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砂质黄土大断面隧道CRD法施工技术

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18120580258 发表于 2019-9-4 16:44:24 | 显示全部楼层 |阅读模式 打印 上一主题 下一主题

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摘要:郑西客运专线函谷关隧道为大断面砂质黄土隧道,施工采用CRD法施工,施工过程中临时支护体系繁多,受力复杂。文章主要详细介绍了CRD法开挖支护以及临时支护拆除的各部步骤、步长关系及其变形特征,并介绍了CRD施工过程中施工要点。
关键词:大断面隧道  砂质黄土  CRD法施工
1、工程概况
函谷关隧道起讫里程DK270+429~DK278+280,隧道全长7851m。是国内最长的黄土隧道。隧道穿越第四系上更新统(Q3)砂质黄土及中更新统(Q2)黏质黄土。其中砂质黄土地段长3521m,结构疏松,具有中等~严重自重湿陷性,设计为V级围岩,采用CRD法施工。
1.1砂质黄土段地质情况
隧道V级围岩地段洞身主要穿过<2-2>、<2-3>砂质黄土层(Q3eol+al),隧道范围内发育多层粉细砂(Q3eol+al),呈水平透镜状,厚度2~4m。分别位于隧道拱顶、拱腰、边墙部位。黄土结构疏松,具有中等~严重自重湿陷性。
<2-2>砂质黄土(Q3eol+al):局部为黏质黄土,浅黄色,松散~稍密,稍湿~潮湿,大孔隙发育,含蜗牛壳化石,湿陷性轻微至中等,厚15~25m,属II级普通土。
  <2-3>砂质黄土(Q3eol+al):局部为黏质黄土,浅黄、灰黄、黄褐色,松散~稍密,稍湿~潮湿,大孔隙发育,含蜗牛壳化石,属II级普通土。
<2-4-1>粉细砂(Q3eol+al):褐黄、浅黄色,稍湿~潮湿,稍密~中密,呈透镜体状,厚0~4m,属I级松土。
表1黄土地层物理力学指标表
地层序号
时代
岩性
状态
承载力
天然快剪
天然密度
含水量
干密度
孔隙率
凝聚力
内摩擦角
KPa
KPa
φ
g/cm3
g/cm3
<2-2>
Q3eol+al
砂质黄土
稍密
150
20
26
1.58
8.7
1.44
45.7
<2-3>
Q3eol+al
砂质黄土
中密
190
27
27
1.74
10.8
1.55
41.1
<2-4-1>
Q3eol+al
粉细砂
中密
150
\
30
1.65
\
\
\
1.2设计参数
V级围岩(CRD法)支护参数:φ50超前小导管,每根长5米,环向间距0.4m,每环46根,纵向3.2米一环,φ8钢筋网网格间距20×20cm,拱墙布置,拱部锚杆长2.5米,边墙锚杆长4米,间距1×1米,I25型钢钢架,每榀间距0.6米,全环布置;中壁及临时仰拱采用I18型钢钢架。
2、CRD法施工工艺
2.1 CRD法施工工艺流程图
CRD法施工工艺流程见图1
2.2 CRD法施工工艺流程说明
CRD法施工工序见图2
2.2.1①部施工
利用上一循环架立的钢架施作隧道侧壁Ф50小导管及导坑侧壁Ф22水平锚杆超前支护。然后机械开挖①部,人工配合整修。必要时喷5cm厚混凝土封闭掌子面。施作①部导坑周边的初期支护和临时支护,即初喷4cm厚混凝土,架立型钢钢架和I18临时钢架,并设锁脚锚杆(管),安设I18横撑。安装径向锚杆后复喷混凝土至设计厚度。


