浅埋软弱隧道

浅埋软弱隧道（精选7篇）

浅埋软弱隧道 篇1

1 工程概况

某高速公路隧道起讫里程YK87+235～YK87+940, 隧道全长705 m, 洞身最大埋深78 m, 涉及的地层主要有:第四系冲击层、残坡积, 侏罗纪西山头组凝灰岩、流纹岩, 大爽组晶屑熔接凝灰岩、含角砾玻屑凝灰岩夹钙质页岩。通过F5、F3、F4、F2多个断裂带, 进口端偏压严重, 上部残坡堆积体厚3～7 m, 隧道中线上部残坡积体覆盖层为4.5 m, 且均为松散的土夹石, 属浅埋部分, 开挖时覆盖层出现失稳的可能性很大并伴有坍塌现象。隧道按新奥法原理设计[1], 采用复合式衬砌, 初期支护为锚喷支护, 隧道洞口K87+235～K87+320段二次衬砌为65 cm厚C40钢筋混凝土, 初期支护和二次衬砌中间设PVC复合式防水层。该段隧道洞口特点为:围岩地质松散破碎、单侧压力大, 经过现场勘察发现地形横向坡度60°～70°, 隧道穿过强风化流纹岩, 围岩呈碎石状压碎结构、节里发育、断裂、岩体破碎, 且存在严重偏压, 开挖时极易坍塌滑坡, 浅埋偏压情况如图1所示。

2 进洞方案比选

采取全面性的加固措施:即从隧道外边仰坡、覆盖层地表注浆、偏压部分修筑挡土墙及加载反压, 同时在隧道内部从开挖到支护采用一系列的处理措施来减弱破碎、偏压及浅埋层对隧道的各种不良影响。该方案从隧道洞外加固、防护及加载一系列的处理措施来解决隧道由于偏压、浅埋等带来的危害, 保证其工程质量、施工安全及通车正常运营等。全面加固方案费工、费时并增加一些工程造价, 但可以保证工程质量、施工安全及正常运营阶段安全。综合各方面因素, 经过反复论证比选及设计单位、地质单位、指挥部、施工单位的认可, 决定采用该套方案。

3 进洞施工

3.1隧道边仰坡及地表处理

3.1.1 边仰坡开挖及防护

鉴于明洞拉沟段较差的地质状况, 边坡坡率不宜过陡, 同时由于洞口段右侧山坡陡峭, 如果放坡过缓则开挖宽度和开挖量都会过大。综合考虑各方面因素, 将开挖坡率定为1∶0.5 (下一级) 和1∶0.75 (上一级) 。仰坡开挖坡率定为1∶0.5。施工过程中采取人工配合挖掘机从上至下分步开挖, 边开挖边支护的方式, 及时封闭开挖面。根据坡面高度和地质情况的不同, 并考虑施工方便和可操作性, 确定分段开挖高度, 初步定为每段开挖高度3 m , 此高度在开挖过程中根据实际情况进行适当调整, 但最多不超过5 m。

边坡施工中, 将边坡防护参数中锚杆间距由1.5×1.5 m调整为1.2×1.2 m;将锚杆长度由原来设计的3.5 m加长到4.5 m;设双层钢筋网 (2层Φ6.5间距为20 cm×20 cm钢筋网片) , 喷射混凝土厚度为15 cm。每个梯段的防护结构紧密连接, 特别是钢筋网的连接。由于边坡较高, 坡面较长, 地质条件极差且变化复杂, 在由上至下逐级刷坡和防护过程中, 很可能出现极松散的土体, 使得既定坡率无法保持边坡稳定。对可能出现的这类问题, 采用在锚喷支护的基础上增加小导管注浆加固的处理方法, 小导管长度3.5 m, 数量将根据现场实际情况确定。

3.1.2 地表注浆

由于岩层破碎, 为保证成孔率, 防止钻孔后暴露时间过长而造成塌孔, 在钻孔每完成一孔后, 取出套筒前即进行钢花管安装。每根钢管的长度为6 m, 安装时根据实际深度将钢管进行现场焊接连接, 焊接要保证焊缝饱满、密实, 保证不漏浆。地表压注水泥浆, 为保证平行作业, 提高工程进度, 缩短工期, 在完成一定数量的钢花管安装后, 即进行注浆施工。注浆前先进行注浆现场试验, 根据地表钻孔取芯情况确定每个孔的注浆量, 注浆的其它参数通过实际情况确定。

3.1.3 洞顶地表封闭加固

由于地表松散, 为防止地表水渗入隧道围岩, 破坏围岩的稳定性, 必须对山体表面进行防水处理 (上述的地表注浆对于山体表层防水基本上无效) 。具体内容:采用7.5#浆砌片石框格作为骨架 (框格规格为3.0 m×3.5 m) , 框格断面尺寸为40 cm×40 cm。在框格的交叉点上采用长度3.0 m, Φ22砂浆锚杆进行加固。在框架内施作长度1.5m的Φ22砂浆锚杆, 锚杆间距2×2m。网格上部挂Φ6.5单层钢筋网, 网格间距20 cm×20 cm。挂网完成后, 喷射15 cm厚C20混凝土进行封闭。在此方案中7.5#浆砌片石框格、长度为3.0 m的Φ22砂浆锚杆和地表注浆用Φ108无缝钢管构成不可移动的稳定的刚性骨架, 长度为1.5 m的Φ22砂浆锚杆将Φ6.5单层钢筋网和C20喷射混凝土产生的下滑力进行均匀的分配。

3.1.4 反压土石方及反压挡土墙

在进洞口左侧平台上靠近路基左幅路基右侧排水沟外侧原隧道弃渣堆上砌筑10#浆砌片石挡土墙, 挡土墙高度与隧道拱顶开挖线平齐, 在挡土墙与山体之间进行反压土石方回填。回填的土石方及原隧道弃渣均可以对隧道的偏压起到反压作用, 保证偏压山体隧道施工过程中和隧道在运营过程中的稳定。

3.2隧道洞内处理方案

3.2.1 管棚施工

由于在洞顶局部进行了注浆处理, 管棚全部成孔, 管棚施工顺利完成。

3.2.2 隧道开挖及支护

台阶法预留核心土开挖施工工艺流程见图2。

3.2.2.1 上导坑的开挖及支护

在隧道边仰坡及地表的加固处理后, 开始进行进洞作业。由于围岩稳定性差、岩石破碎、风化严重、地下水发育, 施工时特别要注意塌方的防止, 初期支护要紧跟掌子面。在开挖前拱部138°范围内采用超前小导管注浆进行超前支护 (在超出管棚作业面的位置) , 超前导管具体施作:风钻钻孔, 超前小导管环向间距30 cm, 采用5°～30°的仰角打入, 孔深5 m, 每1.5 m 1环, 搭接不小于1 m。钻孔完成后, 用Φ20 mm小钢管制作吹风管, 将吹风管插入孔中, 用高压风射孔, 将孔内石渣等清理干净, 将小导管插入 (小导管为Φ42×4 mm, 在小导管壁按20 cm 间距成梅花形布置加工注浆孔, 注浆孔直径为5 mm) , 必要时用风钻顶入, 注浆采用双液压浆机, 压注水泥-水玻璃双液浆。

