左、右导3、4部开挖过程中收敛变形过大,左导平均累计变形67mm,最大累计
变形113mm;右导平均累计变形76mm,最大累计变形107mm,(见图4-12)。由于受强大的水平侧向压力的挤压,使H18工字钢临时支撑产生严重弯曲,导致破坏性的不受力,内壁喷砼开裂严重(见图4-13)。 51015时间(天)503、4仰采取措施后部拱开施挖作100砼后采取措施前计累位移(mm)净空水平位移历时曲线图图9图4-12 净空收敛历时曲线图 图4-13 导洞3、4部开挖后内壁开裂位置示意图 原因分析: 21 ①地质条件的变化
实际开挖后,地质条件与原设计不符。实际地质为进口段90m位于堆积体地层中,其成分一块石土为主,砂粘土填充,并与堆积体下发育一断层,该断层以很小角度与线路相交,倾角10度左右,并向隧道大理程方向延伸,使三线与渡线处于断层破碎带(含影响带)中。
②根据B项量测结果,拱腰处出现较大压力区,最大围岩压力0.8MPa,最大钢架轴力93kN(压力),底脚处出现拉力区,最大拉力35kN,证明施工过程中底脚和边墙松驰范围较大,产生较大的松驰地压。
③导洞下部开挖后,开挖高度11.9m,跨度7.5m,呈瘦高形,根据侧向土压力理论,中部土体开挖扰动后将对内壁产生较大的水平侧向压力。
④内壁支护较弱,对导洞开挖过程中强大的压力因素考虑不足。
⑤受施工机械影响,由于一次拉槽长(约20m),Ⅲ步开挖时不能及时架设圆木横撑,量测后发现净空水平位移变化太大,最大日变形量达30mm。针对以上情况,采取如下加强措施:
①加强初期支护和内壁临时支护:喷砼厚度内壁由15cm加厚到30cm,外壁由20cm加厚到30cm。
②加强临时横撑:将原来的临时横撑(H18工字钢)每2根之间焊接工字钢,形成桁梁以提高临时横撑的整体刚度;在原来临时横撑的上面增加一道圆木支撑。
③严格控制下部开挖进尺,每开挖6m即施作仰拱、灌注底部砼,使初支结构及时封闭。
通过以上措施的实施,在以后3、4部开挖过程中,有效地抑制了结构的净空位移,最大累计位移由113mm减为48mm,边墙处围岩压力由0.8Mpa减为0.3Mpa。
4、拱部开挖后初期支护开裂处理措施
在中部开挖过程中,距开挖面前方20m范围内,内壁2、3部结合处又出现大范围的喷砼开裂,钢拱架破坏性弯曲变形。此时停止导坑下部开挖,经分析,认为造成这一现象的原因主要有以下几方面:
⑴、地质条件的变化(如前所述)
⑵、拱部开挖对围岩再次扰动,引起掌子面前方一定范围内围岩应力重新分布。
22
在此过程中,内壁承受二次扰动荷载;
⑶、内壁割除过程中,结构受力有一个转换过程。拱部初支结构在此过程中将承受较大的垂直荷载,也造成一定范围内的应力传递;
⑷、根据二次衬砌B项量测结果,二衬与初支接触应力为0.09MPa,二衬最大钢筋应力4.2t,初期支护最大围岩应力0.2MPa,钢架最大轴力9.6t,说明二次衬砌承受了较小部分的施工荷载。施工中尽管采取二衬紧跟的措施,但由于二衬砼强度有一个发展过程,另外拱顶二衬砼与初支喷砼面不密贴,造成拱顶受力较大,引起前方较大范围土体松弛。
⑸、围岩压力监测也表明,内壁受力远远大于外壁(仅指软弱围岩),如下表所示。
表4-3 右导围岩应力表 地点 部位 Ⅲ步开挖 Ⅳ步开挖 仰拱铺设 Ⅲ步内壁(+373) 0.169 0.19 0.218 Ⅲ步边墙(+373) 0.08 0.104 0.123 Ⅳ边墙(+373) 0.04 0.10 0.111 0.22 0.437 Ⅳ仰拱(+373) Ⅲ步内壁(+405) 0.072 0.096 0.152 6、中洞开挖前后边墙应力情况 0.530.20.1380.540.250.40.30.110.040.180.070.2中洞未开挖边墙应力 中洞开挖后边墙应力 图4-14 边墙围岩接触应力分布图 基于上述原因,采取以下措施: ①严格控制中部施工的开挖进尺,二衬与开挖掌子面的距离控制在6m以内; ②采用弱爆破技术,严格控制装药量,减小爆破震动对围岩的扰动; ③架设临时竖撑后,方能切割内壁钢架;
23
④对拱部二衬砼及及时回填注浆; ⑤在内壁变形处增设长4.5m的注浆锚杆。
⑥在DK291+290~+426段侧壁导坑拱部初期支护开裂处加设8~12m予应力锚杆,间距1m,梅花状交错布置,施加予应力8~10吨。
⑦隧道底采用5m长φ42小道管注浆,间距0.5~0.8m,梅花状交错布置,压纯水泥浆,注浆压力0.3Mpa.
