隧道洞口景观设计

隧道洞口景观设计（通用10篇）

隧道洞口景观设计 篇1

0前言

隧道洞门是保证隧道施工安全与运营安全的重要结构,是隧道的唯一外露部分,也是隧道的标志。以前,从经济的角度尽量缩短隧道长度,深挖路堑、拉槽进洞,不仅破坏了生态环境,也无从谈起景观设计;再到后来的从安全角度出发,要求隧道洞口“早进晚出”,洞门结构主要基于挡墙理论,作为维持洞口边、仰坡稳定的受力结构,形式较为单一,也不做过多装饰,色调黯淡,这一阶段的洞口景观设计亦很少被顾及。

随着环保、生态理念的深入人心,人们开始重新审视土木工程结构的设计要求。具体到隧道洞门、洞口这一工程对象,其设计理念应该从传统的只满足山体稳定和结构安全的“温饱型”向既考虑安全又考虑生态、景观设计的“小康型”转变,尽可能减少洞口边仰坡的刷坡面积,尽可能不破坏地表植被,与周边环境相辅相成,体现可持续发展思想及与周围环境相协调的美学原则;而且应能很好地满足司乘人员对高速公路隧道的光线过渡要求,缓冲高速铁路隧道带来的空气动力学效应。

1 隧道洞口景观设计的原则

景观,英文为landscape,因而也有文献翻译成地景,简单地说,就是人类生存状态在大地上的具体表现,体现了人与自然的关系。景观设计,概括地说,就是土地的艺术、计划、设计、管理、保存和修复,以及人为构造物的设计。对隧道景观设计的重视,可以改善司乘人员的心情、心态,缓解驾驶疲劳,有助于驾驶安全,尤其对于洞口段进行设计,还可改善生态环境,优化路隧过渡,加上一定的人文元素,还能体现地方特色。

从总体原则来说,隧道洞口景观设计要求与当地自然环境协调,体现生态环保、自然美的原则。具体来说,应遵守适用性(含安全性)、经济性、美观性相结合的原则。适用性要求结合具体工程的环境条件,在安全的前提下,基于使用者需求来考虑;经济性除了从总体上简化设计元素外,还可以从就地取材方面考虑;美观性是一个相对概念,从驾乘特点来说,铁路相比公路的景观要求要低,因此,铁路隧道洞口设计一般本着经济实用、简洁大方、生态环保的原则,对于靠近城市或景区的隧道洞口则需考虑一定的美化需求,对于部分市政隧道甚至可以进行某些夸张艺术化的异形洞门设计,见图1。

2 隧道洞口景观设计要素

从大的方面来说,隧道洞口景观设计要素主要包含“自然景观要素”与“人工景观要素”两块。

自然景观要素可分为地形和地貌两个因素。地形因素按坡面形态分为山脊型坡面、山谷型坡面、直线坡面等,坡面又可分为陡坡和缓坡;地貌因素主要指植被有无、植被组成发育程度、秃山岩石形态等。如图2所示,某工程考虑工程具体地形、地貌后,采用环框式洞门,简洁明了。

人工景观主要考虑因素包括:1当地地理历史文化,隧道作为一种建筑符号,应体现当地特色,如图3所示,隧道洞门采用藏式建筑风格,体现当地人文气息;2隧道洞门造型,要从功能角度出发,如图4所示;3洞口相连工程,如桥隧相连、路隧相连、隧道群等,见图5;4铭牌形式,可以采用墙顶镶嵌式、洞口架立式、洞口山体刻字、洞口建筑雕刻小品(孤石)等,见图6。

在工程设计中,对于隧道洞口景观设计方案的比选,除了考虑适用性、经济性、美观性相结合的原则外,建议做到以下“三协调”:人工景观(造景)与自然景观(借景)协调一致,体现天人合一,融为一体;人工景观各元素之间以及与相邻工程之间,如桥隧相连、路隧相连部分也应注意协调一致;此外,还需考虑硬质景观(如洞门的混凝土结构)与软质景观(洞口周边装饰、植被绿化等)的协调一致。

3 结束语

功能、艺术和科学是现代景观设计追求的三个目标。毋庸置疑,功能是首要的,但是在满足功能要求的基础上,是否可以让景观不再平淡单调,就需要引入艺术和科学。应该说,隧道洞口景观设计是工科和文科的完美结合,内容涉及多学科的交叉跨越,高新科技的引入大大丰富了呈现效果。因此,从今后隧道洞口景观设计创新的趋势来看,开展跨学科、跨领域的合作研究是正确之路。

由于我国地域辽阔、地形复杂,不同隧道工程的洞口景观设计应不拘泥于单调的某几种形式。对于高速铁路隧道,需要结合景观和缓冲空气动力学效应要求;对于高速公路隧道,需要结合景观和光线过渡要求。应开展多种洞门建筑形式的研究,以期满足我国高速铁路、公路隧道建设的需求。

摘要：结合一些工程案例,论述了隧道洞口景观设计的基本原则和需考虑的要素,以及它们在实际设计中的灵活运用。建议做到以下“三协调”:人工景观(造景)与自然景观(借景)协调一致;各种人工景观(含相邻工程)之间相互协调;硬质景观(洞门混凝土结构)与软质景观(洞口及周边的装饰、植被绿化等)协调一致。在此基础上,还需考虑费用与需求之间的平衡,实现隧道洞门“力学”与“美学”的和谐统一。

关键词：隧道洞口,景观设计,自然景观,人工景观

参考文献

[1]王春华.山区高速公路隧道洞口景观设计研究[J].现代隧道技术,2013,50(1):20-26.

[2]叶飞,何川,王士民,等.公路隧道洞口景观的构造与分析[J].现代隧道技术,2009,46(2):15-21.

[3]关宝树.隧道工程设计要点集[M].北京:人民交通出版社,2003.

[4]仇文革,章慧健.论客运专线隧道洞门及洞口景观设计[A].铁路客运专线建设技术交流会论文集[C].北京:2005.

[5]铁道部工程设计鉴定中心.高速铁路隧道[M].北京:中国铁道出版社,2006.

[6]周跃峰.铁路隧道洞口景观设计[J].四川建筑,2007,27(3):36-37.

浅析隧道洞口段基础加固施工措施 篇2

关键词：公路隧道洞口 隧道施工 基础处理 施工措施比较 施工安全

41省道永嘉沙头至上塘段改建工程主线起点为九丈村，起始桩号为K0+000，经渠口乡霞川村、福利村，穿郑家山隧道至沙头镇石埠村、阳岙村、洞岙村和上塘镇敬仁村、陈岙村、河底村、寺前村、石介下村，终点位于上塘镇区鹅浦桥，桩号K15+062.956，接已改建41省道永喜上塘城区段，路线全长15.03公里。郑家山隧道全长1500m，左线出口洞口段位于石埠村山腰处，洞口段明洞桩号为ZK5+415～ZK5+420，在施工图设计阶段工程地质勘察报告中勘察资料勘探资料显示为⑤2层（含粉质黏土碎石Q3+2el+dl）、⑥2层（强风化晶屑凝灰岩J3j）、⑥3层（中风化晶屑凝灰岩J3j）、⑥4层（微风化晶屑凝灰岩J3j），每层厚度3-5m。见图1。

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1 施工过程及方案比较

隧道开挖至100m开始施工仰供混凝土，明洞基础开挖时候出露地质分别为第四系上-中更新统系残坡积层（Q3+2el+dl），经地质部门重新钻探后确认，基础依次为第四系上-中更新统系残坡积层（Q3+2el+dl），厚度为30-100cm，③2层（含粉质黏土卵石Q4al+m），厚度100-200cm、⑥3层（中风化晶屑凝灰岩J3j），厚度200-500cm，⑥4层（微风化晶屑凝灰岩J3j）。经设计、监理及业主等有关部门查看后拟采用2个方案进行处理，第一方案，C15混凝土扩大基础结构，基础开挖至中风化1m，由于地层结构为顺坡，基础开挖至呈水平状态，以保证明洞稳定要求。第二方案为开挖至中风化岩石表层，打设φ108×6钢花管并注浆，钢花管长度4-7m，间距1m×1m，入微风化岩石2m再浇筑混凝土基础至仰供底层。经对2个方案比较，方案1造价低，施工工期长，不利洞口安全，方案2造价较高，施工工期短，有利于洞口安全，结合工程实际情况，经比较分析后确定采用第二方案。

2 施工方法

2.1 钢花管施工工艺如图2。

2.2 施工方法

2.2.1 基坑开挖。钻机进场检修好后立即采用挖掘机开挖，开挖时间尽可能缩短，开挖时观察隧道洞门处变形情况。缩短基坑的暴露时间，保证洞口稳定。

2.2.2 测量放线。基坑开挖完成后，利用人工清理多余土石方后，测量放线，测放钻孔位置，并用白灰标记。

2.2.3 安装钻机。钻机要求与已设定好的孔口管方向垂直，必须精确核定钻机位置。用全站仪、挂线、钻杆导向相结合的方法，反复调整，确保钻机钻杆轴线与孔口管轴线相吻合。

2.2.4 钻孔及清孔验收。为了便于安装钢管，钻头直径采用Φ125mm。钻机采用DK-300型钻机钻孔，钻机开钻时，应低速低压，根据钻机钻进的状态判断成孔质量，及时处理钻进过程中出现的事故。认真作好钻进过程的原始记录，及时对孔口岩屑进行地质判断、描述，作为钢花管长度的参考资料。用地质岩芯钻杆配合钻头进行反复扫孔，清除浮渣，确保孔径不小于125mm、孔深不小于设计要求，防止堵孔。用高压风从孔底向孔口清理钻渣。

2.2.5 安装钢护管。钢管四周钻设孔径10～16mm注浆孔（靠孔口1m处不钻孔），孔间距15cm，呈梅花型布置。管头焊成圆锥形，便于入孔。钢花管顶进采用挖掘机压入孔底。接长钢管应满足受力要求，相邻钢管的接头应前后错开。同一横断面内的接头数不大于50%，相邻钢管接头至少错开1m。

2.2.6 钢筋笼安装。导管插入后立即清孔，再插入钢筋笼后注浆。钢筋笼由四根Φ18主筋和固定环组成。固定环采用Φ38钢管，壁厚4mm，长度为10cm，固定环间距为50cm。

