駱秋林
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復合式襯砌是用錨噴支護作初期支護,模筑混凝土做二次襯砌的一種組合襯砌。即由兩種襯砌復合而成,初期支護與模筑混凝土間設置聚乙烯排水板,從而達到支護、排水目的的襯砌類型。在隧道施工過程中,快速完成初期支護是保證隧道開挖安全的最經濟、最有效手段,也是復合式襯砌能否達到支護目的的重要部分。初期支護的質量,是復合式襯砌能否協調受力支撐的關鍵,研究一種新型的施工工藝,保證初支質量,以滿足隧道施工進度、質量及安全的要求。
紅土嶺隧道位于河南省南陽市內鄉縣湍東鎮境內。全長2995m,其中Ⅲ級圍巖2310m、Ⅳ級圍巖470m、Ⅴ級圍巖215m(含70m明洞段和145m洞身段)。隧道采用單洞雙線形式,內設人字坡,隧道全段均處于直線上。隧道位于剝蝕丘陵區,相對高差180~280m左右,隧道最大埋深204m,大部分基巖裸露,局部地段有殘破積土層分布。
紅土嶺隧道含Ⅲ級圍巖、Ⅳ級圍巖、Ⅴ級圍巖。其開挖方法如下:
隧道Ⅲ級圍巖一般地質段采用全斷面法開挖。
隧道Ⅲ級圍巖特殊地質段、Ⅳ級圍巖開挖采用臺階法,開挖時上下臺階間隔長度根據現場施工情況控制,一般情況下上臺階留置長度為3~10m,初支仰拱緊跟下臺階快速封閉成環,仰拱距掌子面極限距離按1倍洞徑(11m)控制。
隧道Ⅲ級圍巖特殊地質段、Ⅳ級圍巖一般地質段開挖采用三臺階法開挖。開挖時臺階間隔長度根據現場施工情況控制,一般情況下上臺階留置長度為3~5m,中臺階長度為10~17m,仰拱初支緊跟下臺階快速封閉成環,仰拱距掌子面極限距離按2倍洞徑(22m)控制。
隧道Ⅴ級圍巖地質段采用三臺階臨時橫撐法開挖。采用三臺階臨時橫撐法開挖需滿足的條件:①先期施工地段噴混凝土及地表無裂縫,監控量測判定周邊圍巖穩定;②超前地質預報顯示前方地質條件相對較好(Ⅴ級圍巖),且地下水不發育;③采用濕噴機械手快速封閉開挖面。
長期以來,在隧道臺階法初支施工過程中,由于各種原因,導致臺階位置拱腳施工易存在初支拱腳噴射混凝土下面與渣土粘結、鋼拱架安裝不標準等質量缺陷。
邊墻基底無虛渣雜物及淤泥;結構平整度:2m靠尺邊墻允許35mm,拱部50mm;噴射混凝土表面應平順,無裂縫及掉渣現象。
(1)初期支護由格柵鋼架、鋼筋網片、錨桿與噴射混凝土形成支撐體系,是隧道的主要承載結構,是施工安全的重要保障。初期支護的格柵鋼架、鋼筋網片、錨桿及噴射混凝土相關參數見表1~2。
(2)格柵鋼架各分節及相關連接部件、鋼筋網片、砂漿錨桿、中空組合錨桿的組裝等在鋼筋加工廠加工制作,格柵鋼架要在水泥地面進行試拼。
(3)格柵鋼架主要由四根 φ20、φ22主筋和 φ14、φ10、φ8鋼筋制成。隧道各部開挖完成初噴掛網后,分單元及時安裝格柵鋼架,采用定位系筋、徑向錨桿以及雙側鎖腳錨管固定,縱向采用φ22鋼筋連接,然后復噴混凝土到設計厚度。
(4)支護必須在隧道開挖后及時進行施作。
表1 雙線隧道初期支護參數表
初期支護施工工藝流程:施工準備→欠挖處理→初噴混凝土→測量格柵鋼架位置→清除拱腳底浮碴→安裝格柵鋼架、鋼筋網→安裝縱向連接筋→錨桿固定、打鎖腳錨管→噴混凝土→混凝土養護→結束。
表2 格柵鋼架參數表
長期以來,在隧道臺階法初支施工過程中,由于各種原因,導致臺階位置拱腳施工存在如下質量缺陷:
(1)初支拱腳噴射混凝土下面與渣土粘結。下臺階開挖后,拱腳噴射混凝土下面粘結的渣土清除不干凈,存有虛渣,形成兩次噴射混凝土結合不緊密,后續噴射混凝土與前期噴射混凝土間軟弱夾層的質量問題。