超前支护做好后进行开挖, 开挖采用“台阶法预留核心土开挖”, 每步开挖完成以后, 立即进行相应的支护处理, 具体的开挖和支护步骤见图3。上导坑开挖、支护完成后, 核心土开挖前进行径向注浆小导管以加固围岩 (偏压、浅埋段系统锚杆取消, 而采用径向注浆小导管纵横间距0.5×1.0 m, 孔深4 m, 其施工工艺与超前小导管相似) , 必要时施作临时仰拱形成闭合环。

1.上导坑部分开挖;2.上断面支护;3.核心土开挖;4.临时仰拱施工;5.下断面单侧边墙导坑开挖;6.边墙支护;7.下断面另侧边墙导坑开挖;8.边墙支护;9.下断面核心土开挖;10.仰拱支护;11.二次衬砌混凝土施工;12.路面施工

在上导坑支护时, 上导坑钢架与Φ42的小导管或锚杆头焊接, 以形成联合支护体系。上导坑支立的I20工字钢拱架在拱脚处, 随着开挖进尺施作由4根Φ22钢筋和速凝混凝土垫块作为钢拱架支撑作用位置, 以保证在进行下导坑开挖时拱架不下沉。当拱架连接钢筋连接就位后, 立即喷射混凝土至设计厚度, 并保证钢架有不小于2 cm的保护层, 使之构成共同受力结构, 达到加强初期支护, 控制围岩变形的目的。

为了增强上导坑的整体性, 减少上导下部拱架由于偏压造成的向内收敛, 在上导坑初期支护基本完成后, 用16号工字钢做成临时仰拱支撑在上导坑的拱架底部, 每条临时仰拱之间用Φ22螺纹钢筋, 间距1 m且纵向连接, 将临时仰拱连接成整体结构之后浇筑C30混凝土。

3.2.2.2 下导坑的开挖及支护

在进行下导坑开挖前, 在偏压一侧施做超前注浆小导管;下部开挖后, 及时施作下部初期支护[3], 其施作次序为:初喷3 cm厚混凝土、钢拱架安装、钢筋网、补喷混凝土将钢架覆盖等。在进行仰拱闭合施工时, 考虑到隧道有可能会在围岩偏压的情况下进行位移, 所以在仰拱软弱基底段进行竖向注浆小导管加固措施, 竖向注浆小导管采用Φ42×4 mm, 长度为4.5 m (可根据现场实际情况取值) , 在小导管壁按照20 cm 间距成梅花形布置加工注浆孔, 注浆孔直径5 mm;注浆参数和径向注浆小导管注浆参数相同。在完成下导坑的全部初期支护之后, 拆除上导坑的临时仰拱部分。

3.2.2.3 爆破施工要点

1) 钻孔。

要本着“准、齐、平、直”的原则进行, 严格按测量人员标出的眼位 (依据钻爆设计) 钻眼, 保证眼位和角度的准确性, 是实现理想爆破效果的关键[2]。周边眼要确保打眼外插角方向和深度, 保证炮眼平行。全部炮眼 (除掏槽眼外) 眼底要在同一平面上;掏槽眼深度要深于其它炮眼20 cm, 以保证掏槽效果。控制钻孔首先必须保证进钻位置的准确, 尤其对周边眼和掏槽眼进钻位置精度要求比其它眼高, 开眼误差要控制在3～5 cm。周边眼开钻时, 开眼定位在轮廓线上, 钻杆保持水平, 并平行于隧道轴线, 稍微外插3°, 开挖台阶控制在10 cm以内。掏槽眼钻孔精度要高, 严格控制炮眼间距、深度和角度, 严禁炮眼打穿、相交或眼底位置左右不对称。其它辅助眼要按钻爆设计要求均匀分布, 为便于孔内排水, 钻孔可略微向上倾斜 (倾角不大于1°) , 孔眼间保持互相平行。底眼应向下倾斜, 但眼底不得超过开挖底轮廓线10 cm。

2) 装药。

采用光面控制爆破技术, 严格按钻爆设计药量控制装药量, 尽量减少对围岩的扰动, 周边眼采用不偶合间隔装药结构, 将药卷按一定间距均匀缚于竹片上, 中间以传爆线连接, 其他炮眼采取连续装药结构, 全部炮孔均采取反向起爆方式。装药作业应分片、分组进行, 装药前用高压风将炮眼吹净, 并按规定捣实, 炮眼要用炮泥堵塞, 堵塞长度不小于20 cm, 以保证爆破效果。

连接起爆。

起爆雷管采用非电毫秒延期雷管, 严格按钻爆设计段数跳段使用。非电雷管分片成束连接, 每簇10根左右, 管束间用同段即发 (或1段) 雷管连结。起爆网络为复式网络 (每簇间交叉连接) , 以保证起爆的可靠性, 避免出现瞎炮。连接时要注意, 导爆管不能打结、拉细或断裂, 各类炮眼非电雷管连接次数应相同。引爆使用双火雷管, 将引爆火雷管用黑胶布包扎在离一束导爆管自由端10 cm以上处。爆破施工作业流程见图4。

需要说明的是, 由于浅埋软弱围岩变形的范围有限, 应该充分保护和发挥围岩的自承载能力, 是控制而不是释放地应力, 所以需及早施工初期支护和二次衬砌[4], 这与普通深埋硬岩隧道是不同的。

4 结束语

在该隧道偏压、浅埋破碎段处理方案的选择中, 结合了现场条件, 通过制定多套方案, 经过分析讨论, 选出最优的处理方案。实践证明, 采用砂浆锚杆配合小导管注浆加固边仰坡、偏压处反压回填、地表注浆配合管棚成型、台阶法预留核心土开挖、洞内拱部超前注浆小导管、径向注浆小导管、锁脚小导管注浆及临时仰拱支护等项技术, 在浅埋、偏压等围岩严重破碎的不利地质条件下, 实现了安全进洞, 保证施工的安全, 确保工期, 同时也节约了项目开支。

参考文献

[1]中华人民共和国行业标准.JTJ026-90公路隧道设计规范[S].北京:人民交通出版社, 1990.

[2]中华人民共和国行业标准.JTJ042-94公路隧道施工技术规范[S].北京:人民交通出版社, 1994.

[3]王毅才.隧道工程[M].北京:人民交通出版社, 2000.

[4]中华人民共和国行业标准.TB10204-2002铁路隧道施工技术规范[S].北京:中国铁道出版社, 2002.

软弱地层浅埋隧道施工综述 篇2

1 浅埋暗挖法

浅埋暗挖法施工的基本思路和新奥法一样。它的核心是利用岩土体自身的稳定性以及岩土体与隧道支护体系间的相互作用,来降低隧道支护体系的强度。

浅埋暗挖法的特点是建立量测信息反馈设计和施工程序;采用先柔后刚复合式衬砌新型支护结构体系,考虑初次支护承担全部基本荷载,二次模筑衬砌作为安全储备,初次衬砌支护和二次衬砌共同承担特殊荷载;该法采用不同的开挖方法及时支护、封闭成环,使其与围岩共同作用形成联合体系;同时在施工全过程中,针对浅埋隧道的特点采取超前支护、改良地层和注浆加固等辅助施工技术,并应用监控量测与信息反馈技术指导施工,优化设计等多种综合配套技术。

与其他施工方法(明挖法、盾构法等)相比,浅埋暗挖法具有如下优点:1)适用于各种地质条件和地下水条件;2)具有适合各种断面形式(单线、双线及多线、车站等)和变化断面的高度灵活性;3)通过分部开挖和辅助施工方法,可以有效地控制地表下沉和坍塌;4)与盾构法比较,在较短的开挖地段使用,也很经济;5)与明挖法比较,可以极大地减轻对地面交通和商业活动的影响,避免大量的拆迁。

