大跨度隧道（精选11篇）
大跨度隧道 篇1
《中长期铁路发展规划》的实施和国务院批准的9条客运专线的立项, 标志着我国高速铁路建设高潮的到来。郑西铁路客运专线是路网规划“四纵四横”中徐州至兰州快速通道中的一段。郑西客专黄土隧道是目前我国在黄土隧道地区修建的断面最大的隧道, 开挖断面在170 m2以上, 同时隧道内采用无碴轨道, 对基础要求高, 对结构的控制要求严, 因此给施工带来一系列问题需要我们在工作中加以研究探讨。
结合贺家庄隧道目前施工情况, 阐述了预留核心土法开挖黄土隧道施工工艺以及施工中应该注意的问题, 以供有关人员探讨、参考。
1 工程概况
贺家庄隧道全长1815m, 起止里程DK241+620~DK243+435, 线路纵坡5.50/00, 隧道按行车速度200 km/h以上客运专线双线隧道设计, 洞内采用旭普林无碴轨道结构, 进出口均采用1∶2.5椭圆台面帽檐斜切式洞门。隧道设计Ⅴ级围岩96 m, Ⅳ级围岩1671 m, 进出口明洞48 m。
1.1 地形、地貌
隧道所处区域为黄土台塬地貌, 地面高程400~600 m, 相对高差约60 m。进出口黄土“V”字型冲沟切割强烈, 相对高差较大, 岸坡陡峻。洞顶地形平坦, 垦为旱地或果林, 植被差。
1.2 水文地质特征
地表水不发育, 为沟内季节性流水。地下水为黄土内空隙潜水, 由于黄土塬地势较高, 黄土垂直节理发育, 冲沟切割较深, 地下水排泄畅通, 隧道所遇空隙潜水水量有限。
1.3 工程地质
(1) 地层岩性:本段分布地层有第四系全新统坍滑堆积 (Q4SL) 黏质黄土、上更新统 (Q3) 黏质黄土、中更新 (Q2) 统黏质黄土、砂质黄土。
(2) 地质构造:未见构造形迹。
(3) 不良地质:不良地质为坍滑、黄土陷穴。
(1) 坍滑:位于出口DK243+320~+377段, 主要由于连霍高速公路三门峡生活服务区的下水管道断裂, 废水下渗形成表层黄土坍落, 范围57×30 m, 厚2~10 m, 分布于隧道出口洞身上。 (2) 黄土陷穴:DK243+400~+425线路左侧分部一黄土陷穴, 主要为地表水沿节理下渗, 带走黄土中细小颗粒, 引起土体泄落形成。
2 施工方法
施工中严格按照“先探测、管超前、非爆破、严控水、强支护、勤量测、早衬砌”的原则组织施工。Ⅳ级围岩段采用弧型导坑预留核心土七步流水法施工, 设计支护参数为:Ⅰ20a型钢钢架, 间距0.8~0.9 m。
施工工序见下图1。
3 施工中出现的问题
2 0 0 6年7月2日当隧道掘进至DK243+333.7里程时 (设计Ⅳ级围岩地段, 距离洞口71 m) , 发现土层含水量增加, 地质条件变差, 与设计Ⅳ级不符, 土层结构较为松散, 随即发现地表出现裂纹, 同时监测到已施工段拱顶下沉加剧, 之后至7月13日的开挖施工中, 发现地表裂缝随掌子面向前发展, 因此于7月14日停止掘进。
4 原因分析
引起该段变形较大的原因主要有以下几个方面。
(1) 该段分布不良地质体, 地层岩性差, 而支护参数未考虑加强。 (2) 由于洞顶高速公路排污管道污水下渗, 导致土层自稳能力下降。 (3) 根据地表裂缝显示洞身存在偏压现象。 (4) 施工中仰拱未能及时闭合。
5 采取的主要措施
(1) 根据监控量测反馈, 在发现拱顶下沉量较大后, 随即采取了抬高钢架的措施, 确保了二次衬砌厚度。
(2) 增加锁脚锚管, 增加初期支护的强度。
(3) 扩大拱脚增加拱脚受力面积, 提高钢架支承能力。
(4) 至7月13日发现地表裂缝随掌子面向前发展, 并根据裂缝走向判定隧道存在偏压现象, 并且山体有滑动迹象, 因此于7月14日停止了掘进, 等待设计处理方案。之后按照设计方案采取了如下措施。
(1) 洞顶局部清方减载, 线路左侧进行反压回填, 回填高度至隧道拱顶处。 (2) 地表高速公路生活区排污管道进行了改移。 (3) 洞口边仰坡尽快按设计边坡刷方。 (4) 洞内掌子面暂时停止掘进, 弧形开挖暴露面采用锚网喷封闭, 参数:喷砼厚15 cm, Φ8钢筋网, 间距20×20 cm, Φ22砂浆锚杆, 每根长5.0 m, 间距2.0 m, 梅花型布置。 (5) DK243+328~+324采用编织袋装土码砌至拱脚位置。DK243+328~+310段设C20钢筋砼临时仰拱进行封闭, 临时仰拱厚度30 cm, 内设Ⅰ18型钢, 间距0.8 m, 及双层Φ8钢筋网, 间距20×20 cm。根据量测值必要时加设钢筋砼横撑。 (6) 尽快施作洞口段二次衬砌及明洞。 (7) DK243+310~+150段采用CRD法工法。
6 总结或体会
通过采取了以上处理措施, 洞内及地表变形已趋于稳定, 确保了隧道的安全, 达到了预期的效果。同时, 需要我们解决采用弧型导坑预留核心土七步流水法施工中如何能更好地解决隧道沉降变形的问题。
(1) 根据贺家庄隧道变形量测资料显示, 隧道下沉的主要形式为初期支护的整体下沉。变形发展一般分为3个阶段。
第一阶段:上导开挖后1~3天, 变形下沉小, 拱部仅轻微下沉拱脚轻微内移, 变形量一般为1~3 cm。第二阶段:迅速发展阶段, 该阶段从下半断面落底挖边墙马口开始, 洞室变形发展迅速, 变形量达到3~10 cm。第三阶段:变形趋于稳定阶段, 该阶段从仰拱初期支护闭合成环, 仰拱混凝土施工完成后开始, 至二次拱墙模筑衬砌施工完成止。
隧道开挖后总的变形量值和迅速变形阶段结束的时间, 完全受控于仰拱封闭的时间, 仰拱早封闭则总变形量小, 仰拱晚封闭则总变形量大, 仰拱封闭的时间是变形的一个关键控制点。
(2) 加强监控量测, 切实做好监控量测工作, 及时反馈信息、指导施工, 以便及时调整预留变形量及初期支护参数, 确保初期支护不侵入二次衬砌界限。
(3) 施工中应经常注意黄土含水量、地质状态等的变化, 及时提出设计变更, 确保施工安全。
(4) 重视地表冲沟、陷穴对隧道的影响。
黄土隧道另一大特点是地表冲沟、陷穴发育, 形成地形浅埋、偏压以及地表水下渗, 从而降低围岩物理力学指标, 恶化隧道结构的受力条件。施工前应收集相关资料, 必要时对冲沟、陷穴采取回填夯实、填土反压、改变地表水径流条件等工程措施, 避免地表水下渗危及隧道工程。雨季施工时应特别予以重视。
参考文献
[1]刘祖典.黄土力学与工程[D].西安理工大学, 1996, 19.
[2]GB50025-2004.湿馅性黄土地区建筑规范[S].北京:中国计划出版社, 1992.
大跨度隧道 篇2
深埋隧道围岩压力与跨度的关系研究
首先总结了国外深埋隧道围岩压应力经验公式,以及关于隧道跨度对围岩压应力影响方面的研究成果.然后,从公路隧道设计规范深埋隧道围岩压力计算方法入手,利用有限元数值方法分析完整岩体中作用的初期支护上的形变压应力随跨度的变化情况,分析认为,完整坚硬的岩体中形变压应力随跨度变化很小,完整均质软弱岩体中形变压应力随跨度变化情况受施工方面的影响很大.最后,分析高度节理化岩体的松弛压力随跨度的变化情况,提出建议:破碎岩体中开挖大跨度隧洞时,要同时加强初期支护的.支护刚度和二次衬砌的支护能力.相关结论可作为深埋大跨度隧道设计以及施工的参考.
