1隧道施工和地质条件
应用斜井进正洞方式开挖的隧道施工应符合一定条件限制,其中主要起决定性作用的是项目所在地的地质条件。具体包括挖掘隧道的整体方向、隧道与水平面的角度大小、开发过程中是否有曲线变化等,根据综合开发过程的坡度变化规律和井与正洞之间的进入坡度设定合理的施工方案。确定相关参数和变量时,参考孔内围岩的等级和完整性,采用相应的支持加强方式。西铁车2号隧道斜井与正洞在DK1080+356处相交,洞内围岩类型主要为弱风化页岩,节理裂隙发育,围岩较破碎,可观察其结构的完整性和一体性。斜井挖掘过程中,通常采用双车道辅助坑完成运输,根据施工规模的大小和隧道的总长度确定空白尺寸[1]。
在斜井与正洞的十字路口单独设置排放地下水的沟槽,确保挖掘期间工地干燥。开展斜井与正孔交叉处的围岩支护工序时,应根据围岩等级制订相应的支护方案,确定支护总体长度。支撑时,应综合应用格栅钢架、锚支撑等方式加强围岩强度。施工开始后,要注意开口附近原始地形的变化,及时观察地下水位的变化规律。一般的井进入正洞挖掘方式,在井口侧仰坡边缘线5m以外的位置设置切断沟,确保具有一定倾斜角度的反坡,防止洞外的水倒入内部。除了按照图纸施工外,在隧道挖掘推进过程中,应根据实际情况及时调整支持方案和施工技术,以安全施工为首要原则[2]。
2施工方案与支护加强方式
2.1渐变段的施工与支护
在隧道开挖施工开始一段时间后,进入斜井转正洞阶段时,考虑到需将斜井作为永久保留的救援通道,应将斜井的相关参数和指标与救援通道的硬性规定对比求同。其中,渐变段路面的标高与电缆槽顶面的标高应保持一致。这样既可以为施工车辆的通行提供便利,还可以在施工开挖线部分提升其准确率。斜井的拱顶高度应根据预先实地调查的结果和施工技术确定合理的数值,一般参照原始坡度小幅调整。在斜井与正洞开挖轮廓线交汇处可以适当增加拱顶的高程,并让交汇点的开挖断面处于便于施工的合适面积段,从而保证后续斜井与正洞交叉点附近的边墙能够采用合适的支护方案。在实际的支护施工过程中,除开应用特定规格型钢制做的加固门架外,还可以安裝单个中空锚进一步加固。需要注意的是,锚杆周围必须使用4根以上的锁脚锚来锁定门架。只有经过以上操作,才能喷射混凝土,将门架两侧与口罩体之间形成的间隙填补牢固,保证支撑结构的整体牢固性。
2.2斜井转正孔施工和支撑方案
进入施工阶段,按围岩类型、等级制定的支撑方案按步骤施工。具体应参照隧道挖掘方案制定的挖掘截面尺寸选择合适的开发方法。例如,挖掘截面的高度在10m以下,宽度在15m以下时,可以采用三台阶法进行挖掘工程。也就是说,通过设置上、中、下三个位置的高差阶段,用不同的开发方法共同完成施工任务。其中,上楼梯的挖掘支护采用斜井内门架顶部的交汇处向正孔延伸,在正孔中线位置附近设计预先制定的标高。这里应预留约15cm的预沉降空间[3]。然后在正孔十字路口的位置采用异形拱形支撑的方式,通过指定规格的异形拱形支撑,在正孔中线左侧附近完成支撑,另一端靠近门的位置直接焊接在门上,构成一体化的强化结构。
此时,正孔一侧的钢结构接头可以选择4根以上的锁脚锚固管固定,同时加固空心锚固,使整个正孔内部的拱形架稳定。具体的断面挖掘工程操作可以根据项目的实际需求和现场实际情况进行适当的优化和调整。完成以上一系列操作后,可沿垂直方向继续向正洞方向施工,开始右侧上导坑的支护作业,同样选用竖向钢架支撑加固。这里特别需要强调的是如果施工初始阶段正洞支护时采用的是短进尺的开挖方式,应该通过后期加强支护和定期测量的方式弥补其设计的不足。一般的挖掘尺寸最好控制在2m左右。挖掘结束后,应立即用混凝土密封施工作业面,也可以利用临时锚杆发挥辅助固定作用。挖到正孔右侧轮廓线附近时,可拆下临时设置的垂直钢架支撑,依次继续挖到深处。
