市政隧道下穿城市防空洞施工方案研究

市政隧道下穿城市防空洞施工方案研究

0淺埋段爆破技術(shù)應(yīng)用為了使現(xiàn)代城市更加有效，功能更大，世界主要城市越來越重視地下空間的使用，而平地下的空間應(yīng)該更加有效。然而，平坦的隧道通常來自重要的建筑物，隧道中的隧道結(jié)構(gòu)、流量控制、樁基托換等施工方法需要變得更有效。在淺埋穿越施工中,洞內(nèi)及地表注漿可以對地層進(jìn)行有效加固,并能起到明顯抬升作用。國內(nèi)目前普遍施工方法有地表錨桿樁暗挖通道和建筑物隔離、洞內(nèi)深孔注漿的復(fù)合技術(shù),在下穿施工中也多強(qiáng)調(diào)隧道沉降控制,根據(jù)《爆破安全規(guī)程》對地表建(構(gòu))筑物允許振速也有嚴(yán)格規(guī)定,采用非爆破或高效減震爆破施工技術(shù)進(jìn)行下穿。而本文以某淺埋隧道零距離成功下穿防空洞,并且實(shí)現(xiàn)對防空洞零損傷的施工技術(shù)為依托,采用有限元軟件對不同施工方案數(shù)值模擬進(jìn)行比對優(yōu)選。綜合闡述了在施工中進(jìn)行的各種有效支護(hù)手段,以及控制振速所采取的爆破技術(shù)原理。同時用實(shí)時爆破監(jiān)測與沉降量測所得的振動數(shù)據(jù)指導(dǎo)施工。把理論模擬與實(shí)踐施工進(jìn)行良好的結(jié)合。1大跨雙連拱結(jié)構(gòu)下的丁字形旋轉(zhuǎn)隧道遵義市市政道路子尹路南延線工程位于遵義市老城區(qū)中部,系市規(guī)劃路網(wǎng)中城市Ⅰ級次干道。子尹路南延線工程起于碧云路一子尹路交叉路口,經(jīng)老圖書館門口,設(shè)子尹隧道穿越紅花崗山脈后,止于坳上路口處于萬里路丁字形連接。標(biāo)段僅子尹隧道一座,隧道起止里程為K0+182～+782,全長600m為大跨雙連拱結(jié)構(gòu)。在隧道K0+630～+638段中導(dǎo)洞頂部有一防空洞,該段受圍巖偏壓較大,埋深淺不足20m,防空洞底板頂面僅比中導(dǎo)洞拱頂高87cm,防空洞拱頂面低于隧道左、右線主洞拱頂面27cm。防空洞建設(shè)于20世紀(jì)六七十年代,側(cè)墻與拱頂為砌石結(jié)構(gòu),底板為灰土夯填,穩(wěn)定性差,部分段落后期經(jīng)過維修,表面有抹砂痕跡,且在隧道前方左側(cè)的防空洞內(nèi)筑堤蓄水,水深40cm。詳見圖1和圖2。2防空洞施工方案的確定中導(dǎo)洞作為雙連拱隧道施工的控制性工程,因本工程工期緊,所以確定下穿該防空洞施工方案主要是在確保安全、質(zhì)量的前提下下,如何快速下穿、節(jié)約投資、減小工期壓力。2.1防空洞底板鋪設(shè)鋼筋骨架1)方案1。先回填,再下穿。為確保中導(dǎo)洞開挖安全,順利通過防空洞區(qū),首先考慮提高防空洞底板承載力,對中導(dǎo)洞拱頂12m影響范圍內(nèi)對防空洞底板鋪設(shè)鋼筋骨架,并對防空洞影響隧道范圍內(nèi)采取C25泵送膨脹混凝土進(jìn)行回填,使防空洞與圍巖形成整體,使之應(yīng)力分布均勻,待防空洞回填砼強(qiáng)度達(dá)到80%后進(jìn)行中導(dǎo)洞下穿開挖作業(yè)。2)方案2。直接下穿法。通過減震弱爆法進(jìn)行開挖,同時調(diào)整支護(hù)參數(shù),采用減震弱爆盡量減小爆破開挖對防空洞的擾動,確保防空洞結(jié)構(gòu)穩(wěn)定,通過加強(qiáng)初期支護(hù)支撐體系及監(jiān)控量測,提高初期支護(hù)抵抗圍巖應(yīng)變能力,確保下穿安全。2.2比較方案2.2.1上穿開挖影響節(jié)點(diǎn)1)優(yōu)點(diǎn)。施工方法較為保守,但能夠確保安全順利下穿防空洞,保證洞內(nèi)安全。2)缺點(diǎn)。①必須待防空洞回填施工完成后方可進(jìn)行中導(dǎo)洞下穿開挖施工,回填及下穿時間較長,不利于節(jié)點(diǎn)目標(biāo)實(shí)現(xiàn);②實(shí)施過程中,首先要由地表垂直向防空洞內(nèi)鉆設(shè)灌漿孔,防空洞必將受到一定程度的破壞,同時該段防空洞回填后無任何利用價值,必須按廢棄處理;③受施工場地限制,回填砼無法直接運(yùn)送至回填現(xiàn)場,需采用二級泵送210m距離方能實(shí)現(xiàn),現(xiàn)場實(shí)施較為困難,不僅增加了施工難度,同時增加了資金投入及泵送噪音。