作 者：张孝伟 ZHAGN Xiao-wei 作者单位：中铁二院昆明勘察设计研究院有限责任公司,云南,昆明,650200 刊 名：西部探矿工程 英文刊名：WEST-CHINA EXPLORATION ENGINEERING 年，卷(期)：2009 21(7) 分类号：U451 关键词：深埋隧道 围岩压应力 跨度大跨度上的大跨越 篇3
担任金华江特大桥施工的中铁五局二公司杭长项目部全体建设者，当成功合龙的凯歌响起，他们用激动的心跳和弦、用吹打的鼓乐合奏、用灿烂的笑靥表情，将合龙的欢腾推上了高潮。或许，没有更多人知道他们在过去600多个日日夜夜里那些太多太多的付出与企盼。他们既是成功的见证者，更是成功的实践者，他们有资格为这成功而纵情、为这喜悦而喝彩。
挥臂写壮志
2010年的春天毫不吝惜地赠给了大地一片又一片的绿色，也带给了中铁五局二公司令人振奋的喜讯，公司承接到了总造价为15.96亿元的杭长客专浙江段5标26.36公里的施工任务。这是公司近年来承接到的最大项目，对于公司来说无疑是天大的喜事，同时，更是重大的挑战。因为工程管段内有12处是跨铁路、公路、河流和城市道路的特殊结构桥梁，其中尤以全长11.43公里的金华江特大桥为重难点，该桥先后有9处跨越铁路、国道、河流，其主跨为（75 + 4 x 135 + 75米）悬臂连续梁，是目前国内在建铁路客运专线中跨度最大、跨数最多的连续梁桥，既是铁道部工程管理中心挂牌督办的工程，也是杭长客专浙江段控制性工程。接手如此艰巨的施工，建设者们无不如履薄冰。
2010年4月16日，中铁五局二公司杭长项目部正式挂牌成立。次日晚，项目部召开首次生产筹备会，迅速作出了必须在10天内完成驻地建设并组织好设备和劳务人员进场的果断决定。
4天后，项目部隆重召开动员大会，公司董事长、党委书记周小霞要求全体参战人员认清形势，展示风采，发挥好党组织四个作用。公司总经理龙禹提出“快、高、管、优”要求，全力打造全线示范点，为金华江特大桥争创国家鲁班奖创造条件，为公司更大发展培训和造就一批施工骨干。目标高远却清晰可辨，道路曲折但前途光明，建设者们毫不动摇地下定了决心。
4月24日上午9点钟，施工现场推土机破土动工，标志着项目部正式拉开了施工序幕。
按照铁路施工标准化管理要求，项目部一方面严格按照标准化体系全面推进，一方面努力寻求并创新管理方式，重点推出了：
——“工期责任”与“质量、安全责任”双拳出击，卡控安全与进度。项目部全面实施“全员质量、安全责任制”与难点关键点“重点质量、安全责任制”，明确包保内容，强化质量与安全责任，奖优罚劣，确保质量和安全“双保险”。
与此同时，项目部强化执行力，推行“工期责任状”，明确责权利，狠抓施工进度；倡导“第一次就做对”理念；大力推行“首件负责制”，尽量减少和杜绝返工，确保执行到位、工期兑现。
——“设备统调”与“物资专供”双管齐下，确保供需。为了防止设备闲置或低效使用，项目部集中管理设备，在及时掌握各作业队施工情况基础上，统一合理调配，确保各类设备高效运转。
既控制设备，更控制各类大宗物资。项目部对物资实行集中采购与集中管理，各队按需申报，待项目部审批后集中发放，既有利于控制成本，也有利于确保供需。
——“自建型工班”与“劳务型工班”协同作战，各显神通。为确保连续梁施工质量与进度，担任主跨施工的架子二队组建起了“自建型工班”，人员由经验丰富的正式职工和经考核合格、择优录取的劳务工组成。这种工班凝聚力强、有责任感、服从指挥、施工经验丰富，工效比纯劳务型工班高出20%-30%，他们出色的表现成为了连续梁施工的主力军。
项目部对所有劳务工实行实名制动态管理，在待遇上和正式工实行“五同”，即同吃、同住、同学、同工、同酬。目前，项目部共有工班21支，其中，自建型工班7支，占工班总数33%。
在各项举措强有力地推进下，项目部按照“开工必优”目标，仅用18个工作日就建成了全线第一个拌和站，这一速度创造了中铁五局混凝土拌和站建设新纪录。5月19日，中心试验室建设又传来喜讯，建成了全线首家验收合格的试验室。至此，项目部在开工之初就一举夺得了全线“两个第一”。对此，沪昆客专浙江公司总经理、上海铁路局副局长张扬盛赞道：“混凝土拌和站和中心实验室是全线最高标准！”
初战告捷，更增添了他们前进的动力。2010年8月3日，项目部以“建功立业劳动竞赛”为抓手，通过与各架子队分别签订责任成本承包协议书、安全生产包保责任状、廉洁从业责任书和社会治安综合治理责任状，壮士断臂，上下同欲，向目标发起了冲锋。2010年9月9日上午11点18分，金华江特大桥（4 x 135米）连续梁工地7台钻孔机同时开钻，正式拉开了大桥施工序幕。
熔炉炼真钢
工地是战场，需要参建者不屈不挠的意志；工地是熔炉，能够冶炼出担当重任的栋梁之材。项目部不遗余力地实施知识共享、思想再造，努力使参建者走得上岗位、揽得下瓷器活、展得开身手、结得出成果。
以项目部2010年4月26日召开的标准化管理动员大会为起点，创建学习型组织热潮在项目部全面铺开。
——严格的军训培养员工令行禁止作风。项目部从2010年6月起先后组织了三批近1 000名员工（农民工）开展为期7天的军事训练，旨在通过军训，增强体质，强化组织纪律性，提振团队团结协作士气。在军训的熏陶下，农民工昔日懒散的生活和工作作风有了明显改善，吃苦耐劳和团队协作精神开始在项目部传递。
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——岗前培训提升员工“标准化管理”自觉性。项目部采用幻灯片、光碟宣传片等方式，将标准化管理基础知识、架子队质量、安全生产职责、各个工种安全技术操作规程、现场管理标准化等进行视频播放；选派辅导老师讲解每个岗位的质量、安全生产职责，增强“不伤害自己、不伤害别人、也不被他人伤害”的“三不伤害”意识。通过培训，真正让标准成为习惯，使习惯符合标准，让结果达到标准。
——工地学校持续提高员工能征善战的能力。由项目部工会创办的杭长工地学校，下设3个分校，利用现场会议室或活动室作为培训场地，配备相应的黑板、课桌椅、电视机、DVD、投影仪、图书柜等设施和经验丰富的技术人员作兼职教师，自编教材，开展全方位全覆盖教育培训，对持续改善员工综合素质起到了很好的促进作用。
——“导师带徒”促进青年员工茁壮成长。针对新进大中专应届毕业生仅有理论缺乏实践经验的现状，项目部开展“导师带徒”活动，并在金华江特大桥105号墩施工现场举行了隆重的“导师带徒”拜师仪式和“青年突击队”授旗仪式，54位青工不但与师傅签约找到了成长的带路人，并且在“金色年华，奉献沪昆”的主题活动中找到了实现人生价值的大舞台。
艰巨炼意志，培育锻真钢。工艺创新在项目部竞相开展。针对大跨度连续梁混凝土外观质量和大跨度连续梁线型控制难的问题，项目部成立了QC小组，通过加强培训交底、强化“三检”制度、严格混凝土质量控制等措施，最终取得了工程质量内实外美、线形顺畅、符合验标要求的最佳效果，多次获得业主和监理好评，并作为样板工程在全线推广。项目部改进墩身养护工艺采取自动养护系统，省钱省力，受到沪昆客专浙江公司总经理张扬夸奖；钢筋加工则一改过去用电焊条焊接的传统方法，采用二氧化碳气体保护焊，既无焊渣，也不产生焊锈，不但提高了焊接质量，而且也不产生影响员工健康的有害气体，深得前来视察工作的铁道部副部长卢春房赞许；采用绳锯环切技术替代风镐解除连续梁临时支墩，使原来7天的工时缩短成现在的1天，极大地提高了工效。
工艺进一小步，施工跨一大步，项目部意气风发地向着既定目标快速推进！
情伴风雨路
风雨路上情相伴，艰难困苦何所惧！公司副总经理兼项目经理刘宇廷和班子一帮人大力倡导“能力+感情”工作法，用情聚心凝心，心心相印就能放射出巨大能量。项目部从多个角度实施人本关怀：
——体检检出真感动。为农民工进行免费体检，这在其他单位是新鲜事，但在中铁五局二公司杭长项目部确是正常事。2010年8月14日，项目部特地从中铁五局杭州疗养院请来了白衣天使，专门为300多位农民工进行免费体检，体检项目包括普检、血常规、胸透、B超、心电图等多个项目；医护人员还根据不同的个人健康问题给出指导性护理或治疗意见。
“在外面打工，给我们做身体检查，这是我打工20几年来第一次遇到的。”农民工们无不感慨万千。
从2010年8月份至2012年5月份，项目部定期组织农民工进行体检，体检总人数达1 600人次。
——探亲倍感组织亲。2010年8月8日，由项目部团工委组织的“情牵杭长?心愿之旅”为主题的快乐暑假探亲活动，在员工与家属的欢声笑语之中拉开了旅游帷幕。来自湖南、四川、河南等地的员工家属及其子女近50人应邀到项目探亲，并组织他们前往全国著名的横店影视城参观旅游。风景如画的清明上河图园、气势磅礴的秦王宫殿、婀娜多姿的广州街和香港街市景，给员工家属们留下了十分深刻的印象，更增添了他们对项目部的亲切感。
既要让家属玩好，更要让家属住好。项目部专门拨出10多万元建起了配备齐全的20间探亲房，让每对探亲夫妻乐有其居，改变了家属探亲混居在民工房中的不文明现象，真正让民工们享受到“杭长大家庭的温馨”，博得广大农民工一致拥护。
——物质精神总宜人。项目部对民工工资发放实现“三不”原则，即不拖延发放时间、不拖欠发放数量、不让人转交直接发到本人手里。发放工资时，由架子队书记或队长同各个工班长到财务部领取应发放的工资款，然后到现场登记造册，由农民工本人出示身份证，核对后领取。不少农民工深有感触地说：“二公司杭长项目这样切实为农民工兄弟着想，这活儿干得实在是痛快。”
——工地文化氛围浓。每逢假节日，各种文娱活动令人流连忘返。项目部在中秋节开展的“明月几时有？把酒问青天”团圆活动，在国庆节组织篮球、乒乓球、拔河健身比赛和象棋、围棋、扑克智力竞赛，在元宵节组织闹元宵、迎龙灯活动，无不让参与者感受到融入项目团队这个大家庭的幸福与温暖，由此而生发出令人振奋的自豪感和乐为项目争光彩的荣誉感。
旗引春雷动
2011年5月17日，金华江特大桥施工现场突然间掀起了一片红色波澜，原来中铁五局“创先争优沪昆线、中铁五局当先锋”主题实践活动启动仪式正在这儿进行。时任中铁五局党委副书记的李晓声、局副总经理/杭长客专浙江段项目经理梁承欢、中铁五局二公司董事长/党委书记周小霞等相关领导出席了启动仪式。主题活动锁定目标将沪昆线建设成党建思想政治工作示范线、廉洁示范线、项目文化建设标准线，为中铁五局争当中国中铁领军企业而努力奋斗。创先争优活动在全线全面展开。
