高地应力施工
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高地应力深埋隧道施工过程中围岩应力分布规律数值模拟分析隧道工程在现代城市建设中起着至关重要的作用,然而隧道施工过程中,面临着诸多技术挑战,其中之一便是高地应力深埋隧道中围岩的应力分布规律。
随着隧道深埋深度的增加,围岩的应力状态会发生明显的变化,这对隧道工程的设计和施工都提出了更高的要求。
对高地应力深埋隧道中围岩应力分布规律的数值模拟分析,对于指导隧道施工具有重要意义。
一、引言二、高地应力深埋隧道围岩应力分布规律1. 高地应力深埋隧道的特点高地应力深埋隧道是指位于地下深层,地应力较大的地区,隧道深埋深度一般超过300米。
在这种情况下,隧道围岩承受的应力主要包括自重应力和地应力两部分。
地应力的大小与深埋深度和地层性质有关,一般随着深埋深度的增加而增大。
2. 围岩应力分布规律在高地应力深埋隧道中,围岩应力分布规律是一个复杂而关键的问题。
一方面,围岩受到的应力是非常大的,容易引起围岩的变形和开裂;围岩的应力状态随着深埋深度的增加而发生明显的变化。
在高地应力深埋隧道中,围岩的应力分布表现出明显的非线性特征。
在隧道开挖过程中,由于受到地表负荷和自重负荷的作用,围岩会出现较大的变形和开裂。
了解围岩的应力分布规律对于保证隧道的安全施工至关重要。
三、围岩应力分布规律的数值模拟分析1. 数值模拟方法为了研究高地应力深埋隧道中围岩的应力分布规律,可以采用数值模拟的方法。
数值模拟是一种通过计算机对复杂的物理现象进行模拟和分析的方法,可以辅助工程师研究围岩的应力分布规律和变形规律。
2. 模拟分析结果数值模拟分析还可以得到围岩的变形规律。
在高地应力深埋隧道中,围岩会出现较大的变形,这对隧道工程的设计和施工都带来了较大的挑战。
四、结论与展望高地应力深埋隧道中围岩应力分布规律的数值模拟分析是一项复杂而重要的研究课题。
通过数值模拟分析,可以得到围岩受力状态的详细分布情况,为隧道施工提供重要的参考依据。
数值模拟分析还可以为优化隧道设计和提高隧道施工安全性提供重要的支持。
高地应力条件下岩锚梁开挖施工工法高地应力条件下岩锚梁开挖施工工法一、前言高地应力条件下岩锚梁开挖施工工法是一种在高地应力环境下进行岩石锚梁开挖的施工方法。
本文将介绍该工法的特点、适应范围、工艺原理、施工工艺、劳动组织、机具设备、质量控制、安全措施、经济技术分析和工程实例。
二、工法特点1. 高地应力条件下施工,适用于岩石锚梁的稳定性要求高的情况。
2. 采用锚梁技术,可以提高锚固的稳固性和承载能力。
3. 结构简单,施工周期短,能够提高施工效率。
三、适应范围该工法适用于高地应力条件下的岩石锚梁施工,主要应用于大型基础设施建设,如高速公路、铁路、隧道等工程。
四、工艺原理高地应力条件下岩锚梁开挖施工工法的工艺原理是通过确定岩石的物理性质、应力状态和空间结构特征,结合实际工程的要求,采取合理的施工工法和技术措施,以保证锚梁的稳定和承载能力。
五、施工工艺 1. 前期准备:包括场地勘察、测量和设计、材料采购和运输等准备工作。
2. 岩锚梁开挖:采用爆破、冲击钻和机械铲岩等方式进行岩石的开挖,并保证开挖面的平整度和垂直度。
3. 锚槽预埋:在岩石开挖后,进行锚槽预埋工作,包括锚杆的埋设和锚槽的加固。
4. 锚杆安装:根据设计要求,进行锚杆的安装和固定,并进行锚固系统的整体调整和加固。
5. 填充材料加固:根据设计要求,进行填充材料的加固和固化,以提高锚梁的稳定性和承载能力。
6. 后期收尾:包括清理工地、验收和记录等工作。
六、劳动组织根据施工工艺和施工规模,合理安排劳动力和施工人员,确定施工队伍的组织架构和职责分工。
七、机具设备1. 爆破设备:包括钻孔机、爆破器材等。
2. 冲击钻:用于岩石的开挖和预埋锚杆。
3. 机械铲岩:用于岩石的开挖和清理。