2.2.7 注浆。安装好有孔钢花管、放入钢筋笼清孔后即对孔内注浆，浆液由ZJ-400高速制浆机拌制。

①注浆材料：注浆材料为水泥浆，水灰比为0.8：1，必要时掺入速凝剂。单根花纹管注浆量按照下公式计算：Q=π*Rk*L*η。式中Q为注浆量；Rk=0.6Lo，Lo为注浆钢花管中至中的距离；L为钢花管长度；η为围岩孔隙率。根据现场地质条件该值取40%。②采用注浆机将水泥浆注入钢花管内，初压0.5～2.0MPa，终压2MPa，注浆采用双控，即注浆量和注浆压力，当注浆量达到设计注浆量80%以上并进浆速度缓慢，注浆压力达到终压2.0MPa并持续10分钟能够既可停浆。注浆结束后用M5水泥砂浆封堵预留止浆段。③钢管注浆采用双孔注浆，一孔为注浆孔，一孔为透气孔，透气孔深入钢管底部，以排出孔内积水和空气，当透气孔流出与注浆孔相同浓度的浆液时，方可关闭透气孔。注浆时先灌注“单”号孔，再灌注“双”号孔。

注浆量满足设计要求，一般为钻孔圆柱体的1.5倍；若注浆量超限，未达到压力要求，应调整浆液浓度继续注浆，确保钻孔周围岩体与钢管周围孔隙充填饱满。

2.2.8 基础混凝土浇筑。钢花管注浆全部施工完成后，尽快组织基础混凝土施工，经测量放线边线位置，利用20cm胶合板进行立模加固，泵送混凝土浇筑。

2.2.9 钻孔质量控制。①钻机立轴方向必须准确控制垂直，以保证孔口的孔向正确。②钻杆晃动时，应适当降低钻速，防止因扩孔而造成塌孔。③钻进结束后应对孔深进行量测。④孔位偏差不超过±50mm，孔深偏差不超过±50mm。钻头的直径大于钢管直径小于孔口管直径。

2.2.10 注浆质量控制。①严格按照设计配合比配制浆液。②搅拌浆液应随施工不间断进行。③严格保证持压时间。④注浆应连续进行，中途不得间断。⑤施工前对各孔位进行编号，认真作好注浆记录。

3 结语

由上述可知，在不利于明洞基础开挖条件下，利用钢花管+扩大基础加固明洞基础，使明洞与基岩形成整体，对提高基础承载力，改善地质可发挥独特作用。对运行期间避免 洞口“跳车”，提高行车安全，对公路高效运营有着现实意义。

参考文献：

[1]韩海龙，董亚奎.浅埋、偏压四车道隧道洞口加固、处理技术应用[J].科技传播，2011（20）.

[2]赵翔宇.公路隧道洞口工程施工技术探讨[J].科技创新导报，2012（31）.

公路隧道洞口景观设计探讨 篇3

公路隧道洞口景观设计内容包括:隧道洞门的景观设计、隧道洞口边坡防护的景观设计、洞顶截排水设施的景观设计、隧道洞口与其附近的配电房、界地桩等附属设施之间的整体景观设计等。时间上分为隧道建设并交付运营初期上的隧道景观,隧道运营一段时间后的隧道洞口景观,以及隧道长期营运后的景观。通过景观设计可以使生硬、单调的行车景观变得更加生动、活泼、丰富多彩,减少隧道工程建设对环境造成的负面影响,并使隧道工程更好地融入到自然环境中,达到造景的作用,给公路的司乘人员提供一个优美、舒适的行车环境。本文结合辽中环线本溪至辽中段高速公路、丹东至通化高速公路、沈阳至本溪高速公路、云南思小高速公路等项目,对公路隧道洞口景观设计进行探讨。

1 公路隧道洞门景观设计

公路隧道洞门是保证隧道施工安全与运营安全的重要构造,是隧道的唯一外露部分,也是隧道的标志。公路隧道洞门除了具有支挡洞口正面仰坡和路堑边坡,保持洞口边仰坡稳定的作用,防止仰坡上方滑坡、碎落、雪崩等自然灾害对路面危害的作用,将坡面水引离隧道的作用外,还具有改善和美化环境的景观作用。隧道洞门可根据所处的地形地质条件、自然环境、人文特点设计为明洞式洞门或端墙式洞门。

明洞式洞门适用于地形平缓、山体稳定或单侧边坡较高等地形条件下的洞口。明洞式洞门宜优先选择削竹式洞门或喇叭式洞门形式,当洞口位于冲沟侧或冲沟底时,不宜采用削竹式或喇叭式洞门形式。削竹式洞门或喇叭式洞门可以采用明洞衬砌,同时回填坡面的坡率尽量与自然坡面同坡率,坡面宜采用植草或三维植物网等防护措施。

临近自然保护区、居住区、与其它道路并行或交叉点附近的隧道洞口,结合隧址区的地形地质条件、自然植被层次、民俗风情特色、历史文化底蕴进行景观设计,使隧道工程与周边社会环境、人文气息相得益彰、自然和谐。图1为野象谷隧道的入口,设计采用明洞式洞门,洞门装饰为傣族公主的冠冕,金光灿烂,入口的弧形刚好和帽檐的弧度一致,而且为使这一文化象征发挥更大的作用,入口一侧的休息场地建盖了傣族竹楼、凉亭等,更形象地展现了西双版纳独特的傣族文化,使该洞门充分融合到了当地文化氛围中。

端墙式洞门适用于地形较为陡峭、偏压较大或横断面地形复杂条件下的洞口。端墙式隧道洞口可以结合地形、地质情况,采用台阶式、圆弧化处理,尽量避免将左右线洞口拉齐,做成一个横平竖直、规整的端墙式洞门。辽中环线本溪至辽中段高速公路纱帽山隧道洞门通过圆弧化处理(图2),有效减小了端墙的设置规模。

传统的端墙式洞门虽然可以起到抵抗山体纵向推力、稳定洞口边仰坡的作用,但是端墙式洞门留给人们更多的是结构过于厚重、体量大、人工痕迹重、景观效果差等负面印象。通过对端墙式洞门进行硬质景观处理,采用去棱角化、色彩搭配等手法,既不影响传统端墙式洞门功能的发挥,又能有效消除传统端墙式洞门的人工痕迹,可以达到与周围景观和谐一致的效果(图3)。

2 隧道洞顶截水、排水设施的景观设计

考虑到隧道洞顶汇水截排的需要,避免洞顶汇水冲刷隧道洞口及洞门结构,给隧道施工及营运带来安全隐患,部分隧道洞顶设置有截、排水沟。隧道建设期间及运营初期,洞顶截、排水沟的人工痕迹较重,形成隧道洞口“项链”,影响沿线景观,因此,景观设计上考虑尽量取消隧道洞顶截、排水沟,但是也存在部分隧道沿沟进洞、洞顶存在集中汇水、汇水量大等情况,从隧道结构功能上考虑,不宜取消洞顶截排水设施的情况,本辽辽高速公路上的石磨山隧道出口就是这种情况,图4为其建设期间的实景照片。公路建成营运一段时间后,截、排水沟旁边的绿化得以恢复,可以自然遮挡住人工水沟,同时并不影响水沟功能的发挥,如图5所示,为石磨山隧道建成运营通车2年后的实景情况。

部分高速公路工程建设项目,沿线景色优美,项目为景观示范工程,对全线构造物的景观要求高,因此在公路运营之初就不能存在明显与周围环境不和谐的人工痕迹,此时采取常规的绿化恢复措施时间上难以满足要求,可以考虑将隧道洞顶截、排水沟进行消隐处理。在横断面方向上的截、排水沟前方设置适当宽度、高度的挡土檐,遮挡水沟外露部分,并对纵向上的截、排水沟采取埋设暗管的方式处理,但是暗埋排水设施存在管道堵塞后不易进行清理、北方地区可能发生冻融堵塞积冰的病害,增加日后运营的养护、维修工作量,同时埋设在坡面上(尤其是填土坡面)的排水暗管应做好管节间接头处的渗漏处理,避免管节渗漏引起坡面滑塌,同时也应注意处理好排水暗管自身的坡面防滑。

石磨山隧道等工程实践证明合理设置隧道洞口截排水设施,并对其进行适当的绿化恢复,既能确保隧道结构安全,又能不破坏隧道洞口景观。

3 洞口附属设施的景观设计

3.1 隧道配电房等附属设施的景观设计

隧道洞口前方配电房等附属设施的设置,宜与隧道洞口景观整体考虑,采用合理的结构型式、设置在合理的位置,充分发挥其正影响,避免其负影响。

配电房等附属设施对隧道洞口景观的正影响,如辽中环线本溪至辽中段高速公路上的纱帽山隧道进口(图6)设置的配电房等附属设施,整体上采用与端墙式洞门结构相呼应的横平竖直、棱角分明的建筑结构型式,设置位置可以部分遮挡隧道洞门端墙,减小端墙的视觉冲击;配电房等附属设施对隧道洞口景观的负影响,纱帽山隧道出口(图7)设置的配电房,整体上仍然采用横平竖直、棱角分明的建筑结构型式,不能与弧形端墙形成呼应,虽然部分遮挡了端墙,可以起到减少端墙视觉冲击的效果,但是更多的却影响了隧道洞口的整体景观效果。

3.2 隧道洞口附近地界桩的景观设计

界地桩材料及色彩选用:虽然选用灰白色混凝土界地桩(图8)可以起到醒目的作用,但是也破坏了沿线的自然景观,人工痕迹重。可以考虑采用钢管桩,外刷米彩色,与周围环境更好地融合。

3.3 合理设置隧道铭牌的景观设计

隧道铭牌的景观设计包括隧道铭牌的设置位置、大小、材质、色彩等,洞口铭牌设计应力求简洁明快,与周围环境融为一体。其中将隧道铭牌设置在端墙式洞门墙面上,或在削竹式洞门前面适当位置设置石块,在其上面书写隧道名称,也是不错的选择(图9)。

4 隧道洞口坡面防护的景观设计

4.1 隧道洞口坡面防护景观设计的作用

隧道洞口坡面防护的景观设计除可以起到支挡边坡、减少洞口亮度、防止洞内废气在洞口间串流等作用外,还可以起到消除隧道洞门型式差异化的影响。辽中环线本溪至辽中段高速公路项目南雪梅隧道出口(图10为南雪梅隧道洞门建成时的实景照片,图11为南雪梅隧道绿化完成并运营2年后的实景照片):受地形及线形条件限制,左线隧道采用削竹式洞门,右线隧道采用端墙式洞门,且左右线洞口位置前后错开一定距离,通过对中间分隔带及隧道洞口边坡进行景观设计,基本消除了因为同一端隧道洞门型式差异带来的视觉影响。

4.2 隧道洞口坡面防护的种类

隧道洞口坡面防护包括三种类型:工程防护、植被防护、工程防护与植被防护的结合。

工程防护能够起到支挡坡面、节省占地等作用,端墙式隧道洞门就是隧道工程防护的典型代表,但是工程防护的尺度、比例、材质对公路隧道景观具有很大影响,因此公路隧道洞口坡面的工程防护应通过矮、隐、弯折等设计手法的处理,削弱工程防护的人工痕迹,减小其视觉冲击力。

