明挖隧道裝配式邊坡防護(hù)結(jié)構(gòu)優(yōu)化與施工技術(shù)

明挖隧道裝配式邊坡防護(hù)結(jié)構(gòu)優(yōu)化與施工技術(shù)

近年來(lái)，裝配的概念在建筑領(lǐng)域得到了廣泛推廣。通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)中的固定設(shè)備和結(jié)構(gòu)，可以顯著提高生產(chǎn)效率和質(zhì)量，具有明顯的經(jīng)濟(jì)性?；又ёo(hù)的裝配化也有研究和探索,例如采用十字形裝配式基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)、現(xiàn)澆加裝配式連拱內(nèi)撐的結(jié)構(gòu)等。在相似地質(zhì)條件下開(kāi)挖的標(biāo)準(zhǔn)斷面,采用的支護(hù)結(jié)構(gòu)相似性程度較高,為裝配式方法的應(yīng)用提供了較好的基礎(chǔ),然而目前缺乏針對(duì)該類型工程的研究。以標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)降低施工難度,提高施工的精準(zhǔn)程度,有利于開(kāi)展邊坡的穩(wěn)定性控制,防護(hù)構(gòu)件的工廠化生產(chǎn),也能夠減少對(duì)環(huán)境的擾動(dòng)。該文以京雄鐵路機(jī)場(chǎng)2號(hào)線為工程背景,開(kāi)展裝配式邊坡防護(hù)技術(shù)研究。主要采用綠色的、可回收的裝配式土釘墻,取代傳統(tǒng)土釘墻開(kāi)展支護(hù),以此為基礎(chǔ)開(kāi)發(fā)支護(hù)形式、配套工藝措施以及相關(guān)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)體系等,取得了較好的應(yīng)用效果。1高水層邊坡防護(hù)方案新建京雄城際鐵路機(jī)場(chǎng)2號(hào)線工程北起北京大興機(jī)場(chǎng)地下站,南穿永定河南大堤后露出地面,全長(zhǎng)約8.338km。隧道最大埋深為28.64m,設(shè)計(jì)為單洞雙線隧道,洞門采用柱式洞門。路線大部分區(qū)段主體結(jié)構(gòu)斷面形式為拱形明洞結(jié)構(gòu)。隧道襯砌采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu),襯砌仰拱最小厚度為0.85m,拱頂最小厚度為0.8m,含襯砌墻趾總寬度為19.9m。項(xiàng)目采用放坡明挖施工,以土釘墻、鉆孔灌注樁圍護(hù)、雙排鉆孔樁圍護(hù)對(duì)邊坡及基坑進(jìn)行防護(hù)?；拥湫烷_(kāi)挖斷面見(jiàn)圖1。對(duì)于埋深較淺區(qū)段采用一級(jí)放坡,埋深較深區(qū)段采用兩級(jí)放坡,放坡坡度分別為1∶1.25和1∶1,兩級(jí)放坡之間設(shè)置寬度為2m的水平臺(tái)階。在坡頂和坡腳分別設(shè)置截水溝,在兩級(jí)邊坡的水平段和坡底分別布置降水井,降水井沿縱向間距分別為8、6m,作為基坑放坡開(kāi)挖的防排水措施。在坡底設(shè)置8～11m的水平段作為隧道襯砌施工的操作平臺(tái)。邊坡防護(hù)原計(jì)劃采用網(wǎng)噴混凝土方案?？紤]到該項(xiàng)目隧道施工工期緊、任務(wù)重,C25網(wǎng)噴混凝土施工存在勞動(dòng)強(qiáng)度大、功效低且污染環(huán)境、易出現(xiàn)質(zhì)量缺陷等缺點(diǎn),在項(xiàng)目實(shí)施中對(duì)邊坡防護(hù)方式進(jìn)行了優(yōu)化。為探索裝配化產(chǎn)品與綠色建造技術(shù)在該項(xiàng)目中的應(yīng)用,結(jié)合已有技術(shù)調(diào)研與參照同類工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn),選取樁號(hào)在DK46+092～DK48+000、DK49+435～DK51+129兩段范圍內(nèi)采用綠色裝配式土釘墻(GRF)防護(hù)結(jié)構(gòu)形式替代傳統(tǒng)網(wǎng)噴混凝土防護(hù)形式。