4. 锚杆安装设备:包括锚杆机、锚杆等。
5. 填充材料加固设备:包括混凝土搅拌机、输送机等。
八、质量控制在施工过程中,进行质量控制以确保施工的稳定性和符合设计要求。
主要方法包括现场检测、监测和记录,对施工过程中的问题进行及时处理和纠正。
特殊地质基础施工方案高地应力地层的基坑开挖与支护特殊地质基础施工方案:高地应力地层的基坑开挖与支护地基工程是建筑工程中至关重要的一部分,而在一些特殊地质条件下进行地基开挖与支护工作则需要特殊的施工方案。
本文将重点讨论高地应力地层的基坑开挖与支护的相关问题,并提出一种适用于此类情况的施工方案。
1. 高地应力地层特点高地应力地层是指地下水位较低,土体中存在较高的地应力的地层。
这种地层的主要特点有:1.1 高固结应力导致土体较为坚硬,开挖困难;1.2 土体的渗透性差,不易排水;1.3 存在地下水表面降低的风险;1.4 地下水泉眼增多,易发生水文灾害。
2. 基坑开挖与支护的重要性在高地应力地层中进行基坑开挖与支护工作是非常关键的。
恰当的开挖与支护方案可保证地基的稳定性,确保施工期间的安全,同时也能减少地下水的涌入和相关地质灾害的发生。
3. 施工方案的设计针对高地应力地层的开挖与支护,我们提出以下施工方案:3.1 基坑开挖方案在高地应力地层的基坑开挖中,应采用分层开挖的方式,逐层进行挖掘。
每挖掘一层后,及时进行支护,使地基保持稳定。
这样可以避免整个基坑一次性开挖导致土体失稳的风险。
3.2 支护形式选择由于高地应力地层存在地应力较大的特点,传统的支护形式可能不足以满足安全要求。
我们建议采用预应力锚杆支护技术,通过固定锚杆来增加土体的抗拉强度,使基坑周边土体保持相对稳定。
同时,加固梁的设置也需根据不同地质条件进行合理布置,以进一步提高支护效果。
3.3 排水系统的设计在高地应力地层中,土体渗透性较差,不易排水。
因此,为了保证施工期间的安全性和施工质量,应设计合理的排水系统。
可以考虑采用深井抽水法,通过井筒抽取地下水,保持基坑的干燥状态,避免地下水涌入对基坑的影响。
4. 施工过程控制在实际施工中,除了合理的方案设计外,施工过程的控制也至关重要。
4.1 合理施工顺序的确定在进行高地应力地层基坑开挖时,要根据具体情况合理确定施工顺序。
隧道高地热及高地应力段施工控制要点1.超前预报1.1洞内、外观察隧道洞内、洞外观察:隧道洞内观察分开挖工作面观察和已施工区段观察两部分,开挖工作面观察在每次开挖后进行,内容包括节理裂隙发育情况、工作面稳定状态、涌水情况及底板是否隆起等,当地质情况基本无变化时,每天进行一次。
观察后绘制开挖工作面地质素描图。
对已施工区段的观察每天一次,观察的内容包括喷射混凝土、锚杆、钢架的状况,以及施工质量是否符合规定的要求。
在观察过程中如发现地质条件恶化,初期支护发生异常现象,将立即通知施工负责人采取应急措施,并派专人进行不间断。
1.2超前水平地质钻探采用钻机在洞内掌子面向隧道正前方钻5-10m的水平超前地质探孔,观察探孔出水情况及水温,发现异常情况时及时汇报,制定相应的施工方案。
1.3 TSP地震波探测仪探测在高温地热段采用地质雷达每20米检测一次,确保对掌子面前方的工程地质情况(围岩性质、地质结构构造、围岩完整性、地下水和溶洞)做出正确的预测。
2.监控量测2.1洞内温度及出水量检测安排专人每四小时对隧道洞内温度、掌子面温度、涌水温度测量一次,并对每次测量数据进行记录;现场技术员及时要对掌子面涌水量的变化进行记录。
2.2洞内沉降观测初期支护完成后,在拱顶、拱脚及边墙标高处埋设测点进行拱顶下沉和水平收敛量测。
测试元件采用直径12mm圆钢加工而成,每根元件25cm,锚入初期支护体20cm,外露5cm,以防震动影响量测结果。
量测频率开始8h观测一次,然后根据变形量的减小而减小量测频率。