植被防护的主要功能是防止边、仰坡冲蚀破坏,同时可以起到造绿和景观的作用,植被防护为目前削竹式隧道洞门坡面防护的主要型式。植被防护应优先选用原地植被的树种、草种或相近的种类(图1、图5、图11)。防护采用的植被宜高低错落搭配,避免整齐划一,突显自然和谐之美。

工程防护与植被防护结合,可达到加固与防护兼顾、刚柔相济的效果。沈阳至本溪高速公路上的南天门隧道洞口仰坡面因地制宜地采用六角网格工程防护与植被防护结合,植被繁茂时节(图12)可以有效遮挡六角网格防护的人工痕迹,与周围环境融为一体,相得益彰;植被枯萎时节(图13)六角网格与周围环境相映成趣,消失于无形,不会突显厚重的工程防护痕迹。因此,合理地选用工程防护与植被防护型式,既可以起到防护坡面的作用,又能够不破坏隧道洞口景观,彰显“天人合一”的工程设计理念。

5 结语

本文结合辽中环线本溪至辽中段高速公路、丹东至通化高速公路、沈阳至本溪高速公路、云南思小高速公路等工程项目,对公路隧道洞口景观设计进行分析与总结。公路隧道洞口的景观已随着公路交通建设为越来越多的人们所关注,成为公路景观的重要组成元素。公路隧道洞口的景观设计需要多个专业人员的通力协作,通过对公路隧道洞门、洞顶截、排水设施、洞口附属设施、洞口坡面防护等洞口景观要素进行综合考虑,运用多种设计手法,创造出满足公路隧道使用功能,简洁明快,并与隧道洞口周围的地质、地形、地貌、植被及洞口接线线形相协调的公路景观。

摘要：公路隧道洞口景观设计既要与隧道洞门结构形式相协调,又要与洞顶截排水设施、洞口附近的附属设施、洞口坡面防护等进行合理搭配,并满足公路隧道洞口结构使用功能。以辽中环线本溪至辽中段高速公路、丹东至通化高速公路、沈阳至本溪高速公路等项目为例,探讨公路隧道洞口景观设计方法。

关键词：公路隧道,隧道洞口,景观设计

参考文献

[1]叶飞,何川,王士民,王国波.公路隧道洞口景观的构造与分析[J].现代隧道技术,2009(4).

[2]黎明.高速公路隧道洞口艺术设计研究——以云南省保山～龙陵高速公路为例[D].昆明理工大学硕士学位论文,2008.2.

上寨隧道出口不良地质洞口段处理 篇4

关键词:公路隧道;地表裂缝;拱顶下沉

中图分类号:U455.1文献标识码:A文章编号:1000-8136(2010)11-0059-02

随着高等级公路建设的发展,特别是近年来山区高速公路的修建,公路隧道得到了广泛的应用。但是在穿越山岭时,由于受路线走廊带的限制或者路线标高等的控制,隧道不可避免的要穿越不良地质体。同时由于施工管理的不规范,在施工时不可避免会出现一些问题。及时、合理处理这些问题对工程建设有着非常重要的意义。

1 地质地貌及工程简介

隧址位于贵州省黔东南州丹寨县鸡照村境内,隧道穿越区为构造隆升低山工程地质区,山体为南北走向,地势总体北低南高,隧道与山脊近于直交,沿隧道轴向山体浑圆,两侧低,中部高。出口段地形较陡,坡角约37°。隧道采用分离式,左线总长为2 760 m,右线总长为2 727 m,隧道左线最大埋深370.0 m,右线最大埋深约368.0 m。

2 洞口处地质地貌(洞口段地质进行了补勘)

隧道出口位于一崩坡积体,崩坡积体平面形态总体呈似舌型,轴向最长175 m,横向最宽100 m,地势总体东高西低,坡体后缘基岩出露。据钻探揭露,上部覆盖块石土最深处29.7 m,平均厚度约18 m。崩坡积体后壁似呈不规则的圈椅状,局部为折线形,基岩出露,呈高约5 m～20 m、坡度55°～70°的陡坎,出露的岩性为泥灰岩,呈青灰色,岩质较新鲜。前缘隧道右线洞口两侧均有基岩出露,中后部为崩坡积块石土。崩坡积体表层覆盖0.5 m~1.2 m的崩坡积含碎块石亚黏土,下部为含有亚黏土的碎石土及块石土,结构较疏松。从钻探资料表明,孔隙较发育,贯通性较好较,钻探过程中出现漏水现象。块石的母岩成份为泥灰岩及砂岩。

3 原设计对该段的处理

原设计考虑到洞口段位于坡积体内,且碎石成分相对较大,在该段衬砌采用洞口加强段衬砌及30 mφ108×9大管棚的基础上,对该山体采用了地表注浆加固。注浆管采用φ50×4的钢管,管壁每15 cm交错布置直径为8 mm的孔,注浆浆液采用1∶1的水泥砂浆。注浆范围为:横向由隧道中心线向左、右侧各13 m;纵向由左、右洞明暗交接处起向洞身方向分别为44 m和40 m;竖向注浆深度由原地表至弱风化基岩至少3 m。

4 隧道施工情况

在洞口大管棚(30 m)及边、仰坡施工完成的情况下(此时原设计的地表注浆未实施),2008年7月20日,上半断面采用环形开挖留核心土法开始暗洞部分的施工。2008年8月17日,因截水沟、边仰坡地表开裂严重,洞内出现多道环向裂缝,停止洞内施工。2008年8月22日开始施做地表注浆。2008年9月7日恢复洞身开挖,截至2008年9月17日左洞累计进洞30 m,右洞32.5 m。此时隧道洞顶出现了多道纵、横向裂缝,同时洞内喷射混凝土也多处出现开裂。根据监控量测数据显示,左右洞地表下沉累计分别达58 mm、56 mm,洞内拱顶下沉最大值分别为34 mm、62 mm。通过量测单位对近期数据分析发现变形还在持续,且有加速的迹象。另外边坡咨询单位在洞顶布设的深孔位移监测桩数据显示洞口处仰坡出现明显的异常带,分析认为在距孔口深20.5 m处有形成华东面的趋势,据此边坡咨询单位发出了二级预警报告。针对该情况,2008年9月18日,业主约请设计单位、监理单位、咨询单位、监控量测单位等现场勘察。

5 问题分析及处理方案

对该隧道出现的地表裂缝、拱顶下沉及喷射混凝土开裂现象,分析认为主要是以下两方面的原因:(1)隧道所处山体围岩破碎,且原设计的地表注浆加固也未让实施,这样就未能有效发挥和利用围岩的自承能力,导致洞内开挖后围岩的塑性变形过大。(2)隧道开挖后应力的重分配和开挖爆破的影响。虽然边坡进行了防护处理,但由于坡体地下水状况变化较大,开挖必然会引起边坡应力调整,加上坡体岩体松散、施工爆破的影响等,从而导致山体的开裂和下沉。根据现场对问题成因的分析,首先要求施工单位立即停止掌子面开挖,并喷射10 cm厚的混凝土封闭掌子面。对ZK173+618(明暗交接处)~ZK17+585、YK173+634(明暗交接处)~YK173+600采取以下措施:(1)洞内采取临时钢支撑,对以开挖上半断面采取临时仰拱封闭。(2)上半断面拱脚每侧增设2根4 m长的φ22的锁脚锚杆。(3)洞内采用6 m长的φ50×4的小导管进行径向注浆加固。(4)隧道下导坑落底后,在坡积体范围内加固隧道仰拱基础。(5)加密二衬混凝土钢筋间距,及时施作二衬。根据随后的施工情况,在临时支撑的保护下,施作了洞内径向小导管注浆后就已基本控制的围岩变形,从监控量测数据来看地表开裂和拱顶下沉都得到了有效的抑制。最终在实施完以上所定的措施后,隧道成功的穿越了该段不良地质段。

6 几点认识和体会

(1)洞口处的地勘一定要尽可能的详细准确,因为进洞及洞口段的施工是隧道施工的难点和重点,在准确的地勘前提下,工程设计人员才能做出合理的设计,施工员才能做出合理、安全的施工方案。

(2)控制和节约投资是我们对国家和人民负责的态度,但这些必须建立在科学的基础上、建立在安全的基礎上,不可盲目的一味考虑节省投资。否则的话会事与愿违。

(3)在解决突发问题时,时间上一定要快。各方一定要及时赶赴现场,第一时间掌握现场真实情况,这样不仅利于我们工程人员做出正确的方案,更重要的可是以避免人员伤亡、减少财产损失。

Bad Geological Section Processing of Shangzhai Tunnel

Zhou Kang, Xiao Songtao

Abstract: In this paper,we made a discussion of causes and handle suggestions,of the surface cracking、dome subsidence and inside shotcrete cracking,which occur when the export of Shangzhai tunnel crossed the integrated slope.

隧道洞口Ⅴ级围岩柱式洞门设计 篇5

研究背景

工程中在进行隧道的洞门形式选择的时候,常用的洞门形式及适用情况一般有如下几种。

洞口环框。适用于Ⅰ~Ⅱ级围岩段,而且当地势陡峻又排水的要求时,可以只修建洞口环框,起到加固洞口以及减少洞口雨后滴水作用。

端墙式。适用于Ⅱ~Ⅲ级围岩段,地形尽可能开阔,围岩要稳定。洞门主要由端墙和排水沟以及它的洞门顶构成成。其中端墙的作用主要是抵抗洞门上的山体纵向推力以及支持端墙式洞门洞口上的仰坡。

翼墙式。适用于Ⅳ级及以上围岩段,翼墙主要起到抵抗洞口正面山体的纵向推力,增加翼墙式洞门稳定性的作用。

柱式。适用于Ⅳ级围岩段中仰坡有下滑的可能性,而且又受地质以及地形条件的限制而不能设置翼墙时可优先考虑设置柱式洞门。

削竹式。适用于洞口段有较长的明洞衬砌,因为洞门背后较大范围是回填土,所以山体的推滑力不大,设置削竹式比较合适。

本研究主要以《公路隧道设计规范》(JTG D70/2-2014)为参考,通过分析Ⅴ级围岩段地质条件以及工程经验适用条件,研究隧道是否适合柱式洞门,并给出初步设计尺寸,验算稳定性,从而最终得出结论。

隧道洞口地质概况

进口洞口浅埋段,埋深0.0~35m,为Ⅴ级围岩段。围岩主要以残坡积层和泥岩构成,岩体呈碎石状松散结构,风化裂隙较为发育,拱部比较容易发生塌方事故,侧壁自稳性较差。