但是浅埋暗挖法作为一种隧道的施工方法,也有其使用范围,它主要适用于软弱围岩浅埋地层中修建山岭隧道洞口段、城区地下铁道及其他用途浅埋结构物,不宜明挖施工的土质或软弱无胶结的砂、卵石第四纪地层。对于高水位的类似地层,采取堵水或降水、排水等措施后仍能适用。尤其对都市城区在地面建筑物密集、交通运输繁忙、地下管道密布且对地表沉陷要求严格的情况下,修建地下铁道、地下停车场及热力、电力管线等更为适用。

浅埋暗挖法自产生以来,就以其灵活多变、勿需太多专用设备得到了推广应用,取得了很大的社会经济效益,但是也有一定的局限性:1)施工速度较慢,因此对于工期要求紧的工程并不适用;2)目前,采用浅埋暗挖法修建城市地道仍受到地质条件、结构断面、地形条件等因素的影响,应用范围受到一定限制。例如采用浅埋暗挖法时大深度、大范围降水可能会对周围环境造成破坏(如地面沉陷等),对地面沉降要求严格的地下穿越工程适用性差。

2 顶管法

顶管施工法是利用千斤顶作用于预制管片,逐节压入的施工方法。根据开挖面的稳定性分开挖施工法、推力传达施工法、弃土搬出施工法等;根据顶管头部的方式来分,有道口推进施工法、半盾构施工法与小口径顶管施工法等;根据推力的传递方式来分,有管片压入施工法、中继压入施工法和牵引施工法等。顶管施工法的推进长度视地层条件与施工法而异,工程中能达500 m左右。顶管法无需挖槽或者开挖土方,就可避免为疏干和固结土体而采用降低水位等辅助措施,从而大大加快了施工进度。在特殊地层和地表环境下施工,具有很多优点。目前,顶管法仍主要用于富含水松软地层中的管道工程,顶进距离超过500 m用顶管法施工的管道只有少数几个国家,在埋深较大、交通干线和周围环境对位移、地下水有严格限制的地段采用顶管法施工更为安全与经济,对于内径小于4 m或更小的管道,特别是用于城市市政工程的管道,顶管法有其独特的优越性。

3 盾构法

盾构工法是利用盾构机械所特有的盾壳作为支护,防止岩土地层的崩坍和地下水的入侵,以保障在岩土等各种地层中用多种切削方式进行开挖,同时安装管片并灌浆,从而形成质量完好的洞身的一种施工方法。

盾构隧道施工技术的特点可以归纳为以下几点:

1)对城市的正常功能及周围环境的影响很小。除盾构竖井处需要一定的施工场地以外,隧道沿线不需要施工场地,无需进行拆迁而对城市的商业、交通、住居影响很小。可以在深部穿越地上建筑物、河流;在地下穿过各种埋设物和已有隧道而不对其产生不良影响;施工一般不需要采取地下水降水等措施,也无噪声、振动等施工污染。2)盾构机是根据施工隧道的特点和地基情况进行设计、制造或改造的。3)对施工精度的要求高。管片的制作精度几乎近似于机械制造的精度。由于断面不能随意调整,对隧道轴线的偏离、管片拼装精度也有很高的要求。

盾构法断面形式一般为圆形,也有采用矩形、马蹄形、双圆形和多圆形等形状。工程中常常采用圆形断面,我国圆形盾构最大直径已达到14.87 m。目前,盾构法建造的隧道主要用于水底公路隧道、地铁区间隧道、电力电讯隧道、市政管线隧道和进水排水隧道等地下工程。近年来随着我国经济建设的腾飞,越来越多的盾构法隧道相继建成,盾构法施工技术也得到了快速发展。目前盾构法已能适用于环境复杂的各类隧道,且相比其他工法,更能适用于长距离隧道施工。

盾构法施工的不足主要表现为:施工设备费用较高;覆土浅时,地表沉降较难控制,用于施作小曲率半径(R<20)隧道时掘进较困难等。

4 管幕(管棚)—箱涵法

管幕(管棚)箱涵法是管幕(管棚)工法和箱涵工法的结合采用管幕(管棚)箱涵工法在管幕(管棚)的保护下施工箱涵,可以减少施工时地面的沉降。国外普遍采用的工法有FJ工法和ESA工法。这两种工法都是先开挖土体再顶进箱涵,因此需要加固管幕(管棚)内土体,同时箱涵顶进时需要开挖导坑,铺设轨道,还需要较大的工作井来预制箱涵,相对造价较高,但不需要后推反力,箱涵分节推进,推进力较小,可靠性高。国内采用的工法有推进牵引、推拉和有中继间推进等方法。当工作井能提供足够的后座反力时,可以采用加中继间的推进工法。

管幕(管棚)箱涵法的主要特点:1)不依赖于长距离水平土体加固技术;2)不会出现开挖后无支护暴露工况,对控制地表沉降有利;3)不会出现因架设支撑、换撑或拆撑作业不当引起的事故;4)内部结构在推进平台上整体现浇,质量有保证。

管幕(管棚)箱涵法一方面由于对土体扰动小,因此比管幕(管棚)法更能适用于对地面交通及环境保护要求严格的情况。另一方面由于箱涵顶进力的限制,管幕(管棚)箱涵法长度较长时必须设置中继间。因此,管幕(管棚)箱涵法适用于对沉降有要求,长度一般从几十米到几百米的地下穿越。其不足之处主要有:费用大、施工要求高。

5 结语

在软弱地层进行地下穿越工程施工时,要根据当地的地质特征、围岩性质以及安全等因素采取相应的施工方法。地下穿越技术有诸多优点:1)施工期间不影响上部道路的正常通行;2)相对于桥梁方案能够节省建筑用地;3)施工干扰少,保护城市环境;4)具有较好的密闭性,减少对环境的噪音影响;5)在土层或岩层的覆盖下,能抵抗一定的自然灾害和爆破以及武器等的人为侵害等。

地下穿越工程的大规模建设才刚刚兴起,相关理论、经验和应用技术仍显匮乏,集中表现在:1)地表变形控制技术尚不成熟,很难真正做到对上部通行没有影响;2)施工条件复杂,受地质条件影响较大,有较多的不确定性;3)短期施工成本较大,相对桥梁方案需要较大的资金投入等。正因如此,对现有地下穿越工程的规划、设计、施工进行全方面的跟踪研究,分析和解决在各个过程中出现的问题和难点,不仅可以在理论上加深对此类问题的认识,为实际工程的设计和施工提供科学依据,还可以在实践中积累经验,为以后其他类似工程提供参考和借鉴。

摘要：总结了几种常见的地下穿越施工技术,简单介绍了浅埋暗挖法、盾构法、顶管法、管幕(管棚)—箱涵法的基本原理、优缺点以及其各自的适用范围,为实际工程的设计和施工提供科学依据。

关键词：软弱地层,盾构法,顶管法,地质特征,施工

参考文献

[1]王敦诚,胡方田.超前小导管技术在轻轨浅埋暗挖工程中的应用[J].西部探矿工程,2003,88(9):67-68.

[2]李永宝.采用大管棚超前支护技术穿越软~流塑地层[J].西部探矿工程,2003,80(1):87-88.

