高寒风沙治理区隧道进洞口综合施工技术研究.pdf

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高寒风沙治理区隧道进洞口综合施工技术研究1 高寒风沙治理区隧道进洞口综合施工技术研究2 高寒风沙治理区隧道进洞口综合施工技术研究3 高寒风沙治理区隧道进洞口综合施工技术研究4 高寒风沙治理区隧道进洞口综合施工技术研究5 高寒风沙治理区隧道进洞口综合施工技术研究6
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———文章编号:10094539(2018)08000105・科技研究・高寒风沙治理区隧道进洞口综合施工技术研究李勇(中铁十一局集团第五工程有限公司重庆400037)摘要:为积累高寒风沙治理区隧道进洞施工经验,以嘎拉山隧道进洞口工程为依托,通过隧道进洞施工方案比选,选择了明一暗挖结合的施工方法,即采用风积沙层开挖及边坡防护技术、水平旋喷桩超前支护技术、风积沙回填及回填层防护等综合施工技术。监控量测数据结果表明水平旋喷桩超前支护能很好地固结周围风积沙层,具有较好地抗雩抗压能力和控制困岩变形的能力;采用风积沙层开挖、回填及边坡防护技术能较好地保护高寒风沙治理区环境。该综合施工技术保证了隧道安全、快速、环保施工,对类似工程有很好的借鉴意义。关键词:高寒风积沙水平旋喷桩方案比选施工控制中图分类号:U455.4文献标识码:A+BDOI:10.3969/1.issn.1009-4539.2018.08.001StudyonComprehensiveConstructionTechnologyofTunnelEntranceinAlpineSandControlAreaLiYong(ChinaRailway11mBureauGroup5山EngineeringCo.Ltd.,Chongqing400037,China)Abstract:Inordertoaccumulatetheconstructionexperienceoftunnelentranceinalpinesandcontrolarea,basedonGalaMountaintunnelentranceproject,theconstructionmethodof—opencutandunderminingexcavationwaschosenbycomparingthetunnelentranceconstructionplans.Inotherwords,theaeoliansandexcavationandslopeprotectiontechnology,advancesupporttechnologyofhorizontalrotary-sprayedpilesandaeoliansandbackfillandbackfillprotectiontechnologywereintroduced.Themonitoringandmeasuringdatashowthatthehorizontalrotary-sprayedpilesadvancesupportcallbeverygoodtomaketheaeoliansandlayeraroundconsolidation.IthasgoodbendingresistanceabilityandCancontrolthesurroundingrockdeformationwell.Theaeoliansandexcavation,backfillingandslopeprotectiontechnologycallprotecttheenvironmentofthealpinesandcontrolarea.Thecomprehensivetechnologyensuresthetunnelsafety,fastandenvironmentalconstruction,andhasgoodreferencesignificanceforsimilarpmjects.Keywords:alpine;aeoliansand;horizontalrotary-sprayedpile;schemecomparison;constructioncontrol1引言风积沙是被风沙流搬移形成的沙丘,具有结构松散、强度低、级配不良、颗粒单一、黏聚力低、无自稳力等特点。