浏阳河隧道深大竖井的施工技术

浏阳河隧道深大竖井的施工技术 1 概述 武广客运专线是我国铁路目前开工建设的线路里程最长、技术最高的客运专线。其中, 捞刀河至机场路段采用暗线长隧道(下穿浏阳河)。浏阳河隧道位于长沙市东部。线路从星沙镇的潇湘路附近入地, 穿过浏阳河后, 于黎托乡平阳村出地面。自北向南依次穿过长沙市开福区捞刀河镇、芙蓉区东岸乡、雨花区黎托乡等管区。 浏阳河隧道工程范围为DIIK1560+785~DIIK1570+900 里程段, 隧道全长10115m, 其中暗洞段长9935m, 共设置三座竖井及一座斜井, 分段组织施工。 2# 竖井中心里程为DIIK1564+820, 竖井直接设置在隧道中线上。竖井净空尺寸为16.8m×8m, 开挖面积达200m2, 竖井深度53.85m。竖井采用明挖逆作法施工, 从上往下逐节开挖,初支后立即二衬, 每节长4.5m。 竖井10m 深范围为回填土, 以下为弱风化砂岩。非基岩段采用挖孔桩围护结构和90cm 的钢筋混凝土衬砌结构。基岩段结构为复合衬砌, 初期支护设置格栅钢架, 初支厚25cm,二次衬砌采用厚90cm 钢筋混凝土。竖井长边7.15m 的位置设置中隔墙, 将竖井分成两个不等宽度的洞室。 2 施工机具配置 深大竖井的机具配置以满足正洞施组要求的最高出碴速度和最大设备下井要求来确定。 2.1 提升设备 深大竖井辅助隧道施工, 碴土提升是控制工程进度的关键, 提升设备配置的合理性直接影响隧道正洞施工进度。同时提升设备配置要从多方面考虑, 包括碴土提升速度、大型机具设备下井和各种材料下井。 浏阳河隧道2# 竖井提升设备的选择, 根据出碴、下料及大型机械下井的需要配备了四台天车( 吊钩) , 其中两台专门负责各种材料、构件及机械设备下井。另外两台负责碴土提升。这样既满足了出碴及下料的需要, 同时避免了出碴与下料混合使用出碴斗反复拆卸与安装, 节约了时间。在大型设备下井时, 如果一台天车提升能力不足, 可以实现多台天车同时同步工作, 实现四点联动。由于竖井净空尺寸的限制, 在大型构件下井( 如长11m 的仰拱栈桥) 时, 可对起吊方式及起吊角度进行调整, 改变大型构件在竖井内的起吊姿势, 确保构件安全顺利的下井。 碴土提升方面, 根据工期要求的施工进度隧道施工高峰期每个工作面进尺2m( 两个工作面) 、隧道开挖断面面积为160m2等要求确定了提升设备的提升速度及提升能力, 并合理配备了吊碴斗。 根据出碴、大型设备及各种材料下井综合考虑, 浏阳河隧道2# 竖井提升设备配备参数如下: 类型: 双梁门式提升设备;天车: 4 台; 每台天车提升能力: 20t; 提升速度: 25m/min; 出碴吊斗容量: 6m3; 卸碴方式: 自动卸碴。 浏阳河隧道正洞施工进展情况和现场竖井提升设备出碴下料等情况, 证明在断面为160m2, 两个工作面合计日进度5m,采用无轨运输施工情况下, 提升设备按照以上参数配置是经济合理的。提升设备示意图及现场实物照片见图1、图2、图3。 2.2 风、水、电配备 竖井辅助隧道施工, 竖井口提升设备、混凝土设备、存碴场地、通风机、高压风管、水管、电缆等繁多。所以在井口设备等布置上必须精心规划、合理布局, 方能满足隧道施工的需要。 图2 提升设备图 图3 自动卸碴系统 该隧道采用压入式通风, 配备两台SDF12.5 通风机, 每台负责一个工作面的通风。