软弱围岩浅埋暗挖隧道施工技术 篇3

1 软弱浅埋隧道施工的特点和难点

与深隧道相比,浅埋隧道很难形成承载拱。在隧道开挖的过程中或是开挖完成后出现拱顶下沉急剧变大或是地表开裂的状况,甚至有时会出现掌子面不稳的情况。在这种情况下,就要采取稳定掌子面、控制地表下沉的措施。地表的下沉与埋深之间有十分密切的关系,埋深比较大的时候,隧道横断面内就会形成承载拱,埋深浅的时候就不会形成,开挖下沉会直接到达地表面。在浅埋软弱围岩隧道施工的时候为了保证施工的安全和质量,必须采取一定的技术措施。

软弱围岩因为自身地质和人为因素的影响,稳定性能很差。若是开挖的支护方式不当或是不足,都会影响隧道围岩的稳定性,致使塌方事故的出现。从隧道的力学角度来看,在隧道施工的过程需要进行支护,对围岩的自身承载力进行改造,减少隧道施工成本。另外,在软弱围岩隧道的施工中,地下水的渗漏也会对围岩的稳定性构成威胁,多以在施工中要注意疏通排水。从施工的操作性来讲,软弱围岩隧道断面的尺寸不大,空间也十分有限,所以难以进行大规模的机械作业,这就要求支护结构的尺寸要适当,从而降低施工人员的劳动强度,提高施工的速度。

2 浅埋软弱围岩隧道施工爆破技术

钻爆法是我国常采用的一种施工技术,根据我国的实际情况,这项爆破技术依旧是隧道施工的主流。隧道在开挖过程中,爆破会产生一定问题:爆破过程中会对周围的岩体造成损伤,这些没有破碎但实质已经受到伤害影响的岩体被认为是保留岩体,因为爆炸应力波的动作用和气体的准静态作用会直接影响岩石的损伤程度和范围。目前对爆破的研究工作已经开展,但是根据现有的知识水平,还有很多遗留空白。岩石破碎机理中,并没有对应变能和爆生气体能的作用搞清楚,不同的研究人员对它做出了不同的阐释。隧道施工的过程中,为了控制对周围岩体的损伤程度采用的是光面爆破,它能够有效控制隧道的超欠挖。爆破造成的超欠挖是隧道施工中十分严重而又普遍的问题,它会对施工的速度和成本造成不可估量的损失,若是情况严重,还会对隧道的稳定性能产生影响。超欠挖是隧道施工过程中不能避免的情况,若是施工技术得当它还是能够有效控制的。比如恰当的爆破技术就可以将超欠挖控制在一定的范围之内,所以减轻爆破的围岩损伤是这项技术的关键点。引入国外一些先进的施工经验,我们要想控制超欠挖就必须控制围岩的松弛与坍塌,其原则是为了减轻震动性、稳定掌子面。在软弱围岩的环境下实施爆破,围岩可能因为节理与层理缝的影响,致使爆破的高气压会沿着薄弱的结构层面进行扩展,这样岩体就会出现剥落甚至是塌方的现象,从而对施工人员的安全形成威胁。以尖卜洞隧道为例,其地质结构十分复杂,软弱围岩占据整个隧道长的70%,所以坚强爆破的围岩损伤是保证隧道安全性能的难题。同时,隧道施工会有工期和断面尺寸的限制,所以开挖时会采用半断面微台阶光面爆破的方法,这样可以有效解决解读和干扰的问题。

超欠挖的控制措施首先是要对爆破参数进行调整,在爆破前画出开挖的轮廓线,因为各种误差和变形的因素,轮廓线的设计需要加大尺寸。在隧道开挖的过程中,围岩的节理裂隙会发生变化,每次爆破后,都要认真分析爆破后的效果,根据围岩的变化做出相应的参数调整。若是出现较大的超挖,炮孔周围还可以看到爆破的缝隙,这就说明药量过高,需要适度减小。若是爆破后出现凹面,说明应该增加光爆层的厚度;若是凸面,说明应该减小光爆层的厚度;其次,要提高钻孔的精度。这是因为在光面爆破的过程中,钻孔产生的超挖量远远大于爆破产生的超挖量。钻孔需要严格执行爆破方案,对于钻孔的人员进行专业培训,钻周边孔时,要通过钻孔的位置减少外插角;最后要提高测量放线的精度,在进行测量之前要对设计文件进行熟悉,对于开挖断面的位置和尺寸要了然于胸,思考预留沉落量和变形量。中线的准确性要得到保证,若是发生了偏移,就会只是开挖断面一侧超挖,一侧欠挖。

3 软弱围岩隧道现场监控测量技术

岩体结构和受力的特点是十分复杂的,一般地质调查和岩土的力学实验对于岩体的结构关系是很难全面的做出真实反映,故在隧道施工的过程当中,应通过围岩支护系统进行监控测量,并将所有获得的信息真实的反馈给设计施工组。隧道是地下的隐蔽工程,故其地质条件有很多潜在的无法预知的因素,易造成塌方、沉陷等情况。为了将伤害降到最低,保证施工的进度和质量,可对开挖掌子面前方围岩进行超前地质预报,这样对于围岩的具体地质情况、不良地质体的位置信息有一个基本的掌握,在施工时进行修正设计,准备好施工的支护材料,从而确保一切的施工措施都是科学合理的,防止一切可能的施工险情,从而降低施工风险,促使施工技术的不断完善。在进行隧道施工设计的时候会对工程地质的情况进行调查和实验,这样便于获得一些施工的信息和依据。但现实的情况是岩体的地质结构是难以进行直接判断的,即便是进行了地质的调查和实验也很难掌握岩体结构的真实性,因而在隧道施工的过程我们要对围岩与支护的变形进行检测,根据测量的数据,对原来的设计予以修正或是重新计算。另外,通过检测的数据,我们对具体的施工要求和施工措施进行确定,借助围岩自承能力确定合适的二次支护时间。

任何现场的数据测量都会不可避免的有所误差,为了将这种误差性降低到最小,得到一个更加可靠、真实的数据,可在测量时由专人专项进行负责。对数据进行监测不仅仅是为了获取施工的数据信息,而是希望能够成为施工管理中的有效手段。根据多年的工作经验,应遵循可靠性的原则,即系统采用的仪器和监测点都应可靠。在一些时空关系的关键部位要适宜安排监测点。在洞内周边收敛位移测量时要使用精密的水准仪,通过左右尺的读数控制系统的误差。一些手工记录的资料要做好原始性的保存,一些智能式的记录要将它及时输入到电脑里以防丢失。所有现场测量的数据都要及时绘制成关系曲线,曲线的横坐标应对施工的工序和侧断面的开挖距离都进行标注,这样对隧道的受力状态做出一个准确的判断。对于那些一场的数据应按照误差的原则进行删除或是重新校测。当施工的过程出现一下情况的时候,要坚决予以停止处理,如初支结构有较大开裂的、检测的数据呈现出无限增大的趋势、暗挖隧道支护结构变形太大超出了控制的基准、时态曲线长时间有变缓的趋势等。

4 结束语

通过软弱围岩浅埋暗挖隧道施工技术的分析,能够对施工的应用提供指导性建议,从而确保施工的进度与安全,具有十分明显的经济效益。实践证明,软弱围岩浅埋隧道的施工技术理论对于工程的应用价值是十分重大的,能够为类似隧道工程的施工提供参考和借鉴。

摘要：首先第一部分对全国围岩浅隧道施工的特点与难点进行了分析,在此基础上在第二、三部分对围岩浅埋隧道的爆破技术和现场监测技术进行了介绍。软弱围岩条件下浅埋隧道施工技术要研究的问题有很多,文章的技术分析还不够全面,但对于隧道的施工具有一定的指导意义。

关键词：软弱围岩,浅埋隧道,施工技术

参考文献

[1]杨治东.既有铁路下浅埋暗挖隧道施工力学效应研究[D].石家庄铁道学院,2005.