项目部党工委坚持把项目党建与施工生产同部署、同考核、同激励、重实效、抓重点、显亮点，从组织建设、制度建设、思想建设、作风建设、廉政建设等方面突出特色，努力使创先争优卓有成效。
——“党员突击队”，艰难险阻无所惧。项目部在中铁五局二公司工会主席兼项目党工委书记曹波带领下成立了7支重点工程“党员突击队”，突击解决工程难点与重点。金华江特大桥107号墩因为是水中墩，施工采用钢围堰封闭作业，由于水位深、水流急、工期紧，共产党员、工班长刘黔东带领20多名职工奋战18天提前完成了围堰基础施工。2010年10月14日深夜，金华江突降暴雨，急速上涨的江水很快淹过围堰，情况万分危急。关键时刻，党员突击队队长王天灵、副队长赖道良组织队员迅速行动，经过苦战，最终保住了钢围堰安全，为施工赢得了宝贵时间。那矗立在围堰上空迎风飘扬的“党员突击队”大旗，默默地向世人展示着共产党员与众不同的特殊风采！
——“路地联建”，和谐路地谱新篇。项目部党工委把党建思想政治工作向施工沿线村组延伸，推进施工单位与当地村民共同发展。以2010年7月14日项目部党工委向兰溪市石宕金村村委会赠送一台32英寸彩电为标志，“路地联建”活动正式签约并启动。“路地联建”每月一次沟通，每季一次联系会，党组织会议互派支委参加，协调解决路地共同发展问题。项目部还主动走访贫困村民，为他们提供必要的物资支持，先后为村组贡献了上千吨混凝土。当地村民也主动协助解决征地拆迁等问题，推进了施工进程。
——“党政双签”，阳光之下见清廉。项目部成立了党风廉政建设领导小组，制定了《党风廉政建设责任制》《党风廉政建设责任实施细则》，分别与党员领导干部和架子队签订了《党风廉洁从业书》，从制度上保证党风廉政建设良性发展。项目部还严格执行“党政双签”制度，全面推行“阳光办公”、“阳光采购”，禁止暗箱操作，开工至今，先后有21人次拒礼拒贿达33.65万元，整个项目部未发现一起不廉洁行为。
旗引春雷动，箭出必争优。项目部先后获得了“百日会战”先进集体、“建功立业”劳动竞赛优胜单位、标准化管理和架子队建设双优、“四好班子”、“红旗项目部”、“标准化项目部”等荣誉。项目部党工委被评为“创先争优”示范党工委、廉洁示范线、农民工党员“六纳入”示范点。担任大跨度连续梁施工的项目桥二队陆续摘得“中铁五局优秀架子队”、“沪昆公司百日会战先进集体”、“建功立业”劳动竞赛“先进班组”等桂冠。项目经理刘宇廷喜获2010年度“铁道部火车头奖章”。
18世纪英国著名文学家斯威夫特曾经说过：“谁高出众人一筹，谁在众人眼里就是英雄。”而法国最著名的现代派诗人波特莱尔诠释道：“英雄就是对任何事物都全力以赴、自始至终、心无旁骛的人。”中铁五局二公司杭长项目部的将士们就是这样一群人，他们义无反顾地冲锋、心无旁骛地进取、开工必优地争抢，直到取得令人叫绝的成功，他们堪称为“英雄”，是响当当的“英雄”！
致敬——中铁五局二公司杭长项目部的英雄们！
（责任编辑：邱月）
大跨度黄土隧道施工技术探讨 篇4
随着我国经济水平的不断提高, 国家加大了各种基础性设施的建设力度, 隧道工程建设项目也随之增加。隧道施工属于地下建设工程中的一种, 施工单位需要严格按照隧道施工的相关规范及技术要求进行施工。对于隧道施工过程中出现的问题须立即整改, 以避免或者减少隧道质量问题的产生。同时, 为保证隧道工程的质量水平, 建设、设计和监理等参建单位应做好对隧道施工单位施工技术的管控工作, 最终实现隧道工程的经济和社会效益。
1 影响大跨度黄土隧道工程施工质量的因素
在隧道工程的施工过程中, 很容易出现坍方的问题。其产生原因主要包括以下几点: (1) 自然因素的影响:主要是指隧道工程建设区域的地质状态、受力情况和地下水的变化情况等。 (2) 人为因素的影响:具体包括隧道施工之前对建设区域的地质水文勘探工作的准备不够;设计存在不合理之处;施工时存在施工方法不当或者未按照要求实现支护强度等。 (3) 黄土地质强度的影响:隧道开挖前, 在天然的应力作用下隧道内的土体会处于较为平衡的状态。开挖隧道时会破坏土体原本的平衡状态, 由于黄土土质的强度较低, 如果应力超过黄土自身的强度, 土体则会形成一定程度的松动, 最终导致塌方问题。因此, 在处理坍方的问题时, 应对小坍方的部分进行“先支后清”、对大坍方的部分进行“先棚后穿”以及“治坍需先治水”的基本原则。施工人员应采用注浆的方法对围岩进行加固, 在隧道进出口的地段, 则可使用超前小钢轨和小钢管实现加固坍体的效果。同时, 一定切忌盲目清方, 一旦破坏了隧道内岩石的暂时稳定性, 很有可能出现更为严重的坍方事故。
2 黄土的特性
黄土的特性主要分为老黄土特性和新黄土特性两种, 具体表现如下: (1) 老黄土由于受到地质的严密积压, 致使颗粒之间较大的孔隙不存在湿陷性, 因而提高了老黄土的承载力;同时, 由于埋藏较深, 使得老黄土的含水率较高, 通常可以实现15~40%。但是, 其与隧道原始的地应力比较强度仍然偏低。因此, 会出现塑性变形的情况。 (2) 新黄土通常覆盖于老黄土上层, 厚度约为30-50m, 同时具有质地均匀、低含水率 (5-15%) 、多孔、结构松散和容易形成软弱层等特性。致使在受到隧道开挖的影响时, 很容易导致塌方的问题[1]。
3 大跨度黄土隧道工程的施工技术
3.1 准备工作
为了保质保量的完成隧道施工工艺, 一般情况下, 在施工前相关单位应该仔细的勘察施工区域的自然条件、地质情况等。并进行详细记录和研究, 在讨论后选择最优化的设计方案。如果隧道的施工风险比较高, 则需要对其风险进行科学的评估。为保证隧道实现安全施工, 需要编制相应的安全施工方案和风险防范方法, 并在隧道开始施工前, 完成安全施工的技术交底工作。
3.2 洞口的施工技术
隧道建设工程的洞口, 通常在新黄土范围内。在天气干燥时, 其强度比较高;在受到降水等影响下新黄土的土体会趋向饱和, 致使塑形变形逐渐增大。尤其是经过多次干湿膨胀及收缩以后, 新黄土的土体很容易产生裂隙, 致使土体的强度明显降低, 在受到大气降水的催化时, 洞口部位就会出现塌陷或者滑坡等问题。因此, 在进行进洞作业之前, 应该先核对隧道洞口部位的浅埋、偏压及滑坡体的范围等情况。如果隧道处于新黄土的特软弱的围岩范围, 且埋藏比较浅时, 则需重新慎重的考虑进洞位置, 以免造成不必要的安全事故。
3.3 隧道开挖的施工技术
在进行隧道开挖的施工环节, 应重点注意以下几个方面: (1) 在进行隧道开挖的环节, 应使用二台阶法及三台阶的七步流程法进行开挖, 通常需设置临时仰拱以对V级和V级加强的地段实现相应处理。隧道开挖方法主要使用的是短台阶法, 为保证施工的安全性, 对同一台阶两侧的施工应至少错开3-4m, 且不允许对同一台阶的相同断面进行同时开挖。 (2) 在隧道开挖时, 一定要做好各台阶循环进尺的控制工作。在进行单次开挖的循环进尺时, 上台阶应该控制为1-2榀拱架, 中台阶和下台阶应控制为2榀拱架。对台阶的施工长度, 如果采用三台阶法应控制为5m, 二台阶法则控制为10m, 仰拱一次的开挖长度需控制在3m内。仰拱和二衬的步距均应严格按统一标准进行控制。此外, 下台阶完成开挖后要立即进行仰拱混凝土的施工工序, 再根据围岩的量测结果, 进行二次衬砌[2]。 (3) 在完成黄土隧道开挖后, 应该全面实施人机结合的开挖方式, 严禁完全使用机械设备开挖[3]。在开挖的过程中, 通常需预留出一定程度的开挖断面, 然后再通过人工方式准确的开挖至标准断面。在开挖中, 避免或者减少超挖的现象, 应注意结合新、老黄土的特性进行施工, 一旦超挖, 应使用喷射砼填平。开挖完掌子面以后, 应该预留核心土, 以对掌子面及台阶底部出现的变形进行合理的约束。如果黄土隧道的底部为岩石, 必须进行弱爆破, 并及时封闭掌子面。
3.4 初期支护的施工技术
在隧道的初期支护环节, 应严格按照设计要求进行初期支护, 具体施工要求如下:在完成隧道的开挖后, 应立即开展初期支护并封闭成环;对于边墙部分, 隧道开挖完成后应立即落底接长钢架的处理工作并封闭成环。同时, 一定要控制好钢拱架的加工质量和连接工作;在对隧道围岩的分级出现争议时, 通常按提高一级等级的方法进行处理, 对于围岩的分级变化较频繁的情况, 通常将围岩较差地段向围岩情况较好地段方向延伸5-10m。在隧道内施工时, 如果断面出现突变, 比如向正洞进行斜井开挖、设置通风机段或者隧道内开挖避车洞等情况下, 通常需提高一个等级的围岩, 同时设计单位应对支护参数进行相应调整。
3.5 隧道二衬的施工技术
在隧道施工中的偏压、浅埋、黄土隧道以及软弱围岩地段, 二衬工作需要及时跟进, 应尽量的缩短开挖与二衬工作的距离, 才能有效缩短暴露时间。对特殊段落则应进行单工序施工, 以保证施工质量达标。对于围岩较差的地段, 在进行衬砌工作时应逐渐向围岩情况较好的地段延伸, 延伸长度应控制在5-10m之间。
3.6 附属洞室和下锚段的施工技术
在进行隧道的附属洞室施工时, 具体要求包括附属洞室的拱架须和其他部位一致;应该实现一次性完成安装并且落到底部;在进行混凝土喷射时, 可采用隔离或者预留洞口位置的方式;小避车洞可在二衬施工完成时进行钢架割除做好防水工作, 与二衬作业同时进行。此外, 对于隧道施工中下锚段衬砌环节, 应提前分析衬砌台车的适应性, 使其正常运作以尽早完成衬砌。
4 结束语
综上所述, 做好大跨度黄土隧道工程的质量管控工作十分必要。隧道工程施工质量的优劣, 直接关系着人民的生命及财产安全。因此, 做好大跨度黄土隧道工程的施工工艺十分关键。施工单位应该保证隧道施工过程中每一道施工工序的质量, 尽量避免或者减少安全隐患问题的发生。同时, 施工单位应注意不断提高隧道施工人员的技术水平, 采用新技术、新设备和新工艺确保隧道工程可以保质保量地完成, 进而促进隧道建设工程的可持续发展。
参考文献
[1]孟兆伟.大跨度黄土隧道安全施工应对措施[J].价值工程, 2014, 1 (13) :116.
[2]樊东.大跨度黄土隧道施工技术探讨[J].科技资讯, 2013, 1 (5) :53.