2.2.2節(jié)點(diǎn)的安全目標(biāo)1)優(yōu)點(diǎn)。①投入時間少、節(jié)約投資、能夠保證洞內(nèi)不停工;②只要能夠保證安全,操作簡單,易實(shí)現(xiàn);③有利于節(jié)點(diǎn)工期目標(biāo)實(shí)現(xiàn);④不破壞防空洞結(jié)構(gòu),可繼續(xù)利用。2)缺點(diǎn)。措施如果不得當(dāng),有一定安全風(fēng)險。通過2個方案綜合對比,可以看出如能在有效技術(shù)措施保證前提下,采用方案2(直接下穿法),相比方案1(先回填,再下穿法)更能有效地控制節(jié)點(diǎn)工期,節(jié)約投資、不破壞防空洞正常使用等優(yōu)點(diǎn)。2.3計算參數(shù)及計算過程為了更接近實(shí)際的證明方案二的可行性,項目運(yùn)用彈塑性D-P模型,用ANSYS程序計算結(jié)構(gòu)內(nèi)力。圍巖物理計算參數(shù)詳見表1,計算過程詳見圖3。計算過程建立有限元分析模型,帶入表1中所顯示的圍巖物理參數(shù),將有限元網(wǎng)格劃分為圖3所示,其中著重將中導(dǎo)洞及防空洞周邊詳細(xì)劃分,進(jìn)行了較為細(xì)致的網(wǎng)格分析,以得到較為真實(shí)的計算機(jī)模擬。2.4安全支護(hù)參數(shù)中導(dǎo)洞初期支護(hù)與防空洞力學(xué)效應(yīng)計算結(jié)果如圖4—8所示。中導(dǎo)洞主要通過逐漸增加支護(hù)參數(shù)模擬實(shí)際數(shù)值的方式進(jìn)行計算機(jī)模擬演算,主要通過采用單元BEAM3、PLANE42進(jìn)行模擬,最終得到方案2的安全支護(hù)參數(shù)為:1)116工字鋼鋼拱架,拱架間距0.5m;2)Φ22砂漿錨桿,錨桿長3.5m,環(huán)向間距0.8m,縱向1m,梅花形布置;3)雙層Φ8鋼筋網(wǎng)片,網(wǎng)片規(guī)格為0.2m×0.2m;4)拱部打設(shè)Φ42超前小導(dǎo)管,小導(dǎo)管長3.5m,環(huán)向間距0.4m,縱向間距1m,并采用水泥單液槳注漿加固;5)左右側(cè)拱腳及拱腰處分別打設(shè)2根3.5m長Φ22鎖腳錨桿。根據(jù)圖7和圖8及表2中中導(dǎo)洞下穿施工前后防空洞變形對比可知,中導(dǎo)洞在下穿前后對防空洞的變形及垂直方向的變形并無太大的影響。能夠確保防空洞及周邊圍巖穩(wěn)定,可以進(jìn)行中導(dǎo)洞直接下穿施工。2.5防空洞施工方案2根據(jù)方案對比、方案初步選定及對方案2的演算求證,最終得出結(jié)論,方案2可實(shí)現(xiàn)施工過程中確保防空洞結(jié)構(gòu)安全穩(wěn)定及洞內(nèi)安全質(zhì)量,并且速度快、節(jié)約投資。3施工方案的實(shí)施3.1檢爆部位及爆破材料中導(dǎo)洞下穿防空洞采用上下臺階法開挖,以創(chuàng)造多臨空面條件,每部分又分多段位起爆,控制爆破規(guī)模和循環(huán)進(jìn)尺,以達(dá)到控制質(zhì)點(diǎn)振動速度的目的。炮眼按淺密原則布置,控制單眼裝藥量,使有限的裝藥量均勻地分布在被爆破體中,采用非電毫秒不對稱起爆網(wǎng)路降低隧道爆破的地震動的強(qiáng)度,詳見圖9中導(dǎo)洞開挖布控示意圖。掏槽眼位盡量布置在開挖部位的底部,以加大掏槽部位爆源至地面爆破振速控制點(diǎn)的距離,減小掏槽爆破對周圍結(jié)構(gòu)物的震動影響,詳見圖10斜孔掏槽孔位布置示意圖。隧道輔助眼部分的爆破以松動爆破為主,降低爆破振動,控制爆破飛石對初期支護(hù)的破壞,保證防空洞的穩(wěn)定。根據(jù)減振爆破的特點(diǎn)及爆破部位的不同,選用不同的爆破器材:1)炸藥。采用乳化炸藥,周邊炮眼采用小藥卷,直徑Φ25mm,其它炮眼采標(biāo)準(zhǔn)藥卷Φ32mm(乳化)。2)雷管?？淄獠捎秒娎坠芷鸨?