出口洞口浅埋段,埋深0.0~25m,为Ⅴ级围岩段。围岩构成主要是残坡积层,岩体整体呈碎石状松散状结构,风化裂隙比较发育,比较容易形成坍塌。

进口段洞口坡度大致为25°~35°,围岩级别为Ⅴ级,上层地层厚度较厚,而且洞口段地下水贫乏,不用设置特殊防排水措施。所以,考虑到施工和支护方面上的便利性,进口端左、右洞门形式可初步考虑采用柱式洞门。

出口端地表是斜坡地表,围岩级别是Ⅴ级,洞口坡度30°~40°。上覆土层很厚,围岩压力也很大,考虑采用柱式洞门。

进口和出口段就假定的地质条件而言整体大致符合柱式洞门使用条件,关键在于验算Ⅴ级围岩条件下的洞门稳定性。

尺寸计算以及稳定性验算

考虑到进口端和出口端的地质情况相仿,洞口坡度也一致,所以将隧道进、出口的洞门进行统一设计。将坡度设为1:0.25,墙身厚度1.3m。洞门的墩柱安排在A部分,这里是主墙受力最大部分,宽度设置为1.5m,厚度1.3m,高度和洞门相当。基础的埋深初步设置成1.5m,仰坡的坡率为1:1.25,洞门顶部到衬砌拱顶的外缘的距离设置为2.5m。H=1.5+8.09+2.5=12.09m,计算图式如图1所示。

土压力系数确定

根据莫尔圆中半圆解、半数解法可知土压力系数:

式中:λ为土压力系数,ϕ为内摩擦角,β为隧道顶部地面斜坡坡脚。

然后进行校验。隧道洞门计算图示的B部分的稳定性以及强度来确定主墙的尺寸,隧道洞门计算图示的A部分这个墩柱与端墙一起作用的部分来确定墩柱尺寸。

采用的基本公式

(1)洞门墙的抗倾覆稳定性验算:

式中:K0为倾覆稳定系数,M0为各个水平力对墙趾的倾覆力矩,My为各个垂直力对墙趾的稳定力矩。

(2)洞门墙抗滑移稳定性验算。

式中:Kc为滑动稳定系数,E为墙后主动土压力的水平分力,N为作用于基底上的垂直力,f为基底摩擦系数;α为基底倾斜角。

(3)洞门墙基底合力偏心距计算。

式中:e为水平基底偏心距,B为水平基底宽度,其他符号含义同式(2)、(3)。

(4)洞门墙基底应力计算。

式中:σmax为基底最大压力,σmin为基底最小压力,其他符号含义同式(4)、(5)。

(5)洞门墙墙身截面的偏心距以及它的强度计算。

偏心距:

式中:M为计算的截面上各个力对截面的形心力矩之代数和,N为各个作用于计算截面上的垂直力之和。

截面应力:

式中:A为计算截面面积,W为计算截面地抗矩,NM、意义同式(8)。

B部分计算为。

土压力:

自重:

(1)抗倾覆验算

计算结果表明,满足抗倾覆的要求。

(2)墙身截面上的偏心验算

偏心距:

(3)墙身的截面强度验算

应力:

出现负值,结构将发生应力重分布,应力重分布之后的最大应力值为:

满足墙身截面的强度要求。

计算表明,墙身厚度为1.3m,满足基本要求。

A部分计算结果。

由于A的部分是墩柱和端墙一起承担荷载的地方,安排在洞门受荷最为大的地方。所以,把A在墙身原有厚度基础之上再加1.3m。

土压力:

自重:

(1)抗倾覆验算

所以满足抗倾覆。

(2)抗滑移验算

满足抗滑移

(3)基底合力偏心距验算

基底偏心距:

满足要求

(4)应力验算

基底两边缘点法向应力σ1、σ2

两者都小于[σ]=6.0Mpa,满足要求。

(5)墙身截面的偏心验算以及它的强度验算

满足偏心距要求。又由:

应力重分布后最大值:

满足墙身强度要求。综上所述,洞门尺寸满足要求。

建议

本文研究了处于Ⅴ级围岩段的隧道洞口地段对于柱式洞门的适用性。结果表明:

(1)当围岩处于Ⅳ级以上级别时,由于围岩条件较差,大多选取翼墙式洞门,但当仰坡有下滑的可能性,而又受地质条件的限制从而不能设置翼墙时可考虑采用柱式洞门;

(2)对于以上的情况进行假定尺寸验算稳定性后,结果显示都为满足,故确定当隧道的进、出口段处于Ⅴ级围岩时都可采用柱式洞门;

隧道洞口景观设计 篇6

关键词：遮雪棚,千松坝隧道,隧道进出口

1 工程概况

河北省承张高速公路承德段千松坝分离式特长隧道, 隧道右幅K176+890~K181+300, 全长4410m, 左幅L4K176+824~L4K181+270, 全长4446m。隧道地处冀西北山地区, 属坝上坝下过渡型山区, 区内地形起伏。区域最大冻土深度为1.6m。隧道出口位于山体斜坡, 自然斜坡西南倾, 坡度6°左右, 表层风积沙覆盖, 下伏角砾、碎石, 层厚5.0~32.0m, 风积沙工程性质较差, 边坡稳定性较差。隧道出口位于地势低洼处, 为确保运营期间洞口积雪影响隧道运营安全, 隧道左幅出口L4K181+270~L4K181+350长80m、隧道右幅出口K181+300~K181+400长100m范围内设置了遮雪棚洞。

2 遮雪棚设置依据

(1) 下雪时, 雪花阻碍驾驶人的视线, 尤其是行驶至隧道进出口时容易造成交通事故。

(2) 雪后天晴积雪对阳光强烈的反射作用会对驾驶人产生眩目, 使其视力下降, 对行车安全造成不利。

(3) 因千松坝隧道坝上地区白天与夜晚的温差较大, 易造成反复冻融现象, 结冰路面会给安全行车带来诸多不便。

(4) 在冰雪路面上行车, 轮胎与路面的附着力下降, 车辆操纵稳定性难以保证, 危险性增大。

(5) 当洞内光线强弱悬殊较大, 车辆突然从亮光区驶入暗光区, 或者从暗光区驶入亮光区, 在车速较快的情况下, 由于驾驶员需一定时间适应光强变化, 洞内外照度的突变与驾驶员反应时间的不足, 产生“白洞”与“黑洞”效应。

3 防积雨雪问题的策略

(1) 多植树, 依靠树木来遮挡部分雨雪。

(2) 路堑顶修筑挡雪墙, 遮挡边坡雨雪。

(3) 在路段采取一些比较简单的防滑措施, 如设置减速带、路面洒粗盐等。

(4) 做提示驾驶人注意的路标。

(5) 设置遮雪棚洞。

由于该隧道地位地势较低, 植树、修筑挡雪墙都不能很好避免出现行车安全;路面洒粗盐只能保证一时之需, 故本项目选用了遮雪棚方案。

4 遮雪棚结构设计

(1) 千松坝隧道出口遮雪棚采用钢筋混凝土结构与钢结构组合形式。这种结构不仅具有钢筋混凝土结构防撞能力强的优点, 而且也能发挥钢拱架结构轻便, 施工方便的优点。通过与遮雪棚板材的搭配, 能够较好地起到遮光、减光、遮雪的效果;其缺点为遮雪板使用寿命有限, 需要定期更换;钢结构骨架施工前需要进行防锈处理运营期间需要除锈维护, 后期养护工作量大 (见图1、图2) 。

(2) 遮雪棚下部采用钢筋混凝土矮墙可以起到防撞护栏的作用, 在一定程度上保障了行车的安全;上部采用钢拱架与遮光、遮雪板搭配的形式;钢拱架可采用工字钢、H型钢, 并进行防锈处理。

(3) 遮雪棚洞需承受雪荷载及风荷载, 采用PC耐力板。厚度需根据计算确定, 可参照表1、表2。

5 遮雪棚设计原则及要点

5.1 设计原则

遮雪棚设计原则是在保证行车安全的前提下, 达到遮雪使用功能, 同时具有一定的观赏性。设计采用的是轻钢结构的设计理念, 形成封闭力系。

5.2 设计要点

(1) 遮雪棚洞墩柱基础位于风积沙地层, 地基承载力不满足承载力要求, 需进行加固处理。本项目采用5m长Φ50×5mm注浆管, 浆液采用水泥∶水玻璃1∶0.5的双液浆, 注浆压力初压0.5~1.0MPa, 终压2.0~2.5MPa, 注浆管间距75cm (见图3) 。

(2) 结构纵梁高度的确定。纵梁高度一方面需满足洞外降雪时对路基坡面及遮雪棚顶位置积雪的遮挡;另一方面需满足洞内车辆防撞要求。本项目考虑各方面原因, 确定纵梁高度位于路面以上131cm (见图4) 。

(3) 遮雪板材材料、厚度、颜色确定。综合考虑关于实心耐力板和中空板之间的优缺点发现, 在排除实心板自重大、造价高的缺点外, 实心耐力板较中空板具有使用寿命长, 通常为中空板的30倍;抗老化能力、抗冲击能力强;视觉效果好, 且容易安装等优点。因此选择实心耐力板作为本次防雪棚的装饰板材。工字钢采用16号工字钢, 纵向间距2m, 纵向肋条采用50×2mm方钢, 环向间距80cm, 结合表1确定耐力板厚度采用5mm。耐力板颜色采用天蓝色。

(4) 由于遮雪棚为封闭结构, 隧道照明、消防、通风设计需综合考虑, 隧道总长度应考虑遮雪棚长度。

(5) 隧道洞门形式宜采用直削式洞门, 确保洞门与遮雪棚不留缝隙。

(6) 遮雪棚进口位置, 车辆以较快速度进入隧道, 会对洞口位置遮光板产生一定的由内向外的冲力, 洞口5m范围内工字钢间距加密至1m (见图5) 。

(7) 遮雪棚范围内路堑边坡为不稳定风积沙段, 边坡坡率采用1∶1.5, 遮雪棚施工完成后边坡需按照正常路基段进行防护。

(8) 遮雪棚板材应由相关专业人员安装。

6 结束语

随着我国交通事业的迅速发展, 隧道建设在高速公路建设过程中不仅能够缩短里程, 降低坡度, 改善线形, 减少冰冻、积雪灾害的影响方面起到了重要的作用, 而且对保护自然生态环境, 实现可持续发展同样起到了重要的作用。随着隧道广泛的出现在高速公路的建设中, 隧道的安全运营同样也引起了广泛的关注。本文以承张高速公路千松坝特长隧道的交通安全研究为基础, 提出相关的改善措施。这种研究的思路在交通安全的研究领域具有一定的创新性, 提出的改善措施具有极大的实用价值。

浅谈隧道洞口、明洞施工控制要点 篇7

隧道洞口工程施工除要给洞内施工创造条件外, 还要稳固因隧道施工可能引起坡面出现失稳现象, 尤其当洞口坡面存在较大规模滑动、坍塌、落石等可能时, 必须采取相应的施工质量和安全措施, 严格按照设计文件及规范要求即时施作工程防护设施, 以免产生严重的工程事故。一般包括洞外土石方开挖、截水沟修砌、边仰坡防护、洞口辅助施工措施、明洞及洞门修筑等工程。