⑧加强监测,及时反馈、分析。
通过以上措施的实施,支护变形基本得到控制。 二、出口工区
(一)开挖
采用上、中、下三部微台阶法开挖,台阶错距5m,开挖过后,初期支护及时施作。采用斜眼掏槽、多功能台架人工司钻全断面光面爆破施工。多功能台架分三层平行作业,每茬炮测量组均画出开挖断面,施工人员根据钻爆设计司钻打眼,钻眼深度3.0m。爆破参数见表4-4、光爆效果见表4-5。出碴采用ZLC-50C轮式装载机装碴,12吨电瓶车牵引6m矿车有轨运输至洞外碴场。施工工艺见图4-15。
测量放线 复喷砼 3
钻 眼 装药爆破 找 顶 施作锚杆钢筋网 出 碴 初喷砼 图4-15 曾家坪1号隧道出口开挖施工工艺流程图
表4-4 出口光面爆破参数表 围岩类别 Ⅱ类围岩 Ⅲ类围岩 Ⅳ类围岩
周边眼间距 E(cm) 35~45 40~60 50~65 周边眼抵抗线 W(cm) 45~60 60~75 65~80 相对距离 E/W 0.6~0.8 0.7~0.9 0.8~1.0 装药集中度 q(kg/m) 0.07~0.12 0.20~0.30 0.20~0.30 24
表4-5 出口光面爆破效果表 序号 1 2 3 4 5
(二)衬砌
出口工区均采用自制12m模板台车整体衬砌,配备砼输送泵一台,金刚车3台。砼采用自动计量搅拌站生产,金刚车有轨运输,输送泵入模,插入式捣固棒震捣。
测量放 线 模板清圬 项 目 名 称 最大超挖量(cm) 平均超挖量(cm) 炮眼残痕率(%) 炮眼利用率(%) 局部欠挖(cm) Ⅱ类围岩 14 10 95 5 Ⅲ类围岩 18 15 85 90 4 Ⅳ类围岩 22 17 90 92 5 台车定位 台车打油 拌制砼 台车脱模 砼灌注 砼运输 图4-16 曾家坪1号隧道出口衬砌施工工艺流程图
(三)铺底
铺底超前衬砌施工,采用人工捡底,金刚车运送砼,插入式捣固棒震捣。Ⅱ、Ⅲ类围岩设仰拱地段,采用过轨梁全断面铺底,每次施工5m,出碴车辆从过轨梁上通过,不影响开挖。Ⅳ类围岩采用半边铺底,半边过车,接缝处采用企口缝接茬。
(四)机械配备
出口工区主要施工机械设备见表4-6。 表4-6 出口工区主要施工机械设备表 序 号 开 挖
机械名称 手持式风钻 电动式风钻 电动空压机 电力变压器 规格型号 YT28 L-22/8 4L-20/8 S7-500/10 台数 46 2 2 2 25
钻孔 供风 供电