大断面浅埋地铁

2024-10-11

大断面浅埋地铁（精选6篇）

大断面浅埋地铁篇1

为了有效改善城市化人口和环境污染严重等问题, 美国最初建立第一条地铁, 从而促进地铁建设的迅速发展。而我国在第一个五年计划中, 首次建成北京地铁一号线, 直至今天, 我国共建设地铁的城市有33个, 其中20个城市地铁处于运营状态, 在建地铁的城市有30个。在城市发展史上, 为了打破道路与地域的限制, 人类发明了飞机与地铁, 然而飞机是对地面上部空间的扩展;地铁却是对地表下部区域的利用。在地铁的建设过程中, 由于各项工程均在地下完成, 相对而言, 其施工技术和施工过程存在着较大的难点。下文主要对地铁开挖的施工技术进行分析。

1 超大断面地铁开挖施工现状

地铁隧道开挖施工项目的开展, 必然会引起地层结构的变化, 例如:围岩原始应力的变化引起岩土层底层应力的改变, 导致地表出现沉降现象。当隧道围岩发生变形或者地表存在严重沉降现象时, 经常会给周边环境造成一定影响, 其中表现最为明显的应属于地铁隧道。因为地铁隧道具体位于城市内部, 且具有地面交通道路以及邻近建筑物较多的特点, 不仅地表中附加荷载比较混乱, 而且还有了较高的施工沉降要求。所以, 在对地铁隧道进行实际施工过程中, 针对施工沉降进行控制和预测工作显得极其重要。而地铁隧道在开展施工沉降预测工作时, 应提前设计适合的开挖方案, 另外, 在开挖施工中, 还需要及时将施工阶段进行预测, 确保预测工作具备一定信息化, 在进行预测工作时经常会使用的预测方法有很多, 如:工程经验和模型实验法等[1]。

2 超大断面地铁开挖施工技术

在对地跌车站进行开挖施工时, 若是按照车站断面的整体结构, 可将车站分为单拱式、双拱式以及三拱式三种, 其中单拱式施工方法包括CD工法、CRD工法和眼镜工法;双拱式施工方法包括测洞法以及中洞法;三拱式的施工方法包括桩洞法与PBA法。以下主要对单拱式车站开挖技术进行分析。

(1) 台阶法在施工前期, 需要通过大管鹏等其它超前支护技术, 使隧道围岩更好完成预加固工作, 尤其是在出现过高地下水位、地层水量丰富等情况, 应保障施工人员和相关机械设备具有一定安全性, 使整体施工质量得到有效改善。

(2) 结合施工现场实际条件, 选择适合台阶长度, 并对隧道开挖中循环进尺进行具体控制工作, 使其严格依据相关规定来进行。除此之外, 装碴机械需要最大程度与台阶的工作面保持靠近状态, 减少扒碴产生的距离, 加快出碴速度, 进而提高装碴机械工作效率。若是围岩周边环境较差, 需要及时进行支护工作, 合理减少台阶的整体长度。

(3) 结合隧道断面的围岩情况、施工设备以及断面尺寸, 充分考虑操作空间具体要求, 合理选择台阶数量与高度。当隧道断面比较大时, 要适当的对台阶数量进行增加, 可以采取四台阶左右进行开挖工作;若是隧道断面比较小, 就可以选择传统上台阶法、下台阶法。因为伴随台阶数量的增加, 随之围岩扰动数量压在不断增加, 所以, 围岩地质环境若是较差, 需要尽最大程度选择台阶数量少的, 从而降低围岩扰动所带来的破坏。当施工时间较短时, 不仅会要大量施工机械进行施工, 而且还应增加台阶高度、降低台阶数量, 更好符合其空间具体需要。

(4) 在对石质隧道进行开挖时, 可以选择台阶法, 通过光面爆破手段进行实际开挖, 同时还应严格依据相关要求进行。另外, 在爆破过程中, 需要对爆破所带来的振动进行及时监测, 避免爆破工作给隧道围岩带来更多扰动[2]。

CD工法在应用过程中关键技术措施包括以下几点:

(1) 在施工过程中应用CD法, 需要严格依据正台阶法施工要求来进行实际施工, 同时还需要对时空效应给予充分考虑, 确保各部开挖速度较快、及时进行封闭, 达到短时间内完成隧道断面的封闭工作。而在施工过程中, 要将隧道围岩进行重点保护, 主要利用机械开挖技术进行, 人工作为辅助, 降低运用爆破开挖方法所带来的围岩扰动。

(2) 各工作面在进行开挖时, 还应该保持适当距离, 先安装的掌子面比后安装的掌子面略长, 其长度控制在12~15m之间, 确保开挖面具有一定稳定性。但是需要注意的是在下部开挖过程中, 要保障上部支护具备较强的稳定性, 在对边墙进行开挖工作时, 应采取两侧同时开挖的技术方法, 避免上断面两侧前面拱脚处发生悬空情况。最后, 在CD法实际施工中, 对中隔墙进行拆除工作是项重点工程, 只有合理选择拆除时间, 才能保障隧道安全[3]。

3 超大断面地铁开挖过程中地表沉降问题的控制

在进行地铁隧道开挖施工过程中, 避免会对地层的结构造成不同程度的干扰, 其地层的变化宏观现象为:地层的移动。当移动幅度过大时。则会对地表造成影响, 导致地铁站开挖的上部位置出现地表沉降现象, 甚至在严重的情况下, 会造成地面坍塌和路基下沉、路面断裂以及市政管线破裂等事故的发生, 为施工单位带来巨大的经济财产损失。为了加强对地层的抗应变能力, 可适当的采取以下几种措施。

3.1 上部地层的加固措施

在地铁站开挖建设的初期, 对现场的地质条件进行准确地调研, 对于地质情况恶劣以及受力程度不同的地段、或占据重要地段的建筑物, 需对该部分的上部地层采取灌浆处理, 用以实现对上部地层的加固工作, 避免在开挖过程中, 地层结构发生变化, 降低安全事故发生的几率[4]。

3.2 导管注浆措施

在超大断面浅埋暗挖过程中, 常见的隧道支护技术为导管注浆支护。在进行车站开挖过程中, 地层上部岩石风化速度较快且岩体易破碎, 进而容易发生塌方现象, 因此, 加强超前锚杆的施工难度, 同时隧道的断面相对较大, 利用导管注浆能够有效提高岩土层的抗压能力。为了确保开挖施工进度, 应确保导管安装位置的准确性和合理性, 预防导管长度与实际不符现象的出现, 同时, 还需对导管的角度进行精准化的控制。其中, 关于导管质量、规格以及标号的选择, 应与实际的车站开挖现场实际情况为标准, 并对导管的注浆量与注浆力进行试验检测, 进而达到最佳标准。

4 结束语

综上所述, 上文首先对超大断面地铁开挖的施工现状进行分析, 其次阐述开挖的施工技术, 最后对提高开挖施工质量和人员安全的措施进行明确, 由此可以看出, 在进行地铁建设过程中, 其难度较大, 例如:地表沉降和岩土层结构的变化等问题, 在某种程度上都会对开挖施工质量和施工人员的安全造成威胁, 因此, 在实际的超大断面地铁开挖过程中, 施工单位应对施工人员进行系统化的培训, 避免安全事故发生的同时, 减少开挖施工成本的投入。

参考文献

[1]李讯, 何川, 耿萍, 等.浅埋超大断面暗挖隧道施工方法及支护力学特征[J].中南大学学报 (自然科学版) , 2015 (09) :3385~3395.