在风积沙地层进行隧道施工,极易诱发滑沙和塌方等安全事故。而在高海拔地区,由于—收稿日期:201806一ll基金项目:重庆市社会事业与民生保障科技创新专项重点研发项目—(201704一12)作者简介:李勇(1977一),男,高级工程师,主要从事隧道施工技术研究。沙漠化以及土壤贫瘠,在风沙天气的影响下常在受风面形成风积沙地层。在高海拔、高寒风积沙区域进行隧道的施工,将面临风积沙以及高寒恶劣环境的耦合作用,其施工难度将大大增加。目前,我国在高寒风积沙地区修建隧道的工程实例较少¨。2J,施工经验欠缺,技术不完善,没有系统的、成型的施∞工模式。黄俊文旧J、王勇【4]、赵崇科1等针对隧道穿越风积沙地层的情况,讨论了水平旋喷桩超前预支护在该地层条件下施工的适用性,详细介绍了该铁道建筑技术RAILWAYCONSTRUCTIONTECHNOLOGY2018(oa)1万方数据・科技研究・施工技术,发现水平旋喷桩稳定性好、承载力高;董长松M1讨论了在风积沙地区开挖隧道的三种施工方法,分别为小导管+上下台阶临时仰拱法、水平旋喷法+三台阶临时仰拱法、大管棚+上下台阶临时仰拱法,对比了各工法的适用条件以及优缺点;史宝童[7j、郑万坤旧1等分别从风积沙隧道围岩压力以及施工步距荷载释放方面对在风积沙条件下开挖隧道进行了研究,为在风积沙地区开挖隧道提供了一些计算方法。此外,刘国玉归1针对高寒地区的大坂山公路隧道,通过实践、总结、提高,获得了在高寒地区开挖隧道的一些关键施工技术;杜彬¨0|、高永亮¨川等介绍了高寒地区隧道的主要施工方法,阐述了防寒保温、低温混凝土、防排水等施工技术。本文主要针对地处高寒风沙治理区的嘎拉山隧道进洞口,通过隧道进洞施工方案比选,选择了明一暗挖结合的施工方案,即:风积沙层开挖及边坡防护技术、水平旋喷桩超前支护技术、风积沙回填及回填层防护等综合施工技术。采用该综合技术,隧道最终成功实现了进洞,且隧道进洞施工对周边环境影响极小,可为类似工程的施工提供一定参考。2工程概况新建拉萨至林芝铁路嘎拉山隧道位于青藏高原东南部雅鲁藏布江左侧,属于冈底斯山与念青唐古拉山、喜马拉雅山之间的藏南谷地,山高谷深,高寒缺氧,气候极端恶劣。隧道进口里程DK35+205,出口里程DK39+578,全长4373m,为单线隧道,隧道最大埋深约674m。线路纵坡为3%o/1798m、一5.2%o/2575m的人字坡。嘎拉山隧道进口覆盖砂层为松散至中密,施工阶段自稳能力极差,且隧道进口段为浅埋,埋深不足20m,进口段边仰坡开挖后易发生垮塌、滑脱等,地质条件极差,为全线的重点工程和工期控制工程。嘎拉山隧道所处地区生态环境极为脆弱,对于环境扰动特别敏感,破坏以后难以恢复,且嘎拉山隧道进洞口区域为曲水县风沙治理区。为建设生态西藏和保护既有风沙治理成果,不扰动原始生态环境,对隧道施工提出了较高的要求。此外,嘎拉山地处高原地带,高原带来的直接后果就是因缺氧而造成人和机械工作效率的降低,而严寒加之风沙、冰雪、冰雹、雷暴等自然灾害的影响,使与内陆2铁道建麓技术地区相比每年有效施工作业时间大大缩短,必须采取必要的冬季严寒施工措施和防风沙、防雷暴措施,这都会严重制约施工的正常进展。3高寒风沙区隧道进洞口总施工方案概述及比选瓮一札图1明挖部分各细部施工(DK35+380)RAILWAYCONSTRUCTIONTECHNOLOGY2018(08J万方数据・科技研究・DI(35+300一DK35+400明挖段下半部分采用+500mm旋喷桩和书1000mm钢筋混凝土桩加固隧道两侧后垂直开挖。