根据量测及时掌握施工中围岩和支护的力学动态及稳定程度,调整施工工序及预留变形量、开挖进尺等,便于指导施工,确保施工安全。
3.砼质量控制要点高温地热段的衬砌混凝土:在高温(如70高温)的岩体及喷混凝土上浇注二次衬砌混凝土时,厚度再薄,水化热也不易逸出。
由于混凝土里面和表面的温差,在早龄期有可能存在裂缝。
因此为防止二次混凝土衬砌出现裂缝,应采取下述措施:(1)为了防止高温时的强度降低,应选定合适的水灰比,并考虑到混凝土对地热水的耐久性,宜采用高炉渣水泥(分离粉碎型水泥)。
深埋隧道高(极高)地应力地段岩爆施工工法深埋隧道高(极高)地应力地段岩爆施工工法一、前言随着交通和城市发展的需求,越来越多的隧道项目需要在高地应力地段进行施工。
然而,高地应力地段常常存在岩石破裂和岩爆等问题,给施工带来了极大的挑战。
为了解决这些问题,深埋隧道高(极高)地应力地段岩爆施工工法应运而生。
二、工法特点该工法的特点是在施工过程中充分考虑了岩层应力状态和环境条件,并通过一系列技术措施降低了岩爆风险。
主要包括预防性措施、保护性措施和治理性措施。
三、适应范围该工法适用于高地应力地段的深埋隧道工程,特别是在岩石容易破裂和岩爆风险较高的情况下。
它能够减少事故发生风险,提高施工的安全性和效率。
四、工艺原理该工法的核心原理是通过合理的施工工艺和技术措施,提前预判和控制岩爆风险。
首先,通过地质勘察和地应力测试等手段,获取地下岩层的应力状态和裂隙特征。
然后,在施工工法中采取钻孔放炮、切割爆破、装药密度控制等方式,进行施工过程中的岩爆控制。
最后,在开挖和支护过程中,采取合理的支护结构和材料,确保隧道的稳定性和安全性。
五、施工工艺施工工艺可以分为预处理、钻孔放炮、爆破、开挖和支护等阶段。
在预处理阶段,根据地质条件和隧道要求,进行地质勘察和地应力测试,并制定施工方案。
在钻孔放炮和爆破阶段,根据地下岩层的应力和裂隙情况,进行合理的钻孔和装药设计,并控制爆破过程中的能量释放。
在开挖阶段,根据隧道断面的要求,采用适当的机械设备进行开挖。
在支护阶段,根据地下岩层的稳定性和工程要求,选择合适的支护结构和材料进行施工。
六、劳动组织施工期间,需要合理组织劳动力,根据施工进度和任务量,制定合理的人员配置和工作计划,确保施工的连贯性和高效性。
同时,需要加强对施工人员的技术培训和安全教育,提高他们的技能水平和安全意识。
七、机具设备为了实施该工法,需要使用一系列的机具设备。
包括钻孔机、装载机、爆破器材、隧道切割机等。
这些设备应具备高效、安全、稳定的性能,以满足施工的要求。
高地应力流变塑变地质隧道施工工法高地应力流变塑变地质隧道施工工法一、前言隧道施工工法是应对各种地质条件和工程需求的一种技术手段。
高地应力流变塑变地质隧道是在高地应力作用下,岩石产生流变塑变特性的地质条件下进行的隧道施工,对于这种特殊地质条件下的隧道施工,需要采用相应的工法进行处理。
二、工法特点高地应力流变塑变地质隧道施工工法具有以下特点:1、适应高应力:该工法采用了特殊的施工方案和加固措施,能够适应高地应力的作用。
2、考虑流变塑变特性:针对高地应力作用下岩石的流变塑变特性,工法中设计了相应的支护结构和施工方法。
3、针对地下水:该工法在处理地下水时,采用了相应的抽水和防水措施,以确保隧道施工过程中的安全和稳定。
三、适应范围高地应力流变塑变地质隧道施工工法适用于以下情况:1、地质条件:适用于高地应力作用下,岩石具有明显的流变塑变特性的地质条件。
2、隧道形式:适用于各种形式的隧道,包括铁路隧道、公路隧道等。
3、施工规模:适用于各种规模的隧道施工,从小型隧道到大型隧道都可以使用该工法。
四、工艺原理高地应力流变塑变地质隧道施工工法依靠科学的理论和实践经验,采取一系列的技术措施来处理特殊地质条件下的施工问题。
根据实际工程中的需求和地质条件,工法中采取了以下措施:1、岩石力学测试:对地层中的岩石进行力学测试,以了解其物理性质和力学性能,为后续施工提供依据。