某大跨度建筑结构设计 篇5
关键词：建筑；大跨度；结构；设计；外挑桁架；楼盖
一、方案选型
工程在初步设计阶段原拟采用如下方案：边跨采用型钢混凝土桁架，屋面采用网架屋面。该方案存在下列问题：①左右外墙端部型钢混凝土构件承受了33.6m跨度的屋面荷载，即使采用型钢混凝土构件，仍然存在荷载大、截面大、安全储备不足等诸多问题；②由于屋面必须用混凝土重载屋面，网架杆件截面大，含钢量也较大，且网架屋面难以实现建筑的整体效果。
为了解决上述问题，最终通过在中间另外设置4榀钢筋混凝土斜腹杆桁架，实现结构受力与外形及功能要求的统一。由于采用了6榀桁架联合受力，因此单榀受荷面积的明显减少，采用普通的钢筋混凝土构件就能满足要求。该方案由于上部斜柱框架体系刚度较大，底部仅设置框架柱刚度较小，容易形成薄弱层，因此底层斜柱与地面相交位置布置部分钢筋混凝土剪力墙，提高结构的抗震性能，解决结构上下层刚度突变，屋面采用正交斜放的钢筋混凝土梁板体系能有效地解决屋面板开洞后造成的屋面刚度损失。通过综合比较，该方案不仅可以保证建筑的外立面效果，而且用普通的钢筋混凝土体系解决了大悬挑的难题，大幅度减少了工程造价。
二、结构总体计算分析
采用空间结构软件SATWE及通用有限元软件MIDAS/GEN进行结构计算分析，设计参数为：建筑安全等级二级，结构重要性系数1.0，结构使用年限50年，设计基准期50年，抗震设防烈度6度，设计基本地震加速度0.05g，设计地震分组第一组，场地类别为Ⅲ类。主楼框架抗震等级三级，剪力墙抗震等级三级。
1.结构动力特性
由于6榀钢筋混凝土斜柱框架的存在，结构x，Y向刚度相差较大，结构在地震组合下x向的位移角为1/1802，Y向的位移角则达到了1/9999。因此虽然第二周期为扭转周期，但考虑到工程本身为多层结构，抗扭刚度也较大，在偶然偏心地震力的作用下的扭转位移比为1.34，可满足抗震规范的要求。
2.楼层侧向刚度及抗剪承载力验算
楼层侧向刚度比及抗剪承载力比见表1，其中。，R为x，Y方向本层的侧移刚度与上一层相应侧移刚度70%的比值或上三层平均侧移刚度80%的比值中之较小者。R，R表示本层的抗剪承载力与上一层的比值。从表中可以看出，通过调整各层的剪力墙的布置、截面厚度，楼层侧向刚度及抗剪承载力均可满足规范要求。
三、外挑桁架分析及设计
1.外挑桁架结构布置
经过计算分析，确定了工程最终的桁架形式及截面。左右外墙桁架（以下简称轴②，⑩桁架）如图1所示。轴⑤，⑦桁架形如图2所示，轴③，⑨桁架如图3所示。
2.外挑桁架分析与设计
工程钢筋混凝土桁架为整体现浇，且上下弦杆均承受楼面荷载，因此均为拉弯或者压弯构件，桁架的设计采用的是MIDAS/GEN的计算结果。工程在弹性楼板假定下对桁架进行了内力计算及配筋。以下仅以轴③，⑨桁架为例介绍桁架的计算结果。考虑到混凝土桁架的特殊性，桁架节点按刚接计算。表2中分别列出了桁架中受力较大的几根杆件的内力设计值。由表中可见，虽然节点按刚接考虑，各杆件一般仍存在较小的弯矩，这些弯矩主要是由构件自重及作用在其上的荷载引起。桁架上弦杆的轴向拉力较大，考虑到该结构构件为非常重要的承重构件，一旦出现裂缝，内力重分配会影响桁架的整体受力特性。故决定用更严格的抗裂设计原则，裂缝值控制在0.2mm以内进行配筋计算。
3.桁架构造及施工
桁架是通过节点将各杆件组成整体的，正确处理节点构造是保证桁架质量的关键。为了锚固杆件内的纵向受力钢筋，工程在节点处均应将混凝土截面局部加大。为保证节点混凝土浇筑质量，腹杆中间部分钢筋伸至水平弦杆顶部在水平锚固，角筋伸至水平弦杆底部锚固。
四、钢一混凝土组合楼盖设计
屋面跨度25.2m，采用钢一混凝土组合楼盖，主钢梁采用H1500×300×25×30焊接型钢，楼板采用C35混凝土浇筑，厚度120mm。为避免组合结构与普通钢筋混凝土楼面连接处因变形相差较大而出现变形裂缝，工程在钢梁支座混凝土楼板与四周楼板交接处均设置宽1000的施工后浇带，待周边混凝土构件达到设计强度并拆模后方进行后浇带混凝土施工。这样可有效释放端部弯矩，避免使用阶段屋面出现变形裂缝。
结束语
大跨度空间是结构设计中的难点和重点，通过方案比较及优化，该工程采用了6榀钢筋混凝土斜腹式桁架、钢一混凝土组合楼盖实现了建筑方案与结构受力与经济性的统一。通过SATWE和MIDAS/GEN有限元分析计算，对抗震性能及受力配筋进行了校核，保证了结构的安全性及经济性。同时预先考虑了施工中的难点与重点，保证设计意图能在施工环节中得到贯彻及实现。
参考文献
[1]GB50011—2O10建筑抗震设计规范[s].北京：中国建筑工业出版社.2010.
[2]GB50010-2010混凝土结构设计规范[s].北京：中国建筑工业出版社，2011.
大跨度隧道 篇6
关键词：隧道,施工工况模拟,大跨度,风险分析
1 工程概况
北京某隧道设计为双向六车道,隧道最大开挖宽度为17m,开挖面积160m2;设计为小间距隧道,最小净距12m。左洞长420m,右洞长416m。左右线Ⅴ、Ⅵ级围岩段长度分别占隧道总长度的57.7%和71.4%。隧道经过4条断层破碎带,地质条件较差,具有断面大、净距小、埋深浅、围岩破碎等特点[1]。
隧道衬砌按新奥法原理设计,初期支护采用C 2 5喷射砼,厚度为2 8 0 m m;钢筋网钢筋直径6mm,间距15cm×15cm;临时支护为I20b型钢格栅,每榀格栅脚部设2根锁脚锚杆,锚杆采用∅50无缝钢管(壁厚4mm),长3m,注C30水泥浆;二次衬砌采用C30钢筋砼衬砌,厚度5 5 0 m m。
隧道洞口加强段和V级围岩段开挖方式采用双侧壁导洞法,开挖施工工序如图1所示。
2 施工工况模拟
根据地勘报告以及现场实际施工情况,易产生塌方、变形等不良地质灾害的区段均处于V级围岩地段,因此,对V级围岩条件下初期支护的施工过程进行模拟以及结构安全性进行计算分析。
通过对初期支护不同工况的计算,分析隧道初期支护施工过程中薄弱环节以及初期支护的合理工序与施作时机,具体工况见表1。有关规范[2]规定,V级围岩初期支护的释放荷载分担比例取20%～40%,此处取30%。
隧道处在V级围岩的区段比较多,参照中深浅埋隧道的围岩压力的计算方法[2],当隧道处在浅埋最大埋深位置时隧道所承受的荷载值最大。运用同济曙光软件进行建模计算。
2.1 工况1的模拟计算
初期支护闭合时,按初期支护承担30%荷载计算,计算模型如图2所示。
考虑到初期支护一次性施作较长,二衬没有及时施作等不利情况,初期支护承担100%的荷载进行验算。运用如上计算方法,同样可得分担100%荷载时结构的内力图与安全系数。
2.2 工况2的模拟计算
中间核心土上部开挖结束后,V级围岩浅埋最大埋深处初期支护验算,同时考虑到随施工过程的不断推进,对施工过程中支护结构的计算应考虑释放系数,即随着开挖的进行,围岩和支护结构在不断进行应力调整。因此,中间核心土上部开挖后,作用在初期支护结构上的荷载短期内不会增加到3 0%,此时的荷载按照围岩压力的15%计算。考虑到极端情况,中间核心土上部开挖结束后长时间停工或者后续开挖滞后过长,超过3倍洞径,则作用在初期支护上的荷载将不断发展,达到30%,计算模型图如图3所示。
2.3工况3的模拟计算
本工况中的初期支护底部未封闭,由于基底也没有任何特殊处理所以竖直方向并不作固定约束,只受均布弹性抗力的作用,V级围岩浅埋最大埋深处初期支护验算计算模型图如图4所示。
2.4 工况4的模拟计算
初期支护闭合,未拆掉临时支护,临时支护间添加水平支撑,V级围岩浅埋最大埋深处初期支护验算的计算模型如图5所示。
2.5 不同工况下结构安全计算结果分析
通过以上所示4个工况的计算模型图,整理出计算结果如表2所示。
1)在开挖结束后,初期支护封闭,临时支撑拆除后,初期支护承担30%荷载情况下,安全系数为2.28;初期支护承担全部荷载的情况下,安全系数仅为0.72。
2)对设计支护形式开挖核心土上部后荷载承担比为15%、30%两种工况进行了计算,安全系数分别为1.21和0.64,后一种工况下易发生塌方、大变形等事故。
3)对初期支护未闭合即拆除临时支护工况下的初期支护安全系数为0.85,不能满足安全要求。
4)对初期支护闭合,未拆除临时支护,同时初期支护间增加水平支撑工况下安全系数2.22。
2.6 实际施工过程与模拟计算结果的对比分析
实际施工过程中,首先进行侧壁导洞的开挖并完成其初期支护,由于其跨度、高度均较小,发生工程事故的风险较小;当侧壁导洞初期支护封闭之后,便进行核心土上部的开挖及拱顶初衬的施作,此时隧道底部的初衬并没有闭合(如工况2计算模型所示),此时考虑围岩荷载释放的时间效应,开始时为15%,随着时间的增加荷载逐渐变大,最后至30%。由计算可知,当荷载达到30%时,结构安全系数仅为0.64,因此,在上部核心土开挖完成后必须及时跟进后续施工,以免因荷载增加过大而导致出现工程事故;在上部核心土开挖完成后,进行下部核心土的开挖,当所有土体均开挖完成时,进行两种工况的模拟:(1)先封闭下部初衬,再拆除临时支撑(如工况4计算模型所示);(2)先拆除临时支撑,再封闭下部土体(如工况3计算模型所示),现场实际施工情况如工况4所示。而通过计算结果可知,工况3的安全系数为0.85,而工况4为2.22,说明现场实际施工工况合理;当初期支护封闭完成后,再次考虑围岩荷载释放的时间效应,若不及时施作二衬,则随着时间的推移有可能会出现初衬承担100%荷载的情况,此时的安全系数为0.72。因此,在实际施工过程中,二衬施作时机必须把握好,以承担部分荷载,避免初衬发生大变形、塌方的风险事故。
3 隧道施工期安全风险分析
3.1 风险事件及风险源辨识
针对隧道的工程地质条件与施工方案,结合模拟计算中结构安全系数较小的一些工况,可知隧道有可能发生塌方、初期支护大变形以及掌子面溜坍等安全风险事故,进行风险源辨识及其重要度排序[3],事故树如图6所示。
3.2 风险控制措施[4]
3.2.1 塌方风险控制措施
1)由于地下工程的不确定性,围岩变化也较多,适当对前方的不良地质情况进行探测,及时修改支护参数;控制爆破,优化炮孔布置、装药方式、装药量、起爆方式等,减少对围岩的扰动。
2)超前支护应及时到位,严格按照设计施工,中间围岩开挖后及时封闭初期支护;临时支撑拆除后,及时施作二衬。
3)施工过程中加强监控量测,做到及时预测预警。
4)由于双侧壁导坑法施工工序较多,各工序之间应连贯,即导坑不能超前中间围岩开挖施工太多,超前距离一般应控制在3洞径以内;中间围岩超前二衬1.5倍的洞径,而且临时支撑拆除后应及时施作二衬。
5)小间距隧道,中间两个导洞施工应错开一定距离,避免相互影响。
3.2.2 初期支护大变形、开裂、破坏风险控制措施
1)初期支护的施工应及时到位,喷射砼强度、锚杆数量、长度应满足设计要求。
2)拱脚围岩较差时,应加固处理拱脚,及时施作锁脚小导管。
3)开挖结束后,及时封闭初期支护,形成完整的受力体系。
4)及时施作超前小导管,注浆饱满,有效加固围岩。
3.2.3 掌子面溜坍风险控制措施
1)及时施作超前小导管,搭接长度不能小于0.5m,并注浆饱满以加固围岩。
2)两侧导洞上台阶开挖高度不宜太大,中间上部围岩开挖时应适当保留中间核心土,初期支护及早封闭。
4 结论
1)临时支撑拆除后初期支护暴露时间不宜太长。由于临时支撑拆除后初期支护和围岩之间的应力调整不断发展,随初期支护暴露时间的延长,特别是围岩破碎,初期支护承担的荷载会逐渐增加,安全系数逐渐降低,易发生塌方事故。
2)初期支护施工过程中,初期支护及时封闭、二衬及时紧跟以分担初期支护荷载极为重要。
3)结合隧道工程地质情况以及初期支护不同工况下结构安全分析结果,对隧道塌方、初期支护大变形以及掌子面溜坍等风险事件及其风险源进行了辨识、分析与评价,并通过层次分析法对其进行重要度排序,最后针对隧道在后续阶段的开挖与施工提出了具体的风险控制措施,保证了整个施工过程的安全顺利。
参考文献
[1]北京市地质工程勘察院.北京市六环路(良乡～寨口段)公路工程卧龙岗隧道详细工程地质勘察报告[R].2007.
