西南热电中心配套热力管线工程(草桥电厂—柳村路)设计起点位于草桥热电厂西围墙处的1号点,终点位于万柳桥下的36号点,全长约3 700m,干线总长3 627.7m,管径DN1200,敷设方式为暗挖隧道、顶管和地沟,检查井室共计21座。如图1所示。

本工程竖井深度10.9~19.4m,暗挖隧道埋深9.2~16.5m。根据勘察报告显示,隧道穿越主要地层为卵石、圆砾层。

目前热力暗挖工程,由于前期拆迁难度较大,无法大面积进行竖井施工,故暗挖隧道不可避免地存在暗折。暗折处通常做法为加高隧道断面或增加竖井,因本工程全线有13处90°转角,且隧道断面大部分位于卵石层,颗粒结构松散、粒径大小不均、稳定性差。采用加高断面的方法存在一定的安全质量风险,采用增加竖井的方法大大增加了成本,所以本工程选择90°平转角方法进行施工,本技术在原有高程不变的前提下,对隧道开挖方式及格栅安装间距进行设计调整,安全、平缓地转弯。

本工程平转角隧道净空断面尺寸为:隧道断面(高)5.0m×(宽)3.0m,初衬厚度300mm,如图2所示,平转角施工主要采取以下措施:(1)开挖方法隧道土方开挖施工采用正台阶法,上、下台阶步距为3~5m;(2)格栅安装步距平直段格栅间距控制在500mm以内,转角处内侧格栅转弯半径为4 050mm,外侧格栅转弯半径为10 050mm,隧道中线转弯半径为7 200mm,内侧格栅间距控制在≤331.6mm,外侧格栅间距控制在≤805.3mm,如图3所示;(3)激光控制点与格栅安装水平步距施工时量测激光线到拱架外边的水平距离,作为转角控制距离。

隧道初期支护采用格栅钢架、纵向连接筋、挂钢筋网、喷射C20早强混凝土和小导管对土层注浆预加固相结合。小导管选用ф32×3.25,L=2.25m钢花管(在管周布孔,孔距100~200mm,眼孔直径8mm),在导管内注入水泥水玻璃浆液固结土层,外倾角15°~25°,纵向水平搭接长度1 000mm,环向间距400mm。

隧道土方开挖时遵循暗挖施工的施工原则,做好超前注浆工作,确保掌子面稳定。土方开挖采取人工开挖,在开挖作业中现场施工人员要观察掌子面的地层变化情况,检查注浆效果。隧道初衬施工采用正台阶法,遵循“短开挖、早支护”的施工原则,由于本段地层稳定性差,故土方施工时采用上下台阶开挖法,保留一部分核心土,分上、下两部分开挖。开挖断面形式如图4所示。

开挖时上台阶高2.4m,中部须留核心土,以支挡开挖面,增强稳定性,核心土宽3.0m,高1.2m,纵向长1.5m左右。由人工用铁锹挖土,用小推车推至下台阶,下台阶的土再用小推车运至竖井底,用电葫芦提升至卸土场。严禁欠挖,尽量减少超挖。下台阶开挖见底后,要及时进行初期支护,从上而下分块立即施作锚喷支护。每一榀钢拱架的底脚均应支垫牢固,不得坐在虚土上,拱架拼装时连接角钢必须上好螺栓,焊好连接筋(纵向搭接≥10d),以保持拱架的整体牢固性,使初期支护形成整体。上台阶拱角施工时加设钢垫板,以减少拱架沉降。垫板设计厚20mm,300mm×300mm。在土质较差、过路口管线时,要注意加快格栅的封闭速度。

平直段格栅间距控制在500mm以内,转角处内侧格栅转弯半径为4 050mm,外侧格栅转弯半径为10 050mm,隧道中线转弯半径为7 200mm,内侧格栅间距控制在≤331.6mm,外侧格栅间距控制在≤805.3mm,施工时量测激光线到拱架外边的距离作为转角控制距离,如图5及表1所示。

安装措施:(1)纵向间距严格按照设计计算内容安装;(2)在隧道开挖方向安装激光控制线,计算出每榀格栅与激光的水平间距;(3)安装时测量水平间距及纵向间距均满足计算数据,方可进行安装。

本工程采用TK-300型转子活塞式湿喷机施工。TK-300型转子活塞式采用转子活塞喂料机构实现混凝土物料的稀薄流输送。

隧道开挖过程中,隧道拱部地层一般会出现一定的扰动和变形,因此在初期支护背后及地层松动的范围内会形成一定的空隙,而这些空隙如果不加以处理,会引起地层的逐步下沉,最后反映到地面。由于热力结构覆土较浅,且上方有其他市政管线,施工过程中对上层土体的扰动极易造成塌方事故,因此在施工过程中必须做好现场监督,施工完成后及时做好隧道初支背后注浆,防止出现土体下沉、破坏隧道上方管线等工程事故发生。如图6所示。

1)隧道开挖过程中,对转角点及周边10m范围内隧道拱顶、底板及净空变化情况进行监控量测。

2)根据监测数值控制施工进度。

3)若有沉降到达预警值及时增设临时竖向支撑。

4)通过对多组监测曲线图数据分析,采用此方法进行90°平转角施工,隧道拱顶下沉、净空收敛、底板隆起等监测值均未超出预警值。如图7所示。

采用90°平转角施工方法,成功解决了以往采用增加竖井或加高隧道断面转角施工方法导致增加工期及提高成本的问题,同时减小施工难度、降低施工风险,在一定程度上提高了全线工程的施工生产效益和经济效益。