[2]黄祚琼.地铁车站暗挖隧道穿越既有线的施工技术研究[J].现代隧道技术, 2014 (02) :133~139.

[3]党炫.复杂环境下地铁车站与周边建筑地下空间一体化施工技术研究[J].城市建筑, 2015 (18) :64.

[4]韦礼群.地铁暗挖施工沉降控制措施浅析[J].企业技术开发, 2012 (11) :9~11.

大断面浅埋地铁篇2

1 试验巷道基本条件

试验巷道选在15203工作面胶运顺槽, 15203工作面采用神东陕北矿区普遍采用的两进一回的通风方式, 工作面一侧为回风顺槽, 另一侧为胶运和辅运两条顺槽, 采用连采机掘进, 净煤柱为20m。工作面回采后, 辅运顺槽留下作为下一工作面回风巷。沿5-2煤底板掘进, 煤层结构简单, 厚度6.50m-7.60m。煤层顶板以细砂岩为主, 厚度1.6m-55m, 底板为细砂岩, 局部为泥岩, 厚度0.65m-14.75m。

为了更好地了解煤层和顶板的岩层强度和完整性, 采用钻孔窥视仪对顶板岩层结构进行了窥视, 采用钻孔触探法对煤层和顶板岩层强度进行了测试。图1为其中一个钻孔0-5.4m岩层结构, 0-2.2m为煤层, 颜色较黑, 往上为细砂岩, 岩层结构完整, 几乎未见节理裂隙。测得煤层平均单轴抗压强度为25.46MPa, 顶板砂岩平均单轴抗压强度为54.81MPa。

2 原有支护及评价

15203工作面胶运顺槽断面为宽6.1m×高4.2m, 采用锚网支护。顶锚杆采用20#左旋无纵筋螺纹钢筋, 长度2.6m, 帮锚杆煤柱侧为18#左旋无纵筋螺纹钢筋, 长度1800mm, 工作面侧为18mm玻璃钢锚杆, 长度为1800mm, 均为单体锚杆, 塑料网护表。顶板为5根锚杆, 两帮均为3根锚杆, 排距均为1m。锚杆预紧扭矩较低, 托板与螺母直接接触, 缺乏球垫和减摩垫圈, 采用锚杆台车施工顶锚杆。原有锚杆支护设计存在的不足和改进的方向如下。

(1) 顶锚杆长度可以优化。已掘巷道几乎没有变形, 顶板离层很小, 而顶锚杆长度为2.6m, 锚杆台车需要更换一次钻杆, 不利于提高掘进速度, 顶锚杆长度有优化空间。

(2) 托板结构不合理。锚杆托板孔无法放入调心球垫和减摩垫圈。调心球垫主要作用是当锚杆角度与岩面不垂直时, 保证锚杆只受拉而不受弯;减摩垫圈的作用是降低螺母和球垫之间的摩擦系数, 提高锚杆预紧扭矩和预拉力之间的转换系数。

(3) 锚杆预紧扭矩偏小。顶板锚杆为120N·m, 帮为60N·m, 无法在锚杆安装时即施加较大预拉力, 充分调动围岩自身承载能力, 实现锚杆的主动支护。

(4) 帮部最靠顶板锚杆距顶为400mm, 辅运顺槽在留巷时有片帮现象, 需减小帮锚杆与顶板间距离。

(5) 锚杆间排距可以优化。从上一工作面15202回风巷来看, 支护效果较好, 巷道几乎没有表面位移, 仅局部有小碎块掉落。

3 高预应力支护理念和支护设计优化

3.1 高预应力支护理念

煤矿巷道支护经历了木棚支护、砌碹支护、型钢棚支护和锚杆支护等阶段, 2000年以后全国煤炭行业普遍推广使用锚杆支护[1,2]。随着锚杆支护技术的发展, 特别是大量复杂困难巷道的出现, 广大技术人员对锚杆支护的本质有了更深的认识, 主要有以下几点。

(1) 锚杆支护的本质[3]是支护和围岩共同组成锚固体, 保持浅部围岩的完整, 通过锚索与深部稳定围岩共同形成承载结构。

(2) 从锚杆支护的作用原理[4]出发, 不仅重视锚杆的强度, 提高单根锚杆的破断力, 而且更重视支护系统的刚度, 特别是锚杆预应力。巷道围岩一旦揭露立即进行锚杆支护, 并施加足够的预应力, 控制围岩的早期离层, 保持巷道表面围岩的完整, 减少其强度弱化。

(3) 提高单根锚杆的强度, 通过提高锚杆预应力, 破碎条件下加强护表构件等措施提高支护系统整体刚度。可以适当放大间排距, 实现支护的低密度, 提高掘进速度[5,6]。

3.2 设计依据

(1) 埋深较浅, 地应力数值较小, 辅运顺槽经受本工作面回采后留巷期间也几乎没有表面位移, 可见现有支护完全能够满足要求。

(2) 煤层平均单轴抗压强度为25.46MPa, 顶板砂岩平均单轴抗压强度为54.81MPa, 煤层和岩层强度均较高, 且岩层结构完整, 非常有利于巷道支护。

(3) 虽然顺槽断面较大, 但巷道成型很好, 截割痕迹大部分清晰可见, 顶板离层和两帮移近量很小, 未见锚杆锚索破断现象。

(4) 锚杆强度保持不变, 改变托板结构, 增加调心球垫和减摩垫圈, 使锚杆受力状态更合理, 提高预紧扭矩和预应力之间的转换系数。

(5) 减小锚杆长度, 实现只用一根钻杆即完成锚杆孔施工。提高锚杆预紧扭矩, 放大锚杆间排距, 降低支护成本, 提高掘进速度。

3.3 顶板支护

锚杆杆体采用20mm左旋无纵筋螺纹钢, 屈服强度为335MPa, 长度为2200mm。采用拱形高强度托板, 托板规格为130mm×130mm×10mm, 有配套调心球垫和减摩垫圈。树脂加长锚固, 锚固长度为1100mm。单体锚杆组合塑料网。顶板锚杆间距不变, 排距为1200mm。锚杆预紧扭矩不得小于250N·m。