2 洞口工程及明洞工程施工中常见的质量通病

2.1 边坡、仰坡防护施工一般采用锚喷防护, 在施工中常见质量通病

(1) 边坡及仰坡虽按自上而下开挖, 但刷坡坡度未严格按设计要求进行, 出现坡度较陡或较绞现象; (2) 锚杆数量、长度未严格按设计要求进行布置, 存在少布置情况, 且未严格按设计及规范要求进行注浆或不注浆; (3) 某些隧道工程由于施工存在仓促性, 拌和设备未进场的情况下, 采用路拌法进行拌和, 存在拌和不均匀, 最终导致混凝土强度不符合设计要求的现象。且喷射混凝土采用干喷工艺施工。

2.2 洞口施工辅助措施工

洞口施工辅助措施工, 常采用超前长管棚进行施工, 对后续进洞后控制围岩变形及地表下沉效果明显。在施工中, 常出现以下质量通病: (1) 钻孔深度未严格施工至设计孔深; (2) 长管棚安装长度和数量未能按设计要求进行施工, 存在数量和长度不足现象;钢管之间的连接未采用设计要求的连接方式, 而是图施工方便采用临时焊接; (3) 对管棚注浆时, 浆液未严格按设计要求进行拌和, 随意性较大, 导致水泥用量偏小, 注浆质量达不到设计要求; (4) 管棚注浆时, 未严格按设计要求的注浆压力和注浆量进行控制便结束注浆工作。

2.3 明洞混凝土施工存在常见质量问题

(1) 钢筋制作与安装工作中, 常出现焊缝不饱满、长度不足现象; (2) 混凝土浇筑过程中, 未按设计要求进行浇筑, 且振捣不密实; (3) 拆模后养生不到位或不进行养生, 导致混凝土出现收缩裂纹。

2.4 明洞回填常见质量通病

(1) 填料不符合设计要求; (2) 未严格进行分层回填, 分层厚度较大; (3) 碾压方法未不符合设计及规范要求, 甚至出现不采用压实机械进行碾压, 而采用挖掘机或装载等操作的行走方式进行碾压, 导致压实度不足。

2.5 质量意识不足

(1) 施工项目经理部部分施工管理技术人员质量意识不高, 存在侥幸心思, 或施工经验不足, 未严格进行质量控制, 使“三检”制度形同虚设, 未严格执行; (2) 部分监理人员由于经验不足或责任心较差, 未严格按设计要求进行验收。未进行巡视检查;或需要旁站的关键工作, 如锚杆注浆、超前管棚注浆等未进行旁站监理。导致施工方的偷工减料行为有机可乘。

3 质量控制要点

为避免出现质量问题, 严格按设计及规范要求进行施工, 须按以下要求进行质量控制。

3.1 明洞开挖控制要点

(1) 洞口开挖施工应避开雨季; (2) 采用明挖法施工时, 应自上而下分阶段、分层进行开挖。第一阶段挖至设计临时成洞面, 并视围岩情况, 结合暗洞开挖方法, 预留进洞台阶;第二阶段开挖其余部分, 形成永久边仰坡。不得掏底开挖或上下重叠开挖; (3) 洞口边、仰坡排水系统应在雨季之前完成。

3.2 锚喷加固质量控制要点

(1) 喷射混凝土施工不得采用干喷工艺; (2) 锚杆类型、规格、技术性能应满足设计要求, 并且严格按规范要求进行注浆工作; (3) 锚喷加固应按坡面开挖顺序由上至下分层实施; (4) 喷射混凝土前, 尽量将坡面平整, 清除松动的岩石与浮土; (5) 锚杆垂直坡面安置。也根据坡体的结构面组合实际情况, 对其方向作适当调整, 使锚杆能加固更多的岩石层面; (6) 在进行第一次喷射混凝土初喷后, 即可铺设钢筋网, 与喷射混凝土层密贴, 并与锚杆连接牢靠, 再进行后续喷射混凝土施工, 混凝土层应覆盖钢筋网。

3.3 洞口施工辅助措施工质量控制措施

(1) 洞口施工辅助工程措施所用钢管长度和钢管外径应满足设计要求; (2) 严格按设计及规范要求的环向间距、方向等布设参数布设超管棚钢管, 以及锚固所用材料; (3) 管棚注浆前认真分析围岩性质, 可通过试验, 选择合理的注浆设备和注浆工艺, 确定合理的注浆初始压力、终止压力以及注浆量。在施工过程中应认真做好注浆记录, 单孔注浆压力和终止压力以及单孔实际注浆量必须真实。管棚的安装和注浆必须要有影像资料。

3.4 明洞衬砌施工质量控制措施

(1) 模板:台车模板长度和宽度均不宜过大。模板长度过大容易造成板块刚度不足, 宽度过大不利于衬砌的弯曲过渡。长度一般可取100cm, 最大不应超过150cm, 其宽度一般为50cm, 并配若干块较窄的模板, 宽度为30cm。

(2) 衬砌钢筋制作与安装:①环向钢筋和纵向钢筋的交叉的每个节点均必须进行绑扎或焊接, 建议采用绑扎;②钢筋焊接搭接长度必须满足双面焊不小于5d, 单面焊不小于10d (d为钢筋直径) , 及焊缝应满足设计要求;③同一钢筋的两个焊缝间距距离不应小于1.5m;相邻主筋的焊缝位置应错开, 错开距离不应小于1.0m;④钢筋制作的其他要求应符合相关规范的规定。

(3) 衬砌混凝土施工:①混凝土配合比应通过试验进行确认, 以应满足设计要求和施工要求。②混凝土应采用混凝土搅拌运输车运输, 确保在运送过程中不产生离析、撤落、及混入杂物。③混凝土衬砌应连续浇注, 在初凝前完成浇注, 砼由下至上分层、左右交替、从两侧向拱顶对称灌注。④混凝土应采用振动器振捣密实, 并应采取确实可靠的措施确保混凝土密实。振捣时, 不得使模板、钢筋、防排水设施、预埋件等移位。

(4) 养生:应配备养护喷管, 拆模前冲洗模板表面, 拆模后喷淋混凝土表面, 在寒冷地区, 应做好混凝土防寒保温工作;混凝土养护时间不低于14d。

3.5 明洞回填施工质量控制措施

(1) 在拱圈混凝土达到设计强度、拱墙背防水设施完成后, 方可回填拱背土方; (2) 顶部回填土方应对称分层夯实, 每层厚度不得大于0.3m, 两侧回填的土面高差不得大于0.5m;底部应铺填0.5~1.0m厚碎石并夯实;回填至拱顶后应分层满铺填筑, 顶层回填材料宜采用粘土以利于隔水。明洞粘土隔水层应与边坡、仰坡搭接良好, 封闭紧密; (3) 先用人工填筑夯实回填至拱顶以上1.0m后, 方可使用机械回填施工; (4) 明洞回填密实度要满足图纸要求。

4 加强质量管理意识

(1) 项目经理部在施工前, 应分别对施工管理人员及作业班组进行技术交底, 增加施工管理技术人员以及作业人员的质量意识; (2) 项目监理部应加强内部监理培训工作, 使监理人员熟悉施工工艺流程、质量控制要点, 以提高监理人员业务水平, 严格按设计及规范严格进行监理。对责任心不强的监理人员, 可予以通报批评、内部处罚、开除的处分。

5 结束语

隧道洞口、明洞工程是隧道工程重要的组成部分之一。施工过程中的加强施工人员以及监理人员的质量意识, 严格按照设计文件及公路隧道施工技术规范的相关要求进行质量控制, 不能有随意性。

摘要：通过隧道洞口、明洞工程常见的施工质量问题, 指出隧道洞口、明洞工程施工质量控制措施的控制要点。

关键词：洞口工程,明洞工程,质量通病,控制要点

参考文献

[1]公路隧道施工技术规范 (JTG F60-2009) .北京:人民交通出版社, 2009 (9) .

[2]公路工程质量检验评定标准 (JTG F80/1-2004) .交通部公路科学研究所, 2005.

[3]云南省高速公路施工标准化实施要点[M].北京:人民交通出版社, 2012.

新黄土隧道洞口段施工实例浅析 篇8

闫家沟3#隧道位于陕西省绥德县满堂川乡闫家沟境内, 地处黄土梁分水岭地段, 黄土冲沟发育, 地下水较为丰富。地表为马兰组新黄土和坡积、冲洪积黄土状亚粘土, 新黄土土质均匀, 较疏松, 孔隙大且发育, 有较严重的湿陷性, 易掉块、塌陷, 为散体结构岩体, 成洞性能差, 并且洞口段有落水洞分布 (如图1) , 隧道拱部基本全部处于松散土体内 (如图2) 。隧道最大埋深80m, 工程所处地区最大冻土深度1.2m。

2 施工技术的理论依据

2.1 黄土的结构与构造

黄土为非均质骨架式架空结构, 碎屑矿物组成的极细砂粒和粉砂粒构成基本骨架, 细粉砂为填料, 粘土矿物、水溶盐和吸附水膜为胶结物质。这种具有大孔和多孔的骨架式架空结构, 使黄土表现出松散特性, 尤其是新黄土和新近堆积黄土。

黄土形成过程中, 生成了其原生层理构造, 导致了黄土的各向异性以及物理力学性质的不均性。垂直节理发育是黄土最典型的构造特点, 它破坏了黄土的完整性, 影响黄土物理力学性质, 尤其影响其中的地下水的渗流和分布。

2.2 黄土的工程特性

由于黄土特殊的物质、结构和构造特征, 决定了黄土具有不同于其它土体的特殊工程地质特性, 主要表现在:

(1) 孔隙率大、密度小;

(2) 塑性较弱, 一般情况下, Ip=8～13;

(3) 天然状态下, 抗剪强度较高 (c=0.03～0.06MPa, φ=150～250) ;

(4) 透水性强, 渗透系数K可达1.0m/d以上;

(5) 各向异性明显, 以透水性为例, 较之水平方向而言, 垂直方向的渗透系数要大得多, 有时甚至要差数十倍;

(6) 抗水性弱。黄土对水十分敏感, 随着含水量的增加, 黄土的压缩性急剧增大, 抗剪强度和承载力显著降低;更为重要的是, 水的作用使黄土结构发生破坏, 发生强烈崩解, 产生黄土湿陷;黄土遇水膨胀量小, 但失水收缩明显, 饱水黄土具有较强的触变性。