2、支护结构设计:根据地质条件和施工性要求,设计合理的支护结构,以增强岩体的稳定性和抗变形能力。
3、施工方法选择:根据地质条件和施工要求,选择合适的施工方法,包括钻爆法、控制爆破法等。
4、加固措施:针对高地应力作用下的岩体塑变和变形问题,采取加固措施,如钢筋混凝土喷射支护、钻孔注浆等。
5、地下水管理:对地下水进行管理和控制,包括抽水、防水等措施,以确保隧道施工安全和稳定。
五、施工工艺高地应力流变塑变地质隧道施工工法中,施工过程包括以下阶段:1、勘察阶段:进行地质勘察,掌握地质条件和地下水状况。
高地应力隧道穿越断层围岩特性分析及施工技术总结--向莆铁路工程FJ-2标段尤溪隧道秀村斜井F1断层高地应力分析与总结前言:向莆铁路工程FJ-2标段尤溪隧道秀村斜井F1断层,为高地应力软岩断层带,施工中采用新奥法施工,最终发生大变形,初期支护大范围侵入净空并被破坏,本文通过对F1断层围岩特性分析,探讨喷锚与砼护拱联合支护的施工技术,观点仅供参考。
关键词:F1断层围岩特性分析施工技术总结一、F1断层工程概况尤溪隧道位于福建省境内,起于三明市沙县,止于三明市尤溪县。
隧道里程为DK369+670~DK382+644,全长为12974m,隧道洞身最大埋深653米,F1断层位于DK373+110-180与隧道中线大角度相交。
1.1.F1断层围岩段地质状况F1断层,断层带内岩石破碎,片理发育,构造蚀变强烈,有绿泥石化、硅化。
受断层构造运动影响,为区域性压性断层,有石英脉、辉绿岩脉侵入,该断层导水性不良。
1.2.F1断层施工支护结构设计概况F1断层设计上,按照三台阶七步开挖法开挖,开挖时拱部120°范围内采用带排气装置的注浆锚杆,长度4.5m,环向间距40cm。
初期支护采用全断面型钢钢架、钢筋网、砂浆系统锚杆、喷射混凝土联合支护的方法,型钢钢架采用I18型钢制作,间距为1榀/1m,钢架各单元采用螺栓连接,钢筋网采用环纵向φ6钢筋钢筋网,钢筋网尺寸为20cm×20cm,锚杆为φ22螺纹钢筋,锚杆长度为3.5m,间距为环1.2m×纵 1.2m,梅花型布置,喷射混凝土采用湿喷工艺,混凝土等级为C25,喷层厚度为25cm,二次衬砌采用钢筋混凝土厚度0.5m。
二、F1断层围岩工程岩体岩性分析2.1.地应力分析福建地区地应力受构造作用明显,最大应力为水平方向,水平最大地应力σH=1.05~1.2σZ、水平最小地应力σH=0.7~0.8σZ,本断层设计按最大主应力σH=1.1σZ、水平最小主应力σH=0.75σZ取值。
高地应力富水软硬不均偏压地层严重大变形控制施工工法高地应力富水软硬不均偏压地层严重大变形控制施工工法一、前言高地应力富水软硬不均偏压地层是指地下水位高、土质松软、地下水丰富且应力分布不均,形成的地质环境。
在该地质环境下进行基坑开挖和地下工程建设时,会面临严重的大变形控制难题。
针对这种情况,我们开发了一种适用于高地应力富水软硬不均偏压地层的严重大变形控制施工工法。
本文将对该工法进行介绍和分析。
二、工法特点该工法的主要特点如下:1. 综合应用了预应力和土建结构措施,能有效控制地质环境下的大变形问题;2. 通过合理的分段开挖和间隔注浆施工,能够有效改善地层的力学性能和承载能力;3. 结合现代测量技术和监测手段,实时监测和掌握工程的变形情况,及时采取措施进行调整和修复;4. 配合专业的施工队伍和设备,可完成对高地应力富水软硬不均偏压地层的复杂施工要求。
三、适应范围本工法适用于高地应力富水软硬不均偏压地层的各类地下工程,包括基坑开挖、地铁隧道施工、地下管道敷设等。
四、工艺原理施工工法的关键是能够将理论与实际工程相结合,采取适当的技术措施来解决大变形问题。