3.4 巷帮支护

煤柱侧为φ18mm左旋无纵筋螺纹钢筋, 屈服强度为335MPa, 长度1800mm, 采用拱形高强度托板, 托板规格为130mm×130mm×10mm, 有配套的调心球垫和减摩垫圈。锚杆预紧扭矩不小于250N·m。工作面侧为18mm玻璃钢锚杆, 长度为1800mm, 均为单体锚杆, 采用塑料网作为护表构件, 靠近顶板锚杆距顶板200mm。两帮布置3根锚杆, 排距均为1200mm。

锚杆支护布置如图2所示。

4 现场试验和矿压观测

高预应力支护设计在15203胶运试验以后, 对巷道矿压进行了监测。监测数据表明, 优化后的支护有效地控制住了巷道的变形, 减小了锚杆间排距, 加快了掘进速度, 保证了巷道安全。

4.1 顶板离层

图3为其中一个顶板离层仪的监测数据。

顶板浅部离层量为9mm, 深部离层量为8mm, 总离层量为17mm, 浅部离层占总离层量的53%。浅部和深部离层数值均小于10mm, 顶板离层得到较好的控制。

4.2 巷道表面位移

采用十字布点法监测巷道的表面位移, 图4为15203表面位移监测曲线。巷道围岩非常稳定, 表面位移量非常小。巷道由掘进完成到巷道稳定, 巷道两帮移近量仅为10mm。巷道顶板下沉量仅为18mm。

5 技术经济效益分析

对锚杆支护参数进行了优化, 通过提高预紧力, 锚杆长度缩短为2200mm, 钻孔用2200mm的钻杆一次完成, 省掉了换钻杆的工序, 排距增大到1200mm。在巷道掘进过程中显示出巨大的优越性, 巷道围岩变形量非常小, 顶板和两帮煤体基本保持完整。支护速度由原来的每个班支护13排-15排 (13m-15m) 增加到每个班支护20排 (24m) , 支护速度提高了60%以上;双巷掘进速度由原来每月1100m提高至每月1395m, 其中最高达到了1726m, 掘进速度提高了26.8%。

15203工作面胶运顺槽原支护形式每米巷道支护材料费用为592.84元, 而采用高强度锚杆支护形式每米巷道支护材料费用为508.04元。与原支护形式相比, 高强度锚杆支护每米支护材料费用降低了14.3%。

6 结论

(1) 对15203工作面胶带顺槽采用地质力学原位快速测试系统进行原位煤岩体强度测试和围岩结构观察, 5-2煤和顶板砂岩强度较高, 顶板岩层结构完整。结合以往工程经验, 可以对15203工作面胶带顺槽支护设计进行优化。

(2) 分析现有支护存在的问题和不足, 结合高预应力支护理念, 对原有支护进行优化。在提高锚杆刚度, 保证支护系统可靠性的条件下, 优化顶板锚杆长度和施工工艺, 加大排距, 降低支护密度, 减少单位面积上锚杆数量, 提高掘进速度。

(3) 井下试验证明, 高预应力锚杆支护系统支护效果非常理想, 巷道顶板和两帮煤体保持完整, 变形量非常小。巷道两帮移近量仅10mm, 顶板下沉量仅18mm。支护速度提高60%以上, 掘进速度提高了26.8%。每米巷道支护材料费用比原来降低14%左右。

摘要：在分析红柳林煤矿15203工作面胶带运输顺槽的地质条件和生产条件的基础上, 结合原有高预应力锚杆支护理念, 提出了15203胶带巷优化支护设计。设计主要通过优化支护材料, 增大锚杆间距和排距, 提高锚杆和锚索的预紧力, 来真正实现主动支护。井下实践表明, 高强锚杆支护能有效控制围岩变形, 提高了掘进速度, 降低了支护成本, 实现了矿井降本增效。

关键词：大断面巷道,高预紧力,锚杆支护,快速支护

参考文献

[1]杨本水, 等.薄基岩浅埋大断面煤巷锚杆支护技术[J].矿山压力与顶板管理, 2005, 4:19-21.

[2]陈焕友.浅埋深薄基岩下大断面切眼掘进与支护技术[J].科技信息, 2010, 25:357.

[3]康红普, 王金华.煤巷锚杆支护理论与成套技术[M].北京:煤炭工业出版社, 2007.

[4]康红普, 等.预应力在锚杆支护中的作用[J].煤炭学报, 2007, 12:680-685.

[5]康红普, 等.预应力锚杆支护参数的设计[J].煤炭学报, 2008, 7:721-726.

大断面浅埋地铁篇3

关键词：高速公路,浅埋偏压,软弱围岩,大断面隧道

1 工程概况

贵州省惠水至兴仁高速公路八标段林场隧道,位于贵州省紫云县浪风关林场境内。出口地势较平缓,有长约120 m浅埋地段,埋深约5.0 m～9.0 m。隧道通过段为山间狭谷斜坡,自然斜坡角约65°的陡坡狭谷地带上,出口为偏压地段。隧道出口山顶有一段走向与隧道走向基本相同的S309省道,是通往贵州省镇宁县和紫云县多个乡镇的主要公路通道,重载车辆多、客货车流量大。左线隧道全长1 146 m,右线隧道全长1 142 m,林场隧道是惠兴高速公路长大隧道之一。

2 工程地质特征

隧道通过地层为灰岩,围岩为Ⅲ级～Ⅴ级。左、右线隧道Ⅴ级围岩属洞口浅埋偏压段,洞口为崩坡积碎石土、强风化灰岩、泥灰岩、泥岩,深部为中风化灰岩、泥灰岩、泥岩构成,受构造影响自稳能力差,风化裂隙发育,岩体破碎,有溶洞,拱顶易产生坍塌,隧道开挖多呈滴状、线状渗水,雨季淋雨状渗水较普遍,局部有轻度涌水现象。Ⅳ级围岩由中风化灰岩、灰岩夹泥岩构成岩溶、裂隙较发育,拱部无支护时易小范围塌落,侧壁容易掉块。Ⅲ级围岩由中风化灰岩组成,岩体节理裂隙弱发育,洞内仅为潮湿或点滴状出水。围岩自稳能力较好,无支护时局部可能有小的掉块塌落。