[2]JTG D70-2004,公路隧道设计规范[S].
[3]中国人民共和国交通部.公路隧道建设隧道安全风险评估与控制指南(试行稿)[Z].2008.
大跨度小净距隧道施工技术 篇7
贵阳市贵金线道路工程位于贵阳市云岩区,为市政道路工程,总长2 600 m。黔灵山隧道左、右线间距24 m左右,隧道之间净距离为5 m左右;隧道道路设计为双向六车道,建筑限界净长14.25 m、限界净宽5.0 m;属于大跨度、小净距隧道。
2 工程地质
据区域地质资料,隧址区位于扬子准地台黔北台隆遵义断拱之贵阳复杂构造变形区。场地位于贵阳向斜北段扬起端近轴部,隧道段断裂、褶皱十分发育,受其影响,隧址区地层产状变化较大。隧道段及附近发育有10余条大小断层。
黔灵山隧道段地表为第四系杂填土、耕植土及残坡积黏土层,下伏基岩为三叠系安顺层(T
3 “大跨度、小净距”隧道施工技术
3.1 隧道洞身开挖方法
3.1.1 环形开挖预留核心土法
环形开挖进尺一般为0.5 m～1.0 m。开挖后应及时按设计施作喷锚支护、安设钢架支撑,必要时增加超前支护手段。
该方法开挖工作面稳定性好;但施工干扰大、工效低。
3.1.2 侧壁导坑法
根据侧壁导坑开挖的个数,分为单侧壁导坑法及双侧壁导坑法。单侧壁导坑法侧壁导坑宽度不宜超过1/2洞跨、双侧壁导坑法侧壁导坑宽度不宜超过1/3洞跨,侧壁导坑高度以到起拱线为宜。
1)单侧壁导坑法。
单侧壁导坑开挖工序横断面示意图见图1。
a.后掘进隧道(上台阶-2-①/②)的开挖一般应落后于先掘进隧道(下台阶-1-⑤)5 m～10 m。或滞后于先掘进隧道仰拱及填充或二次衬砌完成后进行。b.侧壁临时支护拆除应在(下台阶-1/2-⑤)完成20 m～30 m后,二次衬砌紧跟前进,监时支撑拆除后,仰拱回填和拱墙二次衬砌应尽早施作。c.二次衬砌、仰拱及填充混凝土与(下台阶-1/2-⑤)开挖面的合理距离应根据(下台阶-1/2-⑤)开挖放炮振动情况作具体确定,一般设定为20 m～30 m。d.如果掌子面稳定性差,单侧壁导坑分为两个台阶不能确保掌子面稳定,则可根据现场地质条件,将单侧壁的开挖、支护分为三个或四个台阶进行。
2)双侧壁导坑法。
双单侧壁导坑开挖工序横断面示意图见图2。
双侧壁导坑法施工注意事项:a.后掘进隧道(上台阶-2-①/②)的开挖一般应落后于先掘进隧道(下台阶-1-⑥)5 m～10 m。或滞后于先掘进隧道仰拱及填充或在二次衬砌完成后进行。b.侧壁临时支护拆除应在(下台阶-1/2-⑧)完成20 m～30 m后,二次衬砌紧跟前进,监时支撑拆除后,仰拱回填和拱墙二次衬砌应尽早施作。c.二次衬砌、仰拱及填充混凝土与(下台阶-1/2-⑧)开挖面的合理距离应根据(下台阶-1/2-⑧)开挖放炮振动情况等确定,一般设定为20 m～30 m。d.双侧壁导坑形状应近于椭圆形断面,导坑断面为整个断面的1/3。e.侧壁导坑领先距离一般为30 m～50 m,以开挖一侧导坑所引起的围岩应力重分布不影响另一侧导坑为原则。
侧壁导坑法能有效控制地表沉降,施工安全,但进度慢,工效低。
3.1.3 中隔壁法(CD法)
中隔壁法(CD法)适用于Ⅴ级～Ⅵ级围岩的浅埋双线隧道。
中隔墙开挖时,应沿一侧自上而下分为2部～3部进行,每开挖一步均应及时施作锚喷支护、安设钢架、施作中隔壁,底部应设临时仰拱,中隔壁依次分步连接而成,随后再开挖中隔墙的另一侧,其分步次数及支护形式与先开挖的一侧相同。
3.1.4 交叉中隔壁法(CRD法)
交叉中隔壁法适用于Ⅴ级～Ⅵ级围岩浅埋大跨隧道。
采用自上而下分为2部～3部开挖中隔墙的一侧,并及时支护,待完成1部～2部后,即开始另一侧1部～2部开挖及支护,形成左右两侧开挖及支护相互交叉。交叉中隔壁法在施工过程中每一步均要求用临时仰拱封闭成环。
3.2 控制爆破及减震技术
在大跨度小间距隧道施工中,通过“少扰动”来保护中间岩体,确保中间岩体处于稳定状态。在隧洞开挖时采用光面爆破、预裂爆破等控制爆破。
现场爆破施工过程中,在两隧道中间附近岩体一侧设置“预留槽”,采用类似“预裂爆破”的爆破方式进行。与常规爆破方式相比较,“预留槽”爆破用药量少,爆破震动得以控制。
3.3 中间岩体及周边围岩注浆加固
在中间岩体加固的同时,隧道周边围岩也需要进行加固。
中间岩体加固采用长度不小于5.0 m的ϕ45～ϕ50带注浆孔的钢管注浆;周边围岩注浆加固采用长度不小于4.0 m的ϕ25长中空注浆锚杆。为保证注浆加固效果,采用分段前进式注浆。注浆浆液一般采用水泥浆或超细水泥浆液,特殊地段辅以水泥—水玻璃双浆液或掺加一定量的外加剂。
3.4 超前预支护
超前预支护是确保隧道拱顶及前方掌子面稳定的重要手段。黔灵山隧道在洞口、浅埋地段采用超前大管棚、超前预注浆进行加固,在一般洞身地段采用超前小导管+预注浆进行围岩加固。
3.5 断面及时闭合
在隧道施工过程中,多次根据现场实际情况采用了加设临时仰拱、锁脚钢管、及时调整隧道开挖施工方法、加快结构成环等措施,确保了隧道施工安全。
3.6 隧道左、右线之间的施工距离
为减少后进隧道对先进隧道衬砌的影响,后行隧道开挖宜在先行隧道变形收敛稳定后,或者在先进隧道的仰拱完成后再进行后行隧道的施工。先、后行隧道施工距离应控制为3D(D为隧道直径)。
4 监控量测
为及时反馈围岩和支护的动态信息,“大跨度、小净距”隧道监控量测项目除包括TSP超前地质预报、拱顶下沉、地表下沉、水平净空收敛等外,还要进行底部土压、中间岩体侧倾及应力的变化进行量测分析,及时了解中间岩体受力状态及稳定状态,以便及时调整支护手段。
5 结语
目前“大跨度、小净距”隧道受力在理论上还不够科学和完善,施工中还需要结合监测和施工实践不断积累和总结经验,为以后类似工程的施工提供借鉴。
摘要：结合具体工程实例,详细介绍了大跨度小净距隧道的施工技术,重点对隧道洞身的开挖方法进行了阐述,以积累大跨度小净距隧道施工经验,全面提高大跨度小净距隧道的工程质量。
关键词：大跨度,小净距,隧道,施工
参考文献
[1]JTJ 042-94,公路隧道施工技术规范[S].
[2]JTG D70-2004,公路隧道设计技术规范[S].
[3]关宝树.隧道工程施工要点集[M].北京:人民交通出版社,2003.
