隧洞软围岩施工中钢支撑的应用

1 　目前隧洞施工中使用钢支撑存在的主要问题

    (1) 钢支撑现场加工制作不标准,不能达到设计强度要求,这是影响钢支撑施工质量的主要因素。现场加工钢支撑虽有简便灵活、及时调整尺寸、较少搬运、安装快捷等优点,但也存在现场加工质量不易保证的弊端。如焊缝断面不够、节点间距增大降低了结构的强度,螺栓孔位加工不准会对钢结构连接带来困难甚至连接不上,拼装后支撑中心不在同一垂面上等,这些都会影响钢支撑的使用效果。

    (2) 安装过程中由于测量不,往往造成钢支撑侵入净空现象,为以后的2 次模注带来很大困难。测量工作是工程施工的前提和保障,尤其对地质不良使用钢支撑地段,测量绝不能出任何问题,否则会对工程质量和后续工作造成不可估量的损失。用钢支撑地段一般为地质不良段,钢支撑安装后就和周围围岩形成1 个受力整体。一旦钢支撑侵入净空,2 次模注厚度就不能保证;这时只能用抽换法用大量的工时、材料来处理欠挖,同时处理的安全难度也很大。

    (3) 钢支撑与围岩间不顶紧,锁定锚杆不到位,使围岩有松弛余地,易造成支撑后再次更大的塌方。

    (4) 喷混凝土不到位,不能包裹钢格栅支撑钢筋,严重削弱钢筋混凝土支撑的整体承载能力。

    (5) 支撑间距随意拉大,降低了支撑系统的整体强度,往往造成安全隐患。

    (6) 为减少开挖回填,不按要求提高、加宽预留沉落收敛量,造成二衬时支撑侵入净空。

2 　隧洞钢支撑设计中的注意事项

    (1) 钢支撑设计除满足支撑强度外,结构尺寸还应考虑在地层压力下出现的下沉、收敛、喷混凝土厚度、测量及安装误差等的影响,视围岩稳定情况,一般拱顶提高0. 1～0. 2m ,侧墙各加宽0. 05～0. 1m。

    (2) 钢支撑加工须按设计要求进行,在无特殊情况下建议采用工厂定做才能保证质量。工厂加工出厂前技术人员应在样台上试拼验收合格。接头要设接垫板,连接螺栓要满足结构强度要求,支腿下端设垫板。

    (3) 钢支撑安装

    ①测量须紧跟,按中线、水平处理好欠挖。须注意由于开挖爆破等施工偏差,实际开挖中线和设计中线有时是有出入的,有时还会出现一侧超挖很大而另一侧却欠挖的情况。测量时须以设计中线为准。

    ②安装高宽应计入沉落收敛等因素引起的附加尺寸,即安装尺寸要相应放大留有富裕。

    ③钢支撑与锁定锚杆、纵向连接钢筋及时牢固焊接固定,使支撑形成稳定的联合受力结构。锁定锚杆是使钢支撑与围岩联结成整体的主要措施。安装锚杆要做到:按设计位置打孔安装;长度须保证;灌浆定要饱满。在一些地质比较复杂地段,使用超前锚杆,以保证隧洞安全。

    ④针对某些塌方区段自稳能力差或根本就没有自稳能力如松散砂状围岩,隧洞成型很困难。实践中较多采用先固化围岩再开挖前进的方法。固化围岩采用超前小导管注浆,通过向围岩内注入水泥浆达到固化,使其形成一个稳定的受力环。注浆深度一般3m 左右,视围岩情况、隧洞净空而定。喷混凝土封闭围岩是保证灌浆质量的有效手段,注浆过程若有浆液外流还须补喷混凝土。

    ⑤钢支撑与围岩间的空隙应及时用喷混凝土和不风化的刚性材料填实顶紧,使围岩、钢支撑、锚杆等结合成整体,形成承载环,间隙过大时支撑上面可再设支撑顶紧围岩,围岩应用锚、网、喷混凝土进行封闭。