总之, 黄土的特殊工程地质性质, 如湿陷性、易触变性、强度低和承载力低, 使得黄土隧道的成洞条件和稳定性差, 病害易发和多发, 尤其有地下水存在时。

2.3 黄土的力学特性

黄土地层在无水时粘滞系数大, 围岩立壁性好。但承载力较低, 拱部范围地层稳定性较差, 开挖后拱部垂直荷载较大, 而且初期支护与周边地层的粘结力低;加之, 有水作用下, 因黄土湿陷, 围岩失去自承能力, 产生显著的附加沉陷;由于垂直节理发育, 黄土的水平固结作用微弱, 因此隧道开挖变形, 引起黄土竖向崩解, 致使在隧道周围沿两个破裂面范围内形成松弛体, 引起应力重分布, 造成很强的侧压力。格栅拱架或型钢拱架的支座一般直接落在黄土上, 在垂直荷载和初期支护自重的作用下, 初期支护的沉降量比较大, 一旦外力超出基底承载力极限, 拱脚或墙角容易失稳, 引起隧道病害, 如衬砌变形、开裂, 甚至拱顶坍塌等。

黄土隧道与岩石隧道不同之处在于岩石隧道随着开挖后围岩的收敛变形应力发生重分布, 并达到新的平衡, 而黄土隧道则会随着变形破坏并不断加剧并引发衬砌混凝土的变形。故在黄土隧道结构设计中应把控制变形及其发展放在首位, 从最大限度地保护围岩天然结构强度, 减少变形产生裂缝造成土体强度的损失出发, 选择能有效控制变形的支护型式, 是隧道建设成败的关键因素。

3 施工方案的选择

3.1 洞外边仰坡防护方案

该隧道进口段土质系新黄土类, 含水量较大, 水分蒸发后很容易变为松散土体, 因此洞顶土体极为松散, 而且在隧道拱口右侧土体内还存在落水洞, 施工难度极大。为了保持洞口山体稳定, 在尽量不伤及坡面原状的情况下, 先对洞口段洞顶及隧道右侧的落水洞进行综合治理:首先对落水洞进行分层压实回填, 并且落水洞顶部扩大1m范围内用C15砼进行回填, 回填50cm厚, 防止雨水渗入落水洞, 影响隧道拱部土体的承载力, 二是尽早完成洞口排水系统, 并清除洞口上方可能滑塌的表土, 采用网喷进行封闭, 网喷参数:锚杆为￠22砂浆锚杆, L=4m, 钢筋网为￠6钢筋@20cm, 喷射砼为8cm厚的C20砼.保证边坡稳定, 为下一步洞身开挖创造条件。

3.2 洞口段加固方案和洞身开挖方案的调整

1) 针对洞内地质情况, 以及落水洞与隧道的位置, 结合小导管地表注浆的实验结果, 最后确定采用长度为20m的大管棚进行超前支护, 以确保隧道施工安全。

2) 根据新奥法的基本原理, 软岩隧道开挖后及时支护, 严格控制变形, 尽早封闭成环。原设计隧道采用上下导坑进行开挖, 由于一次开挖面积较大, 影响隧道洞身的稳定, 并且很容易产生大的变形, 为了确保安全, 把隧道洞身开挖调整为三步开挖, 采取短进尺, 少扰动, 强支护的施工方案。

4 施工方法

4.1 超前管棚注浆支护

由于洞口管棚加固正好处于落水洞地段, 采用传统方法注浆会使大量浆液从落水洞流走, 这样不仅起不到注浆效果, 而且造成浪费。为了保证浆液不从落水洞流走, 并能更好加强管棚的支撑强度, 增加裂隙间的粘结力, 采取在管棚口加止浆阀, 分次循环注浆的方法处理, 即第一次先注入设计量的1/3即可停止, 保证浆液能流入裂隙内, 并根据实际情况调整水泥浆和水玻璃的比例, 控制浆液的初凝时间, 然后再根据实际情况分一次或两次完成剩余的注浆量。所注双液浆的参数为:水灰比为1∶1, 砂浆和水玻璃的比例为1:0.5～1∶1.5, 终止注浆压力为1.5～3.5MPa。

4.2 洞身开挖支护

4.2.1 明洞基础施工

管棚注浆结束后, 在进洞之前必须先进行明洞基础施工。明洞基础开挖完后, 先进行承载力实验, 等承载力满足设计要求后 (如果承载力满足不了设计要求, 必须采用灰土进行换填处理) 再进行绑扎钢筋——立模板——灌注仰拱砼——立模板——灌注填充砼等工序施工。

4.2.2 钢架施工

明洞基础完工后, 即可进行洞身开挖, 由于该段地质较为复杂, 洞口段采用短台阶开挖, 必要时辅以临时扇型支撑, 锚网喷及钢架支护, 钢架间距1榀/0.6m。拱架加工如图3所示。

4.2.3 洞身开挖

洞身开挖程序如图4所示。

开挖前, 先用洛阳铲进行超前探测, 如果岩质较差或裂隙走向垂直于线路方向, 对①部位先分两步开挖, 即两侧先开挖, 开挖至两榀或三榀后再进行中间开挖, 这样可以减少对岩体或裂隙的破坏, 保证拱顶受力均匀, 缓冲洞顶土方对洞身的压力。如果岩体较好, 即可对①部位进行全部开挖, 并采用钢筋砼垫块或木板对拱脚进行加固, 垫块或木板宽度取35cm, 高度20cm, 纵向长度与开挖进尺一致, 保证拱脚受力均匀。在开挖过程中, 如果发现落水洞, 尽量采用少扰动、快支护的方案进行处理。如果落水洞较大, 应架立模板, 采用片石砼进行回填, 并在砼中预留PVC管, 等砼凝固、拱架立好后, 对砼的背后空洞采用双液注浆处理, 保证背后密实。如果落水洞较小, 则增加径向锚杆和钢筋网, 全部用喷射砼填充密实。

①部位开挖2米后, 进行②部位开挖, ②部位拱架立好后, 拱脚除用垫块或木板进行加固外, 并用锁脚锚杆加固, 锁脚锚杆长3.5m, 因为②、③部位刚好开挖到半圆的位置, 拱脚承受初期支护的整体压力, 所以拱脚基础必须进行夯实处理并加垫木板或砼垫块, 如果拱脚土质特别松散, 必须加长锁脚锚杆或增加锚杆数量, 并且锚杆拉拔力必须满足设计要求, 保证拱脚不会出现大量下沉。②部位开挖至2m后, 进行③部位开挖, 同样型钢拱脚用琐脚锚杆和木板进行加固。如果在②、③部位开挖完后, 拱顶下沉量比较大时, 立即停止掌子面和②、③部位开挖, 并在掌子面附近间隔进行扇型支撑, 扇型支撑后, 如果下沉还不稳定时, 应间隔距离架设临时仰拱, 防止隧道整体出现变形。

等拱顶下沉基本稳定后, 在掌子面临时扇型支撑下, 进行临时支撑外的下导坑开挖, 先进行④部位开挖, ④、⑤、⑥部位分别相隔一定距离依次进行开挖, 如果地质较差时, ④、⑤部位的拱架和①、②、③部位一样, 全部用锁脚锚杆进行加固, 每侧加固2根。⑥部位开挖完后, 先进行一侧仰拱和填充施工, 等仰拱和填充完工后, 再进行⑦部位开挖, 保证初期支护迅速成环, 并进行另一半的仰拱和填充施工。掌子面距仰拱和填充距离不超过10m。

在仰拱和填充施工10m后, 洞外立即进行台车拼装, 及时施做明洞。

4.3 监测方案

4.3.1 隧道监测项目

新黄土隧道与一般石质隧道最大的不同点之一就是拱部沉降和净空水平收敛比较大, 而且隧道洞口地质复杂, 在施工过程中必须加强监测, 并根据监测结果指导隧道施工。隧道主要监测项目如表1。

4.3.2 监测频率

监测频率按规范规定频率进行, 当监测数据出现异常时, 适当加大监测频率, 确保监测信息及时准确反馈至施工中去, 并正确指导施工。

(1) 地质状况及支护状况观察在每次开挖后进行。

(2) 周边位移和拱顶下沉量测:每隔10～30m一个断面, 每断面2对测点, 用收敛计和水平收敛仪分别观测净空水平收敛值和拱顶下沉值。设点后1～15天每天量测一次, 16天～1个月每2天量测一次, 1～3个月每周量测一次, 3个月以上每月量测1次。

(3) 地表下沉量测:在隧道洞口地段布置断面, 每断面7个测点, 用水平仪和水准尺量测地表下沉量。当开挖面距量测断面小于2倍的开挖宽度时, 每1天量测1次。当开挖面距量测断面小于5倍的开挖宽度时, 每2天量测1次。当开挖面距量测断面大于5倍的开挖宽度时, 每1周量测1次。

4.3.3 监测结果及处理方案

当隧道开挖完成30m时, 由于6月4日晚受小雨影响, 6月5日早晨发现地表出现一道裂缝, 相对前一天地表位移最大为5㎝, 拱顶下沉最大为2.6㎝。为了保证洞身施工安全, 立即停止掌子面开挖, 并用C20喷射砼对掌子面进行封闭。洞口段10m范围内间隔3m用I22工字钢加工成扇型支撑进行加固, 洞身间隔5m用I22的工字钢加工成十字支撑进行加固。

加固完成后, 间隔3小时进行观测, 发现地表位移为1.9㎝, 拱顶下沉1.5㎜。6日早晨观测结果为:地表位移为1㎝, 拱顶下沉为5㎜。6日下午监测结果为:地表位移为8㎜, 拱顶下沉为1㎝。

据上述量测数据, 为保证隧道安全, 避免继续变形, 及时对初期支护实行成环。7日开始进行格栅成环施工, 由于洞口扇型支撑间距3m, 所以先把没有立扇型支撑的格栅进行成环, 然后逐渐拆除扇型及十字型临时支撑, 并迅速成环。

由于新黄土隧道施工属于新课题, 围岩稳定的安全警戒值目前还无法确定, 只能根据现场监控量测结果, 绘制支护、衬砌、净空收敛、拱顶下沉时态曲线及与开挖面距离之间的关系图, 分析判断围岩压力、砼应力等变化趋势, 并根据变化趋势来决定二衬与掌子面的距离, 根据监测结果随时调整初期支护的预留量等。

在施工监控过程中, 要及时对所得数据分析、处理, 以判断支护结构的稳定性和施工过程的安全性, 并将所得的结果及时反馈于施工过程中, 达到指导施工的目的。

5 结束语

通过上述方案和及时监测的实施, 顺利完成了该隧道在洞口安全通过落水洞的施工, 施工中不仅未发生大面积的塌方, 还节约了不少资金, 在工期紧张的情况下既保证了施工安全, 又保证了工程质量和施工进度。

摘要：以闫家沟3#隧道为背景, 根据黄土的结构、构造、工程特性和力学特性, 探讨了新黄土隧道洞口段施工中常遇到的问题和相应的处理措施和施工方案, 以及采取的监测方案和需要注意的事项, 为今后类似工程提供一点参考。

关键词：黄土隧道,洞口段,施工技术

参考文献

[1]中华人民共和国行业标准, JTG D70-2004公路隧道设计规范[S].中华人民共和国发布, 人民交通出版社发行, 2004.