具体的工艺原理如下:1. 在施工前,通过地质勘探、测量和试验,对地层的力学性质和水文特点进行全面了解;2. 根据地质条件,采用适当的分段开挖方法,结合预应力技术对地层进行支护和补强;3. 在开挖过程中,通过注浆技术对松软地层进行加固,提高地层的稳定性和承载能力;4. 结合现代测量和监测技术,实时监测工程变形情况,及时采取调整和修复措施。
五、施工工艺施工过程主要包括以下几个阶段:1. 完成地质勘探和预测分析,确定施工方案;2. 实施分段开挖,同时进行预应力锚杆的安装和注浆加固;3. 进行地层加固和补偿措施,包括注浆、灌浆、固化等;4. 实施土建结构施工,包括地下室、管道、隧道等的搭建和连接;5. 对施工过程进行监测和调整,及时采取措施解决问题。
六、劳动组织施工过程需要合理组织和安排,包括施工队伍的协作、施工进度的控制、质量的监督等。
高地应力岩爆地段施工预案高地应力地区的主要地质灾害有:(1)岩爆是主要的地质灾害,隧洞开挖后的围岩应力调整过程中,由于岩体弹性应变能量释放,造成岩体发生一种带有爆裂声响的岩体开裂、岩片或岩块弹出或剥落的一种地质灾害现象。
(2)高地应力作用下软弱围岩可能会向已经掘进完成的隧洞挤压。
在高地应力隧洞施工中,以地质预报为先导,根据地质预报结果提前作好准备工作。
其主要方法有如下三种:超前探孔为主,辅以地震波、电磁波、钻速测试等手段。
开挖面及其附近的观察预报,通过地质的观察素描,分析岩石的“动态特征”,主要包括岩体内部发生的各种声响和局部岩体表面的剥落等。
针对硬岩洞段的高地应力可按以下措施处理:(1)在以有的刀盘喷水设施基础上增设喷水设备,增加掘进过程中掌子面的喷水量,降低开挖面的岩石温度和脆性。
减少岩爆的发生可能。
(2)对局部出露的岩石及时喷洒高压水,降低岩石的强度,增强其塑性,减弱岩体的脆性,降低岩爆的剧烈程度。
同时可以起到降温除尘的作用。
(3)岩爆强烈地段可以利用超前钻机施作应力释放孔。
应力释放孔的布设根据现场的具体情况确定。
(4)岩爆非常剧烈时,为了安全,在安全距离进行躲避,直至岩爆平静。
重新开始掘进施工时,检查伸缩护盾位置有无可能影响护盾伸缩移动的剥落岩石,如果有及时清除。
在岩爆地段施工,首先要有施工经验的专职安全员来重点监测岩石的状况,施工人员和设备要有必要的防护措施,确保施工安全。
针对高地应力下软岩洞段的施工措施:根据超前预报的结果,如果软岩变形轻微,可以边进行掘进边进行处理。
对于变形严重的洞段,必须停止掘进施工对岩层进行超前加固处理。
并对加固效果进行检验达到强度后才能进行掘进施工。
(1)在围岩易变形区域施工时,首先用扩挖刀加大开挖直径,同时要加强观测,尽量减少刀头喷水,发现有围岩膨胀现象,应立即停止喷水,并加快速度尽快通过。
(2)由于挤压作用使TBM被卡住,首先采取加大推进油缸推进力并在护盾与围岩间强行注入润滑剂,以减少机身与围岩间的摩擦力,如果上述方法不能解困,需从TBM盾体上开工作窗口,通过窗口对TBM机身前后、上下进行扩挖,并对扩挖区进行有效支护,并对围岩进行监测。
隧道高地应力软岩大变形弹性支架法施工工法隧道高地应力软岩大变形弹性支架法施工工法一、前言隧道工程是现代城市建设中非常重要的一项基础工程,而软岩地层隧道的施工面临着高地应力和大变形的挑战。
为了解决软岩隧道施工中的问题,隧道高地应力软岩大变形弹性支架法应运而生。
该工法通过采取适当的施工工艺和技术措施,可以充分利用地层应力的作用,实现软岩隧道的安全施工和稳定性控制。
二、工法特点隧道高地应力软岩大变形弹性支架法的主要特点如下:1. 应用范围广:适用于软岩地层隧道的施工,特别是在高地应力和大变形条件下具有较好的适应性。
2. 抗震性好:采用弹性支架的结构,可以有效吸收震动能量,提高隧道的抗震性能。
3. 施工周期短:通过合理的施工工艺和组织方式,可以降低施工周期,提高施工效率。
4. 施工质量高:采用先进的施工工艺和技术措施,能够保证施工质量达到设计要求。
三、适应范围隧道高地应力软岩大变形弹性支架法适用于软岩地层隧道的施工,特别是在高地应力和大变形条件下。