钢筋混凝土桩基形成围护结构,钢筋混凝土桩外侧采用筘00旋喷桩进行钢筋混凝土桩外侧加固防护,旋喷桩对钢筋混凝土桩外侧2m范围内进行加固,桩间距(横x纵)0.5mx0.5m,左右两侧各4排,旋喷桩最大加固深度为26m;61000mm钢筋混凝土桩加固到隧道基底以下10m,桩间距1m,最大桩长为26m。旋喷桩及钢筋混凝土桩加固后,最大开挖深度16m,开挖宽度8.4m。——(2)暗挖段水平旋喷桩加固后暗挖隧道采用明挖加暗挖形式施工,明挖深度超过31m地段,即DK35+400一DK35+472采用水平旋喷桩作为超前支护加固后暗挖。为防止DK35+400隧道前上方土体崩塌,采用分级防护形式,每6m设置一个平台,放坡率为1:2。拱墙采用够00水平旋喷桩超前支护,桩长15m,10m一环,环向间距35cm,外插角度为70一15。。隧底同样采用郴00水平旋喷桩超前支护,桩长15m,环向间距35cm,10m一环,外插角度为15。一30。。掌子面采用680管注浆加固,以隧道中线圆心为圆点,1.4m间隔以圆环状布置,注浆加固范围为隧道开挖轮廓线外4.5m左右,止浆盘岩厚度预留5m。隧道掌子面采用纤维锚杆注浆加固.暗挖段施工如图2所示。巍水平旋喷桩超前支护,!!里二堑!兰星!!坐隧道轮廓线图2暗挖段隧道进洞口施工方案3.2方案比选为了较直观对比高寒风沙区隧道进洞口两种施工方案的优劣,从工期、经济、质量、安全等方面对两种施工方案进行了对比,各参数对比见表1。表1两种施工方案对比施工方案全放坡开挖施工明一暗挖结合施工开挖土方33.5万In3,开挖支护共用4个月;明洞先期开挖最大深度15.5m,共计lO.5万in3,开挖支护共用2个月;旋喷桩工期对比施工采用12nl台车,每月完成60111,共需2.3个共计7.24万m,钢筋砼桩9460111,共计施工2个月;明洞施工采用12m台月;明洞防水及回填需2个月,共需8.3个月车,每月完成60nl,共需2.3个月;明洞防水及回填需2个月,共需7.3个月经济性开挖单价按13.87元,回填单价考虑8.73元,总旋喷桩单价按171.42元,钢筋砼桩单价1806元,总造价3579.24万元对比造价2534.83万元安全质量边坡开挖高度较高,且开挖影响到右侧风积沙方面对比体,防护难度大施工安全系数大,工期可控综上所述,考虑到嘎拉山隧道进洞口处于高寒风积沙区域,为保护风沙治理区的生态环境,降低施工中存在的风险,缩短施工工期,采用了明一暗挖结合的隧道进洞口综合施工方案。此外,由于明一暗挖进洞口综合施工技术较多,限于篇幅,本文只展示了较重要的施工技术。4高寒风积沙隧道进洞口综合施工技术4.1风积沙层开挖及边坡防护技术4.1.1开挖总体要求“”开挖采用分层纵挖法进行施工,自上而下分层开挖,分段流水作业。为保证路堑的稳定性,施“”“”工中本着防滑先防水的原则,做好三边工作,①②即:边开挖边防护措施;边开挖边排水措施;③边开挖边裂缝处理措施。4.1.2施工工艺流程施工顺序:施工截水沟_清除表层非适用表土-÷分层开挖外运土方-+路基临时排水沟、侧沟_基床以下换填、碾压一基床填筑叶边坡整形、防护。4.1.3主要施工步施工技术(1)风积沙层开挖每层开挖深度控制在2-4—m为最佳,宽度810m。一、二级边坡边坡坡率为l:2,每6m高度设2m宽平台一处。(2)边坡防护作业边坡开挖到位后,为了确保风积沙层边坡的稳定,对边坡进行锚喷支护。边仰坡修整完后,初喷一层C20混凝土。在初喷混凝土完成后,钻设锚杆铁道建筑技术RAILWAYCONSTRUCTIONTECHNOLOGY2018脚J3万方数据・科技研究・孔,锚杆采用长3.5m的啦5自进式锚杆,100cmX100cm梅花形布置,锚杆施工完成后及时进行注浆。4.2水平旋喷桩预支护施工技术4.2.1水平旋喷桩预支护原理水平旋喷桩预支护是沿隧道开挖轮廓,利用旋喷机按要求间距钻孔至设计深度,然后利用高压泵输送浆液,钻头一边旋转一边后退,浆液高速射出,此时浆液与切割下的砂体在搅拌作用下,凝固成旋喷柱体。