3 设计支护参数

1)洞口Ⅴ级围岩浅埋段套拱、超前管棚注浆支护,管棚ϕ108×6 mm、长40 m、环向间距40 cm。洞身Ⅴ级围岩超前小导管ϕ42×4、长4.0 m、间距40×240 m,初期支护ϕ25中空注浆锚杆,长3.5 m,间距60×120,ϕ6.5钢筋网20 cm×20 cm,Ⅰ18钢拱架间距60 cm,C20喷射混凝土厚20 cm,二次衬砌C25钢筋混凝土厚50 cm。2)Ⅳ级围岩超前小导管ϕ42×4,长3.5 m,间距40×200 m,初期支护ϕ22药卷锚杆间距100×120 m,长3.0 m,ϕ6.5钢筋网25 cm×25 cm,Ⅰ14钢拱架间距100 cm,C20喷射混凝土厚20 cm,二次衬砌C25混凝土厚40 cm。3)Ⅲ级围岩ϕ22药卷锚杆初期支护,长2.5 m,ϕ6.5钢筋网25 cm×25 cm,C20喷射混凝土厚10 cm,二次衬砌C25混凝土厚35 cm。

4 工程特点

4.1 环保要求高

隧道位于贵州省紫云县浪风关林场境内。自然环境相对脆弱,特别是隧道施工,要严格做好水源保护,施工中必须做好各类环保设施,最大限度减小施工对环境的影响,将林场隧道建设成为绿色、环保工程。浪风关林场区域内,有大量的珍贵林木,隧道施工要对林场区域内的珍贵林木进行重点保护,防止对环境造成破坏。

4.2 不良地质多

根据隧道设计地质资料统计,左线隧道Ⅴ级围岩占18%;Ⅳ级围岩占46%;Ⅲ级围岩占37%。右线隧道Ⅴ级围岩占22%;Ⅳ级围岩占44%;Ⅲ级围岩占34%。隧道地质构造复杂,不良地质和特殊地质多,隧道Ⅳ级软弱围岩所占比例大,对超前地质预报、监控量测及施工过程控制要求高。

5 隧道开挖施工

根据隧道通过的地质条件及隧道的设计断面,洞身开挖根据围岩级别分别采用不同的开挖法。Ⅴ级围岩开挖采用台阶法、侧壁导坑法或预留核心土体开挖,开挖面积106.8 m2;Ⅳ级围岩开挖采用台阶分部法,开挖面积98.2 m2;Ⅲ级围岩开挖采用全断面开挖,开挖面积85.1 m2。

6 施工综合处治措施

结合林场隧道施工现场条件、总体工期和经济成本等方面综合分析考虑,林场隧道施工采取由兴仁(出口)往惠水(进口)单向掘进。隧道在施工过程中由于浅埋偏压和复杂多变的地质,施工中发生地表沉降、拱顶下沉、溶洞、特大溶洞、围岩收敛变形超限和塌方。本文就林场隧道施工中针对性地采用综合处治措施分别进行介绍。

6.1 塌方

隧道出口段上部是309省道,路面距隧道拱顶仅5.0 m～9.0 m,属洞口浅埋段Ⅴ级围岩。主要由碎石土、强风化泥灰岩、泥岩组成。受构造影响,围岩破碎松散,自稳能力差,隧道开挖多呈滴状、线状渗水,局部有轻度涌水现象。受地形条件影响隧道处于浅埋偏压状态,在隧道施工中边仰坡均出现了开裂及下沉现象。左洞施工至桩号ZK83+549.5～ZK83+539.5时,掌子面塌方,洞顶地表出现直径约7.0 m的塌穴,309省道路面也发生开裂。

6.1.1 双层加强超前小导管

ZK83+549.5～ZK83+539.5塌方段,在原设计的基础上增设6 m长ϕ42×4超前小导管,以度过塌方范围。导管采用钢花管,沿拱顶环向8 m范围布置,环向间距40 cm ,纵向4排,排距2.4 m,仰角40°～45°,注浆压力控制在0.5 MPa,用以加强对围岩的超前支护,增加围岩的稳定性,见图1。

6.1.2 临时钢支撑组、支护衬砌加强

ZK83+549.5～ZK83+539.5段采取Ⅰ20b钢支撑组临时加固,每3榀为一组,榀间距60 cm,组间距5 m,榀与榀之间采用Φ25钢筋连接,环向间距5 m;为了确保与初期支护的混凝土密贴,每组钢支撑采用C20喷射混凝土封闭喷平,喷射混凝土厚20 cm,待二次衬砌施工到此段后陆续拆除。初期支护工字钢由原设计的Ⅰ18变更为Ⅰ20b,纵向间距由原设计的60 cm变更为40 cm,锚杆由原设计60 cm×120 cm(纵×环)间距变更为40 cm×120 cm(纵×环),C20喷射混凝土厚度由原设计24 cm变更为26 cm。二次衬砌钢筋由设计Φ22变更为Φ25,二次衬砌混凝土由设计C25变更为C30。

6.1.3 洞内长(大)管棚

本段ZK83+525～ZK83+510发生塌方,塌坑14.6 m×11.4 m。掌子面围岩为炭质泥岩及黄色粘土,固结作用很弱,胶结质量差,结构非常松散,具有一定的塑性,受扰动时易发生缓慢的塑性变形,完整性及稳定性很差,隧道拱部及上覆残积粘土,掌子面有少量渗水现象,从塌坑来看,大部分为坡堆积体。该段处于浅埋偏压段,加之S309省道的影响,约束作用减弱,山体有开裂现象。

采用洞内超前大管棚处治方案,管棚起点里程为ZK83+525,管棚长度40 m,ϕ108×6 mm钢管,环向间距40 cm,共37根。为保证管棚施工角度,在管棚施工起点ZK83+525～ZK83+528纵向3 m管棚施工轮廓线范围超挖90 cm加大断面作为管棚施工工作面。ZK83+525～ZK83+528段初期支护采用Ⅰ20工字钢榀间距50 cm。为防止开挖后初支变形过大,决定在上导坑工字钢底脚处增设混凝土垫块,见图2。

6.1.4 双层钢拱架

ZK83+559～ZK83+553塌方段作初期支护和二次衬砌加强处理,工字钢由原设计Ⅰ18型单层变更为Ⅰ20b型双层,工字钢间距由原设计60 cm变更为40 cm,ϕ25中空注浆锚杆间距由原设计60 cm×120 cm(纵×环)变更为40 cm×120 cm(纵×环),C20喷射混凝土由原设计24 cm变更为44 cm,二衬钢筋主筋间距维持原设计不变,钢筋型号由Ф22变更为Ф25,二衬混凝土强度由原设计C25变更为C30,见图3。

6.2 地表沉降开裂

林场隧道左右洞掌子面分别施工至ZK83+543,YK83+565时,洞顶右侧山体出现开裂,受山体影响,左右洞洞内也伴随不同程度的下沉和开裂,施工及309省道运营受到严重影响。