该工法可以应用于各类地质条件和隧道类型,如城市地铁隧道、水利隧道以及公路和铁路隧道等。
四、工艺原理隧道高地应力软岩大变形弹性支架法的工艺原理是在施工过程中充分利用地层应力的作用,并通过合理的技术措施实现软岩隧道的稳定施工。
具体包括以下要点:1. 弹性支架设计:根据隧道的地质条件和设计要求,设计合理的弹性支架结构,使其能够充分吸收地层应力和变形。
2. 施工承压设备:选用适当的施工承压设备,确保支架的紧固和稳定,保证施工过程中的安全性。
3. 排除地层应力:通过钻孔、爆破和喷浆等方式,排除地层中的高地应力,减小地层的变形。
五、施工工艺隧道高地应力软岩大变形弹性支架法的施工工艺包括以下阶段:1. 地质勘察:对隧道施工区域进行详细的地质勘察,了解地层的情况和变形特点,为施工做好准备。
2. 预处理工艺:通过钻孔、喷浆等方式,排除地层中的高地应力,减小地层的变形。
3. 弹性支架安装:按照设计要求,安装弹性支架结构,确保其紧固和稳定。
高地应力软岩大变形隧道施工技术中铁十四局集团第四工程有限公司石贞峰摘要:堡镇隧道为宜万铁路第二长隧、七大控制工程之一,也是全线施工难度最大的隧道之一。
堡镇隧道围岩属于高地应力软岩,在施工中发生高地应力软岩大变形。
结合软岩的岩性分析情况,采用科研引导、稳扎稳打的方针,制定了详细的施工方案,在施工过程中探索、研究出了控制软岩大变形的施工技术。
关键词:堡镇隧道高地应力软岩大变形施工技术1 工程概况堡镇隧道左线全长11565m,右线全长11599m,线间距30m, 右线初期设计为平导,作为左线辅助施工通道,后期再将平导扩挖形成右线隧道。
是宜万铁路第二长隧、七大控制工程之一,也是全线唯一的高地应力软岩长隧。
十四局承担左线进口段5641m、右线进口段5622m的施工任务。
隧道穿越岩层主要为粉砂质页岩、泥质页岩,呈灰黑色,多软弱泥质夹层带,白色云母夹层,强度极低。
大部分页岩呈薄层状,层厚3~10cm,分层清晰,产状扭曲,挤压现象明显,岩体破碎,强度很低,手捏呈粉末状,遇水膨胀;顺层发育,有光滑顺层面,层间多夹软泥质夹层,节理、层理发育、切割严重,围岩整体性很差,隧道左边拱存在顺层软弱面,右侧边墙有楔形掉块,爆破后滑坍、掉块严重。
根据国标《工程岩体分级标准》,该区属高应力区,产生大的位移和变形。
洞内初期支护局部开裂,顺层坍塌,节理发育,软岩变形等,凡专家预测的复杂地质均已出现。
在施工中发生多次高地应力作用下较大变形中,仅8#横通道处拱顶沉降最大就达15cm,收敛32.5cm,超过预留变形量,并侵入二次衬砌。
2 施工方案针对高地应力软岩大变形的特点,我们制定了“超前支护、初支加强、合理变形、先放后抗、先柔后刚、刚柔并济、及时封闭、底部加强、改善结构、地质预报”的整治原则和总体方案,配合平导超前等辅助方案较好的解决了此项难题。
2.1 总体方案介绍(1)采用超前小导管支护,开挖后及时封闭围岩;加强初期支护的刚度,采用型钢拱架封闭成环;为达到稳固围岩的目的,系统锚杆采用中空注浆锚杆加固地层,锚杆长度应稍大于塑性区的厚度。
(2)加大预留变形量。
为了防止喷层变形后侵入二次衬砌的净空,开挖时即加大预留变形量,另外采取了不均衡预留变形量技术。
(3)施工支护采用“先柔后刚,先放后抗、刚柔并济”原则,使初期支护能适应大变形的特点。
(4)及时封闭仰拱、特别是仰拱初支,是减小变形、提高围岩稳定性的措施之一;另外加大仰拱厚度,增大仰拱曲率,也有利于改善受力状况。
(5)改善隧道结构形状,加大边墙曲率,根据围岩实际和监控量测数据,采用受力结构最为合理的“鸭蛋”型断面;改善结构另一措施是提高二次衬砌的刚度,即加大二次衬砌厚度,增加受力钢筋数量,提高衬砌材料的强度和弹性模量。