[2]申玉生, 赵玉光.高速公路双连拱隧道的中墙力学特性分析[J].地下空间与工程学报, 2005, 1 (2) :200-204.

隧道洞口景观设计 篇9

【关键词】暴雪；钢体系；事故；形变；加强

【Abstract】Domestic northern regional meteorological conditions are bad， even in winter prone University Blizzard problems such disasters on the domestic steel architecture project formed a major threat. This paper gives an overview of Blizzard disaster situation and gives the steel plant architecture blizzard resolve the problem， including the situation to resolve instances of accidents， and thus gives an overview of the project， damage model， in addition to Steel deformation is given after the blizzard disaster identification model analyze the causes of the problem， to strengthen the operation is given after the accident.

【Key words】Blizzard；Steel system；Accident；Deformation；Strengthen

1. 引言

钢体系结构具备质量小，安装速率较快，建造价格低等优势，当前的大型的民用以及工业建造结构中，由于钢结构体系的自身的荷载效能较弱，并且容易出现荷载问题[1]。当前，国内的北方区域气象状况较差，冬天的风雪状况作用效果明显。譬如，二十一世纪初期，国内的东北区域出现了几十年一见的暴雪问题，暴雪形成了灾难，使得大量轻钢体结构模式出现不同层级的损毁。该类灾害对国内的刚体系结构工程形成了重大威胁，并且对国内的刚体系结构带来了警示作用。本文主要针对钢结构体系的工业厂房发生的状况进行系统的解析。并且给出刚体系结构的损坏状况实现鉴别，给出事故因素，并对当前的钢体系结构给出意见。

2. 暴雪灾害状况概述

（1）二十一世纪的三到五月之间，发生了罕见的暴雪状况[2]，大风状况，寒潮状况，暴雨状况以及风暴出现在国内的东北区间。其中，黑龙江省的很多区域出现了从上世纪五十年代以来存在完全的气象记载以后，给出了主要的暴雪以及大风气象状况。其中，最大的降雪数量为79毫米左右，最大的积雪层度为45毫米。此外，采用气象状况评判能够得知，该暴雪状况为一级的暴雪灾难模式，层级严重。此外，该省受到重要的 损害，并且产生146亿元左右，15人遇难，并且灾难存在于农业领域，工业领域，建造领域以及人类生产生活的方向。

（2）针对轻质的钢结构体系，本文统计某省中存在九十个企业的钢结构厂房包含不同层级的损毁，并且损毁的设施中包含选取门结构以及拱形屋等钢结构系统。其中，选取拱形屋的钢结构体系被损伤地程度较大。

3. 钢体系结构厂房的暴雪问题解析

3.1该事故的发生主要由于大量厂房在构造策划[3]中，虽然能够实现相应建造规则，但事故因素能够总结为以下几个部分：

（1）降雪的过程中由于部分的积雪程度较厚，若出现暴雪类似为五十年一遇的灾害，则越过当初的策划标准。并且由于建筑物的外部因素形成部分积雪的层级较大，因而出现安全隐患。

（2）厂房由于积雪的处理操作不正确，若发生出乎意料的负载则会产生不可预料的问题。

（3）融雪之后出现排水不 ，雪水融合在沒有融化的积雪之中，使得部分雪的容量增加，并且出现超负荷的状况。

3.2上述的第2和第3点为暴雪问题之后的次要灾害。并且依照统计能够得知，相关厂房的事故为该类暴雪灾害状况，其因素的产生常被忽视。并且在厂房的策划以及实施的模式中出现问题。

4. 事故的实例状况解析

4.1某工程概况[4]。

某企业的修理车间的轻钢厂房的概况为建造面积在11000平方米左右，建筑的总体高度为14米左右，轻钢部分选取单层多个跨度的焊接工形构建，该部分实现重量的承载，其表面的尺度为150*75米，一共包含七个跨度，八个柱间距离，各个跨度为22米左右，柱子之间的距离为10米左右，厂房的屋面选取薄壁模式的C型凛条实现两个层级的钢板保温模式，其坡度大约为3%。

主要给出，厂房的给定高度为1.5米左右的女儿墙，其厂房的南部和超过厂房比较多的混凝土南部分倚靠，上述两点和事故的发生作用相关。

4.2损毁模式[5]。

由于结构发生部分损毁，则局部的承载模式产生重要形变。整个厂房的建筑物的边跨屋面形变显著，并且出现三个部分的坍塌。凛条发生屈曲状况，钢柱的上模块产生破损，山墙出现显著的侧部弯曲形变。其余模块的建筑物在雪荷载的影响下，各个承载构造产生了相应层级的形变，并且基于没有均匀沉降的部分和因此产生的构造变换。

4.3问题状况给定。

4.3.1问题之后的暴雪实际状况。

发生暴雪灾害当天的降水量高达50毫米，此时的风力也达到七到八级左右，使得屋面的积雪排布不均匀。之后对房屋的面积中的积雪实现测算，得到南部靠近房屋的最大的积雪程度为980毫米，其测算积雪的容量大约为289N/m3。

4.3.2损坏状况。

整个房屋倒塌包含三个柱状网络，主要排布在屋体的南北两侧以及和房间相衔接的部分，此外还包含了山墙部分，女儿墙部分等积雪之处，该处的暴雪荷载出现过载，凛条的应力多余钢材的屈服程度，走入塑流模式，使得周围的梁部分出现扭曲状况，个别柱子出现弯曲以及坍塌，该损坏的出现为暴雪灾害所带来的损害。

4.3.3初始设计和施工状况给定。

（1）初始设计采取89标准给定，其中雪部分的荷载给定结果为0.42KN/m2。通过当场的核实能够得到，现有厂房的构造模式和初始给定标准契合，其构造和支持模式构建科学，并且构造模式选取准确，传力的模式科学，构造和衔接持续。钢结构模式的支持标准符合（2）《工业厂房的可靠程度准则》的A层级的判别准则。

由于主要钢结构的节点部分焊接均匀，并且形成模式良好，焊接缝隙和金属之间的过渡平缓，其焊渣部分，飞溅物质都可以处理完全，焊接缝隙的外部质量较好，当局部的屋体产生崩塌之后，节点衔接部分没有损坏，并且材料为出现断裂，构造和链接持续，使得施工效能质量优秀。

4.3.4暴雪灾害之后钢结构形变的鉴别模式。

屋面的凛条形变出去屋面倒塌的三个单位的屋面凛条形变程度较高之外，其余部分的凛条的形变的最大结果为45毫米，并且符合GBJ145-91中的第5条中关于凛条变形的标准。其中，外墙的架构和钢柱这一侧的形变模式较大，实际的位移超过给定的H/180的极限结果的标准，并且符合钢柱的策划准则。

4.4问题产生原因。

4.4.1检查的结果能够得到，整个过程在策划和实施中是正常的，因而是暴雪灾害所带来的作用。此外，暴雪灾害所带来的事故中，不可避免地包含着人为的作用，此作用正是本文研究的重点。

4.4.2整个工程的因素不只出现在降雪容量上，还包含以下几个问题：

（1）五十年一遇的暴雪，其荷载量大于当时给定的标准，0.4KN/m2。该标准和GB 50010-2006相关，并且已经被处理。所给出的荷载结果得到提升；

（2）基于整个工程中的女儿墙和附房所构建的高低屋面部分具备显著的堆积作用，使得积雪的荷载产生改变。部分荷载被扩大了三倍之多，其分布系数达到4左右，超出了标准中给出的规范，该部分需要被工作人员重视。

（3）处理积雪问题时，若组织不合理，很多清理人员杂乱无章地在屋顶上清理积雪，并采用相关机械，会增加屋面的负载值。由于钢体结构的屋面设计时，充分考量了维护者的负荷，现实中的各个檩条所承载的重量仅相当于一个人。因而大量清理人员不能采用分布排位的模式，否则会产生屋面和设备的超负荷状况。

（4）清雪的过程中，主要选取相关设施实现融雪的清理，被融化的雪水从屋脊模式向屋檐模式运动，并且由于屋面的冻结，其排水通道也没有被解冻，使得排水状况不佳，积水不能被清理。事实上，若水融合到屋檐部分的积雪中，则积雪的重量增加，实验数据能够得到，天然雪的容积为1560到2160N/m3之间，如果溶解水达到5500到7500N/m3之间，则由于部分雪在融化的过程中增加使得屋面的构造出现形变，如果没有及时处理则会出现相邻构造的安全威胁。

4.4.3在后期的设计调整中，由于下陷威胁的西南角部分以及东南角部分出现开孔使得烤鸭水枪能够将融雪和积水排出。

4.5事故之后的加强操作。

事故产生之后，施工单位给出三种修复模式，最后给定一种科学合理的方法，要求在厂家不停歇的模式下实现加工操作，其具体的方案如下：

（1）修復的固化处理应当依照新的荷载标准，并且考量现有的积雪排布；

（2）首先修复由于事故出现塌陷以及变形严重的模块，并且替换受损的梁体和柱子，给出檩条，支撑模块以及抗风部分。

（3）在积雪负荷很大的方位，去除物体的外部板块，保存内部板块，该过程不会作用于场内的生产模式，及时更替和增加檩条。

（4）针对变形状况较小的融雪模式需要复原的部分，采用当场测试荷载的模式，并且实现部分的固化操作，增加杆体系以及支撑部分的稳定效能。

5. 本文总结

本文给出暴雪灾害状况概述，并给出钢体系结构厂房遇到暴雪问题的解析，分析事故的实例状况，给出某工程概况，损毁模式。给出发生暴雪问题之后的暴雪实际状况，分析损坏状况，依照初始设计和施工状况给定暴雪灾害之后钢结构形变的鉴别模式

，分析问题产生原因，给出事故之后的加强操作。

参考文献

[1]Jullien J F， Limam A. Effects of Openings of the Buckling of Cylindrical Shells Subjected to Axial Compression [J]. Thin-Walled Structures， 2012， 31（5）：187 -202.

[2]Wang Dengfeng， Cao Pingzhou. Study on Reinforcement Method of Rectangular Opening in Large Cylindrical Shell[J].钢结构，2006，21（2）：510 -520.

[3]Martin Pircher， Russell QBridge. Buckling of Thin-Walled Silosand Tanks Under Axial Load -Some New Aspects [J]. Journal of Structural Engineering， 2011， 127（10）：1129 -1136.