該區(qū)段上部為5～6m耕植土,下方為6～8m黏土層,黏土層以下為粉土與粉砂。2防護(hù)邊坡的安裝2.1錨固鋼筋防護(hù)結(jié)構(gòu)裝配式邊坡防護(hù)結(jié)構(gòu)的主要組成形式見(jiàn)圖2,主要由可回收的綠色柔性防護(hù)面層和錨固體系組成。面層為高強(qiáng)輕質(zhì)的預(yù)制復(fù)合材料加工制成的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu),承擔(dān)邊坡土體的壓力。錨固體系主要由錨筋和錨固配件組成,錨筋可采用直徑為22mm的螺紋鋼筋,錨筋通過(guò)錨孔灌漿錨固。錨固鋼筋穿過(guò)面層,在面層上方纏繞6mm直徑鋼絲繩,鋼絲繩外側(cè)安放4mm鋼墊片,鋼墊片外利用鋼筋套筒旋緊錨固,將面層緊密錨固于邊坡外表面。防護(hù)結(jié)構(gòu)平面布置如圖3所示,錨固鋼筋在面層上均勻布置,錨固鋼筋的間距為2m×2m,錨固鋼筋長(zhǎng)度不小于4m。在錨固鋼筋上纏繞的鋼絲繩在不同土釘之間連續(xù)纏繞,形成間距2m的網(wǎng)格,在錨釘之間壓緊面層。2.2施工優(yōu)勢(shì)及技術(shù)優(yōu)勢(shì)可回收綠色裝配式土釘墻是一種較為新穎的裝配式邊坡防護(hù)結(jié)構(gòu),這種結(jié)構(gòu)利用了裝配化理念推進(jìn)綠色建造技術(shù)的應(yīng)用。與傳統(tǒng)噴錨防護(hù)相比較,綠色裝配式土釘墻具有以下優(yōu)勢(shì):①綠色環(huán)保優(yōu)勢(shì)。能耗低、污染小,綠色節(jié)能環(huán)保,可減少污染較大的材料例如水泥、鋼筋的使用,還可將材料回收再利用,同時(shí)具備美學(xué)效果;②顯著的工期及工效優(yōu)勢(shì)。施工簡(jiǎn)便、高效,不需要在現(xiàn)場(chǎng)編網(wǎng)、支模和養(yǎng)護(hù),從工廠出貨檢驗(yàn)合格后可直接在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行安裝,施工受天氣影響較小,施工效率極高,較普通土釘墻支護(hù)可大大縮短工期達(dá)50%以上;③經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)?？擅黠@減少施工工期,還可以回收再利用,具有一定的社會(huì)和經(jīng)濟(jì)效益;④質(zhì)量?jī)?yōu)勢(shì)。在工廠預(yù)制,方便質(zhì)量檢驗(yàn),利于按照標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行質(zhì)量管控,施工方法流程化、標(biāo)準(zhǔn)化強(qiáng),施工質(zhì)量易于保證和控制。3安裝斜坡防護(hù)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試3.1現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)研究在京雄鐵路建造過(guò)程中為了推行綠色裝配式邊坡防護(hù)形式的應(yīng)用,在正式應(yīng)用前先進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)。試驗(yàn)選取機(jī)場(chǎng)2號(hào)線隧道工程DK46+970～DK47+070段開(kāi)挖邊坡進(jìn)行。試驗(yàn)段基坑的支護(hù)形式采用放坡、鉆孔樁及鋼支撐支護(hù)相結(jié)合形式。頂部外側(cè)采用一級(jí)放坡,靠近隧道位置采用單排鉆孔灌注樁,樁頂冠梁處設(shè)置鋼管支撐防護(hù)。現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)分別對(duì)材料的主要性能、錨固性能及施工工藝等內(nèi)容進(jìn)行試驗(yàn)與總結(jié)。