連接件及孔內(nèi)均采用非電毫秒微差雷管(1～10段)。3)導(dǎo)爆器。電雷管采用導(dǎo)爆器引爆,周邊炮眼間隔裝藥采用傳爆線傳爆。隧道爆破炮眼中的炸藥采用正向或反向起爆。掏槽眼的首段采用正向起爆,其他炮眼采用反向起爆,這樣可得到較好的巖碴塊度。起爆網(wǎng)絡(luò)為復(fù)式網(wǎng)絡(luò),以保證起爆的可靠性和準(zhǔn)確性,聯(lián)接時要注意:導(dǎo)爆管不能打結(jié)和拉細(xì);各炮眼雷管聯(lián)接次數(shù)應(yīng)相同;引爆雷管應(yīng)用黑膠布包扎在離一簇導(dǎo)爆管自由端10cm以上處。網(wǎng)絡(luò)聯(lián)好后,要專人負(fù)責(zé)檢查。3.2ras傳感器響應(yīng)特性分析采用CRAS隨機(jī)震動測試系統(tǒng)監(jiān)測爆破震動速度,爆破前對CRAS系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)試,爆破發(fā)生時由CRAS系統(tǒng)的傳感器拾起地震動,轉(zhuǎn)化為電信號,經(jīng)放大器放大、濾波等處理后,輸入計算機(jī)CRAS系統(tǒng)軟件包進(jìn)行存儲分析,輸出震動波形。如圖11—12所示。根據(jù)爆破實(shí)時監(jiān)測結(jié)果數(shù)據(jù)顯示,如圖13所示,其爆破震動最大值為0.8030cm/s,遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于爆破安全規(guī)范要求2cm/s。3.3前卡參數(shù)設(shè)計超前支護(hù)采用Φ42×3.5mm超前小導(dǎo)管,具體參數(shù)詳見圖5和圖6及表3,小導(dǎo)管外插角7°～12°,水泥漿液注漿加固,上組超前小導(dǎo)管與下組超前小道管之間搭接長度不小于2.4m。3.4噴混凝土施工初期支護(hù)主要采取錨網(wǎng)噴結(jié)構(gòu)形式,主要為:鋼拱架、錨桿、鋼筋網(wǎng)及C20噴射混凝土等。施工順序:開挖后初噴混凝土(包括臨時支撐噴混凝土)—架立鋼拱架—安裝錨桿—鋪設(shè)雙層鋼筋網(wǎng)一復(fù)噴混凝土至設(shè)計厚度。具體支護(hù)參數(shù)詳見圖5和圖6及表3。3.5施工質(zhì)量問題的預(yù)測及預(yù)防根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況,及時對中導(dǎo)洞下穿防空洞段埋設(shè)監(jiān)控量測樁,加強(qiáng)拱頂沉降及周邊收斂監(jiān)控量測,通過監(jiān)控量測,預(yù)測施工中可能出現(xiàn)的地面沉降、拱頂下沉、初期支護(hù)變形超限等問題,必要時調(diào)整支護(hù)參數(shù),防止坍塌、初期支護(hù)變形過大而侵限等安全事故和質(zhì)量問題的發(fā)生。驗(yàn)證支護(hù)結(jié)構(gòu)效果,確認(rèn)支護(hù)參數(shù)和施工方法的準(zhǔn)確性和適用性,并為調(diào)整支護(hù)參數(shù)和施工方法提供依據(jù),指導(dǎo)現(xiàn)場施工,有效控制隧道工程施工對防空洞安全穩(wěn)定的影響。中導(dǎo)洞施工情況根據(jù)中導(dǎo)洞防空洞段拱頂下沉及水平收斂曲線圖14顯示,中導(dǎo)洞K0+633在下穿防空洞施工過程中的最大沉降量為3mm,最大收斂為1.37mm,后期均趨于穩(wěn)定狀態(tài),符合規(guī)范設(shè)計要求。4支護(hù)結(jié)構(gòu)施工根據(jù)子尹隧道與防空洞位置關(guān)系的實(shí)際情況,中導(dǎo)洞拱頂與防空洞底板之間僅有87cm層厚,且中導(dǎo)洞下穿防空洞段受圍巖偏壓較大、埋深不足20m,施工難度大。通過方案比選,并采用計算機(jī)進(jìn)行力學(xué)模擬驗(yàn)證,最終采取有效的支護(hù)參數(shù)及施工措施,成功實(shí)現(xiàn)了零距離無損下穿防空洞,保證了中導(dǎo)洞安全、優(yōu)質(zhì)的掘進(jìn)施工,創(chuàng)造了良好的經(jīng)濟(jì)效益及社會效益,得到參與各方