(6)根据隧道存在始终存在顺层偏压的特点和顺层岩层施工力学行为分析,确定地质顺层情况下岩石倾角对隧道稳定性的影响,采取了不均衡预留变形量技术,不对称支护措施,间隔空眼、微差爆破技术,以及左右侧不均衡装药爆破技术,尽量减少对围岩的扰动。
(7)全过程实施施工地质超前预报工作。
2.2 超前地质预报(1)超前地质预测预报的方法堡镇隧道采用以监控量测、地质素描为主,结合科研测试的综合地质预报方法。
综合超前地质预报包括以下方法:掌子面地质素描,监控量测,应力应变测试以及常规地质综合分析等。
通过掌子面素描确定节理面的走向和倾向,通过监控量测数据反分析地应力值,从而判定围岩的地质状况。
同时,利用右线平导开挖揭露的围岩地质情况,准确地预测左线隧道相应地段的工程地质及水文地质条件,在施工过程中采用相应的处理措施,确保施工安全。
(2)超前地质预测预报的重点根据隧道地质资料,堡镇隧道的超前预报的重点是针对高地应力顺层条件下的软弱围岩的力学性能。
在施工时采取强有力的超前地质预报,将超前地质预报工作纳入施工工序。
2.3 支护结构确定(1) 地质条件及支护参数8#横通道至标段终点均处于高地应力区,覆盖层厚度400m~600m,地表植被茂盛,上覆坡残积土、洪积土松散,下卧粉砂质页岩和泥质页岩,节理发育,岩体破碎。
通过8#横通道施工堡镇隧道左线已开挖支护。
该段原设计初期支护采用工16型钢钢架,间距1榀/m;拱部中空注浆锚杆,边墙砂浆锚杆,L=3.0m,间距1.2m×1.0m;网喷混凝土厚15cm;预留变形量15cm。
(2)施工情况该段按三台阶五部开挖法施工。
由于高地应力软岩变形,导致初期支护开裂,裂缝宽度在3~6cm左右,以右侧边墙最严重。
喷射混凝土发生翘起、空鼓现象,型钢钢架扭曲。
拱顶沉降最大15cm,收敛最大32.5cm,超过预留变形量,并侵入二次衬砌。
另外,11#横通道DK74+580~Dk74+620段施工中发生了较大变形,拱顶沉降最大34.5cm,收敛最大70.2cm。
(3)设计优化由于施工变形较大,超过预留变形量,并侵入二次衬砌,为此必须制定合理的支护参数和施工方案、工艺方法。
并对变形较大和侵限部位进行加固和处理。
根据围岩实际和监控量测数据,优化采用受力结构更为合理的“鸭蛋”型断面,并考虑预留变形量20~30cm,二次衬砌拱部、边墙、仰拱为C30钢筋砼,水沟身、电缆槽及隧底填充为C25,初期支护采用喷射砼,0.5~0.75m一榀I18或I20钢架,同时采用2~2.25m 一环超前小导管预支护,其中采用的结构之一如图1所示。
2.4 开挖施工工艺高地应力顺层偏压软岩隧道施工采用“三台阶五部开挖同时起爆法”。
其特点是:适用于各种地质条件和地下水条件,根据围岩变化可通过调整循环进尺、支护参数、预留沉降量等措施,有效控制拱顶沉降、净空收敛;通过合理台阶高度划分,简易钻孔台架搭、拆方便、快速减少工序时间;三台阶顺序施工,出碴、锚杆施做、钢拱架架立等工序可平行作业,及时支护保证结构安全同时减少循环作业时间;适合各种断面形式,变化断面高度灵活。
如图2所示。
为了防止喷层变形后侵入二次衬砌的净空,开挖时即加大预留变形量;根据隧道存在始终存在顺层偏压的特点,进行顺层岩层施工力学行为研究,采取了不均衡预留变形量技术。
高地应力地段施工支护遵循“先柔后刚,先放后抗、刚柔并济”原则,初期支护能适应大变形的特点。
根据隧道存在始终存在顺层偏压的特点,采取不对称支护措施,在严格按设图2 三台阶五部开挖法施工顺序示意图图1 高地应力段T1断面结构图计施做支护措施的基础上,依据顺层岩层施工力学行为分析,对结构受力复杂部位进行初期支护的加强,加设长导管注浆、加密钢架纵向连接筋、设置多排双侧锁角锚管、加大喷射砼厚度等。
根据围岩岩性,确定光面爆破周边眼间距、最小抵抗线、不耦合装药结构、起爆顺序、堵塞长度等爆破参数,确定主爆孔特别是掏槽眼的爆破参数。
周边眼采用搭接法钻孔和间隔装药结构,严格控制每循环进尺及周边眼间距,周边眼间距控制在20~25cm之间。