以確定滿足施工要求的防護(hù)板材料的拉伸強(qiáng)度、伸長(zhǎng)率、鋪設(shè)搭接長(zhǎng)度、翻邊長(zhǎng)度等參數(shù),從而驗(yàn)證綠色裝配式土釘墻聯(lián)合支護(hù)工法在現(xiàn)場(chǎng)施工、驗(yàn)收上的可行性,并為后續(xù)推廣提供施工工藝及質(zhì)量把控的依據(jù)。試驗(yàn)段防護(hù)層現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施見(jiàn)圖4,先進(jìn)行錨固土釘施工,再進(jìn)行面層鋪設(shè)。裝配式面層材料鋪設(shè)施工主要采用汽車吊配合人工進(jìn)行鋪設(shè),施工工藝較為簡(jiǎn)單方便。面層鋪設(shè)后建議利用梯子完成纏繞鋼絲與錨固螺栓緊固工作。3.2錨孔直徑值設(shè)計(jì)要求在試驗(yàn)段實(shí)施過(guò)程及實(shí)施后對(duì)主要工藝及質(zhì)量進(jìn)行分析,主要檢驗(yàn)指標(biāo)及相關(guān)質(zhì)量分析情況如下:(1)裝配式防護(hù)面層的單位質(zhì)量測(cè)試結(jié)果表明,其單位面積質(zhì)量為650～680g/m(2)土釘錨固結(jié)構(gòu)共進(jìn)行了32組檢測(cè),鉆孔深度測(cè)試值為4.20～4.25m,均大于4.20m深度要求;孔徑實(shí)測(cè)值為10～11cm,均大于10cm的直徑要求;試驗(yàn)段所用工藝可滿足錨孔使用要求。(3)面層搭設(shè)寬度實(shí)測(cè)值均大于控制值,搭接質(zhì)量可控,可按照搭接寬度為0.5m進(jìn)行控制。在坡頂和坡腳的翻邊寬度施工中均可控,可按照坡頂0.5m,坡腳0.8m控制。(4)對(duì)試驗(yàn)段的防護(hù)效果進(jìn)行了連續(xù)1個(gè)月的觀察,結(jié)果表明這種裝配式土釘墻防護(hù)效果良好,邊坡未發(fā)生明顯變形,表面整潔,防沖刷效果良好。綜上所述,總結(jié)試驗(yàn)效果與相關(guān)檢驗(yàn)數(shù)據(jù)表明,采用裝配式邊坡防護(hù)的各項(xiàng)施工工藝、性能指標(biāo)及現(xiàn)場(chǎng)施工安全質(zhì)量等均達(dá)到預(yù)期目標(biāo),綠色裝配式面層結(jié)構(gòu)代替網(wǎng)噴混凝土結(jié)構(gòu)可行,為后續(xù)綠色裝配式土釘墻邊坡防護(hù)施工提供了經(jīng)驗(yàn)與數(shù)據(jù)參數(shù),達(dá)到了綠色裝配式土釘墻工藝性試驗(yàn)的目的。結(jié)合試驗(yàn)段的成本分析結(jié)果表明:采用裝配式綠色土釘墻的直接成本較傳統(tǒng)噴錨式防護(hù)高約2%,但面層可回收,無(wú)污染,其綜合效益良好。4安裝防護(hù)臺(tái)設(shè)備4.1施工工序的標(biāo)準(zhǔn)化操作裝配式邊坡防護(hù)結(jié)構(gòu)的標(biāo)準(zhǔn)化施工工序可以分為施工準(zhǔn)備、土釘施工、面層鋪設(shè)施工、面層翻邊施工4個(gè)標(biāo)準(zhǔn)工序,各工序的標(biāo)準(zhǔn)化操作可按照以下規(guī)定執(zhí)行。(1)邊坡整地及整地邊坡施工前需對(duì)所有施工機(jī)械、設(shè)備、材料進(jìn)行檢查,滿足開(kāi)挖后及時(shí)防護(hù)的要求。根據(jù)設(shè)計(jì)坡度要求,邊坡開(kāi)挖后先用挖機(jī)進(jìn)行邊坡初步修整,再進(jìn)行人工修整剩余土體邊坡,從而達(dá)到設(shè)計(jì)要求的坡度及平整度。檢查明確邊坡范圍內(nèi)需要設(shè)置的管線、臨水、臨電埋深、位置,并完成所有預(yù)埋設(shè)備的提前預(yù)埋工作,避免出現(xiàn)二次開(kāi)挖。(2)對(duì)中支架與錨桿焊接該項(xiàng)目所用標(biāo)準(zhǔn)土釘長(zhǎng)3m,采用直徑22mm的HRB400鋼筋制成,沿錨桿軸線方向隔1.8m設(shè)置一組對(duì)中支架,每組兩個(gè)對(duì)中支架,相互之間呈90°布置,以對(duì)兩個(gè)方向進(jìn)行對(duì)中。