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铁路隧道工程中支护与衬砌的施工技术

2021-02-18谢斌福刘雪东陶益胜

智能城市 2021年23期
关键词:拱架台车锚杆

谢斌福 刘雪东 田 发 王 垚 陶益胜

(中国建筑土木建设有限公司,北京 100073)

1 工程概况

新建敦化至白河铁路的东青隧道为无砟轨道,全线其他均为有砟轨道,设计速度为250 km/h。标段起讫里程DK44+660~DK77+350,长度32.69 km。东青隧道起讫里程DK45+263~DK48+365,长度3 102 m,隧道进口至DK45+960.63段位于半径R=4 500 m的左偏曲线上,DK45+960.63至出口位于直线段;进口至DK47+550段为9‰的上坡,DK47+550段至出口为3.0‰的下坡,该隧道最大埋深135.7 m。

2 铁路隧道初期支护施工工艺

初期支护的施工内容包含超前管棚、砂浆锚杆施工、中空锚杆施工、喷射混凝土、钢筋网施工、格栅/工字钢架安装等。

2.1 超前长管棚施工

所有超前长管棚均采用Φ108 mm×6 mm热轧无缝钢管,间距40 cm(环向)。为确保开挖钻孔方向,在明洞衬砌外放置70 cm厚的C30钢混凝土拱,垂直方向上拱长为2.0 m。考虑开挖时的下垂等因素,开挖钻孔方向应比钢管的设计方向高1°~3°。

灌浆施工期间出现异常情况时,如果在灌浆处理中出现小裂缝,需要使用水泥浸过的麻丝填充裂缝,调整灌浆材料的浆比,减少胶凝时间,控制灌浆问题。注浆时,若压力急剧上升,只能注入纯水泥浆或清水。出现管道堵塞问题,应打开孔板泄压阀,关闭孔板进水阀。灌浆工作完成后,释放压力,关闭阀门,停止机器。

钻进过程中经常出现特殊情况,岩石或土壤管壁受到的阻力较高时,可以使用Φ125 mm钻头的前端,Φ120 mm钻头在钻头的后部,推动钢管时使用。

2.2 砂浆锚杆施工

以螺纹钢筋为原材料,根据要求制作得到规格合适的砂浆锚杆;布设时,遵循梅花形布置的原则,间距不超过锚杆长度的1/2。

锚杆钻机钻进成孔,孔径略大于锚杆直径15 mm;人工辅助作业,将提前加工的砂浆锚杆设置到位;利用专用注浆泵注入早强水泥浆,材料的水灰比为0.38~0.45,砂灰比控制为1∶1~1∶2。注浆开始前使用水润滑管路,使浆液在管路内顺畅流动,高效注浆,中途间歇时间超30 min时,也采用该处理方法。

需要保证注浆孔口压力不超过0.4 MPa,注浆管底部与孔底距离为5~10 cm,随着浆液逐步注入,适时拔出注浆管(缓慢、匀速),迅速将杆体插入(插入部分的长度至少达到设计长度的95%,避免影响注浆施工效果)。

2.3 中空锚杆施工

采用锚杆台车钻孔,提前测定孔位,由专员操作,钻孔保持直线且与岩面呈垂直关系,得到顺直、垂直度均较好的孔洞。钻孔直径42 mm,深度根据锚杆设计长度确定,大于该值10 cm。

中空注浆锚杆施工时,根据测量放样结果钻孔,钻进成孔后通入高压风,清理残留在孔内的岩屑,减小杂物堆积量(杂物偏多会影响注浆效果);将锚头与锚杆端头组合,配套垫片以及螺母;将得到的组合杆体送入孔内;向锚杆末端穿入止浆塞,将该部分与杆体紧固处理,得到稳定的连接体;在锚杆末端戴上垫板,拧紧螺母;注浆时,采用螺杆式注浆泵,在1.2 MPa的压力作用下,将水泥浆注入孔内。

2.4 喷射混凝土

喷射混凝土的施工方法为湿喷,以现场施工要求为准,由洞外混凝土拌和站生产混凝土,由搅拌运输车运至洞内,喷射施工。遵循随拌随用的原则,充分发挥出混凝土的性能优势。

喷射混凝土施工程序如图1所示。

图1 喷射混凝土施工程序

混凝土喷射机进场,安装至指定位置并调试。在料斗上配套100 mm筛孔的振动筛,用于筛除超粒径骨料;喷射前,适当修整岩面,将松散的岩块等杂物清理干净,突出部位凿除平整,对局部超挖填补混凝土,使岩面平整;高压水冲洗岩面,使该部分保持洁净,局部岩层对水较为敏感,具有遇水易潮解的特点,采用高压风清理的方法;提前组织喷射试验,判断喷射机的性能并验证参数的可行性,对不足之处进行调整。

喷射送风前,开启计量泵;送风后,根据仪表显示结果合理调整风压,将其稳定在0.15~0.20 MPa。风压过大会急剧增加回弹量,过小则难以为粗骨料的流动提供充足的冲击力,导致其无法进入砂浆层而脱落。为保证混凝土的喷射质量,采取分阶段依次施工模式,将整个喷射施工分为两个部分,按照先初喷、后复喷的顺序推进。喷射主要采用湿喷方法,局部含水量较大时,采用潮喷工艺。

