悬索桥隧道锚施工

SUTONGBRIDGE－苏通大桥中交二航悬索桥隧道式锚碇施工覃宗华2009年10月SUTONGBRIDGE－苏通大桥中交二航1、隧道式锚碇简述2、隧道式锚碇施工3、隧道式锚碇质量控制要点内容提纲SUTONGBRIDGE－苏通大桥中交二航1、隧道式锚碇简述SUTONGBRIDGE－苏通大桥中交二航悬索桥锚碇是主缆锚固装置的总称。锚碇是将主缆的拉力传递给地基基础，是支承主缆拉力的重要结构部分。通常悬索桥采用的锚碇型式有重力式和隧道式，重力式锚碇依靠其巨大的自重及其与地基之间的摩擦力和嵌固力来抵抗主缆的拉力，如润扬大桥、阳逻大桥、西侯门大桥等；隧道式锚碇则是将主缆中的大部分拉力直接传递给周围山体的基岩，如四渡河大桥、坝陵河大桥、矮寨大桥等。隧道式锚碇的造价明显低于重力式锚碇。隧道式锚碇将主缆中的拉力直接传递给周围山体的基岩，因而要求桥位处必须有良好的地质条件。但因其传力机理不明确,受力条件要求、开挖施工要求高等,隧道锚的施工难度较大，是悬索桥施工的重点和难点之一。1、隧道锚简述SUTONGBRIDGE－苏通大桥中交二航隧道式锚碇由锚室结构、锚体结构及散索鞍支墩结构组成。1、隧道锚简述SUTONGBRIDGE－苏通大桥中交二航锚塞194015.33锚室1515.3314.2纵断面图后锚面图3.583.068.6915.3310.861.671.67岩锚布置图岩锚复合式锚碇：隧道式锚碇的锚体后方增加一定数量岩锚的隧道式锚碇（万州二桥）1、隧道锚简述SUTONGBRIDGE－苏通大桥中交二航2、隧道式锚碇施工SUTONGBRIDGE－苏通大桥中交二航2.1施工特点结构受力不同于一般的隧道，也不同于隧道辅助坑道斜井，隧道锚周边岩体和锚体一起承受主缆传递的拉力。开挖过程中的岩体保护尤其重要。开挖方案、围岩稳定分析、爆破设计和施工结构断面洞内坡度大，断面变化频繁，作业空间小，施工难度大。开挖及出渣动态设计、动态施工；出渣设备及方式合理。监控三维动态变形位移监控、支护结构应力监测2、隧道锚施工SUTONGBRIDGE－苏通大桥中交二航西岸锚碇采用隧道式锚碇结构，锚碇规模世界第一。锚洞轴线总长74.34m，后锚室左、右洞室最小间距7m；锚洞断面尺寸：洞口10m×10.8m，洞底21m×25m；锚洞轴线倾斜度45°，锚碇洞室总开挖量3.4万m3。2、隧道锚施工坝陵河大桥隧道锚结构及施工特点SUTONGBRIDGE－苏通大桥中交二航2、隧道锚施工大断面小间距陡倾角岩溶发育群洞效应洞室开挖特点SUTONGBRIDGE－苏通大桥中交二航前锚室围岩级别：Ⅳ、Ⅲ级，采用短台阶法开挖。上台阶先行开挖，一次开挖成形，下台阶紧跟，台阶长度3～5m。采用风动凿岩机钻孔、人工装药，挖掘机退至安全地带时起爆，开挖后的断面立即施作锚杆、挂钢筋网初喷混凝土，及时封闭岩面，防止岩石收敛过快发生坍塌，钢拱架快速安装就位，连接钢筋，锁脚锚杆稳固，使钢拱架连成整体受力均匀，再进行第二次复喷，使喷射混凝土达到设计厚度。开挖循环进尺0.8～1.5m。2、隧道锚施工2.2洞室开挖施工施工方法：前锚室左、右洞室开挖掌子面错开10-15m，避免相互扰动。洞口施工根据地质情况采用超前小导管注浆（超前管棚）、设置洞口安全套拱，确保进洞安全。SUTONGBRIDGE－苏通大桥中交二航锚塞体及后锚室围岩级别：Ⅲ、Ⅱ级,可采用全断面开挖，考虑开挖断面过大，开挖时同样采用台阶开挖方法。根据开挖断面情况分3～5个台阶，台阶长度3～5m。中、下台阶采用左右分部开挖。开挖循环进尺取1.0～1.5m。掌子面距离错开40m。单洞室开挖掘进。按照分台阶分块开挖方式，以图中①--⑤的开挖顺序进行锚塞体及后锚室洞身开挖。每一台阶开挖完成后及时进行钢筋锚杆、架钢格栅、挂网、喷射砼初期支护。8⑤③51①②7④623③4②①在洞身开挖完成后进行挂防水板，施工二次衬砌。按照分台阶开挖方式，以图中①--③的开挖顺序进行前锚室洞身开挖。