随着挖掘位置的深入,必须立即安装辅助异形拱门,确保施工全过程围岩的稳定性[4]。进入正洞施工阶段后,分阶段支持垂直高度的3个阶段施工。楼梯支撑完成后,沿隧道终点方向再次扩大楼梯,建立平台作业面。另一方面,从斜井进入正孔,向隧道的起点方向挖掘,扩大工作面的大小。只有在双向上台阶部分进行约20m的支护后,可以开始挖正洞下台阶。从整体来说,必须先完成各部分台阶段的施工,逐步构建起隧道主体掘进施工的理想环境和条件。由于实际施工可能受地质条件的影响,不能用仰拱支撑,为了在稳定围岩的同时保持岩面的完整性,需要追加横向支撑的型钢构件,喷射混凝土进行密封处理,使围岩的整体结构受力均匀。
2.3斜井进入正孔的支护加固工程
在隧道工程建设过程中,如果采用斜井进入正孔的工程方式,则需要用型钢门架有效加固支护工程面。斜井的挖掘到达门架附近时,必须在斜井与正洞的交叉处挖掘出足够的工作空间,在支撑多个并联型钢门架的同时,在其上部焊接固定型钢梁和柱子,为正洞挖掘所需的钢架提供落脚固定点,构成稳定的三维受力结构。临时仰拱需要在斜井门槛钢架的基础上用混凝土构筑。
2.4施工工序及关键点
当斜井施工进行到与正洞相交的位置时,应在斜井地面的基础上逐步降低并形成一定的坡度,完成2个部分的系统衔接。在开挖路程附近增设钢架拱脚,并继续掘进斜井达到正洞开挖轮廓线附近后,要在这一位置安装结构加强环,还需一并对操作面进行封闭支撑。在斜井与正洞的交汇处,考虑到顶部围岩和顶板支护稳定性等相关因素,应采取棚洞加固等保守的方式。进入正洞施工后,首先开始施工上部阶段,按先上、后中、下的顺序进行。上层台阶高度可设置在3.5m左右。当上层台阶初期支护完毕后方可进行中部和下部台阶的开挖施工[5]。在掘进过程中选用的开挖方式和支护施工的技术要求要参照以往的施工经验做保守的预估,使上部、中部和下部的台阶在结构应力等方面一致,保证整个掘进面的结构稳固。
2.5施工流程注意事项
施工前,首先要确定项目所在地的地质环境是否允许采用斜井入正孔的施工方案。围岩质地柔软或有特殊柔软的土围岩层,需要另行制定特殊方案进行施工。斜井进入正孔的斜井内部架设的门架不仅可以支撑斜井部分的挖掘,还可以在与正孔的交汇处建立更稳定的力学结构模型,同时传递正孔钢架承受的负荷。相应的门架施工过程也要保证刚度和强度足够。此外,在围岩测量阶段,需要根据隧道开发的进度实时收集和分析孔顶设置的地表监测点的沉降数据,避免地下大幅度挖掘活动对当地地地质环境造成很大变化,带来施工风险。斜井顶部的开槽宽度应根据施工方案设置的斜井宽度设置,通常设置在2m~3m。上楼梯的拱装完毕后,可转向后续挖掘作业,转换点位置低时,需要注意相应的排水问题[6]。
正洞挖掘工程到达后,首先确定十字路口内部长距离的方向,在距十字路口约5m的位置在线路中心设置蓄水井,暂时容纳和收集斜井口的抽水排水。另外,为了防止意外渗水事故,必须事先制定排水应急预案,同时排水供电系统采用双路供电方案,提高特殊情况下的处理能力。在上下楼梯的位置转换点上,正洞挖掘的上楼梯离小里程的方向需要20m以上的极限值,上下楼梯的转换完成后才能开始下楼梯的挖掘工程。下楼梯的施工拱门落地后,必须立即停止掌面的挖掘,转变为仰拱的施工。这样可以有效保护整个支撑面的结构强度,通过环状结构分担压力,保持支撑面的稳定性。最后,在挖掘支护结束后的双衬托车组装过程中,尽量使用挖掘机配合模板起吊,衬托车的安装选择移动台车的骨架作为支撑。组装后,需要在隧道两侧拱腰以上设置锚固杆固定,辅助锚固剂强化锚固杆与隧道侧壁的连接部的结合强度。此外,锚杆尾部可统一制作弯钩,便于后续施工中钢模二衬台车的吊装和连接。
3结语
在隧道工程项目的施工建设中,采用斜井进入正洞的施工方法不仅可以完成隧道的挖掘目标,还可以同时实现安全避难通道的建设。施工中的安全问题和保证进度的高效施工方法一直是相关领域技术人员追求的技术突破点。本文详细分析和解读斜井进入正洞施工作业流程的主要技术要点和操作步骤,为类似工程施工建设提供了参考依据。顶层施工时,应加强围岩支撑,保证作业面结构强度,提前预防和使用型钢支撑等方式,避免施工期间潜在的危险因素。同时,也有助于隧道项目的施工质量,为后续隧道主体的正洞施工和挖掘奠定了坚实的施工基础。
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