6.2.1 洞外地表

对309省道采取改道处理,洞顶范围用碎石铺平并加盖3 cm厚钢板,以分散重载车辆的荷载,减少来往车辆给隧道造成的冲击破坏。

6.2.2 地表注浆

对塌坑及其周边3 m范围采取ϕ42×4,间距1.5 m×1.5 m钢花管注浆,钢花管呈梅花形布置。钢花管长5 m,注浆压力控制在0.2 MPa,注浆结束后3 d～5 d,再对塌坑分层夯实回填处理,回填至与地面线顺接后,再用50 cm厚粘土层对陷坑及周边开裂处进行封闭堵水。

6.3 溶洞、特大溶洞

右洞开挖至掌子面YK83+445洞顶出现溶洞,溶洞自掌子面向小里程方向延伸,溶洞周边岩体破碎、裂隙发育,裂隙内夹杂湿性黄褐色粘土,围岩自稳能力差,溶洞高度约6 m、纵向深度约11 m。左洞施工至掌子面ZK83+441时出现溶洞,溶洞从掌子面左侧向小里程延伸,溶洞宽约14.0 m～16.0 m、长约45 m～50 m、高度18 m～20 m。溶洞周边岩体破碎、裂隙较发育,且裂隙夹杂湿性黄褐色粘土,围岩自稳能力较差。

6.3.1 混凝土、吹砂回填溶洞空腔

在溶洞及其周边2 m范围内设置6 m长双层锚杆、纵向间距40 cm、锚杆入岩深度不小于3.0 m。钢拱架Ⅰ20b型双层,工字钢纵向间距40 cm。在溶洞空腔钢拱架上焊接铺设厚3 mm的钢板封闭并预留泵送管和通气孔,拱顶溶洞采用C20泵送混凝土进行回填,混凝土厚2 m,腔内采用吹砂工艺回填,见图4。

6.3.2 特大溶洞全套拱

隧道内特大溶洞采用C20混凝土全断面套拱防护通过;仰拱以下的溶洞全部用C20片石混凝土进行回填处理,Ⅰ20b工字钢双层钢拱架支撑、纵向间距40 cm,在溶洞空腔钢拱架外侧焊接铺设厚3 mm的双层钢板封闭用作套拱的模板,双层钢板层间距为70 cm,在双层钢板灌注C20混凝土,并预留泵送管和通气孔。在钢拱架外面施作隧道全断面套拱防护,套拱厚度70 cm。C20混凝土全断面套拱外吹填砂进行溶洞空腔回填,吹填砂至套拱顶高3.0 m左右即可,吹填砂既是套拱的保护层,又是溶洞坍塌和落石的缓冲层,见图5。

6.4 软弱围岩收敛变形超限

林场隧道右洞施工至掌子面YK83+565时,拱顶下沉加剧,YK83+610～YK83+580段收敛加快,部分区域累计收敛值达16 cm并仍在发展,初期支护也出现开裂现象。

6.4.1注浆加固

对YK83+610～YK83+580段左右侧采取42×4钢花管注浆,钢花管布置范围为:至高出隧道断面圆心1 m位置往下,按间距1 m×1 m梅花形布置,钢花管长6 m,与工字钢焊接以形成整体共同受力。注浆压力控制在0.5 MPa,增加围岩的稳定性。

6.4.2临时钢支撑、临时仰拱

YK83+610～YK83+580段采取Ⅰ20b钢支撑临时仰拱加固,每3榀为一组,榀间距60 cm,组间距3 m,榀与榀之间采用Φ25钢筋连接,钢筋环向间距1 m;为了确保与初期支护的混凝土密贴,每组钢支撑采用C20喷射混凝土封闭喷平,喷射混凝土厚20 cm。钢支撑支护施工中,应保证拱脚确实落于岩石之上充分接触,必要时可用钢楔楔紧。加快下导坑及仰拱施工进度,以使上下导坑初期支护尽早封闭成环,待上下导坑钢拱架封闭成环后拆除临时加固仰拱,同时要求下导坑及仰拱施工过程中应短进尺,早封闭。

7结语

林场隧道出口段口位于309省道下方的浅埋偏压地段,开挖断面大、地质条件差、Ⅳ级、Ⅴ级围岩所占比例大。隧道施工过程中发生的塌方、地表沉降、溶洞、特大溶洞、软弱围岩收敛变形超限。采取了不同的处治技术措施,取得了十分满意的效果。采取的技术措施合理可行,施工工艺成功且有效,能够保证工程质量和隧道的运营安全。林场隧道施工采取的一些成功技术处治措施,为大断面浅埋偏压软弱围岩隧道施工积累了施工经验。

参考文献

[1]中交公路规划设计院有限公司.林场隧道两阶段施工设计图[Z].2010.

[2]JTJ042-2000,公路隧道施工技术规范[S].

大断面浅埋地铁篇4

一、施工理论

1.1 长大管棚

采用长大管棚的梁式支撑作用, 利用管内注浆以固结软弱围岩, 充填钢管与孔壁之间的缝隙。压浆使浆液通过注浆孔向周围围岩孔隙扩散并填充, 使围岩与管棚固结紧密, 形成整体结构, 具备钢筋混凝土结构抗压、抗弯、抗碎效果。

1.2 两台阶五步法施工原理

初步设计采用两台阶五步法施工方法, 全部采用机械开挖施工, 开挖过程中可尽量避免扰动周边岩层。从位移控制的角度看, 对控制拱部下沉变形的能力较强, 对围岩的扰动最小。

1.3 两台阶五步法施工的不足

通过审查地质勘探资料和对施工现场的观察分析, 我们发现采取上述施工方法, 可以使拱顶的沉降非常小, 但开挖困难, 主要表现以下两点:

1.3.1挖机在开挖“1部分”和“3部分”时, 隧道的外轮廓大约有30㎝开挖不到, 需要人工用风镐配合开挖, 不能充分发挥机械的性能, 施工效率非常低下, 这两部分每天的施工进度只能达到30㎝, 而且在接拱架时, 要分成3段来连接, 增加工作量及工作时间, 也增加了由人为造成的安全质量隐患。

1.3.2下半部分的机械开挖非常缓慢, 造成上、下部分钢拱架和初期衬砌不能及时封闭为整体, 致使上拱顶沉降和两侧收敛观测值偏大, 形成坍塌危险源。

1.4 施工方法优化分析

1.4.1根据钢拱架的设计间距为60㎝, 我们通过几次试验, 开挖间距从50㎝—90㎝, 每次递增10㎝, 通过沉降观测, 发现进尺60㎝—80㎝比较合适。首先, 机械开挖施工Ⅰ部分, 进尺60—80㎝, 安装一片钢拱架, 然后开挖Ⅱ部分, 连接好Ⅰ部分的钢拱架, 同时又可以再安装一片钢拱架, 开挖进尺为120—160㎝。按照120—160㎝的进尺循环开挖, 可以充分利用机械的性能, 不需要人工配合开挖, 而且简化了程序, 效率也非常高, 通过沉降观测, 发现效果很好, 能确保安全的需要。