大跨度隧道洞口浅埋段施工法 篇8
1 工程概况
位于四川的某隧道, 全长6 600 m, 隧道最大埋深约1 080 m, 洞口段最小埋深约6 m。隧道所处位置地形有较大的起伏, 整个隧道全段的高差到1 000 m以上。本文以该隧道进口段作为研究对象。隧道所处位置有岩层断裂比较严重, 有较强的褶曲发育, 岩体多为破碎状, 节理发育丰富。而孔隙水以及上层潜水是该段地下水的形式。
2 隧道洞口段的施工方法
在浅埋隧道的洞口处进行施工过程中, 因为围岩十分破碎、地质和地形情况比较差, 在对洞口开挖的时候, 应该将对围岩造成的扰动降低到最小, 保证洞口处的岩体以及边坡的稳定性得到提升。而“早进洞、晚出洞”的原则是施工人员要必须遵循的, 对于洞口环境的保护也要到位, 尽可能的保持洞口处的原有地貌, 并且洞门在设计过程中要与周围的环境协调。遵循以上原则对隧道的洞口进行施工, 施工方法选择尽可能的满足这几个原则。
2.1 辅助工法的选择
该隧道洞口段岩体具有浅埋偏压较松散的特点, 而且边坡相对比较陡峭, 隧道进洞开挖的过程中, 易产生边坡坍塌, 地表沉陷等地质灾害, 隧道开挖跨度大, 更增加施工难度, 因此选择合适的辅助工法是保证隧道安全进洞的重要因素。
1) 钢管桩地表注浆。地表注浆是目前应用较为广泛的一种地层加固方法, 适用于地质水文条件复杂, 埋深浅, 节理发育或存在偏压的情况, 主要适用于亚黏土、粘性的砂土地层。其主要原理是通过向孔内注入水泥浆液, 水泥浆液在一定的压力下渗透到地层中, 从而对地下裂缝、空隙进行填充、挤密、加固等效果。同时可以加强土体的整体性, 避免土体发生剪切破坏, 而且能够实现堵水的目的。地表注浆可以满足不利条件下隧道的成洞, 使地表的沉降减小, 从而使地下水以及偏压对隧道洞口的开挖的影响降到最低。钢管桩注浆加固则主要是利用钻孔无缝钢管来进行地表注浆, 利用水泥浆液填充松散岩土体间的空隙, 使浆液包裹碎石, 并且与钢管共同形成有力的支撑骨架, 使松散岩土体固结为整体, 大大的改善了其稳定性;同时由于钢管又能深入稳定的岩层, 多根钢管利用浆液固结同岩层形成受力整体, 达到排桩地下连续墙的效应, 能有效地阻止岩体在偏压侧向应力作用下的侧向位移, 从而确保隧道施工与运营安全。在隧道的进口段用钢管桩地表注浆的方式进行施工, 采用的钢管桩直径为80 mm, 钻孔按照边长为1 m的正方形布置。注浆材料的要求如表1所示, 注浆的施工流程如图1所示。
2) 超前大管棚。一般情况下在隧道的洞口处设置管棚, 其是地层的安全以及稳定性保证措施, 使施工中造成的地表沉降得到控制。作为超前支护的一种重要辅助措施, 管棚对于大断面形式的隧道、隧道洞口的浅埋段以及一些不良地质环境下的隧道施工过程中比较适用。研究表明, 在隧道工程的施工中, 管棚对隧道的正常施工进行起到了良好的作用。管棚对拱顶围岩的应力释放能够起到有效的缓解, 实现对开挖造成的地表沉降的控制以及拱顶周围的围岩位移的限制, 进而保证隧道的洞口施工的安全性。隧道进洞口段采用的管棚长度L=40 m, 热轧无缝钢管规格为直径108×8 mm, 节长为6 m和9 m两种, 管棚的环向间距40 cm, 仰角设计为1°~3°, 双线铁路隧道断面施作范围为拱顶132°。管棚施工中用到的注浆材料的规格见表2, 管棚的布置示意图见图2。
2.2 隧道洞口段开挖方法的选择
大跨度隧道在进行洞口开挖过程中, 用到的方法根据隧道所处的工程地质条件不同也会有所差别。但是, 总体上来说, 洞口的施工都要先进行辅助工法施工, 然后按照三台阶法的要求分步进行开挖。常用的方法有CRD法或者是CD法、单 (双) 侧壁导坑法、超前导坑法等。其出发点是尽可能的减小断面开挖跨度, 通过临时支护或临时仰拱的方法, 尽快地沿开挖轮廓形成封闭或半封闭的承载结构, 稳定洞室, 从而控制沉降, 控制围岩位移以及使结构的受力均匀, 形变小。
在浅埋偏压的地形条件下, 再加上地质条件差, 开挖跨度大, 在有要严格控制沉降的情况下, 双侧壁导坑法要优于其他开挖方法, 适用于三线或多线特大断面铁路隧道工程及地下工程。这种方法将隧道的大断面形式分割成一定数量的小断面, 并进行临时的支护、仰拱、顶面喷射混凝土等辅助施工, 从而保证有稳定的掌子面以及隧道洞口处的围岩控制, 实现隧道的安全施工。对浅埋软岩大跨度隧道开挖方法, 从围岩塑性区, 应力状态, 以及位移场分布规律看, 双侧壁导坑法优于CD法和三台阶法。而对浅埋偏压大跨度隧道, 双侧壁导坑法在控制周边位移, 地表沉降, 以及拱顶沉降等情况下比其他施工方法具有优越性。
该隧道洞口段围岩地质条件差, 又处于浅埋偏压地段, 隧道侧壁最低覆土厚度只有6 m, 洞口段开挖跨度15.22 m, 开挖高度达到约11 m, 开挖最大面积约为160 m2。隧道施工精度要求高, 施工质量等级高。只有在将沉降有效控制的前提下, 才能满足施工精度要求, 并保证施工质量。通过上节分析, 双侧壁导坑法能够有效的控制沉降以及周边位移, 因此, 在该隧道的洞口施工中将双侧壁导坑法作为施工方法。
2.3 双侧壁导坑法的施工流程
对大跨度的隧道采用双侧壁导坑方法, 施工的原理就是通过将大断面的开挖洞室进行有效的分割, 使其成为一个个小的洞室, 对小洞室进行开挖施工。每个洞室在施工过程中, 自身是一个封闭的施工个体, 要经过开挖、支护等环节, 这就使得这种方法对围岩的变形控制非常好。如果条件允许, 也可以通过模拟对隧道的施工进行指导。双侧壁导坑法开挖的示意图如图3所示。先对左导坑的上台阶 (1) 部进行开挖, 然后对其进行初期以及临时的支护施工; (1) 部施工结束后一定时间内对 (2) 部进行开挖, 并做支护处理;然后依次进行 (3) (4) (5) (6) (7) 部的开挖, 同样进行初期、临时的支护施工。
2.4 隧道洞口段施工过程
该隧道的洞口段所处的位置的地质地形条件比较复杂, 是一种比较典型的大跨度浅埋式的洞口形式。在洞口开挖以前, 要对洞口范围内做好截水、排水处理, 并对天沟进行有效的设置, 并且对边坡、仰坡的坡面做好防护工作, 地表的加固处理也要得当。大管棚以及导向墙施作后, 进行良好的临时支护, 然后对隧道的暗洞进行开挖, 施作一段暗洞后再施作洞口端墙以及洞口附属工程。
3 结语
文章结合工程实例, 对大跨度隧道浅埋洞口的施工过程进行简述, 包括辅助工法的选择、洞口开挖方法的选择、双侧壁导坑法的施工流程、隧道洞口段施工等施工方法, 希望能对大跨度隧道洞口浅埋段的施工提供参考。
摘要：以某隧道进口段施工作为研究对象, 从辅助工法的选择、隧道洞口段开挖方法的选择、双侧壁导坑法的施工工艺方面入手, 对大跨度隧道浅埋洞口的施工过程进行了论述, 以供参考借鉴。
关键词：隧道洞口,浅埋段,选择,方法
参考文献
[1]刘小军, 张永兴.浅埋偏压隧道洞口段合理开挖工序及受力特征分析[J].岩石力学与工程学报, 2011 (4) :39-40.
[2]赵光武.洞口浅埋和偏压段施工方法探讨[J].山西建筑, 2011, 37 (15) :169-170.
大跨度隧道 篇9
1 概述
由于朝阳寺隧道为大跨度、小近距、超浅埋下穿既有高速公路。因此,防止洞顶地表沉降、减小爆破震动对渝邻高速公路的运营影响是本段隧道施工控制的重点。在施工中将右线作为超前洞,施工完成后再进行左线后续洞的施工。施工中采取50 m超前大管棚作为超前预支护措施,并采用微台阶施工方法,控制爆破震动速度,减少爆破震动对渝邻高速公路的影响及对围岩的扰动。
2 超前大管棚施工
1)管棚施工机械选择。根据洞口浅埋段50 m超前大管棚施工经验,选择重庆探矿机械厂生产的MGY-80型锚固钻机作为钻孔机械,并对钻机台座进行改装,以满足实际施工情况。顶管设备拟采用自制的液压顶管装置。
2)管棚工作室施工。在进行管棚施工前,先扩挖工作室,并对掌子面喷C20混凝土25 cm进行封闭处理。根据设备尺寸及施工中的实际情况,管棚工作室纵向长度为11.0 m(包含2 m套拱),断面较前后段扩挖120 cm,根据实际施工情况进行现场调整。由正常段至扩挖段施工,在突变堵头处采用两排4.5 m长的R25N中空注浆锚杆并挂设两层20 cm×20 cm ϕ6.5的钢筋网片进行支护,倒角处喷射混凝土呈圆弧形过渡,防止应力集中。管棚工作室扩挖完毕等管棚施工完成后及时施作钢格栅喷射混凝土。
3)钻孔施工。采用隔孔施钻方法,在先行孔完成注浆后再进行后续孔的施工。钻孔施工时,将MGY-80型锚固钻机安装在施工平台上,根据洞口管棚施工经验,以外插角5°～6°进行钻孔,当钻机将第一节钻杆钻入岩层,尾部剩余20 cm～30 cm时停止钻进,接长第二节钻杆,继续施钻,直至钻孔达到设计深度(比管棚长0.5 m以上)后,钻机退回原位。
4)安装管棚钢管。管棚钢管采用外径127 mm,壁厚4.5 mm的热轧无缝钢管,钢管前端加工成锥形,分节长度为6 m～8 m,接头在横断面上错开,安装前先加工好。由于洞内操作作业面狭小且钢管较长阻力较大,通过试验,采用自制的液压顶管设备进行送管作业。
5)注浆。注浆采用隔孔注浆,浆液扩散半径不小于0.5 m。隧道出口段地下水比较丰富,采用水泥—水玻璃双液,水泥采用P.O32.5普通硅酸盐水泥,浆液浓度水灰比W/C=1∶1,水泥—水玻璃双液中水玻璃波美度为30,模数为2.4。注浆压力控制在0.5 MPa～1 MPa左右,注浆时控制好注浆压力和注浆量,并作好记录。
6)充填并加固导管。先用112 mm钻头进行清孔、冲洗,掏尽钢管内残碴,插入钢筋笼,在钢管内注入M30水泥砂浆进行棚管补强。管棚施工工艺流程见图1。
3微台阶法方案概述
1)采用微台阶法开挖,开挖前进行超前大管棚预支护,施工中控制爆破药量和震动速度,通过采用预裂控制爆破措施、限制每方爆破最大用药量(≤1.05 kg)、每次爆破最大用药量(≤30 kg)作为爆破施工中的控制措施,采用预裂控制爆破施工技术结合临时仰拱施作,可满足渝邻高速公路爆破震速不大于5 cm/s及防止洞顶地表沉降开裂的要求。2)上台阶施工严格控制掘进进尺,每次掘进0.5 m形成初期支护,及时施作临时仰拱。3)每施工2 m,在二次衬砌和初期支护之间增加一层厚30 cm的钢格栅喷射混凝土封闭环。严格控制围岩变形,及时封闭掌子面防止出现塌方。4)下台阶及时跟进,上台阶超前距离控制在16 m以内,下台阶和仰拱距离控制在20 m以内,以便快速封闭开挖后的断面。5)加强监控量测,根据监测数据及分析结果及时调整施工方案。
4监控量测
4.1施工量测项目
施工量测主要包括洞内外观察、净空变化和拱顶下沉量测地表下沉量测、爆破震动监测等项目。