刷帮、找顶后初喷,厚度为4~5 cm,在不影响喷射质量的前提下,尽快施工,有效封闭围岩。初喷混凝土施工后,将立拱架、挂网、锚杆安装有序落实到位,进入复喷施工环节由喷射机械手施工。湿喷工艺可行,可以保证喷射施工质量,减少回弹量以及粉尘量,有效改善现场施工条件,减少环境污染,契合节能环保的现代化工程理念。

2.5 钢筋网施工

钢筋网施工工艺流程如图2所示。

图2 钢筋网施工工艺流程

加工钢筋网得到方格网片,纵横钢筋交接部分为薄弱区域,在处理时采取点焊成块的方法。钢筋网安装时间安排在初喷、锚杆设置后,网片紧贴初喷面,网片之间以及其与锚杆间以焊接的方式稳定连接。钢筋是重要的施工材料,使用前检验性能,不达标的材料不得入场;清理钢筋上附着的锈迹以及其他杂物,发现形态方面的问题及时调整,如调直或采取其他方法。

钢筋网节点与锚杆以点焊焊接的方式处理,网片间使用铁丝扎紧,增强钢筋网片的稳定性,以免施工中发生偏位。钢筋网铺设随初喷面适当起伏,始终与壁面紧密贴合。复喷后应用混凝土有效覆盖钢筋网,避免外露,成型保护层的厚度以3~5 cm为宜,防护效果较好。

2.6 格栅/工字钢拱架施工

本次施工的拱架支撑形式为工字钢拱架、格栅钢架,均在洞外加工,将半成品构件运至现场,初喷混凝土施工后拼装成型。钢筋支撑间设纵向连接筋,利用喷射混凝土的方法填平拱架支撑间的部分。将拱架拱脚置于稳定可靠的基础上,架立时控制其姿态,与隧洞中线呈垂直关系。拱架支撑与围岩间隙过大时,确定间隙规模,垫入合适尺寸的垫块,再喷射混凝土,进行全面填充处理[1]。

拱架支撑平面与隧洞中线垂直,倾斜度不超过2°,为有效保证拱架支撑的稳定性,分别在拱脚以及墙脚处增设锁脚锚杆。根据设计要求将拱架支撑安装在指定位置,拱架支撑与初喷层间隙过大时,设置骑马垫块。考虑拱架支撑的结构完整性要求,对该支撑装置与锚杆进行联结处理。

为使拱架支撑精准就位,提前搭设定位系筋;为充分发挥定位系筋的引导作用,将其一端联结至拱架支撑处,另一端锚入围岩,深度为0.5~1.0 m,使用砂浆锚固。拱架支撑架立到位后,及时喷射混凝土,全面覆盖拱架支撑,支撑装置与混凝土结合成完整的整体,共同受力。混凝土喷射施工环节,从拱脚或墙脚处逐步向上施工,可以有效避免虚掩拱脚(墙脚)的情况,防止拱脚(墙脚)失稳。

3 铁路隧道衬砌施工工艺

二次衬砌一般在围岩变形基本稳定后施作,变形趋于稳定应符合相关要求。

(1)隧道周边变形速率明显下降并趋于缓和。

(2)水平收敛(拱脚附近7 d平均值)小于0.2 mm/d,拱部下沉速度小于0.15 mm/d。

(3)施作二次衬砌前的累计位移值已达极限位移值的80%以上。

二次衬砌混凝土时,采用整体式液压衬砌台车,拌和站生产混凝土,出厂后装车,用搅拌运输车及时运输至现场,泵送入模。衬砌施工期间应根据设计要求择机埋设预埋镀锌管以及配套设施,作为回填注浆的施工装置。洞口二次衬砌施工成型且无质量问题后,进行洞门施工。

3.1 衬砌台车的使用方法

二衬施工选用整体式液压衬砌台车,联合经纬仪和水准仪进行精准定位。为高效施工,分别为各作业面配置1台整体式液压衬砌台车,使用前检验衬砌台车的性能,避免“带病作业”。

3.2 混凝土的运输、浇筑

混凝土罐车沿着既定路线将混合料运输至现场,全程尽可能匀速行驶,以免急刹车、忽然提速导致混凝土离析。运输途中,若有漏浆或离析现象,需要启用罐车重新拌和,确认无误后卸至输送泵。

混凝土由HBT60输送泵泵送入模,灌注前清理钢模板台车外表面的杂物,均匀刷涂脱模剂。正式灌注混凝土时,优先从最下排工作窗灌注,随施工时间的延长,增加混凝土灌注量,混凝土快要与工作窗口平齐时,关闭工作窗,转向第二排工作窗,按照此顺序依次类推,完成各工作窗的混凝土灌注施工。

借助模板台车的自振系统完成混凝土振捣处理,边角等局部采用插入式捣固棒,遵循“快插慢拔”的原则。混凝土灌注施工采取分层方法时,为保证层间结合稳定性,要求振捣棒插入下层5 cm或适当增加,振捣时间为10~30 s。均匀布设振捣点,有序振捣,避免过振、漏振。

4 结语

支护和衬砌均是铁路隧道施工中不可忽视的内容,本文阐述支护和衬砌两部分的施工工艺要点,体现在锚杆施工、混凝土浇筑、振捣等方面,为类似工程提供参考。

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