由于竖井辅助正洞施工, 现场通风机设置在采用型钢加工的门式钢架结构上, 门式钢架下方各种运输车辆等可以通过。既节约了空间, 又确保了竖井周围道路的畅通。 高压风管、水管、电缆的布置, 采用在附近设置沟槽, 上部设置20cm 厚钢筋混凝土盖板, 同时在竖井锁口圈底部地面上部混凝土浇筑时预留孔洞; 管线通过该预留孔下井( 见图4 ) 。 2.3 大型设备下井安排 大型设备下井通过安装在井口的提升设备, 使用两个或四个吊钩同步作业, 满足了大型设备下井对提升能力和平稳度的要求。 竖井净空尺寸为16m×8m, 设计竖井中部设置60cm 厚钢筋混凝土中隔墙。若中隔墙设置在竖井中部, 无法满足混凝土运输车、自卸汽车等( 长度都超过8m) 大型设备下井的需要, 开工前期通过与设计单位沟通, 将中隔墙位置向一侧调整65cm,同时对竖井及中隔墙钢筋进行了加强。满足了设备下井的净空需要。避免了后期大型设备无法下井的问题。 下面以大型设备混凝土罐车、挖机下井为例说明。 ①吊点布置。混凝土罐车及挖机均采用两台天车( 钓钩) 、两根钢丝绳吊入。吊点布置分别见图5、图6。 图5 混凝土罐车下井吊点布置示意图 ②下井工作步骤。大型设备下井时井上、井下必须由专人指挥, 具体步骤如下: 机械就位, 停在吊钩下方→安装钢丝绳及起吊点!试吊( 慢慢上升看是否平衡, 否则调整吊点位置) →调整吊点起吊( 机械离开地面就好) →停顿5min 待机械平稳后继续升高( 到达需要高度后) !停顿5min 待机械平稳后平移到竖井口并调整平面位置→再停顿5min 待机械平稳后开始下井→距离井底约1m 时提升设备采用点动缓慢落底, 确保机械不受损害。 3 施工技术 3.1 竖井围护桩施工 竖井非基岩段采用直径Φ100cm、护壁15cm、间距130cm的人工挖孔灌注桩围护结构, 挖孔桩沿竖井开挖轮廓设置( 见图7) 。 挖孔桩混凝土全部浇筑完后, 竖井开挖前提前对流砂段进行注浆加固。注浆管安设: 采用钻孔插入法施工。先用地质钻机地表垂直钻孔, 钻头直径50mm, 钻孔深度伸入流砂层底部, 然后插入注浆管。钻孔同排间距1.3m/ 孔, 挖孔桩间及外围1.5m 各施作一排, 共两排。 3.2 竖井开挖 非基岩段采用60 型挖机开挖, 方法为台阶法开挖: 整个竖井断面开挖分三个台阶进行。首先, 开挖竖井中心核心部分下台阶, 中间设置临时集水井, 集中抽排竖井地下水及地表水; 然后开挖中台阶及上台阶土方, 每个台阶高度宜控制在1m 左右; 最后向井壁扩挖, 留30cm 厚人工修边成型。 基岩段采用松动爆破, 60 型挖机装碴。主要开挖方法为竖井两个洞室分台阶开挖, 主要方法为: 由于受竖井中隔墙及安装在大洞室一侧井口提升设备的影响, 竖井分两洞室分开进行钻爆和开挖, 以便于小挖机进行装碴。首先, 垂直打孔爆破开挖大洞室, 大洞室开挖完后, 水平打眼爆破小洞室围岩( 见图8) 。 3.3 竖井二次衬砌 竖井二次衬砌施工, 关键控制工序为模板支撑体系与混凝土浇筑方法。 ①支撑体系, 宜采用整体式模架支撑, 整体吊装支撑体系速度快、耗时短, 且为桁架结构, 支撑牢固可靠, 避免了满堂脚手架支撑体系搭拆时间长和易变形导致跑模的弊端。整体支撑体系设计为比隧道各边长小20cm 的支撑桁架, 四周设可调丝杆, 以便于整体吊装就位、模板安装及支撑( 见图9- 1、图9- 2、图9- 3) 。 ②混凝土浇筑, 混凝土浇筑方法为上部分采用混凝土汽车泵。