[4]PircherM， Berry P A， Ding X， et al. The Shape of Circumferential Weld-Induced Imperfection sin Thin-Walled Steel Soilsand Tanks [J].Thin-Walled Structures， 2012， 39（5）：999 -1014.

分水关隧道洞口施工方法浅谈 篇10

关键词：分水关隧道,洞口,施工方法

0 引言

分水关隧道位于江西和福建两省交界处,隧道全长6237.4米,上下行分离四车道,江西段长2722.4米(文章所写为江西端洞口施工),隧道净空10.25米×5米,坡度1.421%。隧道穿越了洞口漂石层和11条由全、强风化花岗岩构成的断层破碎带,四级、五级软弱围岩共有2827米,占全隧道的52%,且软弱围岩均富含承压性构造裂隙水,设计最大渗水量4347m3/d,隧道施工难度可以说是江西之最。万事开头难,下面就分水关隧道江西段洞口施工方法做些简单的探讨。

1 洞口情况

1.1 洞口环境

隧道左洞明洞长92.4m,右洞明洞长75m,明洞段地形呈左高右低约25°-30°的斜坡,处于漂石土地层中,漂石土厚约14-17m,漂石成分为弱风化花岗岩,粒径20-60cm,大者达1-2m(约占漂石数量的30%),密集堆积,漂石间由砂质土填充。洞口地表发育小冲沟。

1.2 洞口设计参数

明洞挖土石方73927m3,边坡最大高度25.6m,仰坡最大高度28.3m。边坡为锚喷支护,砂浆锚杆准18@1.5×1.5m,L2.5m和L3.5m间隔布置,3cm厚C20喷砼,@20×20cmφ4钢丝网。仰坡为锚喷支护加注浆管注浆的组合形式,砂浆锚杆准18@1.5×1.5m,L3.5m和L5m间隔布置,4cm厚C20喷砼,@20×20cm准6钢筋网,仰坡一级平台处设一排L9m@4.5mφ68×6mm注浆钢管,左洞6根,右洞4根。41根准108×6mm的长管棚,环踞50cm,左洞长管棚长60m,右洞长管棚长40m。

2 洞口施工方法

2.1 明洞开挖本项目8月初开工,隧道边仰坡较高,

且漂石层间的砂质土填充遇水成流塑状,如9月雨季来临边仰坡开挖支护未完成,漂石间的砂质土经雨水浸泡流失就很有可能发生滑塌,甚至会影响到左侧边坡50m外的国道,造成不可估量的损失。为此在不到百米的明洞段配备了2台220挖机2台50装载机,计划一个月完成边仰坡开挖支护。实际开挖时却进展缓慢,因为明洞位于漂石层上,漂石密集堆积且坚硬无比,机械几乎每次铲土都会碰到漂石。漂石体积的大部分被压紧在地下,挖机斗齿只能挖到露出地面的一小部分,排状斗齿无法伸入到排列杂乱的漂石间隙中,斗齿与石头表面摩擦产生的火星,漂石确丝毫不动,平均每天挖运土石约700-800m3。后调用一台凿岩炮头,效果也不明显,遇到坚硬的大漂石需要2-3天才能完全解小,平均每天挖运土石不到1000m3。打眼放炮解小效果也不理想,由于不能大面积联网放炮(漂石层不是整体岩层,不能将漂石解小),只能安排人工将超过1m的大漂石放炮解小,受场地狭小和机械干扰的影响,平均每天只能解小3-5块漂石,人工打眼放炮和炮头相结合的施工才能达到平均每天挖运土石约1300m3,这与原来计划每天挖运3000m3的目标相去甚远。最后将炮头换成大单齿铁钩(由于单齿可以插入漂石间隙中将漂石四周土抠松,然后再将漂石挖出,比其他机械效率明显提高),安排其晚上抠漂石,白天用装载机将大粒径的漂石推到一边人工放炮解小,小粒径的直接挖机装车运走,这样的调整才达到了每天挖运土石约2500m3的施工能力,最终历时70余天终于完成了洞口土方开挖。

2.2 边仰坡支护

由于洞口开挖耽误了工期,造成了边仰坡的雨季施工,左洞边仰坡开挖到一级平台处时,距一级平台向上两米高的位置出现4处渗水,仰坡隧道中线1处渗水,左侧边坡3处渗水。10月11日,仰坡坡面(漂石间隙无粘性的砂质土)被水浸泡发软造成大约10m长,高6.3m,深2.3m的塌方,并且左侧边坡渗水段的坡面锚喷支护也出现裂缝,给隧道施工造成安全隐患,后经各参建方共同研究制定了如下处理方案,清除塌方区四周的松散体,在坡面渗水处打设引水管将渗水导出避免渗水在坡面山体里四处渗流,对塌方区及其四周外扩2m范围内的不稳定山体采取准42×5mm小导管注浆加固及止水。根据现场初步计算,塌方滑动面的夹角约为49°,滑动面距注浆加固区坡面最大距离约3.3m,故确定使用单根长6m小导管,以确保最不利情况下小导管穿过滑动面还有2m以上的加固长度,平面布置参照原设计1.5×1.5m的梅花形布置,导水管长度定为9m,以确保在小导管注浆后引水管能穿透注浆浆液扩散区。具体施工顺序是:刷坡→初喷混凝土→打小导管(管壁参照设计打6mm梅花注浆孔,尾部1m不设注浆孔,注浆孔间距15cm)→挂网→复喷形成止浆层(防止注浆时水泥浆从坡面渗出)→注浆→打引水管(管头包裹土工布防止沙土堵塞,管壁打梅花孔)。浆液采用水泥浆液,水灰比1:1,注浆压力在2.0MPa左右。经过此次加固,直到次年5月隧道明洞回填结束,左洞边仰坡也未出现任何险情。

2.3 大管棚施工

根据国内外大量工程实例证明,隧道洞口浅埋段其围岩难以自成拱,同时多数伴有地形偏压、表层软弱堆积物、风化带等对隧道开挖有很大影响的特殊问题,如果对隧道变行控制不当,围岩就会很快松弛,产生张裂破坏,将造成直达地表面的塌陷,最危险的情况就是“关门”而造成人员伤亡。所以,浅埋隧道洞口段开挖时应重点控制围岩的变形,采用强度较高和刚度较大的初期支护,避免破坏围岩结构。故洞口施工大多是在预加固的支护系统下进行的,尤其是在浅埋、破碎、滑坡、崩塌、软弱、地下水丰富并具有软弱夹层等极易发生滑移、坍塌的地段更需要采取综合预加固措施。而进洞前最有效的预加固支护措施就是大管棚,管棚的一头由刚性的套拱支撑确保其稳定,另一头尽可能穿越软弱层伸入到稳定岩层内,再通过注浆加固管棚周围松散岩体,形成一种相对稳定的薄壳状结构,从而有效控制围岩的变形。

本隧道洞口浅埋段为黄色全风化花岗岩,沙土状的松散结构,地下水层状,淋雨状出水,最大渗水量2161m3/d,根据仰坡塌方情况推测,如果不采用有效预加固支护措施,进洞后极易发生“关门”的危险情况。通常大管棚钻孔这个工序使用的设备是中、小型风动潜孔钻机,该种钻机钻凿孔深≤20m,钻杆规格Φ60x1000mm,最大提升力7KN,工作气压0.5~0.7Mpa,回转机转速(空载)110~160r/min,气动马达功率4KW,钻机重量260Kg,冲击器标准CIR90,由于其成本低、性能稳定且轻便易于移机,故深受施工人员青睐,但对于本隧道这种设备明显不适用。首先,其钻孔深度满足不了设计要求;再者,其钻杆细、推力小,一般钻孔到约15m深后,受钻杆和钻头自重及岩层软硬不均的影响,孔道会偏位甚至会侵入隧道洞身开挖轮廓线内;而且由于本隧道洞口是呈砂质的全风化花岗岩,潜孔钻的钻孔效率低、钻孔时震动大,特别是潜孔钻机钻孔需要水,隧道洞口浅埋段的砂质土遇水就会发软,极易发生塌孔,导致钢管安装的有效长度达不到设计要求。由于本隧道浅埋段是富水性的软弱围岩,所以要高质量的完成大管棚的施工,才能有效的保障洞内施工人员的安全,为此摈弃了这种传统的设备,采用MD-60型钻机作为大管棚钻孔设备,该钻机属轻便型全液压动力头式工程钻机,钻孔深度50~80m,钻杆规格￠89*1800mm,额定提升力50KN,额定转速180r/min,输出扭矩3000N.m,电动机22k W。该钻机性能稳定,工作效率高,配有专用的跟管钻进钻具,在不稳定地层用套管护壁开孔,钻进效率高,而且无需用水,成孔质量好。经现场测算,出去拆装钻杆时间钻孔平均每分钟进尺3m左右,成孔安装钢管后检查管棚长度均合格。隧道进洞施工该浅埋段时,地质水文情况与设计基本一致,施工期间由监控量测所反映的数据来看,围岩一直是稳定的。

3 监控量测

监控量测是新奥法施工中一个十分重要的环节,根据量测数据可对已开挖区间和掌子面前方的围岩状况做出判断,对于指导隧道的安全施工具有重要意义。监控量测分为洞内监测和地表监测,地表监测主要是利用水准仪观测地表有无下沉,观察隧道地表有无裂缝等;洞内监测项目通常有拱顶下沉、周边位移以及地质和支护状况观察等。本隧道洞口施工时,特别加强了地表监测,在仰坡和边坡顶都设置了观测横断面,每隔4m一个控制桩,施工时段每隔4小时进行一次观测,在下雨和发现支护开裂等危险情况下每隔1小时进行一次观测。左洞仰坡塌方前就发现支护开裂,地表监测数据异常(仰坡地表下沉速度加快),预计有塌方的可能,项目部果断疏散附近施工人员,幸未造成人员伤亡。

4 结语

根据隧道“早进洞、晚出洞”的设计原则,隧道洞口的处理,是一个关系到隧道能否正常进行下一步施工的大问题,处理方案得当、机械设备配备合理,可缩短施工准备期时间,保障隧道施工人员安全。因此,对洞口及成洞面的处理,应特别注意:

(1)一定要调查清洞口所处地层地质情况,合理调配施工机械,尽早完成明洞开挖,避开雨季。

(2)水是影响隧道稳定的十分重要的因素,洞口施工时必须先做好地表排水系统。

(3)认真做好洞口地表观测,遇特殊情况应及时与有关部门联系,便于及时采取措施,避免损失的发生。

(4)高质量的大管棚预加固的支护系统也是洞口浅埋段安全顺利施工的有力保障。

(5)积极配合业主、设计及监理单位做好项目管理工作,提出合理化建议。

参考文献

[1]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,2003,01.

[2]郑杰.山岭公路隧道洞口段的施工方法[J].山西建筑,2004,05.