對(duì)中支架采用直徑為8mm的HPB300鋼筋制作與錨桿焊接。對(duì)中支架梁端距離錨桿端部0.2m,見(jiàn)圖5。邊坡修整完成后,搭設(shè)鉆孔平臺(tái),孔位測(cè)量放樣,布置形式符合設(shè)計(jì)要求,孔位允許誤差為±100mm,鉆孔至設(shè)計(jì)孔深,安裝土釘及注漿管,注漿管規(guī)格型號(hào)須與注漿機(jī)相匹配。采用孔底注漿法,將金屬管插入孔內(nèi),管口離孔底200～500mm,用密封袋將孔口封嚴(yán),啟動(dòng)注漿泵開(kāi)始送漿,調(diào)整注漿壓力到0.2MPa,邊注漿邊向孔口方向拔管,直至注滿,連續(xù)逐孔注漿完成并補(bǔ)漿,確?？锥醋{飽滿。(3)鋪設(shè)和搭接處的搭接根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況,確定卷材尺寸,準(zhǔn)確量取尺寸并進(jìn)行裁剪后試鋪,裁剪尺寸精度應(yīng)控制在±10mm。檢查撒拉寬度是否合適,搭接處應(yīng)平整,松緊適度。GRF面層用人工滾鋪,布面要平整,并適當(dāng)留有變形余量,在坡面上,對(duì)土工布的一端進(jìn)行錨固,然后將卷材從坡面放下以保證面層保持拉緊的狀態(tài)。GRF面層接縫處的搭建處理方法見(jiàn)圖6,搭接處縫合的寬度宜控制在0.5m以上。拼接接縫應(yīng)該相互垂直,在接縫搭接位置應(yīng)設(shè)置土釘錨固,土釘間距不宜大于1.5m。兩道相互平行的拼縫間距應(yīng)大于1.5m。面層接縫處通過(guò)直徑6mm的普通鋼絲繩連接件將土釘在縱向與橫向連接,土釘外端頭設(shè)置鋼墊板與鋼套筒,通過(guò)絲扣與土釘連接,如圖7所示。(4)土釘錨固土釘安裝縱向連接,進(jìn)展描述1.綠色裝配式面層在距離邊坡坡頂外0.5～1.0m范圍進(jìn)行翻邊處理,處理方案可按照?qǐng)D8進(jìn)行。在面層端部利用長(zhǎng)度1m的土釘錨桿進(jìn)行錨固,土釘縱向布置間距為1.5m,并用直徑6mm鋼絲繩沿縱向連接。在面層頂部澆筑0.1cm厚C20混凝土硬化層,在面層邊緣0.2～0.3m位置磚砌擋水臺(tái)和截水溝,避免沖刷對(duì)邊坡形成破壞。綠色裝配式面層在距離邊坡坡腳0.6～0.8m范圍進(jìn)行翻邊處理,處理方式可按照?qǐng)D9進(jìn)行。在面層距邊緣0.2m位置采用長(zhǎng)度為1m的土釘錨固,土釘型號(hào)與坡頂相同。土釘縱向間距按照不大于1.5m控制,并用鋼絲繩沿縱向連接。最后在面層上方澆筑0.1m厚C20混凝土。在面層端部位置沿縱向設(shè)置一道截水溝進(jìn)行邊坡底部排水。4.2坡面防護(hù)施工為提高防護(hù)的總體質(zhì)量,在采用裝配式防護(hù)結(jié)構(gòu)施工時(shí)應(yīng)做好以下工藝控制要點(diǎn):(1)邊坡開(kāi)挖后應(yīng)及時(shí)施作坡面防護(hù)結(jié)構(gòu),避免長(zhǎng)時(shí)間暴露被雨水沖刷或風(fēng)化脫落。(2)坡面防護(hù)材料與邊坡土層應(yīng)保證密貼、平整,坡面材料上避免出現(xiàn)砂漿污染,控制好防護(hù)層外觀質(zhì)量。(3)控制好泄水孔設(shè)置,避免泄水孔對(duì)面層造成過(guò)多破壞,壓邊施工應(yīng)與既有坡頂和坡腳硬化層綜合考慮并妥善處理。(4)現(xiàn)場(chǎng)土釘錨固螺栓及墊片做好防腐處理,宜采用綠色油漆涂裝,確保坡面色澤基本一致,提高坡面防護(hù)的美觀效果。裝配式邊坡防護(hù)施工質(zhì)量檢驗(yàn)按表1控制。5綠色裝配式邊坡防護(hù)結(jié)構(gòu)施工關(guān)鍵工藝技術(shù)以京雄鐵路機(jī)場(chǎng)2號(hào)線明挖隧道工程為背景,對(duì)綠色裝配式邊坡防護(hù)結(jié)構(gòu)的探索應(yīng)用進(jìn)行了總結(jié)。研究了這種新型防護(hù)結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)與優(yōu)勢(shì)。探索了這種防護(hù)形式的施工關(guān)