2.2.2②部施工
滞后于①部3~4m,机械开挖②部,人工配合整修,并施作导坑周边的初期支护,步骤及工序同①。
2.2.3③部施工
滞后于①部6~7m(一个小型挖掘机的距离),滞后②部3~4m,机械开挖③部,必要时喷5cm厚混凝土封闭掌子面,导坑周边部分初喷4cm厚混凝土,接长型钢钢架和I18临时钢架,安装锁脚锚杆(管),安设I18横撑,钻设径向锚杆后复喷混凝土至设计厚度。
2.2.4④部施工
滞后于②部6~7m(一个小型挖掘机的距离),滞后③部3~4m,机械开挖④部,人工配合整修,并施作导坑周边的初期支护,步骤及工序同③。
2.2.5仰拱施工
滞后于④部4m,机械开挖仰拱,人工配合整修,然后隧底周边部分初喷4cm厚混凝土。接长Ⅰ18临时钢架,复喷混凝土至设计厚度。拆除下部横撑,安设型钢钢架仰拱单元,使之封闭成环。仰拱开挖支护5~6m时,分两次灌注仰拱砼与填充砼。
2.2.7临时支撑拆除
根据量测结果分析,仰拱施工结束后,隧道变形趋于稳定。可以拆除中隔墙和临时仰拱。拆除时,先凿除中隔墙和临时仰拱间喷砼,然后至上而下逐榀拆除临时钢架。拆除长度不宜过长。满足一环衬砌长度即可。
2.2.8隧道防水施作
临时支撑拆除后,利用防水层铺设平台对初期支护面进行处理,割除突出的钢筋头、锚杆头,用水泥砂浆抹平拆除临时钢架留下的坑凹。施作纵横向投水盲管,铺设防水层。
2.2.9隧道衬砌施工
利用衬砌模板台车一次性灌注拱墙衬砌。
2.3 CRD法资源配置
2.3.1单口主要机械:
小型挖掘机3台(1、2部各1台,3、4部及仰拱1台);湿喷机4台(备2台);空压机2台;装载机1台;自卸汽车3台;麻花钻4台,电焊机4台。
自动计量搅拌站1座供喷砼;仰拱栈桥2副,作业台架1个,衬砌台车1个;通风机1台。
2.3.2单口施工人员:
1部、2部开挖、钢架立设、锚杆、挂网:各6人,共12人。1、2部喷砼各5人,共10人;
3部、4部开挖、钢架立设、锚杆、挂网:各5人,共10人。3、4部喷砼各4人,共8人;
仰拱开挖、钢架立设、锚杆、挂网: 6人。
开挖共46人;衬砌60人(两个作业面共用);单口施工作业人员:106人。
2.4循环时间
CRD法施工每循环0.6m,每天2个循环(22小时);全断面开挖支护每天1.2m,每月最高进度指标为36m,考虑砂层和其他影响因素按每月30m考虑。见表2“CRD工序循环作业时间表”。
2.5 CRD法施工要点
2.5.1开挖要点:
1)严格按照设计尺寸开挖,严禁超挖,钢架底脚预留20~30cm,采用人工开挖。
2)开挖时,预留核心土,保证掌子面的稳定。
3)确保1洞室、2洞室有1台专用小挖掘机进行开挖,严禁小挖机开挖坡道上下。特殊情况下,回填坡道后,小挖机从上部室转移。转移后,立即恢复横撑。
4)各洞室施工,严格步长关系,尽量缩短隧道封闭成环的长度。
2.5.2钢架安装要点:
1)考虑洞室尺寸划分便于施工,和下部运输要求,钢架分节和洞室尺寸根据现场机具设备应做适当调整。拱部钢架分为5节,1洞室2节,2洞室3节,拱部钢架底脚较设计长约50cm左右。临时横撑改为直钢架,并满足3、4洞室4.2m的净空。
2)满足设计尺寸要求,考虑合理下沉量。边墙钢架长度应根据下沉量缩短其尺寸,避免造成上部下沉下部超挖的现象出现。
3)严格控制节点栓焊连接质量,确保节点的稳固。
4)底脚角钢是为减小拱部钢架在下部室施工前的下沉量设置的。角钢安装时,可以考虑在下部洞室开挖时取出,以便重复利用,节约成本。
[tr][/tr]
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表2 CRD工序循环作业时间表
部位
工序
时间(h)
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
 
左上
1部
超前支护及加固
开挖
钢架、锚杆、挂网
喷砼
右上
2部
超前支护及加固
开挖
钢架、锚杆、挂网
喷砼
左下
3部
开挖
钢架、锚杆、挂网
喷砼
右下
4部
开挖
钢架、锚杆、挂网
喷砼
隧底
开挖
钢架、锚杆、挂网
喷砼
备注:  1、黑色部分为关键工序,灰色部分为非关键工序,CRD施工上方两部室的施工为关键工序。
2、CRD施工循环进尺0.6m,日进尺1.2m(22小时)。
         3、月最高进度指标为36m,考虑砂层和其他因素按每月30m考虑。
5)钢架底脚30cm在立设后用土埋上,以免在喷砼时,节点位置喷砼料固结,造成钢架安装困难。
6)下部钢架连接时,清除钢架连接处的黄土。确保喷砼的上下连接质量。
7)左右横撑安置在同一水平线上,横撑下方应设置角钢,防止中隔墙变形横撑脱落。
2.5.3喷砼施工要点:
1)在永久钢架后有空腔时,采用喷砼回填,确保施工质量。
2)中壁背后有空腔时,钢架背后立设竹脚板,然后用土回填空腔后,在钢架间喷砼至设计厚度。以防止因超挖回填喷砼造成拆除临时支撑的工作量加大。
3)喷砼结束后,及时清理回弹料,防止回弹料固结在钢架底部,而影响后续工序的施工。
4)喷砼前,对钢架节点处进行清理,保证节点处喷砼的质量。
2.5.4仰拱开挖支护要点
1)仰拱开挖每循环2~3榀钢架,开挖后及时立设钢架。
2)中隔墙钢架接长后,底脚在仰拱钢架上。中隔墙钢架间不设钢筋网,连接筋布设只要满足立设施工即可。中隔墙钢架接长后不进行喷砼支护。
3)仰拱开挖时,搭设栈桥,保证洞内运输的顺畅。开挖长度满足一环长度时,注意栈桥的稳定性,随时进行加固,保证洞内行车安全。
2.5.5 CRD临时支撑拆除要点
1)CRD拆除时间:根据数据分析,CRD临时支护在仰拱填充施作完毕后,即可拆除,拆除后隧道是安全的。
2)CRD拆除顺序,先凿除喷砼,然后逐环进行拆除,每环拆除顺序1、2洞室横撑→3、4洞室横撑→上部中壁钢架→下部中壁钢架。
3)每个工区第一环拆除时,技术室应进行观测,进行数据分析,确保隧道安全万无一失。
4)拆除时注意安全,随时检查脚手架的稳固,高空作业人员必须系安全带,拆除地段要有专人防护,利用口哨信号统一指挥,保证施工人员和车辆的安全通过。
5)拆除钢架时,采用气焊切割,严禁施工机械生拉硬拽。

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