1.4.2整个上断面开挖完10米后, 再对下断面的Ⅲ进行爆破, 连接Ⅰ部分已经安装好的钢拱架。改道后, 爆破Ⅳ部分, 闭合钢拱架, 下断面每次爆破的长度为2米左右。

1.5 两台阶四步法原理探究

改进后的两台阶四步开挖法掘进, 主旨是上断面Ⅰ、Ⅱ部分机械施工循环推进, 下断面Ⅲ、Ⅳ部分爆破施工, 及时封闭成环。

二、操作要点

2.1 长大管棚施工

2.1.1每钻进5m要复核钻孔的角度是否正确, 以确保钻孔方向。钻进中应经常采用测斜仪量测钢管钻进的偏斜度, 发现偏斜超过设计要求, 及时纠正。

2.1.2长管棚注浆按劈裂注浆进行, 注浆采用自内向外分段注浆。注浆采用高强无收缩水泥浆, 注浆压力0.3MPa, 待浆液注满后保持稳定2—3分种, 并使压力值控制在0.3MPa。

2.2 两台阶四步法开挖

2.2.1啄木鸟机械从上台阶Ⅰ部分, 开挖扩大至轮廓线。考虑到钢拱架间距为60㎝, 进尺控制在80㎝左右, 然后安装型钢拱架, 一段支撑在预留的核心土上, 核心土大概为3米左右宽, 进行锚喷支护。再对Ⅱ部分进行开挖, 开挖进尺为Ⅰ部分的两倍左右, 即160㎝, 这样可以减少机械的周转次数, 而且安全也有保证。如果超过2米, 轮廓还要人工配合进行修整, 这样将降低效率, 按照设计方案施工就存在这个现象, 要一侧导洞进尺10米后, 再开挖另一侧导洞, 导致效率非常低下, 工期也会延长一倍。

2.2.2每榀钢架按上下台阶分拱、墙两次架成, 认真加固上台阶拱脚, 采用扩大拱脚、打拱脚锚杆、加强纵向连接, 使上部初期支护与围岩形成完整体系。钢架的拱脚或底脚不得置于虚碴上。

2.2.3这样一天可以保证进尺60㎝。我们预留的核心土到掌子面的距离为3—5米。在施工完上断面10米后, 对Ⅲ部分进行爆破施工, 每次进尺为2米, 经过监控量测, 发现对隧道顶的沉降影响很小, 完全满足规范要求。再把3品拱架连接起来, 按照设计和规范要求进行连接和锚固, 特别是拱、墙钢拱架法兰盘之间的螺栓连接应紧密牢靠。改道后, 同样施工Ⅳ部分, 完成闭合。

三、工后沉降观测数据

开挖中随时对岩性、结构面产状及支护裂缝进行观察, 每日两次对拱顶下沉和水平净空收敛进行量测, 绘制时间─位移曲线分析, 实测数据如下:

根据现场采集的周边收敛、拱顶沉降数据显示沉降量不足20mm, 收敛量不足150mm (原设计预留20cm沉降、收敛预留量) 。证明采用的两台阶四步法施工工艺, 大断面偏压软弱隧道围岩能够保持稳定状态。

四、施工效果

该段隧道在2008年9月18日开始施工, 2008年12月20日开挖初支施工完毕。与原设计二台阶五步法相比, 具有以下明显优势。

4.1工期方面

如果按照设计的施工方法, 当时在组织专家评审时, 考虑到本段隧道的特殊性, 都认同该方法。但经过我们一周的实践, 发现每天只能进尺30㎝, 44米则需要147天, 近5个月。而采用二台阶四步法, 每天可以进尺60㎝, 工期节省一半。按照我们实际开完工时间来算, 该段工期为94天, 节省53天。

4.2效益方面

仅仅上断面的开挖, 按照53天计算, 挖机和装载机的租赁费用按照每个月5万元计算, 此项就节约近9万, 如果算上管理费用每个月节约15万。此外, 还有拱架的数量和拼装次数、机械利用有效系数、人工配合开挖和下断面的开挖方法等, 一共可以节省成本约55万。也就是每米大约可节省投资1.1万元, 经济效益可见一斑。

4.3安全质量

本方法可以减少拱架的拼装次数, 从而可以减少人为因素和机械作业对初支和围岩的扰动次数, 确保拱架的拼装质量, 减少安全隐患。同时, 可以减少每次开挖的部分围岩之间的不平整, 减少初喷混凝土的使用量, 更好保证喷射混凝土的平整度, 为隧道防水层施工质量提供更好的保证。

五、结语

重庆轨道交通三号线一期工程洞口段隧道采用长大管棚技术、两台阶四步法施工工艺, 在偏压浅埋隧道施工中获得成功, 无论是安全、质量、进度都取得明显提高。

大断面浅埋地铁篇5

赣龙铁路扩能改建工程某双线隧道DK35+745~DK35+825覆盖层最薄处为2.6 m, 浅埋段表层为粉质粘土, 硬塑, 厚约2 m~3.5 m, 洞身围岩为寒武系变质砂岩夹板岩, 黄褐色、青灰色、灰绿色, 全~弱风化, 节理裂隙发育, 岩体破碎。地下水为基岩裂隙水, 较发育, 该段预测最大涌水量1 433 m3/d, 为强富水区。洞顶地表发育一道沿南北方向水沟, 沟内常年有水, 可见冲刷出来的岩面, 下游全部为水田。因此隧道埋段地质条件复杂及外部环境影响较多。本段隧道设计开挖方法为明挖法。

2 施工方案比选

本段隧道开挖方法存在明挖法和暗挖法两种方式, 具体采用何种方法开挖, 应从工程造价、工程进度、施工安全、施工技术、实际可操作性等角度分析。

2.1 明挖法施工优缺点

超浅埋地下工程多采用传统的明挖法施工, 明挖法也称基坑法, 主要包括敞口明挖法和基坑支护开挖法两类, 设计对于DK35+745~DK35+825全部采用明挖法施工, 虽然说明挖法施工技术成熟, 可操作性强, 但按明挖法施工有如下几个缺点:

1) 明挖施工需要增加大量的临时用地, 征地费用较大, 造成施工准备阶段较长, 不利于施工进度和费用控制, 征地拆迁难度极大, 工期不可控。

2) 采用明挖法最大开挖深度达17.3 m, 明洞开挖对周边山体的扰动较大, 如果处理不当, 极易引起边仰坡及山体失稳, 发生边仰坡、山体滑坡、坍塌等地质灾害, 施工安全风险大。