4.2量测方法
1)地质及支护状况观察描述。隧道掌子面每次爆破后和初喷后,通过肉眼观察、地质罗盘和锤击检查,描述和填表记录围岩地质情况:岩性、岩层产状、裂隙、地下水情况、围岩完整性与稳定性。及时判断围岩级别是否相符,必要时应拍照,测量地下水流量;观察支护效果。每3 m必须填写一张围岩施工地质记录卡片。
2)拱顶下沉量测。拱顶下沉量测是在隧道开挖毛洞的拱顶及轴线左右各2 m～3 m共设3个带挂钩的锚桩,测桩埋设深度30 cm,钻孔直径42,用快凝水泥或早强锚固剂固定,测桩头需设保护罩。通过测量一个相对基准点,用精密水准仪、垂向钢圈尺等来量测拱顶下沉。采用高精度水准仪(配备放大仪)采集数据。
3)净空收敛。周边收敛位移量测是最基本的主要量测项目之一,各测点在避免爆破作业破坏测点的前提下,尽可能靠近工作面埋设,一般为0.5 m～2 m,并在下一次爆破循环前获得初始读数。初读数在开挖后12 h内读取,而且在下一循环开挖前完成初
在预设点的断面,隧道开挖爆破以后,沿隧道周边部位分别埋设测线、测桩,测桩埋设深度30 cm,钻孔直径42,用快凝水泥或早强锚固剂固定。隧道采用台阶法施工时每断面布设上下2条测线、测桩每断面2对共4根。采用钢尺式周边收敛仪来量测周边收敛变形。量测:采用收敛计进行数据采集。
拱顶下沉及净空收敛测点布设示意图见图2,图3。
4)地表下沉量测。渝邻高速公路地表下沉量测对本段隧道施工十分重要。渝邻高速公路路面下沉控制是决定朝阳寺隧道下穿渝邻高速公路施工成败的关键。沿公路轴线方向,布设3个地表下沉量测断面(A—A,B—B,C—C),沿隧道轴线方向,布设5个地表下沉量测断面(D—D,E—E,F—F,G—G,H—H),共布设地表下沉监测点55个。这两个方向交叉,形成网状监测点来监测渝邻高速公路路面沉降(如图4所示),采用高精度水准仪进行观测,将观测数据整理分析后指导施工。
5)爆破震动监测。施工时,特别要控制爆破震动对高速公路常运营的影响,开挖过程中严格控制爆破药量和爆破震动速度,用乳化炸药、塑料导爆管非电起爆系统、毫秒微差有序起爆以减爆破震动,施工中爆破震动速度不得大于5 cm/s。施工前进行破震动试验来选择爆破参数,施工中加强对爆破震动的监测。
5效果评价
由于采用的方法恰当、措施有力,在下穿渝邻路时,没有出现任何安全事故,也未影响渝邻路的正常运营,通过现场监控量测结果可得,洞内拱顶下沉及位移收敛值均较小,符合设计及规范要求,质量令人满意。本次施工方案对今后类似工程提供了参考。
摘要：结合朝阳寺隧道下穿渝邻高速段地质情况,介绍了超浅埋大断面隧道的施工方案,重点阐述了超前大管棚和微台阶法的施工方法及监控量测内容,并进行了效果评价,为今后类似的工程施工积累了经验。
关键词：隧道,超前大管棚,微台阶法,监控量测
参考文献
[1]JTJ 042-94,公路隧道施工技术规范[S].
[2]JTG D70-2004,公路隧道设计规范[S].
大跨度拱桁架结构方案优化分析 篇10
关键词:张弦拱桁架;索;拉杆;预应力分析;屋盖结构选型
中图分类号:TU758文献标识码:A文章编号:1000-8136(2010)05-0061-02
1 工程概况
本工程为陕西省榆林市漠海丽江餐饮有限公司餐饮中心生态种植区的钢屋盖结构,屋盖结构主体采用钢管立体桁架结构,跨度60 m,柱距8.1 m,设计基准期为50年,设计使用年限为50年,建筑结构的安全等级为二级,结构重要性系数r0=1.0。根据GB50223—2008《建筑结构设防分类标准》和GB50011—2001《建筑抗震设计规范》的要求,本地区抗震设防烈度为6度(0.05 g),设计地震分组为第一组,地类别为Ⅲ类,特征周期Tg=0.45 s。根据GB50009—2001《建筑结构荷载规范》的要求,本地区基本风压:W0=0.4 kN/m2,基本雪压:S0=0.25 kN/m2,温度作用:±30℃。屋面恒荷载:上弦0.60 kN/m2(不含自重),屋面活载:0.5 kN/m2。
2 屋盖结构方案的制定
由于甲方要求结构外形简单、流畅,空间大,且该工程跨度大、体量大,因此选择合理的网架类型是保证结构方案安全经济合理的关键。为减少设计工程量,利用国内成熟管桁架设计软件3D3S8.0近似模拟网架的实际工作条件。考虑到建筑和传力方式的要求,选择了管桁架的结构形式,见图1。图1(Ⅰ)的结构在支座之间不拉索和杆,该结构具有强度高,重量轻等良好的力学性能,结构外形简单、流畅、空间大、施工难度低、节约材料等优点。图1(Ⅱ)的结构在支座之间拉6X37-φ47.5有机芯1700(公称抗拉强度)型钢丝索。该结构可以充分发挥柔性和刚性两类材料的受力特性,通过对索施加预应力来提高结构的刚度,给结构提供跨中弹性支撑来改变弯矩的分布方式达到降低弯矩峰值的目的,利用结构的自平衡特性减小支座间的水平推力。图1(Ⅲ)的结构在支座之间拉φ127×6.0的热轧无缝钢管,该结构结构刚度大、形状稳定性好,可以抵抗风吸力,同样也可以减小支座间的水平推力。
3 结构方案的比较分析
3.1 计算模型及其参数
已有的研究成果表明:拱桁架结构本身为平面结构体系。因此,文章选用一榀拱桁架为计算模型。
结构的跨度为60 m,矢高为7.5 m,横截面为倒三角形。根据结构设计要求,截面的选取见表1,材料为Q235B钢,弹性模量:E=2.06E11N/m2,屈服极限:σs=235E6N/m2,张弦拱桁架支座为一端刚接,一端铰支,文章采用ANSYS程序进行分析。拱桁架的上弦、下弦、腹杆和撑杆采用LINK8模拟,撑杆与下弦、拉索之间视为铰接,拉索方案的拉索采用LINK10模拟,而拉杆方案的拉杆采用BEAM188模拟。
3.2 单榀拱桁架的受力分析
3.2.1 静力分析
静力分析是结构的基本分析,在该分析中,着重考虑结构的工作状态,即考虑了结构的自重、恒载、活载、风载,将荷载以集中力的方式作用在上弦各个节点上,其值分别为1.082 kN、1.586 kN、15.902 kN、15.062 kN、16.406 kN。
(1)Ⅰ方案拱桁架支座为两端铰支,其最大位移出现在跨中,值为54.2 mm,下弦杆的内力最大,值为101 MPa。
(2)Ⅱ方案中,考虑了索的预应力,通过调整张弦桁架中索的初始应变的方式施加预应力,对结构初始形态预起拱,《钢结构设计规范》允许预起拱值为“1.0恒+0.5活”产生的变形,按此规定,几乎所有结构刚度不足工程均不需要对结构在荷载下产生的弹性位移进行控制,而通过结构的初始几何形态的预起拱实现结构正常使用的变形性能安全设计目标。但此时,结构的绝对位移值超过250 mm,如此大变形对屋面围护次结构、屋面防水连接构造的正常使用的安全性能将产生严重不利影响。参考大量的工程实例,预起拱值在自重作用下,以结构弹性位移约达到跨度的1/400L为基准试算求得。预应力取值为800MPa时,起拱值176mm,下弦杆的应力最大,值为82.0 MPa。将800 MPa的预应力作为初始预应力加到结构上,在正常使用状态下,其最大位移出现在跨中,值为68.9 mm,上弦杆的内力最大,值为234.6 MPa。
(3)Ⅲ方案中,将拉索换为拉杆,其最大位移出现在跨中,值为87.8 mm,下弦杆的内力最大,值为91.8 MPa。为了方案的优选,文章将3个方案的用钢量、结构最大反力、挠度、施工难易度等经济技术指标列表,其结果见表2。
3个结构方案的最大位移均出现在拱桁架的跨中,其最大位移也符合规范对挠度的控制标准。比较表2中3个方案的经济技术指标可以看出:Ⅰ方案的用钢量和支座反力最大,而这恰恰与甲方要求用钢量低、对下部结构负荷小的要求相违背;Ⅱ方案在索施加预应力的作用下,用钢量最省,如对索施加预应力来达到控制结构挠度的要求,则所施加的预应力较大,其索力约为670 kN,上弦杆的断面也相应的增大,而且,施工难度比较大;Ⅲ方案的用钢量和支座反力居于Ⅰ方案和Ⅱ方案之间,且施工也不难,挠度也满足规范的要求。
3.2.2 模态分析
结构的自振特性是结构动力的基本性质,也是动力分析的基础。对结构进行动力特性分析,取前8阶振型以保证参与质量达到90%以上,频率值见表3。
由表3可见,拉杆方案的基频远大于拉索方案的基频,则说明Ⅲ方案的面内刚度大于Ⅱ方案的面内刚度,抗震性能良好。
4 结论
通过对张弦桁架的受力分析,可得出如下结论:
(1)通过对管桁架支座间拉杆可以大大降低结构支座处的水平反力,节约钢材。
(2)管桁架支座间拉杆,能有效减小竖向挠度且施工难度小,在类似工程的研究作为参考。
Optimization Analysis on Steel Truss Structure for Long-span Arch Truss Structure
Wang Wei
Abstract: In this paper, taking Shanxi Province,Yulin City,Mo Hai River Restaurant Limited Catering Center for Eco-growing areas of the steel roof structure as the research object,according to Party A on the structure of space, the amount of steel and the substructure load a small request, first,carried out a preliminary design of the structure with the design process 3D3S8.0,set a bar between the non-cable and bar,cable and bar three programs,and then use analysis software ANSYS to study the static and dynamic characteristics of truss and calculated the reasonable value of prestressed cable.The calculation results show that: the amount of steelbar program,vertical deflections were small and the low degree of difficulty of construction,therefore,The project has adopted the bar program.
