧道初支钢架,完成斜井挑顶中间部位的上台阶初期钢架支护。

3.4 上台阶隧道初支工艺转换

(1)当完成斜井口门架正洞上台阶9榀钢架后,托梁两端各剩余的3榀正洞初支钢架是斜井挑顶进入正洞上台阶工艺转换的过渡段,此时钻孔、爆破、出碴、立架、锚杆等初期支护工艺均转向90°施工[4]。

(2)工艺转换之前要提前焊接适用于隧道上台阶施工的作业台架,使施工人员在作业台架上进行钻孔、装药、立架、挂网、施作超前锚管和中空锚杆等工序的施工。

(3)施工中如挖装运机械车辆及湿喷机械手不能满足作业位置时,可将多余碴体外运,但必须留有坡道,为机械设备进退作业创造便利条件。

(4)在工艺转换过渡段内不得同时进行正反方向的开挖支护,每循环开挖不得超过1榀钢架。当开挖支护离开斜井口钢门架之后,按Ⅳ级围岩每循环进尺2榀的要求施工。

(5)上台阶开挖5 m后可进行中台阶E钢架的开挖支护,中台阶开挖支护7 m后,可进行下台阶F钢架的开挖支护。当正洞下台阶距斜井与正洞交点35 m时,应进行斜井口正洞仰拱及填充的施工。

4 监控量测

斜井挑顶进入正洞的监控量测点自门架支立挑顶起开始设置,并沿斜井与正洞交点中线位置埋设。其中斜井口拱顶和正洞拱顶各设置1个拱顶下沉点,斜井口边拱和上台阶拱腰各设置1条水平收敛点;当斜井挑顶进入正洞断面后,分别在距斜井与正洞交点正反方向5 m处各设置1条监控量测点,见图3[5]。

图3 斜井挑顶量测点布置示意图

斜井挑顶转入正洞开挖后应尽早进行检控量测,初读数应在开挖后12 h内读数,最迟应不大于24 h,而且在下一循环开挖前完成读数。变形控制速率见表2。

表2 变形控制速率

在斜井挑顶进正洞施工中,如围岩量测数据超过表2变形速率时,应及时分析原因,采取多种新奥法及矿山法措施进行加固处理。

5 结语

横岭隧道1号斜井挑顶采用架子队现有LG230挖掘机、ZLC50C装载机、HPS3016s湿喷机械手等机械设备施工,从9月26日开始安装斜井门架,到10月1日完成正洞上台阶初支钢架,从斜井挑顶转换为正洞初支体系,共计12 d。整个挑顶过程实现了安全、快速、有序、优质、安全无事故,说明该斜井挑顶进正洞施工技术方案是可行的,值得推广应用。

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