[2]黄娟.大跨浅埋隧道采用台阶法施工的安全性评估[J].西部探矿工程,2004.

浅埋软弱围岩隧道施工技术探讨 篇4

随着我国公路建设日新月异的发展, 隧道建设项目也日益增多。在隧道建设中常常遇到浅埋地层, 由于这些浅埋地层的埋藏比较浅, 大都是风化破碎的隧道围岩, 受力复杂造成了围岩普遍存在着偏压现象, 导致了围岩和支护的应力分布和变形的情况很复杂, 尤其是在那些地形起伏比较大的浅埋地层的丘陵地带, 在隧道施工中, 面临着复杂的围岩应力分布和更加复杂的衬砌受力变形状况, 在很大程度上, 增加了设计施工的难度, 造成了隧道施工变形复杂和稳定控制难度比较大的情况, 隐含着很多坍塌等安全隐患。夏蓉高速肇兴隧道双向全长4752米, 长度分别为左幅2352米、右幅2355米。这是全线第一长隧道, 并且是贵州省目前在建公路的第一长隧。该隧道建设面临着复杂软弱围岩不良的地质环境, 开挖的断面比较大。本文以此为案例, 从四个方面, 简略分析了浅埋软弱围岩隧道施工技术问题。

2 浅埋软弱围岩隧道施工支护控制措施

2.1 辅助施工具体措施

对肇兴隧道我们所采取的是Υ42 (壁厚δ=3.5mm) 超前注浆小导管预加固措施, 设置了双层。需要的小导管长度为L=4.5～5.0m, 环向间距为0.4m, 采用水泥注浆的方式。

2.2 初期支护

我们对肇兴隧道采用的是I18普通工字钢、D25中空注浆锚杆和φ8钢筋网以及喷C20砼厚25cm锚喷支护。其工字钢纵向间距为YK17+370～YK17+590。

2.3 其他的相关控制措施

按照加强爆破用药量以及其他的相关控制措施, 来减少肇兴隧道洞身周围围岩的扰动。

(1) 对暴露围岩及早封闭, 洞身开挖后进行找顶清除洞顶危石, 并用喷射混凝土进行初喷, 初喷厚度为4cm。然后在完成立拱架、施打锚杆和挂网后, 再进行复喷。

(2) 对于沉降过大的部位, 我们可以采用增设临时仰拱或加设套拱等措施。

(3) 为了避免下部开挖之时可能出现的拱部崩塌现象, 可以在上部支撑的拱脚处设置好纵向槽钢托梁, 并设锁脚锚杆来实行锁定。

(4) 仰拱及填充混凝土的施工:在完成洞下部开挖之后, 可以每10m来浇筑一次仰拱混凝土。

3 对隧道表水的处理

依据肇兴隧道工程进度, 把上台阶的开挖里程工作准备好。并从在浅埋段30m开始做好对浅埋段地表的排水组织处理工作。具体可以按照这样的方案进行:

3.1 组织现场测量和查看

把设计图纸与现场地质地貌结合好关键是做好隧道浅埋段地表横纵断面的相关测量工作。充分了解浅埋段隧道的实际埋深度, 有针对性地做出相应的工作方案来。

3.2 做好地表的排水工作

要在左、仰坡的外围建设排水沟, 还要把地表所呈现出的散状水, 经过拦截汇流入槽后就排出来。可以对排水沟采用M7.5浆砌片石砌筑, 其基本尺寸为120cm×90cm, 净空宽60cm、深60cm。在此基础上, 解决好由于这一处位置在自然的冲沟之处, 必须建设好一条宽×深=30×30cm的辅助排水沟, 彻底解决好地表排水这个问题。

4 隧道施工防坍塌措施

4.1 开挖控制措施

(1) 开挖手段, 一般是人工配合小型机械进行, 要最大程度控制扰动土体, 每循环进尺也要进行严格控制, 应对那些大跨断面, 设法通过分部分段开挖的手段, 将其变为小跨段面, 设法保证土体的安全和稳定性得到提高。

(2) 组织施工要按照先护顶后开挖的原则来进行。一是超前小导管预注浆;另一个是大管棚加固。对于一些特殊的地段, 加固地层可用大管棚配小导管的形式。在试验的基础上, 做到对注浆的压力与固结的范围能充分掌握, 确保注浆的互相胶结效果, 切实让地层的自稳能力得到提高。

(3) 要对前方地质状况充分掌握, 并及时了解掌子面地质的实际情况, 遇到异常地质问题, 必须进行超前支护。

4.2 支护的措施

(1) 当开挖成形后, 必须及时进行好对初期的支护, 对受力条件的改善工作要做扎实, 早实施仰拱, 有步骤地一步步做好各个环节的工作。尤其是那些特殊地段和部位, 像结合部, 等等。就应采取一些比较有力的措施, 如缩小格栅钢架间距、加密超前小导管和施作大管棚等措施, 通过强化初期支护来使稳定有效保证。

(2) 可以加强对地面和洞内的监控测量, 对安全可靠度实施数字化管理手段。当完成开挖和初期支护之后, 必须量测拱顶下沉及拱腰、拱脚、墙腰的收敛情况, 要对隧道底部隆起及格栅钢架的内须力进行量测, 及时掌握地表沉降、构筑物位移情况等情况的数据, 通过系统的分析, 一旦出现异常, 立即采取强化支护的措施。例如, 注浆加固、挂双层钢筋网和复喷混凝土等等, 在强化初期支护刚度的基础上, 避免出现围岩局部突变产生的坍方问题

摘要：通过夏蓉高速肇兴隧道建设, 针对浅埋软弱隧道的难点, 就开挖方法、支护控制措施、地表水处理和爆破控制技术等做了全面的研究, 制订了隧道施工防坍塌措施。

关键词：软弱围岩,隧道,施工技术

参考文献

[1]刘坤鹏, 管泽英.沪杭铁路下浅埋公路隧道施工技术[J].国防交通工程与技术, 2006, (2) .