大跨度隧道 篇11
近年来, 铁路隧道建设突飞猛进, 进入了高速发展阶段。目前已通车运营铁路隧道达9000余座, 总长度已超过6000公里, 居世界第一。目前在建的铁路隧道有5000余座, 总长度超过了9000公里, 其中软岩隧道占了相当大的比例, 在施工中稍有不慎, 就有可能出现塌方、变形等工程事故。
在软岩铁路隧道施工中, 有的施工单位为了节省成本, 在一些钢构支撑中偷工减料;有的型钢支护前未进行混凝土初喷封闭围岩;喷射混凝土时拱脚处采用片石回填, 导致初支背后脱空;由于施工技术不当导致钢架扭曲变形。这些都是软岩隧道施工中常见的问题, 其直接后果就是造成隧道变形或塌方, 严重的还会造成人员伤亡。所以, 研讨和改善软岩环境下隧道开挖以及支护技术, 对引导隧道建设、提升工程效率、加速工程进程、减少工程成本都有着不可替代的作用。
本文将结合软岩隧道特点, 以刚建成通车的吉衡线铁路隧道工程为例, 重点分析中隔壁法、交叉中隔墙法、双侧壁导坑法、三台阶法这四种适合软岩隧道的施工技术及监控测量方法, 旨在通过严格的施工技术控制, 预防围岩塌方、隧道变形等工程事故, 确保隧道施工安全、有序地进行下去。
1 软岩隧道施工综述
1.1 软岩的概念
通常将抗压强度小于30MPa的围岩称为软岩, 抗压强度小于5MPa的围岩成为极软岩。如土质、泥岩、页岩、砂岩、千枚岩、板岩等。
1.2 软岩隧道工程特性
(1) 软岩强度低, 隧道开挖后地应力发生重分布, 围岩易受拉或受压产生塑性区, 在隧道施工中围岩和支护易发生变形, 若施工措施不当, 很容易造成支护侵限、塌方等事故。
(2) 软弱围岩隧道安全施工的核心是“控变、防坍”, 即控制围岩和支护变形、防止塌方。
2 工程概况
吉衡线铁路为单线电气化铁路, 起于江西吉安, 止于湖南衡阳。吉衡铁路线路总长374.872公里, 设计时速160公里。吉衡线铁路的排前二号隧道总长3公里, 进口段位于既有水塘底部, 进口段设计为V级围岩, 进口段隧道地质条件不良, 存在浅埋、软岩、富水量大等问题。在这种复杂的地质环境下, 严重拖慢了隧道的整体施工进度, 不能保证吉衡线铁路正常开通运营。
在这种地质条件下对浅埋、软岩中大跨度隧道的施工工艺及其技术进行系统的探讨, 有着巨大的现实意义和经济价值。
3 施工技术方案探索
洞身围岩的状况是确定施工技术方案的参考依据, 假如单就围岩的级别来挑选施工方法, 是不合理的。应对围岩级别、岩性、初始应力、地下水、不良地质环境、洞附近围岩风化状况进行权衡, 挑选出最佳的施工办法。
3.1 中隔壁法
中隔壁法主要用于地下水含量适当、工作面平稳的V级围岩内抑或围岩碎裂带中。施工工艺图见图1。
中隔壁法的施工优势:减少单次挖掘的跨度, 能够第一时间密闭隧道, 合理控制隧道的围岩形变, 挖掘流程少、工序简易。
而中隔壁法的施工劣势是:对拆卸中曲壁时间性要求较为严格, 中曲壁以及初期支护节点的位置应力过度汇集, 稳定性不足。
3.2 交叉中隔墙法
交叉中隔墙法大部分用于地下水含量较高、工作面不很稳固的V级围岩, 抑或地下水含量很高的围岩破碎带, 施工工艺图见图2。
交叉中隔墙法的优势是:降低单次挖掘跨度, 工作面小, 有助于稳固度的提升, 能够第一时间密闭隧道, 管控隧道变形。
其劣势是:对拆卸中曲壁时间要求较严格, 中曲壁以及初期支护节点的位置应力过度汇集, 施工工艺较为繁杂。
3.3 双侧壁导坑法
双侧壁导坑法因为分割断面小, 能够保证掌子面的平稳并合理管控隧道周围的松动范畴。先进的导坑能够探索出前面的地质状况, 遇到不良地质条件时能够在挖掘前进行防治, 但是当地质条件变化时, 变更工法较为艰难。
此外, 由于挖掘断面小, 大型器械的功能发挥有限, 施工情况并不是十分理想。该类办法适用于城市地下建筑, 对地表沉降的要求严谨的工程以及地质环境较差的地段。施工中台阶法、中壁法转换较为艰难, 掘进进度不是很理想。其施工工艺图见图3。
3.4 三台阶法
3.4.1 三台阶法适用于隧道围岩强度较好、少量地下水或无地下水的Ⅳ、Ⅴ级围岩, 抑或地下水含量较低的破碎带。施工工艺简图见图4。
3.4.2 三台阶法的特征
(1) 施工空间广阔, 能够引进大型机器设施, 作业面平行动工, 动工效率理想;一些软岩地带能够运用反铲挖掘机挖掘下台阶, 降低了对围岩的扰动频率。
(2) 在地质构造繁杂变换、软硬围岩相混淆的隧道施工中, 有助于施工模式的调节, 工程进度能够保证。
(3) 适用于相异跨度与多类断面, 不需要拆卸临时支护设备, 节约成本。
(4) 爆破施工能够分为多个作业面实施, 将集中爆破转换成分散爆破, 既不会频繁扰动围岩, 又恰如其分地使用了时间空间, 还增加了爆破临空面, 减少了炸药的损耗。
(5) 混凝土仰拱超前作业, 不但有利于初期支护以及早闭合成环承载, 对隧道中的作业和运输条件也进行了改良。
(6) 全断面一次施做防水层以及浇灌混凝土衬砌, 保证了混凝土衬砌的施工进度。
(7) 不用增添特殊设施, 成本少、操控简单。
3.4.3 三台阶法要求台阶长度不大于1倍洞径, 台阶高度根据机械设备确定。目前很多单位采取长台阶工法 (远大于1倍洞径) , 造成初期支护不能及时闭合, 仰拱不能紧跟, 二次衬砌不能及时施作, 造成未施工二次衬砌段的隧道出现塌方事故。
本文采取超前小导管支护、松动爆破开挖, 人工配合机械出渣。施工工序及步长见图5。
4 施工技术要点
4.1 施工原则
浅埋、大跨、软岩隧道遵照“管超前、短进尺、强支护、早成环、勤量测、紧跟衬砌”的施工原则, 依照围岩收敛测量状况以及对初期支护的加强, 对围岩变形作出应对, 在保障安全施工的基础上实施挖掘。
(1) 管超前:采用超前预支护措施, 通常采用超前小导管, 特殊底层或特殊条件采用大管棚或水平旋喷超前支护。
(2) 严注浆:利用超前管棚进行注浆加固地层。
(3) 短开挖:采用尽量短的开挖进尺。
(4) 强支护:尽可能早的施作初期支护, 以防止围岩出现变形。
(5) 早封闭:仰拱尽早封闭, 距掌子面的距离小于30~40m。
(6) 勤量测:做好洞内、地表的监测工作, 数据异常时及时上报。
(7) 超前探:进行超前地质预报和超前地质钻探, 超前探明前方地质状况。
(8) 严治水:处理好地表水和洞内水, 采取措施防止地表水连续流入洞内, 对地下水应超前引排必要时进行降水, 洞内积水及时排放。
4.2 超前支护、初期支护的数据分析
本隧道洞口利用准89mm大管棚, 洞内采取准42mm小导管超前注浆预支护;挖掘工程是环状挖掘预留核心土法;初期支护是全环H175型钢钢架、锁脚锚杆、系统锚杆、网喷混凝土等等。技术数据见表1。
4.3 环形开挖预留核心土法技术举措
洞口采取准89mm大管棚, 洞内采取准42mm小导管超前注浆预支护。浆液水灰比是 (1:1) - (0.6:1) ;注浆压力在0.6-1.5MPa之间。
隧道洞中的地质是全风化的变质砂岩以及砾岩, 该类岩石兼备土质以及岩石的工程特征。挖掘开始时———特别是解析“冒顶”倾塌原由时得出:这种岩石本体是土质, 尺寸巨大, 节理间隙大部分充塞了灰颜色或黑颜色的软泥;注浆后由浆液裹住注浆管壁;增加注浆压力以后, 少数水泥浆液渗透进裂隙, 无法达成预计目标。
所以, 进行超前支护, 要尽可能做好超前小导管, 采取短进尺环形挖掘方法, 在小导管的棚户下进行开挖掘进, 并第一时间架设H175型钢钢架、装设锁脚锚杆、系统锚杆以及对钢筋网焊接以后复喷混凝土, 构成强支撑初期支护。
小导管的外插角通常需要管控在10-15°, 长度在3-5m之间, 搭接长度是1.5-2m。当预留核心土土体不稳固的时候, 要在梯状核心土两端肩部的位置搭设超前小导管。
5 监控测量
在软岩中进行隧道的修建, 初期支护的收敛形变大, 围岩并不稳固, 在布置二次衬砌的条件下还可能产生衬砌开裂情况。所以, 应依照软岩的性质进行监督和控制, 预判围岩与支护构造的稳固程度以及作业状况, 明确二次衬砌与挖掘掌子面间的间距, 保证初期支护以及二次衬砌的稳定性。
依照《铁路隧道喷锚构筑法技术规范》TB10108-2002的标准, 监控量测必须测量的内容是:洞内外测量、收敛量测、拱顶下沉量测以及浅埋隧道地表下沉量测。净空收敛根据围岩级别来设置, 利用收敛计量测, 拱顶和地表下沉利用水准仪量测。
因为在建隧道是软岩居多, 稳定情况不佳, 形变大, 利用小断面开挖并第一时间进行初期支护以后, 变形量依然较大。所以, 应增强初期支护的刚度以降低隧道收敛量, 提升隧道的稳固程度。
从监测状况来讲, 在建隧道初期支护利用H175型钢钢架喷射混凝土支护以后功效显著, 拱顶在临近隧道中线的位置沉降情况较为严重;在距隧道中线较远的位置中线沉降不大。地面的最大沉降地处隧道中线以及它的周围, 数值是20-25mm, 在可控范围之内。挖掘后第一时间密闭隧道底板有助于降低隧道收敛量, 围岩并未产生显著的流变变形。
6 进度控制
利用环形开挖预留核心土法进行隧道的施工, 加速大跨、软岩隧道施工进程的重要技术是加快对H175型钢的快速施工技术的研发。通过对H175型钢材料的运用, 每榀拱环形支撑钢架的装设需要8小时, 通过变更安装技术, 利用小规模器械等多类举措, 上断面环状挖掘支护每天可达到2-2.5循环, 挖掘进尺能够达到1.6-2m。
使用预留核心土法后, 从2009年6月动工, 隧道进口平均施工进度每月50.5m, 隧道出口围岩级别较好, 每月进度110m, 按两年的工期计算, 总体上完成了进度目标。
7 结束语
软弱围岩的抗压强度一般小于30MPa。开挖软岩隧道时, 如果不进行有效的超前探测, 施工措施不当, 施工中就容易出现变形、塌方等工程事故。排前二号隧道施工项目, 对施工技术的控制非常严格, 并且现场监控测量工作十分到位, 施工成本控制得当, 并且也获得了预期的社会效益和经济效益。
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