2.2 暗挖法施工优缺点

1) 暗挖法施工缺点。

a.超浅埋段洞顶埋深浅, 暗洞施工时可能出现坍塌冒顶、边墙失稳等灾害。

b.地质条件差:浅埋段拱顶地表沿南北方向有一道水沟, 沟内常有流水, 施工条件差。

2) 暗挖法施工优点。

a.超浅埋暗挖技术施工在我国地下工程实例中已有很多的成功范例, 能够有效杜绝浅埋段暗洞开挖中坍塌冒顶、边墙失稳等灾害;

b.对周边环境影响较小, 减少征地和植被破坏, 对原地形地貌破坏较小, 对山体的扰动也较小, 有利于山体的稳定;

c.不受拆迁的影响, 对当地村民影响较少。开工快, 对施工进度影响较少, 不确定因素较少。

2.3 施工成本比较

经过测算, 明挖施工需要施工投入要比暗挖施工需要施工投入低, 节约了成本, 节约的原因主要是施工便道和临时征地费用大所造成。

2.4 施工进度比较

1) 暗挖法:按照Ⅴ级围岩超前小导管支护、三台阶临时仰拱法, 开挖根据现有施工能力和施工设备, 80 m安全顺利通过需要3个~4个月的时间。

2) 明挖法:通常明挖法施工进度比暗挖要快, 但由于征迁工作陷入僵局, 当地政府对便道征拆也不予认可, 所以对于明挖施工的工期无法进行预估, 甚至一直拖延, 将严重影响施工进度。

2.5 施工方案比选结果

虽然暗挖法施工存在安全风险, 但鉴于此段岩石局部出露, 围岩地质较好, 施工安全风险基本可控, 经过方案比选和工程设计方同意, 决定选择暗挖法施工工法。

3 超浅埋段暗挖施工技术

3.1 总体施工方法

1) 对隧道洞顶水沟改移处理, 保证地表水不会渗到洞内;

2) 施作超前支护从而提高拱顶围岩刚度, 以减小地面沉降;

3) 通过对超前小导管的超前预注浆加固拱顶土体;

4) 采用临时仰拱及时封闭成环, 减少围岩变形量;

5) 加强地表和洞内监控量测, 根据围岩变形速率及时调整支护参数和施工工法;

6) 仰拱、二衬及时施工, 隧道及时封闭成环。

3.2 分步施工技术措施

3.2.1 地表水处理

在隧道拱顶地表水沟上游距离线路中心约20 m处施作拦水坝, 水坝上两侧预留管口, 使用2根800软管引水到下游距离隧道边缘20 m的位置, 将水放到下游水沟内, 从而保证拱顶浅埋段范围水沟无水。将隧道拱顶水沟底施作混凝土截水沟, 待隧道衬砌贯通后恢复水沟排水。

3.2.2 超前管支护, 严注浆

在浅埋里程范围的拱部120°范围内采用Ⅲ型超前小导管注浆预支护, 超前小导管配合开挖时的钢架使用, 相邻两排小导管的水平搭接长度不小于150 cm, 纵向间距为3 m一环。

1) 超前小导管设计参数的确定, 采用工程类比法进行设计。

a.超前导管规格:热轧无缝钢花管, 单根长5 m, 外径50 mm, 壁厚5 mm。

b.小导管环向间距30 cm, 每环48根。

c.倾角:钢管外插角分别采用5°~10°和40°交错布置, 在DK35+770~DK35+800段根据测量埋深小于4 m, 钢管外插角采用5°~10°和20°交错布置。

d.每开挖3 m, 立6榀钢架、打超前小导管一环。为保证小导管与钢架受力一致, 在拱架中每隔60 cm打孔, 外插角5°~10°的小导管从孔内打入, 与拱架焊为一体。

2) 注浆参数的确定。

a.水泥浆液水灰比:1∶1 (重量比) 。

b.注浆压力:0.5 MPa~1.0 MPa。

小导管采用φ50无缝热轧钢管制成, 在前部钻注浆孔, 孔径10 mm, 孔间距15 cm, 呈梅花形布置, 前端加工成锥形, 尾部不钻孔长度不小于30 cm, 作为止浆段。

3.2.3 三台阶临时仰拱开挖

开挖工法及施工顺序如图1所示。

1) 利用上一循环架立的钢架施作隧道超前支护, 弱爆破开挖 (1) 部, 施作 (1) 部导坑周边的初期支护, 即初喷4 cm厚混凝土, 挂设6钢筋网, 网格尺寸20 cm×20 cm。架立钢架, 并设锁脚钢管。导坑底部铺设Ⅰ18轻型工字钢, 喷10 cm厚混凝土, 施作 (1) 部临时仰拱, 必要时封闭掌子面。钻设系统锚杆后复喷混凝土至设计厚度。

2) 在滞后于 (1) 部5 m后弱爆破开挖 (2) 部, 导坑开挖部分初喷4 cm厚混凝土, 挂设网片, 架立钢架, 并设锁脚钢管。导坑底部喷10 cm厚混凝土, 施作 (2) 部临时仰拱。打设系统锚杆后复喷至设计厚度。

3) 在滞后于 (2) 部5 m后, 弱爆破开挖 (3) 部, 初喷4 cm厚混凝土架立钢架, 隧底周边部分喷射混凝土至设计厚度。

4) (3) 部开挖支护完成至3 m~5 m后及时施工此处的仰拱钢筋和仰拱混凝土, 使其整体封闭成环。

5) 隧道开挖应坚持“弱爆破、短进尺、强支护、早封闭、勤量测”的原则, 开挖方式采用弱爆破甚至有合适的开挖机械最好不爆破, 采用挖机配合破碎锤进行开挖, 减少对浅埋处的扰动。

6) 锁脚钢管应及时设置, 且必须对锁脚钢管进行注浆, 以确保钢架基础稳定。锁脚注浆应充分利用拱架喷混支护的时间段进行, 以节约开挖时间差。

7) 上台阶每循环开挖长度不得超过一榀拱架间距, 其开挖长度不得大于6 m, 上台阶所在拱架的中台阶拱架落底且临时仰拱喷护完成后才能拆除上台阶的临时仰拱, 以防止拱顶土体扰动和沉降。边墙每循环开挖长度不得大于2榀拱架, 中台阶长度不得大于5 m。

3.3 监控量测信息反馈

在地表及洞内均布置变形观测点, 通过数据分析围岩变形情况, 及时调整现场支护参数, 确保施工安全。

4 结语

通过本隧道超浅埋段的施工实践, 浅埋暗挖施工工法对明洞暗做 (暗挖法) 施工技术方法是可行的。其优点在于缩短工期, 减少对周围环境造成任何影响, 隧道工区人、机、料合理使用, 隧道施工工作能有序开展。明挖暗作施工过程可总结为地表控水、管超前、严注浆、短开挖、强支护、早封闭、勤量测、速反馈的施工原则, 结合监控量测数据必要时调整拱架间距和锁脚钢管数量等支护参数, 可以安全通过超浅埋地段, 为今后大断面隧道超浅埋段明洞暗挖施工参数的选择和施工方案的运用提供参考。

摘要：以赣龙铁路扩能改建工程某隧道超浅埋段设计明挖施工工法变更为暗挖施工工法为例, 分析比较了技术、经济、安全、进度方面的优缺点, 总结了明挖暗作的施工技术要点和应遵循的原则, 为同类工程施工积累了经验。

关键词：大断面隧道,超浅埋,明挖,施工技术

参考文献

[1]王梦恕.地下工程浅埋暗挖技术通论[M].合肥:安徽教育出版社, 2004.

