隧道管棚套拱施工作业指南.docx
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隧道管棚套拱施工作业指南
隧道管棚套拱施工作业指南
4.1设计参数
4.1.1钢管规格:
热轧无缝钢管Ф108mm,壁厚6mm,节长3m、6m。
4.1.2钢管间距:
环向间距40cm
4.1.3倾角:
仰角1°(不包括路线纵坡),方向:
与路线中线平行。
4.1.4钢管施工误差:
径向不大于20cm。
4.1.5隧道纵向同一横断面内的接头数不大于50%,相邻钢管的接头至少须错开1m。
4.1.6灌注浆液:
水泥-水玻璃浆液。
注浆参数:
水泥浆水灰比为1:
1,水玻璃浓度为35玻美度,水玻璃模数为2.4,注浆压力:
初压0.5~1.0MPa,终压为2.0MPa。
4.2施工方法
4.2.1套拱混凝土施工
洞口开挖至起拱线,采用4环I20a钢架紧贴仰坡放置,每环间距0.6m,Ⅰ20a工字钢两端均焊接在22×22×1cm钢板上,支撑均采用双面焊接,焊缝厚度不得小于4mm,工字钢段与工字钢段之间采用螺栓连接,螺栓型号M22×100GB/T5782-2000,螺母型号AM22×1GB/T6170-2000。
纵向利用Ф22mm钢筋连接,连接筋环向间距1m,均采用纵向连接套管Ф30×2.5mm套管与工字钢架连接,连接处均焊接牢固,焊缝厚度不小于4mm。
套拱内侧设置Ф18单层钢筋网,网格间距20×20cm,作为套拱的抗裂构造筋,全部与工字钢架焊接牢固。
套拱混凝土应预埋管棚导向管,导向管采用Ф127孔口管,长度不小于2m,见图4-1。
其环向间距及倾角同设计的管棚环向间距0.4m及外插角1º,经精确计算测量后焊接在钢拱架上固定,一排共计59个。
左右侧均设100×50cm的托梁。
套拱净空满足暗洞和明洞衬砌结构尺寸需求,并预留20cm的变形量。
安装套拱底模和侧模,浇筑C25混凝土厚60cm,其它详细尺寸见图4-1。
套拱施工时,必须对称分段浇注,以避免钢拱架变形而影响孔口导向管的方向。
图4-1套拱布置细部图
套拱混凝土施工应注意以下注意事项:
a、套拱钢架安装定位,经测量检查后,采用Ф25固定钢筋与钢架焊接定位,固定钢筋与Ⅰ20a工字钢采用双面焊接,焊缝长度大于13cm,厚度不得小于4mm。
b、管棚注浆孔不准用电、氧焊烧割进行制作,只能采用钻孔。
c、套拱钢架拱脚应座于坚固的基底上,确保下沉受控,当地基有空隙时应用混凝土或其他材料填塞。
d、套拱内外模均采用2.5cm竹夹板,环向支撑采用10×10cm方木,扇形布置,方木纵横连接,确保混凝土灌筑过程中支撑系统稳定。
e、最后是混凝土的灌注必须对称分段进行,经常检查支撑是否松动,施工结束后注意混凝土的养护。
4.2.2管棚施工
管棚采用节长3米、6米Ф108×6mm热轧无缝钢管,环向间距40cm,用Ф108×6mm丝扣钢管连接,丝扣长15cm。
钢管设置于衬砌拱部,管心与衬砌设计外轮廓线间距67cm。
要求钢管偏离设计位置的施工误差径向不大于20cm,沿隧道纵向同一横断面内接头数不大于50%,相邻钢管接头至少须错开1m。
为使钢管接头错开,从左边数起,编号为奇数的钢管第一节均采用节长为3m钢管,编号为偶数的钢管第一节均采用节长为6m的钢管,以后所有钢管均采用节长6m钢管。
4.2.3管棚注浆
1)管棚注浆,按固结管棚周围有限范围内设计,浆液扩散半径不小于0.6m,采用分段注浆。
2)灌注浆液:
水泥-水玻璃浆液。
注浆参数:
水泥浆水灰比为1:
1,水玻璃浓度为35玻美度,水玻璃模数为2.4,注浆压力:
初压0.5~1.0MPa,终压为2.0MPa。
3)注浆前应先进行注浆现场试验,注浆参数应通过现场试验按实际情况确定,以利施工。
4)注浆结束后,应及时清除管内浆液,并用M30水泥砂浆紧密充填,增强管棚的刚度和强度。
4.2.4工艺流程
1)施钻