(2)鋼拱架安裝不標準。第一次安裝的拱架單元不垂直,后續安裝的拱架單元為保證拱架間距向另一方向傾斜,不僅造成連接板連接不密貼,連接變弱,而且拱架安裝成折線,不利于鋼拱架受力。
(3)在噴射拱架部位混凝土時,未充分考慮鋼筋影響,拱架部位噴射混凝土空洞較多。
為解決以上質量缺陷問題,確保施工質量,試驗效果基本達到了預防拱腳虛渣,連接板連接不密貼以及鋼架內空洞等問題,現場總結了“拱腳隔板隔離法”。
“拱腳隔板隔離法”相關施工藝一次分別為:施工準備、隔板加工、鋼架安裝、隔板安裝、初支混凝土噴射施工、隔板拆除。
(1)施工準備:給技術人員交底,明確各種參數及目的。
(2)隔板加工
①根據不同格柵鋼架型號,制作不同尺寸的隔板。以H230型格柵鋼架為例,實物圖見圖1。
②隔板材料采用厚度為10mm以上鋼板,確保其剛度滿足重復使用要求。隔板長為格柵鋼架設計間距,寬為噴錨厚度加50mm(外加寬度保證抽取時利于敲擊抽?。?。另外,為便于抽取,在隔板背側加焊可以轉動的拉手(拉手能轉動,便于方便埋設隔板用)。
(3)鋼架安裝
鋼架安裝時,在拱架拱頂中心位置吊垂球,測量兩側拱腳到中線距離要相等、吊垂球一側拱架兩支鋼筋與垂線保證在同一面上,確保鋼架垂直度和位置滿足設計要求。
(4)隔板安裝
安裝隔板前,先在格柵鋼架拱腳兩側連接鋼板上方鋪8~10cm高洞渣作為找平層墊實隔板(厚度滿足下方連接鋼板螺栓能夠順利穿入),相鄰鋼架隔板兩端底部必須全部墊實牢固并保證在同一水平面,隔板就位把提環翻下并防護。
隔板安裝完成后,其表面用抹布擦干凈,保證無泥土。
(5)初支混凝土噴射施工
開始噴射混凝土時,從隔離板開始由下向上逐步,噴頭下傾角控制在500~600之間,待拱腳鋼板連接處噴密實后,再噴射上部混凝土,此時控制噴頭垂直于巖面,噴頭距巖面距離控制在80~100cm左右??傮w上控制噴射順序為自下而上,每層控制在40~50cm左右,最后噴射施工拱架連接處,此時控制噴頭外傾角在300~450之間。噴射混凝土完成后,立即清除拱腳和隔板50mm寬處回彈料。
(6)隔板拆除
下循環臺階開挖后,人工手錘敲擊隔板外露部分,待隔板松動后,拉動提手,將隔板抽出后再重復使用。
(7)注意事項
①隔板安裝后,必須將隔板表面覆土擦干凈,否則會在混凝土表面粘結虛土渣,影響隔離效果。
②必須嚴格控制鋼架垂直度和位置,否則鋼架成折線形,連接板張嘴,影響連接板連接接密貼。
③加強對濕噴手的培訓,嚴格控制噴射施工順序及噴頭角度,否則將影響初支混凝土尤其是拱腳、拱架內、與既有混凝土連接等部位的密實度。
④隔板在鋼架外側下墊設高度,應能滿足連接板處螺栓的順利擰緊作業。墊塊最好采用預制定型塊,徹底隔絕洞渣。
⑤鋼架和掌子面間距離應為格柵鋼架間距的1/2。一為隔板通用,二可以避免噴射混凝土與渣土粘結,形成豎向虛渣縫。
⑥隔板厚度應至少保證不低于1cm,以保證隔板剛度滿足重復利用要求。
⑦隔板加工制作盡量采用等離子切割機自動切割,以保證隔板加工精度。
⑧隔板從工作面抽出后,要及時清除其表面雜物,以利于下次重復使用。
經現場檢查,采用此方法施工后,拱腳連接外觀密實,邊墻基底無虛渣雜物及淤泥,未出現粘結虛渣現象;臺階處鋼板連接密貼,不再出現通過在連接鋼板處加焊鋼筋(鋼板)來調節垂直度的現象;鋼架內未出現空洞,混凝土較為密實;噴射混凝土表面應平順,無裂縫及掉渣現象。
在隧道臺階法初支施工過程中,由于各種原因,導致臺階位置拱腳施工易存在初支拱腳噴射混凝土下面與渣土粘結、鋼拱架安裝不標準等質量缺陷,成功總結了隧道復合式襯砌初期支護技術并得以推廣應用,較好的解決了拱腳粘結虛渣現象、格柵鋼架臺階處鋼板連接不密貼,鋼架內未出現空洞的技術質量難題??蓮V泛應用于相關襯砌施工中,也給類似工程提供了技術依據。