    ⑥对钢筋格栅支撑,喷混凝土封闭时混凝土要埋住钢筋,以形成钢筋混凝土结构,待混凝土达到设计强度即可承受荷载力。喷混凝土是保证钢支撑充分发挥作用的有效保障,因此要求喷混凝土厚度要均匀,厚度一般不小于10cm;钢筋不允许有外露。

    ⑦通过顶部有小量超高的地段,应用长腿支撑提高安装,使支撑与围岩顶紧,不留有松驰的余地。实际施工过程中有些施工单位在顶部、侧墙空隙采用填塞背柴、木料等可压缩、易腐烂的填充材料,这在紧急抢险中是可作为一种应急措施,但处理中应及时换掉;否则,将形成安全隐患,易使围岩发生松驰变形形成2 次塌方等更不利塌方处理。

    ⑧安装钢支撑后应及时进行净空复核,发现侵占净空现象及时处理后再向前开挖,否则会给以后的施工造成很大的困难。

    ⑨安装时支撑间距不能随意拉大,这样会降低支撑结构的总体强度。

    ⑩对于较软围岩,为防止支撑脚下陷,在拱脚设纵梁和临时横撑。

    ⑪初期支护做好后,要随时进行安全检查,支撑变形、拱顶沉落、边墙收敛超限等,要及时进行加固处理。

3 　在砂状散体塌方区用型钢支撑、初期支护和2 次衬砌

    西河潭隧洞K9 + 875. 7～K9 + 882. 7 桩号F8 断层,开挖时钢支撑左边墙侵净空大部位达014m ,2 次模注混凝土厚度已被挤掉,发生2 次塌方。断层砂状填充物在上下游锁口之间6m范围内大面积挤压,原设模注钢架台车已被挤压变形,左边墙脚到拱部4/ 5 范围内多内移侵达1m多,左边起拱线位置0. 6m3 的塌孔在不到10min 内流出近20m3 的砂状塌体,堵断了隧洞的施工通道,情况十分恶劣。

    由于塌方体边墙拱部侵入净空较多,加之原钢支撑与围岩已基本形成一个受力整体。要按原先在模注混凝土净空以外加固好临时支撑再进行模注风险很大,且工期不能保证。在处理中,我们根据实际情况,先用固结灌浆稳定塌方体,再采用初期支护与2 次衬砌相结合的型钢混凝土衬砌方案,顺利地通过了塌方体。其具体操作方案及程序如下:

    (1) 对临时支撑塌方已被挤压变形局部破坏的衬砌台车进行支撑加固,防止塌方进一步发展。

    (2) 分层分段清除塌渣。及时用喷混凝土封闭塌方体外露面,将隧洞上下游通道清通。

    (3) 向塌方两端锁口2 衬拱部及塌腔回填灌浆,防止塌方体向上下游及顶部发展。

    (4) 按1m ×1m的间距向边墙和拱部塌方体内打入长3m的灌浆管,由下向上固结灌浆,使松散围岩固结形成1个整体。

    (5) 用Ⅰ20b 工字钢做成封闭环的钢支撑。

    (6) 安装钢支撑纵向0. 5m 一段,环向分块挖槽,喷混凝土加固,挖好1 环安装1 榀钢支撑。钢支撑与围岩不密贴部位及时用混凝土填充,使由原临时支撑承受的地层压力分段转移到钢支撑上;如此1 榀1 榀向前推进。

    (7) 局部漏水区固结灌浆效果不佳,采用密打超前管棚再向前开挖,效果明显。

    (8) 钢支撑安装完成,每榀钢支撑间用<28 钢筋间距100mm环向布置,并设纵向筋和钢支撑、环向钢筋相连,然后立模浇筑2 衬混凝土。拱部混凝土由于型钢影响,混凝土进料困难,采用喷混凝土刹尖的办法。由于采取以上有效措施,顺利通过了F8 断层带,既保证了模注混凝土的质量和安全,又为工程按期投入使用赢得了宝贵的时间。整个处理共用20 多天,若按原设计模注处理方案,则少需要2～3 个月。