钻孔顺序为先从两侧拱脚开始,对称向拱顶钻孔顶管,使下部注浆体有力地支托其上部钻进和顶管,既能防止塌孔,又便于顶管。
施钻时,将减速器升到上限位置,把钻杆旋紧后,开启气动马达,待空载正常后,再慢慢开启推气缸,待钻头置于工作面上,关闭推进气缸,再开启冲击器,徐徐钻进,待钻头钻进100mm左右时,再以全风门冲击。
在钻进过程中,视进展快慢,慢慢开启或关闭推进气缸,使钻具始终保持一定推进力。
钻完第一根钻杆后,停止气动马达的转动,关闭冲击器停止钻进,将减速器置于下限位置,用叉子把钻杆固定在卡钻器内,反转减速器,使钻杆与减速器的接头脱开,然后将减速器升到上限位置装入第二根钻杆,连接牢固后,方可进行钻孔作业,直到设计深度。
当钻杆到卸杆器与卡杆器接触时,使钻杆尾端的第二个扁槽对正卡杆器的长方槽,插入叉子反转马达,使减速器上的接头与钻杆脱开,再调整到钻杆尾端上的第一个扁槽对上卸杆器的长方槽,插入另一个叉子,然后取出卡杆器的叉子,让卸杆器和另一个叉子带动钻杆后退(可用马达慢慢运转,切不可反转),当下一根钻杆尾端的第二个扁槽与卡钻器的长方槽对正时,插入叉子,反转马达,使上下两钻杆的联接螺纹脱开之后,拿走上一根钻杆,缓缓放下减速器,并使卸杆器的长方槽对正下一根钻杆尾端的第一个扁槽。
然后重复以上动作,依次卸下钻杆。
依照上述方法,完成钻孔作业。
钻孔时严禁反转,以免钻杆脱扣,加接钻杆时,要特别注意孔内清洁,以避免砂土冲击机器内部,损坏机体引发故障。
在钻进过程,严禁突然快速开启推动气缸,以免顶起钻机,造成事故。
钻孔工艺流程见下图:
图4-2钻孔工艺流程图
清孔
成孔后先利用高压风或高压水进行冲洗,然后用特制清孔钩认真进行清孔。
管件制作
管棚Ф108mm无缝钢管,管节长为3m和6m,预制钢管时,第一根钢管前端要焊上合金钢片空心钻头,以防管头顶弯或劈裂,钢管间连接用Ф108×6mm丝扣钢管连接。
相邻管的接头应前后错开,避免接头在同一截面上,隧道纵向同一横断面内的接头数不大于50%,且两相邻管接头必须错开1m以上,以满足管棚受力要求。
顶管
顶进钢管利用电动机启动液压马达,以及挖掘机配合人工作业。
当第一根钢管推进孔内,孔外剩余30~40cm时,人工进行接管,严格控制角度,人工持链钳进行钢管联接,使两节钢管在联接套处联成一体。
然后再低速推进钢管,根据管棚设计长度,按同样方法继续接长钢管。
止浆墙制作
注浆前,必须进行堵露处理。
沿插管周围喷射20cm厚C20混凝土一圈,封闭该工作面,再用木塞和纸塞把无缝钢管未注浆的管头堵死,这样,止浆墙便形成。
注浆时,浆液就不会从管壁周围沿掌子面渗露,也不会从其它管露出,注浆效果明显提高。
由于施工要求,喷射混凝土时加入一定量的速凝剂,以满足施工要求。
注浆
进行管棚预注浆前,对注浆地段的岩性,涌水量、涌水压力、水温、涌水的化学特性等进行认真研究,据此确定注浆参数。
现场试验确定注浆终压力,以便浆液能够充分扩散填充,从而达到堵水和加固围沿作用。
注浆方式采用全孔一次性注浆。
拌浆
水泥浆液搅拌在拌和机内进行,严格按施工配合比,同时将缓凝剂加入搅拌,待水量加足后继续搅拌1min,再将水泥投入,搅拌时间不少于3min,并于注浆过程中不停搅拌。
配制水泥浆时,严防水泥包装纸及其杂物混入。
拌好的浆液在进入贮浆槽及注浆泵之前均应对浆液进行过滤,未经过滤网过滤的浆液不允许进行泵内。
注浆时要充分考虑浆液扩散半径,凝结时间要先予以确定,然后再作试验调整。
采用水泥浆水灰比1:
1。
注浆管路连接好后,先压水检查管路是否漏水,待设备正常后,对围岩做压水实验,以冲洗岩石裂隙,扩大浆液通路,增加浆液扩散密实性,核实围岩的渗透性。
注浆时要记录注浆时间及注浆量。
注浆中密切注意注浆压力表,初始阶段压力较低,正常阶段压力和注入量呈小的波浪式起伏,但总的比较平稳,当达到压密性注满阶段,注入量迅速递减,而压力迅速升高,直到达到注浆终压合理范围,则停止该孔注浆,进行封堵后,转注下一孔,直至完成注浆作业。