但随着竖井施工的加深, 汽车泵受到限制。下部分竖井衬砌混凝土采用200cm 直径的钢管下混凝土浇筑。混凝土灌注的关键在于采用逆做法施工, 下循环混凝土浇筑与上循环已浇筑好的混凝土接缝处无法浇筑密实, 甚至发生接缝处存在空洞的部位。现场采用上循环混凝土浇筑时, 在底部延二衬轮廓每隔3m设置一个60cm×40cm 的灌注孔。下循环混凝土浇筑时从该孔灌筑, 由于该浇筑孔较高, 加上有效合理的振捣, 能够保证接缝处混凝土的密实。同时设在中隔墙上的灌注窗口, 下一循环刚开始开挖时, 一个洞室构建及土方提升时井下作业人员可以通过该窗口到另外一个窗口, 保证了井下作业人员的安全。 ③二衬钢筋预留下循环搭接, 逆做法施工, 在基岩段由于基底岩石坚硬, 预留下循环搭接钢筋困难, 现场采用上循环爆破时将下一循环上部1m 范围岩体爆破, 并在四周及中隔墙部位挖槽, 上循环钢筋绑扎时将预留钢筋伸入槽体中, 并回填中粗砂。这样下循环开挖后, 将钢筋清洗直接进行钢筋搭接施工,见图10- 1、图10- 2、图10- 3。 图10- 3 预留下循环搭接钢筋施工现场 3.4 竖井落底施工 隧道采用竖井落底与进正线隧道间隔进行的方式施工, 主要工序: ①隧道采用三台阶法施工, 竖井施工深度达到隧道上台阶拱脚位置高度时, 停止竖井施工, 施工洞口大管棚。然后开始施工正洞大里程方向(北侧)上台阶, 上台阶开挖高度为4.47m。 ②向广州(往南) 方向隧道正洞上台阶开挖初支10m, 初支稳定后, 即开始开挖上台阶向武汉方向( 北侧) 开挖初支。开挖初支20m 且初支稳定后, 停止正洞向前开挖。 ③南北方向均开挖20m, 且初支稳定后, 停止正洞向前开挖, 开始施工下部的竖井初支及二衬。 ④竖井深度施工到隧道正洞中台阶拱脚部位深度时, 开始向大里程(往南) 方向隧道正洞中台阶开挖初支, 中台阶进尺10m 初支稳定后, 停止往南方向施工。 ⑤向大里程(往南) 方向隧道正洞中台阶开挖初支, 稳定后, 开始施工往北方向中台阶施工, 进尺10m, 初支稳定后, 停止正洞施工。 ⑥南北两个方向中台阶均施工完稳定后, 开始施工竖井最后一个循环的开挖衬砌及落底施工。竖井最后一循环落底完成后, 即开始正洞往南、北方向下台阶开挖施工。竖井进洞施工完。正洞采用三台阶临时仰拱法施工。 施工工序示意图见下图①~ 图⑥。 4 结论 ①大断面竖井二衬采用脚手架支撑体系搭拆难度大、时间长, 因此模板支撑体系结构应尽量采用整体式支撑体系, 避免脚手架等形式支撑体系搭拆时间长的弊端。同时宜采用大块模板, 节约模板安装时间。 ②竖井断面达200m2, 深53.85m, 出碴速度直接影响了施工速度, 对出碴速度提出了更高的要求。提升设备的选型及出碴能力应经过详细和计算, 合理配备。同时提升设备宜尽早安装并投入使用, 并设置自动卸碴系统。以解决竖井出碴及隧道正线施工的出碴要求。 ③竖井落底与进正线隧道关系的处理, 在围岩情况较好的情况下可采用竖井落底与正线分台阶进洞交错进行的施工方法。围岩较软弱时应尽早使竖井落底。应谨慎处理竖井落底与正线施工的关系, 一般竖井宜尽早落底, 为隧道正线施工打开工作面。 ④循环间二衬接头处施工缝隙的处理, 特别是混凝土浇筑时, 接缝处混凝土浇筑的密实性, 二衬钢筋上循环与下循环钢筋搭接施工, 宜采用预挖槽植入钢筋下循环开挖后直接搭接施工, 确保钢筋搭接质量。