每一台阶开挖完成后及时进行中空锚杆、架钢拱、挂网、喷射砼初期支护。测设开挖轮廓线；说明洞身开挖施工示意图2、隧道锚施工SUTONGBRIDGE－苏通大桥中交二航出渣运渣方式：选用100型小型反铲挖掘机，有轨运输方式出渣，设置20t绞车、6.0m3自卸运渣车。2、隧道锚施工SUTONGBRIDGE－苏通大桥中交二航2、隧道锚施工炮眼钻设SUTONGBRIDGE－苏通大桥中交二航2、隧道锚施工钢拱架安装SUTONGBRIDGE－苏通大桥中交二航锚杆施作2、隧道锚施工SUTONGBRIDGE－苏通大桥中交二航2、隧道锚施工喷射混凝土施工SUTONGBRIDGE－苏通大桥中交二航2、隧道锚施工装渣卸渣SUTONGBRIDGE－苏通大桥中交二航挖机上下2、隧道锚施工SUTONGBRIDGE－苏通大桥中交二航2、隧道锚施工洞室成型左洞右洞SUTONGBRIDGE－苏通大桥中交二航2、隧道锚施工2.3关键施工技术1)围岩稳定性计算及仿真反演分析根据围岩特性及拟定的开挖施工方案，对隧道锚开挖各工况条件下的围岩净空收敛、拱顶下沉及应力应变变化进行定性和定量仿真分析，优化洞室开挖施工工艺，及时提出围岩加固措施；同时依据开挖过程中的围岩监控数据对围岩分析和理论计算进行验证。隧洞开挖完成后位移及变形矢量图隧洞与夹层位置关系图双洞掘进VonMises等效应力分布SUTONGBRIDGE－苏通大桥中交二航2、隧道锚施工1）开挖顺序对围岩塑性变形影响显著，特别是对中间岩墙，因此施工中必须避免双洞平行推进的施工顺序，左、右洞室开挖掌子面需错开20-40m；2）开挖进尺对围岩变形的影响，随着开挖进尺的减小，塑性区的体积也随之逐渐变小，开挖进尺与塑性区的体积成正比关系，因此施工中应采用“短进尺，分台阶”进行开挖；3）初期支护时效要求高，围岩整体性较差，自稳性较弱，岩溶发育，支护滞后对塑性区的影响很大，开挖后初期支护需及时跟进；4）锚杆支护优化及岩墙加固措施对比分析。单独采用锚杆或锚索，对塑性区的控制都不理想，而锚杆和锚索联合支护效果较好。围岩分析主要成果SUTONGBRIDGE－苏通大桥中交二航2、隧道锚施工施工措施1）降低单循环开挖进尺，控制在1.0～1.2m；2）错开左右洞开挖掌子面距离，在错开距离不能满足40m的前提下为确保洞室安全，采取单洞开挖；3）加强支护，及时支护。技术措施1）增设中间岩墙45°斜向固结灌浆；2）增设中间岩墙φ32精扎螺纹钢对拉预应力锚杆，预拉力值150kN。监测措施1）加强爆破监测，控制爆破振动速度，确保满足安全振动速度（7cm/s）要求；2）加强围岩三维位移、拱架应力监测，信息化施工；3）加强掌子面前方围岩的地质超前预报。SUTONGBRIDGE－苏通大桥中交二航2、隧道锚施工中间岩墙加固技术措施SUTONGBRIDGE－苏通大桥中交二航2、隧道锚施工现场测试分析HSP声波反射法隧道锚碇开挖面前方岩溶地质预报测线图锚碇围岩高密度电法探测测线平面布置图破石桥轴线边坡顶缘线坡脚线截水沟胜境关（西）落水洞水流方向镇宁（东）1053.641044.391032.461022.871028.351039.461032.421022.871022.871029.651025.741016.091018.601016.881010.751029.721032.321032.761041.091050.411041.021052.121056.131057.031069.961068.981064.751062.741064.191063.681068.201067.981073.051075.161074.331069.501074.871078.621080.271078.981071.351064.621063.531057.331053.701039.261040.521073.461064.39BBCZK09BCZK11BCZK16BBCZK11BBCZK10BBCZK12BBCZK12BBCZK14BBCZK13BAFCDE3676.7470043变压器工棚左锚洞右锚洞SUTONGBRIDGE－苏通大桥中交二航2、隧道锚施工右锚洞B1断面周边三维位移监测Z方向位移时态曲线-12.00-9.00-6.00-3.000.003.0005/11/2205/12/2406/1/2506/2/2606/3/3006/5/106/6/206/7/406/8/5日期位移值（mm)B1B2Y1GY2B3B4围岩断面周边三维位移时态曲线左锚洞B4断面周边三维位移监测Z方向位移时态曲线-6.00-4.00-2.000.002.004.0006-2-106-2-2706-3-2506-4-2006-5-1606-6-1106-7-706-8-206-8-28日期位移值(mm)Y1GY2B2B3SUTONGBRIDGE－苏通大桥中交二航坝陵河大桥隧道锚碇右锚洞型钢外侧受力测试曲线图-60.00-40.00-20.000.0020.0040.0060.0080.00100.0006-3-106-3-2106-4-1006-4-3006-5-2006-6-906-6-2906-7-1906-8-806-8-28日期应力（Mpa）左拱腰外侧左拱脚外侧右拱腰外侧右拱脚外侧左墙中外侧左墙脚外侧左底板外侧右墙中外侧右墙脚外侧右底板外侧拱顶外侧坝陵河大桥隧道锚碇左锚洞型钢外侧受力测试曲线图-120.00-100.00-80.00-60.00-40.00-20.000.0020.0040.0060.0080.00100.0006-1-1906-2-1306-3-1006-4-406-4-2906-5-2406-6-1806-7-1306-8-706-9-1日期应力（Mpa）拱顶外侧左拱腰外侧左拱脚外侧右拱腰外侧右拱脚外侧左墙中外侧左墙脚外侧左底板外侧右墙中外侧右墙脚外侧右底板外侧开挖阶段钢拱架应力监测曲线2、隧道锚施工SUTONGBRIDGE－苏通大桥中交二航2）爆破专项研究和设计请南京解放军工程兵学院爆破专家进行专项洞室爆破方案研究和设计，分析研究爆破震动效应，拟定合理的爆破参数，确保围岩稳定。爆破设计要求采用减震、光面爆破，遵循浅钻孔、弱爆破、短进尺、多循环、分台阶开挖原则。爆破震速控制在7cm/s，减少对围岩和已完成结构的扰动。2、隧道锚施工炸药单耗：上台阶：1.5kg/m3；中、下台阶：0.55kg/m3。对于Ⅲ级围岩，周边眼间距E取0.45m，周边眼抵抗线Wm取0.60m，相对距离E/W为0.75，装药集中度q（kg/m）取0.20。SUTONGBRIDGE－苏通大桥中交二航研究隧道锚洞室与关岭1#公路隧道以及周边岩体被探明的大型溶洞群的相互作用关系，分析施工干扰，采用控制爆破，确定合理的防范措施。3）群洞效应监测及措施2、隧道锚施工935965975985995100510151025103510451055106510751085+335F4-9+320+350+365+380+395+410K22+305+290+275+260+245K22+230比例尺：1:100019.948.84.2+320+335+371.629.961.1关岭1号隧道中导坑泥质灰岩白云质灰岩SZK2201落水洞溶洞溶洞岩溶发育区SUTONGBRIDGE－苏通大桥中交二航净空水平收敛监测成果：左、右洞净空收敛累积值均较小，左洞最大累积值为6.91mm，右洞最大累积值为8.91mm，收敛变形趋势趋于稳定；三维位移变形监测成果：左、右洞大部分测点的三维位移变形X方向向洞内变形，Z方向向下变形，Y方向向洞内方向变形，但变形数值不大，变形趋于稳定；X方向：－10.1286mm～6.3346mm；Y方向：－8.4834mm～7.2735mm；Z方向：－6.7832mm～0.3726mm；2、隧道锚施工SUTONGBRIDGE－苏通大桥中交二航坝陵河大桥西岸隧道式锚碇洞室开挖施工中左、右洞室围岩的净空水平收敛变形和三维位移变形的