4.3主要机具设备
主要机具设备见下表4-1。
主要机具设备表
表4-1
序号
名称
规格
单位
数量
1
电动钻机
XY-28-300
台
8
2
注浆泵
BW-250/50
台
2
3
喷射机
PZ-5B
台
2
4
8m长车床
台
2
5
空压机
C-20/B-1
台
2
管棚实测项目
表4-2
项次
检查项目
规定值或应许偏差
检查方法和频率
1
长度(m)
不小于设计
尺量:
检查10%
2
孔位(mm)
±50
尺量:
检查10%
3
钻孔深度(mm)
±50
尺量:
检查10%
4
孔径(mm)
符合设计要求
尺量:
检查10%
图4-3管棚立面图
图4-4管棚套拱加固立面图
图4-5Ф108管棚施工工艺框图
五二台阶开挖施工作业
5.1二台阶开挖法施工工艺
根据长湘高速公路隧道断面、地质情况,拟定Ⅲ级围岩全部采用二台阶法施工。
5.1.1施工步骤:
(1)上台阶开挖→
(2)上台阶支护→(3)下台阶左马口开挖(围岩较弱侧)→(4)下台阶左马口初支→(5)下台阶右马口开挖→(6)下台阶右马口初支→(7)下部核心土开挖→(8)施作仰拱→(9)施作二衬。
如下二台阶开挖法施工工序图图示:
图5-1二台阶开挖法施工工序图
每部开挖后均应及时支护,隧底开挖后应及时施作仰拱,完后及时施作二衬尽早封闭成环。
二台阶开挖法的施工工艺流程见图5-2。
图5-2二台阶开挖法施工流程
5.1.2施工作业
1)将超前地质预报纳入施工工序,并根据工程水文地质变化情况,及时调整各部台阶长度或施工方法,采取相应的技术措施,及早封闭成环,保证施工安全。
2)根据工程水文地质条件,按设计要求做好超前支护,防止围岩松弛,保证隧道开挖安全。
在断层、破碎带、浅埋段等自稳性较差或富水地层中,现场技术干部及技术主管应及时反映现场的围岩情况,项目部及时报告业主、设计院和监理处调整支护系数。
3)二台阶开挖法施工应符合下列要求:
a、上、下台阶开挖采用凿岩机钻眼,塑料导爆管非电起爆系统、毫秒微差有序起爆,光面爆破,每循环进尺2.4m,每天1.5个循环,每月成洞90m。
上台阶由挖掘机扒碴,装车,自卸车运碴。
施工中合理调整工序,实行“钻爆、装碴、运输”机械化一条龙作业。
b、上台阶开挖后及时支护;
c、其他分步平行开挖,平行施作初期支护,各分部初期支护衔接紧密,及时封闭成环;
d、仰拱紧跟下台阶,及时闭合构成稳固的支护体系;
e、施工过程通过监控量测,掌握围岩和支护的变形情况,及时调整支护参数和预留变形量,保证施工安全;
f、完善洞内临时防排水系统,防止地下水浸泡拱墙脚基础。
5.1.3二台阶开挖法施工步骤
第1、2步,上台阶开挖循环进尺应根据初期支护钢架间距确定,最大不得超过2.4m,开挖后立即初喷3~5cm混凝土。
上台阶开挖后应及时进行喷、锚、网系统支护,架设钢架,在钢架拱脚以上30cm高度处,紧贴钢架两侧边沿向下打设锁脚锚杆,打设角度与围岩层面呈最大夹角。
锁脚锚杆与钢架牢固焊接,再复喷混凝土至设计厚度。
第3、4、5、6步,左、右侧下台阶开挖:
开挖进尺应根据初期支护钢架间距确定,最大不得超过2.4m,左、右侧台阶错开8~10m,开挖后立即初喷3~5cm混凝土,及时进行喷、锚、网系统支护,接长钢架,在钢架墙脚以上30cm高度处,紧贴钢架两侧边沿向下打设锁脚锚杆,锁脚锚杆与钢架牢固焊接,复喷混凝土至设计厚度。
第7步,下台阶预留核心土开挖,开挖进尺与各台阶循环进尺相一致。
第8步,隧底开挖:
每循环开挖长度宜为2~3m,开挖后及时施作仰拱初期支护,完成两个隧底开挖、支护循环后,及时施作仰拱,仰拱分段长度宜为4~6m。
见图5-1。
5.2初期支护
二台阶开挖法的初期支护由喷射混凝土、锚杆、钢筋网和钢架等组成,各部分联合受力。
初期支护应在开挖后立即施作,以保护围岩的自然承载力,其施工工艺流程见图5-3。