而相邻的柱体之间相互咬合,形成整体较好的旋喷体,能很好地固结周围风积沙层,具有较好的抗弯抗压能力,承担风积沙层压力,控制围岩变形。在风积沙区域,水平旋喷桩相比超前小导管注浆加固、超前大管棚支护能更好地控制风积沙层,较少发生漏沙现象,施工进度也有保障。4.2.2水平旋喷桩的布置由于水平旋喷桩与竖向旋喷桩只是角度的差别,且水平旋喷桩在风积沙区域的施工风险更大,因此本文只对水平旋喷桩进行了详细的施工工艺说明。水平旋喷桩正面布置如图3。图3水平旋喷桩正面布置4.2.3主要施工控制点水灰比、桩体旋喷速度及水泥浆注浆量等相关数据。(2)制备浆液浆液搅拌操作顺序为:首先加入总用水量的80%一90%,边加入水泥边搅拌,直到全部水泥加入后再持续搅拌2min,然后加入剩余10%~20%的拌和水后继续搅拌2rain,控制浆液的水灰比在—1:0.81:1.5之内。在制浆过程中应随时用水泥浆流动度测定仪来测定浆液流动度,浆液出机流动度范围应为18s±4s,每孔高压喷浆结束后要统计该孔的材料用量。(3)插入注浆管注浆管随潜孔钻机钻头一起钻至预定的深度。为防止堵塞喷嘴,一般应采用3~5MPa的水压力进行边钻进、边射水,但水压不宜过高,否则会造成孔壁被射塌。(4)喷射注浆液水泥浆液一般在喷注前提前搅拌,时间一般为喷注前1h。喷注顺序为先进行高压水清管,然后送—压缩空气和浆液。旋喷压力建议在3540MPa之间,且桩前端原地旋喷不少于30s。在浆液喷射过程中出现钻杆接头处有漏浆情况时,应停止后退和喷浆以防浆液喷射不足时影响桩径,同时立即对漏浆处进行故障排除。施工过程中控制冒浆量小于注浆量的20%,超过20%或完全不冒浆时查明原因,采取相应措施。4.2.4成桩质量检测水平旋喷桩施工完毕后,需要对桩身强度及桩径进行检测,水平旋喷桩桩径应大于50cm,桩体强度应大于5MPa。旋喷桩施工允许偏差如表2所示。表2水平旋喷桩施工允许偏差和检验方法序号项目允许偏差检测方法l桩位中心±50mill2桩径≥50cm测量3桩长≥15m4桩体垂直度1.5%r】1钻孔4.2.5涌砂预防措施钻孔采用潜孑L钻机,开钻前通过外置角度仪调施工时加强对风积沙段超前地质预报,把超前地整导向架角度,确保水平旋喷桩施工角度与设计角质预报纳人施工工序管理,建立完善的超前地质预报度保持一致。钻机就位后,钻杆应与掌子面成5。一系统。采用先进可靠的预报方法(TSP203地震波法、100外插角,其倾斜度不得大于1%。在施工前进行超前钻孔),采取相互验证的综合预报手段,根据预报不少于4根的工艺性试桩,从而确定出水泥浆液的成果采取相应的处理措施,并制定施工方案。4铁道建笳技术RAILWAYCONSTRUCTIONTECHNOLOGY20T8fn8J万方数据・科技研究・(1)TSP203地震波法全程施作TSP203地震波法超前地质预报。(2)超前地质水平钻孔采用超前地质水平钻施作3个探孔,钻孔直径书89mm,超前探测长度不小于30m,搭接长度不小于5m。综合对比分析各种超前地质预报的结果,以确定前方隧道是否存在突泥涌水的段落并制定相应的施工预案。制作用,在采用水平旋喷桩段与采用小导管超前注浆段各任取一个断面进行拱顶下沉的监测,得到如图4的监测对比结果。万方数据・科技研究・记录现场施工质量、安全问题,拍照上传至云平台,明确责任人和责任班组,限时整改。整改后及时反馈并验收,对问题进行追踪管理,形成管理闭环,确保所有问题能落实整改,有据可依。安全质量协同管理实施流程如图4所示:——————————————》-.o.op一发现问题问题发布认领整改跟踪关闭图4安全质量协同管理流程③事后:在BIM5D管理平台安全质量问题库中进行数据处理,编制安全质量问题周报,对问题的整改情况、责任人、责任班组进行总结汇报,逐条分析原因,提出下一阶段的解决方案和预防措施,有效解决安全质量问题,排除隐患[101。