浅埋软弱隧道 篇5

为了更好的了解和掌握浅埋软弱围岩的施工特点, 总结围岩和支护结构的应力应变规律是必不可少的。利用数值模拟软件FLAC3D可以对浅埋软弱围岩隧道进行受力模拟, 能够粗略计算出围岩和支护的受力情况[5,6,7,8,9,10]。

本文针对某浅埋软弱围岩公路隧道, 结合现场监控量测, 采用FLAC3D模拟计算浅埋软弱隧道在施工过程中的围岩变形情况, 研究成果表明数值模拟和现场实验对施工有着良好的指导作用。

1 工程概况

宁安高速A7标禾丰隧道是一座上、下行分离 (洞口小净距) 的四车道高速公路长隧道, 围岩级别为Ⅴ级~Ⅲ级, 岩性主要为砂岩。隧道右线起讫桩号K74+924~K77+489, 长2 565 m, 坡度为-2.566%;左线ZK74+908~ZK77+480, 长2 572 m, 坡度为-2.55% (沿路线前进方向上坡为正) 。

该隧道进口右幅K75+24现场施工过程中, 整个掌子面揭露围岩岩性主要为砂岩, 岩体呈强全风化, 手捏即碎, 且地下水较发育, 硐室稳定性极差。

2 施工方案数值模拟研究

2.1 计算工况

由于该隧道区段围岩条件极差, 施工风险较大, 故开挖方式的选择极为重要。隧道开挖方式众多, 根据高速公路隧道的具体施工特点, 现场施工多采用台阶法结合预留核心土施工。但综合考虑到该洞段围岩条件差, 且地下水较发育, 为确保施工安全需对掌子面前方围岩进行注浆加固处理。结合隧道施工条件和工期要求, 最终确定采用全断面帷幕注浆方式加固掌子面前方围岩以及台阶法预留核心土开挖的施工方式。为了研究超前注浆与预留核心土对开挖的作用, 本文分四个工况对隧道产生的位移量进行了数值模拟计算, 工况划分见表1。

2.2 模型建立

本次模拟采用FLAC3D软件, 建立103 760个单元, 计算模型分为全风化砂岩、强风化砂岩、中风化砂岩、注浆加固区、上下台阶、核心土以及上下台阶衬砌10个部分 (见图1) 。位移边界条件:模型的左右两边施加X方向的水平约束, 前后两边施加Y方向的约束, 模型底部施加Z方向的竖向约束, 对整个边界施加岩土体的自重应力。结合地质勘察资料, 并在实地进行了一些试验, 以便最大程度上对各参数准确赋值。不预留核心土模型见图2, 预留核心土模型见图3。

各工况的竖向位移云图见图4, 最大竖向位移计算值见表2。

图4和表2表明, 超前注浆和预留核心土开挖均能较大程度的降低隧道开挖对围岩稳定性的影响。首先分析超前注浆对竖向位移的影响, 选择上下台阶开挖时, 超前注浆可以使最大竖向位移降低34.69%, 选择上下台阶预留核心土开挖时, 超前注浆可以使最大竖向位移降低49.64%;再分析预留核心土对竖向位移的影响, 不进行超前注浆加固时, 预留核心土可以使最大竖向位移降低24.00%, 若进行超前注浆加固, 预留核心土可以使最大竖向位移降低41.39%。由此可见, 超前注浆加固与预留核心土均能有效降低隧道开挖对围岩稳定性的影响。

经综合比较, 为较好控制隧道的围岩变形, 现场施工过程选择全断面注浆结合上下台阶预留核心土开挖。

3 围岩稳定性现场监控量测

为了确定隧道开挖引起的拱顶沉降实际值, 在隧道开挖至K75+24断面时, 布设拱顶沉降监测点, 监测频率为一天一次。监测结果显示, 该断面开挖后, 拱顶出现了较大幅度沉降, 随着隧道不断开挖, 拱顶沉降速率逐渐降低, 经过一段时间后趋于稳定。由于数值计算的结果是自断面开挖便开始统计, 而那时候还不具备现场监控量测的条件, 所以计算值会比监控量测值大一点, 但是监测值变化曲线与计算值变化曲线形式是基本一致的, 见图5。

4 结语

针对宁安高速某隧道穿越浅埋软弱围岩洞段, 采用了数值模拟及现场监测对隧道施工方案进行了分析, 主要得出以下结论:

1) 数值模拟计算表明, 若选择上下台阶开挖, 超前注浆可以使最大竖向位移降低34.69%, 而上下台阶预留核心土开挖时超前注浆则可以使最大竖向位移降低49.64%;在不进行超前注浆加固时, 预留核心土可以使最大竖向位移降低24.00%, 若进行超前注浆加固, 预留核心土则可以使最大竖向位移降低41.39%;

2) 结合现场监控量测拱顶沉降最大实测值为21.3 mm, 在安全控制范围之内, 表明采取的全断面注浆结合上下台阶预留核心土开挖的方案是实际可行的, 保证了隧道施工安全。

参考文献

[1]宋克志, 王梦恕.隧道地层变位的可靠性分析[J].中国安全科学学报, 2004, 14 (6) :82-86.

[2]李文华, 周世生, 韩萧, 等.超小横净距双线地铁隧道开挖顺序数值模拟分析[J].施工技术, 2014, 43 (23) :125-127.

[3]陈林杰, 谭绪凯, 艾振喜.泥岩地质条件下浅埋特大断面隧道施工方法优化研究[J].施工技术, 2014, 43 (23) :121-124.

[4]陈铁林, 滕红军, 张顶立.厦门翔安海底隧道富水砂层注浆试验[J].岩石力学与工程学报, 2007, 26 (S2) :3711.

[5]李哲, 仵彦卿, 张建山.高压注浆渗流数学模型与工程应用[J].岩土力学, 2005, 26 (12) :1972-1976.

[6]郝哲, 杨栋.土体注浆理论评述[J].有色矿冶, 2004, 20 (3) :16-19.

[7]杨米加, 陈明雄, 贺永年.注浆理论的研究现状及发展方向[J].岩石力学与工程学报, 2001, 20 (6) :839-841.

[8]皇甫明, 王梦恕.核心土留设对隧道工作面稳定性的影响[J].岩石力学与工程学报, 2005, 24 (3) :521-525.

[9]李文, 王国喜.重庆五路口车站浅埋特大断面隧道开挖方法比选和优化[J].施工技术, 2013, 42 (13) :76-78.

浅埋软弱隧道 篇6

1施工相关要求

( 1) 坚持使用新奥法“早预报、勤量测、管超前、弱爆破、短进尺、强支护、快封闭、紧衬砌”的施工原则; ( 2) 加强地质预报, 超前探明地质情况, 以及时采取相应对策, 优化施工方案是保证隧道施工安全的必要条件; ( 3) 加强隧道防、排水措施。要坚持综合预报、先探后掘, 完善基准、大堵小排, 突出重点、超前处理, 先排水, 再开挖的原则。具体措施有完善洞口、洞内的排水系统, 施做洞顶截水天沟等; ( 4) 抓好洞口施工: 要提前完成洞口的路堑边坡、涵洞及路堤, 要做到开挖、防护同步, 要重视边坡监测; 要合理安排明暗洞施工顺序, 及时施做明洞和洞门; 要注意洞口的偏压, 必须坚持“先外后内”的原则, 杜绝因人为因素而加剧偏压, 并进行必要的加固和回填反压; ( 5) 科学选择开挖方法, 合理安排开挖步骤: 其原则是“先护后挖、化大为小, 避免扰动, 及时封闭”; ( 6) 强调支护的时效性: 一是初期支护必须紧跟掌子面, 做到一掘一喷, 及时封闭, 以充分发挥围岩的自承能力; 二是及时落底, 实现支护闭合, 保证整体受力; 三是要及时施做二次衬砌, 提高安全储备; ( 7) 加强监控量测, 信息化施工。

2具体施工技术

2. 1超前工作

( 1) 超前预报。现场施工时除参考设计阶段地质勘察资料外, 为避免遇到实际开挖揭示的地质与设计提供的地质存在较大差异的情况, 施工前必须进行超前地质预报工作, 有利于正确编制技术措施和采用的施工方法。超前地质预报的主要手段有地质素描、物探、超前钻探。在遇到破碎带和断层地段时, 需加强超前长、短钻孔, 及时探明隧道前方地质情况, 特别是地下水的发育情况, 严禁在未探明情况下盲目开挖。