图5-3初期支护施工工艺流程
5.2.1初喷混凝土封闭岩面
初喷混凝土应在开挖后排除危石立即进行。
用高压风自上而下吹净岩面,埋设控制喷射混凝土厚度的标志钉。
工作面滴水或淋水时,应按照设计要求安设弹簧排水管或者塑料排水板。
喷射混凝土必须满足设计强度、厚度及其与岩面粘结力要求。
喷射作业应分段分片依次进行,喷射作业从拱脚或墙脚自下而上进行,应避免上部喷射回弹料虚掩拱(墙)脚;先找平凹洼部分,后喷射凸出部分,各部平顺连接。
喷头应与受喷面垂直,喷嘴口至受喷面距离宜保持在1.0~1.2m,沿水平方向以螺旋形划圈移动。
5.2.2系统锚杆(管)、钢筋网施作
初喷3~5cm混凝土后应及时施作系统锚杆,Ⅲ级围岩段采用3m长药卷锚杆,间距1.2×1.2m,呈梅花型布置,锚杆制作时,在杆体尾部1.2m范围内作M16-2.5螺纹;锚杆必须设置垫板,垫板规格150×150×6mm,中间钻Ф22圆孔,与锚杆体用M16螺母连接。
钢筋网采用ф8的HPB235钢制作,网格尺寸宜采用20cm×20cm,搭接长度应为1~2个网格,网片间采用焊接方式连接。
钢筋网随受喷面起伏铺设,其间隙不应大于3cm,钢筋网应与锚杆、钢架连接牢固,且钢筋保护层厚度不应小于4cm。
5.3安装钢架
5.3.1拱部钢架安装工序:
放样确定钢架基脚位置→施作定位锚杆→架设钢架→布设纵向连接筋。
边墙钢架安装工序:
墙脚部位铺设槽钢垫板→施作定位锚杆→对应拱部钢架设边墙钢架→布设纵向连接筋。
拱、墙部钢架须采用螺栓连接。
加强钢架拱(墙)脚锁脚锚杆施工,各台阶每个钢架拱(墙)脚以上30cm高度处,紧贴钢架两侧边沿按下倾角30°打设2根锁脚锚杆,锁脚锚杆与钢架牢固焊接,锁脚锚杆采用Ф22药卷锚杆,长度3.5m,以控制基脚变形。
5.3.2施工注意事项及要求:
1)钢架拱(墙)脚应架设在稳固的基岩上或底部铺垫槽钢,以保证钢架基础稳固。
安装前应清除基脚下的虚碴、虚土及杂物。
2)钢架安装允许偏差:
钢架间距和钢架横向位置与设计位置的偏差不超过±50mm;钢架的竖向位置偏差不得低于设计标高;倾斜度允许偏差为±2°。
3)钢架应与纵向连接筋、锁脚锚杆焊接牢固,以增强钢架的整体稳定性。
4)锁脚锚杆施工应作为施工质量控制的重点,锁脚锚杆尾部宜加工成“L”型。
钢架连接板应采用螺栓连接牢固。
5)钢架应紧靠围岩,当钢架和初喷混凝土间有较大间隙时,每隔2m应采用骑马或C20楔形垫块顶紧;钢架与围岩的间隙不得用片石回填,而应喷射混凝土填实。
5.3.3拱脚标高不足时,不得用块石、碎石砌垫,而应设置钢板进行调整,或用混凝土浇筑,混凝土等级不得小于C20。
5.4仰拱施工
隧底开挖应采用全幅分段施工,上面铺设仰拱栈桥,每循环开挖长度宜控制在2~3m。
当仰拱施工滞后下部台阶开挖面30~40m时,应停止前方工作面开挖或短距离跳槽进行隧底开挖。
5.4.1隧底开挖后,应及时清除虚碴、杂物、泥浆、积水。
5.4.2仰拱填充混凝土应在仰拱混凝土终凝后浇筑,浇筑前应清除仰拱表面的杂物和积水,连续浇筑,一次成型,不留纵向施工缝。
填充混凝土强度达到5MPa后允许行人通行,达到设计强度的100%后允许车辆通行。
仰拱填充表面坡度应符合设计要求,应平顺、排水通畅、不积水。
洞身开挖实测项目
表5-1
项次
检查项目
规定值或
应许偏差
检查方法和频率
1△
拱部
超挖
(mm)
破碎岩软土等
(Ⅳ、Ⅴ级围岩)
平均100,最大150
激光断面仪:
每20m抽一个断面,测点间距≤1m
中硬岩、软岩
(Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ级围岩)
平均150,最大250
硬岩
(Ⅰ级围岩)
平均100,最大200
2
边墙超挖
(mm)
每侧
+100,-0
全宽
+200,-0
3
仰拱、隧底超挖(mm)
平均100,最大250
水准仪:
每20m检查3处