(4)施工进度协同管理本项目借助BIM5D管理平台将项目进度计划与模型构件进行关联。通过对工程的模拟建造,可以直观地按月、周、天显示施工进度,各施工参与方可以登录云平台查看项目建造的过程,及时发现工序间逻辑错误问题,以及进度计划不合理的地方,进行调整优化¨11。其次,现场技术人员,每天通过手机移动端在平台中标注现场施工进度,管理人员通过网页端实时查看现场施工进度,将实际进度与计划进度进行对比,及时发现项目的实际进度与计划进度的偏差,分析施工进度延误的原因,调整进度计划,并采取有效措施进行纠偏,确保施工工期¨21。4结束语本项目借助于BIM技术和基于互联网+技术的BIMSD管理平台,使项目信息在权限范围内实时(上接第5页)[5]赵崇科.水平旋喷预支护技术在沙哈拉峁隧道施工中—的应用[J].铁道建筑技术,2004(4):4042.[6]董长松,黄俊文,肖均.风积沙地区公路隧道施工方—案研究[J].隧道建设,2011,31(2):202207.[7]史宝童,赵佳云,谢祥光,等.风积沙隧道围岩压力分布特征及衬砌结构强度验算分析[J].公路,2013(6):—270276.[8]郑万坤,仇玉良,史宝童,等.风积沙隧道施工步距荷载共享;通过资料、文档协同管理,图纸及变更协同管理,安全质量协同管理以及进度协同管理的具体应用,达到各项施工信息整合,减少施工信息记录的错误与丢失,提高各方沟通效率;通过可视化对比及趋势分析,更好地服务于决策,减少了各项返工造成的浪费近500万,安全质量问题降低了20%,发现计划进度问题58处,确保工程如期完成。同时,为本单位同类项目的协同管理积累了实战经验。参考文献[1]李志龙,张智云,黄少惠,等.基于BIM标准的大数据—服务平台研究[J].建筑建设科技,2018:13.[2]曹少卫.BIM技术在大型铁路综合交通枢纽建设中的应用[M].北京:机械工业出版社,2017:334.[3]杨二东.广联达BIM5D在施工管理中的应用[J].建—筑技术开发,2017(44):5658.[4]何清华,韩翔宇.基于BIM的进度管理系统框架结构构—建和流程设计[J].项目管理技术,2011,9(9):9699.[5]熊蜂,郑荣跃.市政桥梁工程(宁波澄浪桥)全流程BIM工程化应用[M].北京:机械工业出版社,2017:292.[6]何关培,王轶群,应宇垦.BIM总论[M].北京:中国建筑工业出版社,2011.[7]马献民.议建筑施工现场质量管理的本质问题[J].科技信息,2011(12):707.[8]成虎.工程项目管理[M].北京:高等教育出版社,21304.[9]唐正娟.建筑施工现场安全评价研究[D].西安:西安建筑科技大学,2010.[10]柳娟花,李艳妮.基于BIM的虚拟施工技术应用探究—[J].电脑知识与技术,201l(29):24.[11]何清华,韩翔宇.基于BIM的进度管理系统框架构建—和流程设计[J].项目管理技术,2011,9(9):9699.[12]刘占省,马锦姝,卫启星,等.BIM技术在徐州奥体中心体育场施工项目管理中的应用研究[J].施工技术,—2015(6):3539.—释放与沉降控制研究[J].公路,2012(1):222226.[9]刘国玉.高海拔高寒隧道施工技术[J].中国铁道科—学,2001,22(4):4752.[10]杜彬.高海拔高寒隧道综合施工技术[J].岩石力学—与工程学报,2003(s1):24532456.[11]高永亮.高原高寒高速铁路特长隧道防冻胀害施工技—术探讨[J].铁道建筑技术,2012(7):8689.[12]李显峰.水平旋喷桩在浅埋暗挖隧道工程中的应用研—究[J].市政技术,2008,26(4):323325.铁道建筑技术RAILWAYCONSTRUCTIONTECHNOLOGY2018(08)万方数据
清华君
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