( 2) 超前加固。在软弱地质层和断层破碎带, 特别是富含水时, 必须对围岩进行超前加固, 改良地层, 确保隧道施工安全。必须配备专业队伍、专业设备, 进行专项设计, 以保证加固效果。

( 3) 超前支护。1超前大管棚: 适宜于浅埋偏压洞口、堆积体、砂土质地层、断层破碎带地层, 以及下穿公路、铁路、地面建筑物时采用, 对沉降控制有很好的效果。大管棚一般采用 φ70mm ~ φ159mm的钢管, 纵向长度10 ~ 100m根据工程需要设置, 仰角一般控制在1 ~ 3°, 以1° 为佳。2超前中管棚: 根据超前支护的目的、范围和施工机具, 使用 φ70、φ60中管棚的长度可取6 ~ 10m, 小外插角可取5 ~ 10°, 大外插角可取20 ~ 40°。当成孔不大于 φ90mm时, 孔深不大于10m时, 可以选择手持风枪成孔, 达到既保证施工安全又方便施工、加快进度的目的。 3超前小导管: 在破碎围岩、堆积体、砂土质地层、断层破碎带中普遍采用。小导管一般采用 φ32mm ~ φ60mm的钢管, 纵向长度2. 5 ~ 6m根据工程需要设置。小导管布设后根据地层稳定情况, 如需要可进行注浆, 加固周边地层。4超前锚杆: 通过增加锚杆, 可以有效稳定隧道周围围岩, 防止坍塌发生。在进行锚杆的安装过程之中, 通常需要进行思考的相关数据主要包括锚杆的几个数据: 长度、间距、直径、外插角, 而且针对于其材料选择也应该进行妥善思考。

2. 2开挖施工

开挖是隧道施工非常重要的一环, 在进行开挖作业时, 不仅要确保较为快速的完成整个挖掘过程, 还要保证安全性。选择开挖工法时, 原则上在确保安全情况下, 应从简单到复杂, 尽量减少开挖步骤, 方便工法交替时的工序转换。浅埋软弱围岩大跨隧道常用的开挖工法有台阶法、环形导坑 ( 预留核心土) 法、CD法、双侧壁导坑法、CRD法、中洞法等。开挖工法应根据地质情况和地层加固情况来确定, 也要根据地质情况和量测成果及时调整工法。

2. 3初期支护

浅埋软弱围岩大跨隧道常用的初期支护方式有: 锚网喷、锚网喷+ 钢拱架。钢拱架形式有格栅钢拱架、工字钢、H型钢。特殊地质条件下可以使用喷钢纤维混凝土。采用台阶法开挖时, 分节安装的拱脚必须设置锁脚锚杆来控制拱脚位移, 要迅速设置中、短锚杆, 锚杆的长度与间距之比一般为2∶ 1。及时喷射混凝土与加设锚杆是加固围岩、提高围岩承载能力的重要措施, 让喷射混凝土与锚杆起联合作用, 共同抵抗围岩的变形压力。喷射混凝土作业, 必须坚持先初喷、后复喷的原则, 这样合理的喷射程序可以做到安全施工, 加快进度。尽快形成初期支护封闭断面的做法, 是防止变形、塌方的重要手段。

2. 4仰拱和二次衬砌

初期支护完成后, 适时进行二次衬砌施工, 特别是已经处理过的塌方地段, 隧道洞口段, 或极有可能出现塌方、大变形的地段应尽早施作二次衬砌, 不能等到围岩和初期支护变形基本稳定后再施作, 以便于让初支与二衬共同受力承载, 确保施工安全。

2. 5监控量测

监控量测是新奥法施工的重要组成部分, 是保证软弱围岩隧道安全施工的重要施工措施, 是判断结构稳定性、指导软弱围岩隧道安全施工最重要的信息化手段。很多隧道的变形与坍方是因为没有进行监控量测、或没有使用量测成果才产生的。施工阶段应将监控量测同超前地质预报一样作为关键工序来管理, 实现信息化施工。量测人员要专职化、专业化, 要经专业培训后才能上岗, 实行专业化管理。要建立等级管理、信息反馈和报告制度。量测断面布置间距Ⅳ级围岩10m ( 规范要求10 ~ 30m) 、Ⅴ级围岩5m ( 规范要求5 ~ 10m) 。拱顶下沉或水平收敛速率达5mm/d或位移累计达100mm时, 要暂停施工, 分析产生原因, 提出处理措施。采用有尺量测时, 测点挂钩要做成闭合三角形, 保证不变形、采用点接触。在进行具体的量测过程之中, 可以分为施工前的量测和施工中的量测, 施工前的量测主要包括对于施工现场的一些数据进行收集, 进而可以得出相应的施工具体环境, 保证对于施工地点的具体结构组成有所认识。保证施工过程之中, 隧道处于一个较为合理、安全的环境, 让发现的问题能及时得到解决。

3总结

伴随着现代的施工体系不断发展, 针对于隧道的施工技术也不断进步, 在这种基本形势下, 隧道的施工方式也得到了不断的提升, 所以说在新的时期, 为了保证隧道可以更好的服务于现代道路体系之中, 更需要相关工作人员对于隧道的施工方式有所了解。

摘要：在我国现代的道路体系之中, 常常需要穿山越河, 在贯穿山峦时常用隧道形式。随着我国道路发展规模日益扩大, 标准化的要求不断提高, 隧道施工技术要求也就越来越高, 根据地质不同, 相应的隧道施工模式也有所不同, 应该根据实际情况来选择相应的施工技术。

关键词：浅埋软弱围岩,大跨隧道,施工技术

参考文献

[1]姜明生.浅埋软弱围岩公路隧道施工技术探讨[J].福建交通科技, 2013 (3) :53-55.

浅埋软弱隧道 篇7

关键词：隧道,大跨度,浅埋,软弱,大变形

1 工程概况

1.1 设计概况

沪昆客专长昆湖南段某隧道位于湘潭市银田镇, 进口里程为K46+535, 出口里程为DK46+965, 全长430 m, 为双线单洞隧道。隧道进、出口段为浅埋, 两端设明洞共长70 m。围岩级别为Ⅳ级、Ⅴ级软弱围岩, 围岩为灰岩、泥灰岩互岩:灰黑色, 强~弱风化, 隐晶结构, 薄~中厚层状构造, 节里裂隙发育, 断面处可见铁质侵染, 含少量高岭土, 岩芯呈短柱状、长柱状、饼状。

隧道DK46+820~DK46+909段为Ⅳ级围岩, 衬砌类型为Ⅳb, 开挖工法采用弧形导坑预留核心土法。隧道DK46+909~DK46+940段为Ⅴ级围岩, 衬砌类型为Ⅴb (浅埋) , 开挖工法采用大拱脚台阶法。

1.2 施工概况

隧道从进口单口掘进, 掌子面开挖支护至DK46+925时 (此时, 中台阶里程为DK46+915, 下台阶里程为DK46+894, 仰供里程为DK46+890, 拱墙二衬里程为DK46+867) , DK46+880~DK46+915段拱墙初期支护出现了变形下沉, 侵入二衬限界最大为26 cm。其后初期支护变形继续加大。为阻止变形加大, 项目部曾采取以下措施:

1) 对DK46+885~DK46+890左侧拱腰开裂处进行补喷混凝土;为稳定该段围岩, 早日将二衬跟进闭合成环, 间隔施作二次衬砌;

2) 对DK46+903预留电力洞室范围内的钢架每榀加设2根锁脚注浆锚管。

由于后续施作过程中遭遇连续雨水天气, DK46+885~DK46+890段纵向裂缝依然存在继续扩展现象, 洞内初期支护表面出现局部渗水, 初期支护混凝土剥落现象严重, 钢架存在扭曲变形及断裂现象;DK46+914处拱部出现环向裂缝, DK46+903处拱部环向裂缝亦存在继续扩大趋势, 裂缝宽度达到2.0 cm。同时, 在巡查山体地表时发现洞口山顶上出现多条裂缝, 并有局部错动现象, 裂缝自DK46+765~DK46+925段均有出现, 其中最大一道裂缝宽最大处达50 cm, 错动深度最大达50 cm。最后, 项目部停止隧道施工, 组织专家进行会诊并制定处理措施。

2 变形原因及处理措施

2.1 变形原因

1) 隧道出口端DK46+820~DK46+940段为浅埋偏压段, 该段洞顶覆土为15 m~20 m, 埋深较浅, 且客专隧道开挖断面较大, 开挖宽度达到15 m, 围岩自稳能力差, 隧道开挖的扰动引起山体内部受力情况改变, 极易造成坍塌或初支沉降变形过大。

2) 隧道DK46+820~DK46+940段围岩为灰岩、泥灰岩, 碳质灰岩互层, 强风化, 隐晶结构, 薄~中层状构造, 节理裂隙发育, 破碎, 含少量高岭土, 岩芯呈短柱状、长柱状、饼状;根据设计图纸描述, 在DK46+895处为岩层分化带分界线, 隧道洞内掘进时地质描述判定岩层是灰岩和泥灰岩互岩, 且层状厚度不均, 此种围岩遇水极易软化, 强度极低。

3) 隧道高度在地下水位稳压高程之间, 且山体地表为砂性碎石土, 空隙较大、极易渗水, 在经历连绵数天雨水天气之后, 雨水沿空隙及岩层间裂隙渗入山体, 致山体内泥岩、泥灰岩遇水软化、失稳, 产生蠕变, 同时因隧道开挖引起山体扰动, 最终引起山体自东北高处往西南低洼处错动。

2.2 变形处理措施

2.2.1 总体方案

1) 停止掌子面开挖, 对掌子面喷射混凝土封闭, 立即拆除防水板作业台车, 台车拆除完毕后开始反压回填, 同时对洞顶山体裂缝处施作砂浆防水层, 防止地表水的继续渗透。

2) 对DK46+876~DK46+915段进行反压回填, 回填高度为拱顶以下不大于5 m处, 回填采用隧道弃碴分层夯实, 反压回填处理期间, 安排安全员24 h进行监控, 发现异常情况立即撤离洞内反压回填作业人员。

3) 反压回填的同时对DK46+867~DK46+876段二衬进行施工。

4) 反压回填完成后, 对DK46+876~DK46+925加设临时支撑, 支撑采用Ⅰ22a工字钢;先施工水平支撑, 每榀钢架一道, 由洞外往洞内施工;水平支撑施工完毕后, 进行“米”字形支撑施工, 每2榀钢架一道, 从洞内往洞外施工。

5) 临时支撑完成后, 对DK46+876~DK46+925段回填以上部分初支背后进行径向注浆, 注浆施工由洞外往洞内进行, 注浆范围为开挖轮廓线外4 m。

6) 注浆完成并通过沉降观测稳定后, 对DK46+876~DK46+925段初期支护侵限段分段、分部由洞外往洞内逐榀拆除进行换拱。换拱段落初期支护钢架间距加密至0.5 m/榀, 锁脚锚杆每单元加设至6根。二衬参数仍按原设计执行。

7) DK46+876~DK46+925段围岩量测点加密至5 m一个断面, 按每天两次进行观测。

2.2.2 临时支撑保护

反压回填完成后, 对DK46+876~DK46+925段进行临时支撑, 采用Ⅰ22a型工字钢;先施工水平支撑, 每榀钢架一道, 从小里程往大里程方向施作;水平支撑施工完成后, 施作“米”字形临时支撑, 每2榀钢架一道, 从大里程往小里程方向施作。临时支撑各节点单元需焊接牢固, 相邻两榀横撑之间设置两道纵向Ⅰ22a型钢焊接。

临时加固形式见图1。

2.2.3 注浆加固措施

1) 径向注浆采用50 mm×3.5 mm小导管, 长4.0 m, 间距2.0 m (纵向) ×2.0 m (环向) , 梅花形布置。

2) 小导管安设采用钻孔打入法, 钻孔直径52 mm, 采用风钻开孔, 钻孔长度4 m, 注浆范围为隧道开挖轮廓外4 m。

3) 小导管安设后, 用塑胶泥或锚固剂封堵孔口及周围裂隙。

4) 小导管注浆采用P.O42.5普通硅酸盐水泥, 水泥∶水=1∶1水泥浆 (重量比) , 注浆压力1 MPa~1.5 MPa。

注浆断面布置示意图见图2。

2.2.4 拱架置换

对由于初支侵限, 造成部分已施工地段需要换拱处理, 具体施作要求如下:

1) 上台阶注浆完成达到设计要求后, 根据净空测量的结果, 对该段从小里程逐环开始, 按照先拱后墙的顺序逐榀逐单元对每环侵限的拱架进行置换。

2) 置换前拆除一榀临时钢支撑, 开挖置换主要以人工风镐开挖为主, 尽量减少对围岩的扰动, 每次只能更换一榀拱架, 开挖预留变形量增加到15 cm。

3) 该段初期支护参数按原设计施工, 采用Ⅰ18工字钢, 钢架间距加密至0.5 m/榀, 钢架每单元锁脚锚管均加设至6根, 锁脚锚管采用4 m长φ42 mm小导管注浆加固。

4) 上台阶换拱施作至3 m后及时施作此段下台阶初支, 下台阶初支完成9 m后紧跟仰拱和二衬混凝土施工, 及时封闭成环。

5) 下台阶边墙两侧回填土开挖时需左右错开3 m, 开挖后立即对下台阶进行径向注浆加固;下台阶换拱需在注浆加固完成后方可进行。

3 结语

大跨度浅埋软弱围岩隧道施工极易引起初期支护的大变形, 导致初支侵入二衬, 为此在施工过程中可以通过一些措施加以预防:1) 加强超前地质预报, 及时掌握掌子面前方各种围岩状况, 采取针对性的超前支护措施, 并加大预留变形量;2) 隧道开挖后及时进行围岩量测及浅埋、洞口段的地表沉降观测, 发现变形数据异常, 及时加设临时仰拱并对围岩进行径向注浆加固;3) 严格控制开挖进尺, 仰拱及二衬及时跟进封闭。通过对沪昆客专长昆湖南段某隧道的初期支护大变形处理施工, 我们对大跨浅埋软弱地质围岩的初支变形原因及处理措施有了深入了解, 熟练掌握了换拱作业等相关的施工工艺及流程, 顺利完成了隧道的初支变形处理施工, 确保了隧道的安全、质量和工期。

参考文献

[1]铁道部第二工程局.铁路工程施工技术手册[M].北京:中国铁道出版社, 1999.