[2]关宝树.隧道工程施工要点集[M].北京:人民交通出版社, 2003.

大断面浅埋地铁篇6

本文以在建莲花山1号隧道为例, 验证三台阶法在大断面隧道洞口浅埋地段的施工可行性, 并获取一定的施工经验供相关人员在从事该类型隧道工程施工时参考。

1 工程概况

莲花山1号隧道位于广东省汕尾市海丰县内, 隧道区属于中低山地貌, 地形起伏较大。隧道范围内中线高程108~935m, 最大高差约827m, 山体自然坡度20°~35°, 植被较发育;进出口均处于山前斜坡地带, 山坡处于基本稳定状态。隧道左右线分离, 左线里程为ZK187+590~ZK192+780, 长5190m;右线隧道里程为YK187+590~YK192+815, 长5225m, 属特长隧道。隧道按双向6车道高速公路、设计速度100km/h技术标准进行设计。隧道洞口V级围岩地段隧道开挖断面面积169m2, 图1为洞口V级围岩地段衬砌结构断面图。

2 开挖方法

2.1 原设计开挖方法

隧道进口段ZK187+590~ZK187+900段, 长310m, 为V级围岩地段。隧道埋深15~59m, 其中ZK187+590~ZK187+650为浅埋段, 围岩主要为砂质粘性土、全风化以及强风化花岗岩, 节理裂隙很发育, 岩体为破碎结构, 岩质破碎。原设计开挖方法为双侧壁开挖法, 初期支护参数如表1所示。

2.2 变更后的开挖方法

隧道开挖至ZK187+632, 考虑到双侧壁导坑断面分块多, 施工会相互干扰且施工场地狭窄, 出渣以及施工系统锚杆较复杂, 难以达到设计要求。不但容易造成材料浪费而且若拆除时机、一次拆除长度掌握不好, 会导致围岩应力重分布, 拆除过程存在一定风险, 且采用此工法施工进度缓慢, 不利于机械化施工。

鉴于以上情况, 项目部向相关单位提出三台阶法开挖变更申请, 相关单位根据现场勘查以及会议专题讨论, 通过该变更申请。变更后的初期支护参数如表2所示。

且其具体施工工艺以及加强支护措施如下:

⑴加强超前支护。为有效控制拱顶下沉变形, 拱部Ф50超前小导管环向间距40cm改为30cm, 加长为5.0m, 打设角度α=10~15°。

⑵取消侧壁临时导坑支护, 采用三台阶预留核心土开挖。为防止掌子面坍塌, 由开挖台阶高度确定留核心土高2.5m, 顶宽5m, 底宽7.55m, 长3~5m。若开挖遇到富水、围岩破碎地段则采用注浆加固岩体及堵水, 同时增加上台阶修筑临时仰拱的方法, 采用临时仰拱 (工字钢I18) 进行封闭, 控制拱顶下沉及变形。其留核心土加固设计如图2所示。

⑶留核心土三台阶法开挖施工顺序为:①上台阶留核心土开挖与初支;②中台阶左侧马口开挖与初支;③中台阶右侧马口开挖与初支;Ⅳ、下台阶左侧马口开挖与初支;④下台阶右侧马口开挖与初支;Ⅵ、核心土开挖;⑤仰拱开挖、初支、衬砌、回填, 其开挖平面以及立面示意如图3、图4所示。

⑷隧道开挖采用预裂爆破以控制爆破中的震动效应。

⑸加强初期支护。上、中、下台阶每榀钢拱架拱脚处增设锁脚锚管两根 (Ф42×4mm锁脚锚管) , 与钢拱架焊接牢固。

⑹加强施工过程中的现场监控量测, 及时掌握围岩与支护结构的受力变形的动态过程, 尤其重视隧道拱顶以及地表沉降观测。每10m设置量测监控量测断面, 实时掌握地表、拱顶下沉及周边收敛的情况。

⑺加强技术交底工作。在三台阶法开挖前, 对施工班组进行技术交底, 使施工班组对此开挖方法进一步理解, 充分保证施工安全, 以便达到快速、安全施工的目的。

在采用以上施工措施的基础上, 三台阶法平均每天开挖与支护4榀拱架, 进尺2m, 对比采用原设计的双侧壁开挖平均每天开挖与初支2榀拱架, 进尺1m, 其效果明显。且地表沉降以及拱顶下沉、周边收敛满足规范要求。

3 结论

通过三台阶法在莲花山1号隧道工程实践得出此工法在大跨度隧道洞口浅埋地段进行开挖时可行的, 并获取以下施工经验以及注意事项, 可供相关人员参考。

⑴对于大断面隧道的开挖, 台阶的高度尤其是上台阶的高度对于洞室的稳定尤其重要。合理的上台阶高度一般 (1/4~1/3) H, 其中H为隧道的开挖断面高度。上台阶高度过小, 钢支撑拱脚处水平推力过大容易引起拱顶坍塌;上台阶高度过大会造成一次开挖断面过大, 隧道扰动加剧, 会造成拱顶以及地表沉降过大。

⑵对于浅埋地段, 采用三台阶法开挖应加强超前支护。与参用刚性分割的双侧壁导坑法相比, 三台阶法的掌子面纵向成拱能力减弱、稳定性差, 需要加长加密超前支护。若存在地下水, 应做好超前注浆堵水工作。

⑶加强初期支护, 采用三台阶法由于没有中间刚性分割, 隧道变形尤其是垂直方向的变形控制主要依靠两侧拱脚来实现, 所以在施工中为提高拱脚的承载能力, 采用锁紧锚管代替传统药卷锚杆是必不可少的。

⑷加密监控量测断面。对于大断面浅埋地段隧道的开挖, 加强量测频率对及早预防隧道坍塌十分关键。