五分部同时起爆,采用毫秒雷管微差控制爆破技术,严格控制段装药量和段延期时间,达到控制爆破振速的目的,最大限度的减小对周边围岩的扰动和破坏。
根据隧道存在始终存在顺层偏压的特点,进行顺层岩层施工力学行为研究和高地应力顺层偏压地层隧道施工力学行为研究,确定高地应力、地质顺层情况下岩石倾角对隧道稳定性的影响,从而确定不同倾角情况下、不同地应力条件下隧道的施工方法和施工关键控制技术。
根据不同倾角下不同部位的受力状况,对不稳定或最不利部位采取间隔空眼、微差爆破技术,并采用了左右侧不均衡装药爆破技术,进行调整药量、钻孔深度、起爆顺序、动态最小抵抗线设置等,尽量减少对围岩的扰动。
上台阶开挖开挖一榀钢拱架、支护一榀;地质变化时,必须减少每循环的掘进进尺;掌子面开挖(三台阶五部开挖方法)严禁左右侧对开,必须按照施工规范施工,两侧交错施工距离控制在2~3米范围内,台阶马口长度原则上按照一榀一支一喷,最大长度不超过3米,并根据围岩情况及时调整增大错开距离;缩短台阶长度,控制在5米左右范围。
高地应力地段根据围岩及监控量测情况,及时施做仰拱及矮边墙,以早日闭合。
按照设计施作初期支护,做好围岩监控量测工作,随时掌握隧道围岩的稳定情况,发现问题及时上报和解决,坚决杜绝安全、质量事故发生;为控制变形,必要时上台阶施工时设临时仰拱,临时仰拱由I18钢架与15cm厚C20喷混凝土组成,其纵向连接采用Φ22钢筋,环向间距1m。
2.5 二次衬砌一般情况下在围岩量测稳定后施做二次衬砌,但软岩高地应力大变形是一个缓慢的蠕变过程,即便量测数据稳定,但地应力仍缓慢不断向支护施加,因此除了加大初期支护的刚度、强度和厚度外,还应适当加大二次衬砌的强度和厚度,采取钢筋砼施工。
根据量测和工程实际,发现地质异常,必要时及时施做二次衬砌。
2.6 仰拱施工高地应力地段根据围岩及监控量测情况,及时施做仰拱及矮边墙,以早日形成闭合环。
仰拱混凝土施工开发利用了“支墩式栈桥抗干扰仰拱施工法”,做到了仰拱全断面施做,避免了纵向施工缝,保证了仰拱的整体性。
仰拱施作应优先选择各段一次成形,避免分部灌筑,对软岩大变形或者有其他地质灾害地段,这一条则显得非常必要。
应该说,全幅仰拱施工,将会成为铁路隧道施工的一个趋势,是根治隧道运营病害的关键。
为此,堡镇隧道在无轨、有轨两种运输条件下,进行仰拱全幅施工,且能保证运输道路畅通,采用以下方法:对于无轨运输,采用单跨钢便梁式仰拱栈桥施工,在仰拱施工区段搭设仰拱栈桥,使洞内出碴运输和仰拱施工互不影响;对于有轨运输,采用多跨支墩轨道式仰拱栈桥“支墩式栈桥抗干扰仰拱施工法”施工,先将轨道拨向一侧,开挖另一侧仰拱,每隔3~5m 浇筑一砼支墩,长度不超过25m ,并在支墩上扣轨架设加强轨道,然后再开挖另外一侧,最后全幅灌注仰拱。
(1) 无轨运输仰拱施工无轨运输仰拱施工如图3,仰拱栈桥全长8~10m ,仰拱桥每移动一次,浇注仰拱长度为6~8m 。
每跨栈桥由两根便梁组成,每根便梁主体由四根I30工字钢并排焊接。
根据钢便梁加工数量,可以多副跳做施工。
仰拱开挖时需要断掉交通,但影响时间较短,开挖结束边可架设钢便梁栈桥,恢复交通。
由于每次施做长度较短,横向施工缝增多,每处施工缝防水需做好。
先开挖一侧仰拱,用挖掘机挖到轮廓线上10~20 cm ,再用人工修整至设计标高,保证说明:① 仰拱桥在已浇注仰拱部分的搭接长度为100cm。
② 为了保证汽车顺利通过仰拱栈桥,在四根并排 焊接的工字钢上面间隔焊接Φ22螺纹钢。
③ 为了保持填充面顶部与仰拱桥底面有一定间距, 在仰拱桥两端安设5cm厚的垫块。
材 料工字钢I30规 格单 位数 量总 量总 重 (kg)根Xm 8x 864m 螺纹钢合 计80x 1.296mΦ22根Xm图3 无轨运输仰拱施工示意图移动架设欠挖处理与灌注砼说明:共用时为35~39小时,按2天48小时完成仰拱施工一个循环6m,月均完成90m。