黄土隧道快速施工技术（共9篇）
黄土隧道快速施工技术 篇1
1 施工概况
吴家岔隧道地处黄土高原的陇中地区，工程位于甘肃省兰州市榆中县境内，隧道沟谷深切多呈“V”字型，南北向沟谷深切强烈，山坡上为风积土覆盖，少数深切沟基岩出露。隧道最大埋深245m。该隧道地层条件相对较单一，按时代由新到老分别为第四系和上第三系。地表主要为第四系上更新统砂质黄土，厚度10～40cm，土质均一，土体较疏松，垂直节理发育。具有IV级自重湿陷性。隧道内主要以泥岩为主。
2 开挖工法的选择
黄土隧道地质条件较差，施工断面大，确立施工方案必须遵循以下原则：重地质、管超前、短进尺、强支护、快封闭、早成环的原则。针对当前黄土隧道的开挖工法，常用的开挖工法主要有以下几种：中隔壁法（CD法），交叉中隔壁法（CRD法）、双侧壁导坑法、三台阶七步法等。三台阶七步法在隧道开挖过程中分上、中、下台阶及仰拱4部分，前后左右7个开挖作业面相互错开并同时开挖，同时支护形成支护整体。缩短开挖作业时间，逐步纵深掘进。拱部采用环形开挖预留核心土，利用核心土对掌子面施压，增强了掌子面的稳定性。中台阶和下台阶也是先开挖两侧，保持中部土体不懂，再一次保证了掌子面的稳定性。综上所述，吴家岔隧道出口开挖宜采用三台阶七步法施工。
3 人员、机械设备的配置
3.1 人员的配置
不同围岩等级人员配置具体见表1。
说明：(1)立架挂网：分两个班组。每班10人，上台阶立架挂网6人，中、下台阶4人；(2)喷砼：分两个班组，每组10人。上台阶喷浆手2人，上料4人。中、下台阶喷浆手1人，上料3人；(3)衬砌：一个班组配置。拱墙二衬、仰拱18人.主要工作包括仰拱、二衬钢筋绑扎，土工布、防水板的铺设；(4)混凝土工主要负责仰拱、二衬混凝土浇筑过程中的混凝土捣鼓；(5)杂工5人，主要负责每天2次的洞内杂物的清除以及洞内照明线路及风袋接挂。
3.2 隧道施工机械配置
PC300挖掘机1台、装载机1台、出渣车5台、喷浆机4台（1台备用）、注浆机1台、衬砌台车1台、钢筋弯曲机1台，电焊机2台、罐车2台。
4 具体做法
4.1 合理安排工序衔接、缩短循环作业时间
(1）项目经理、总工程师等主要管理人员，对设计图纸进行了充分的查看和理解，掌握了施工内容，对各工序的施工计划进行了仔细合理的安排，超前意识强，每道工序交叉、衔接等可能出现的问题均作了考虑，确保了施工工序的连贯性。
(2）上台阶立拱架与中下台阶开挖同步进行。吴家岔隧道出口采用三台阶七步法施工，在上台阶开挖时，将加工好的拱架准备到位，上台阶将土翻至下台阶，然后进行中下台阶的开挖。于此同时，对上台阶由人工进行清轮廓，然后立架。确保了上、中、下台阶施工同步进行，互不干扰。大大的提高了施工效率。经过统计：上台阶开挖需1.5h，中下台阶开挖2h，上台阶立架1.5h，中下台阶立架2h，上中下台阶喷锚3.5h，则每个初支循环时间为：1.5+2+2+3.5=9h，和上中下台阶开挖完全结束后立架比较节约时间2h，见表2。
(3）合理安排仰拱施工时间，中下台阶开挖后在上中下台阶喷锚时开挖仰拱，减少了工序间的相互干扰由于开挖仰拱要移动栈桥，栈桥移动后掌子面所需材料不能运到。掌子面施工3～4个循环进行一次仰拱施工，掌子面中下台阶开挖后，利用中下台阶立架的作业时间开挖仰拱，仰拱开挖出渣时间为2h。如此一来，中下台阶立架作业完成，仰拱开挖也完成，在中下台阶立架期间无车辆通行栈桥，减少了对掌子面的施工干扰。
(4）合理利用工序衔接，减少无工效作业。中下台阶立架期间，对仰拱开挖，减少了挖机、出渣车进出隧道的次数，中下台阶立架完成后作业人员开始安装仰拱拱架。于此同时上中下台阶进行喷锚作业，中下台阶喷锚作业完成，仰拱拱架亦安装完成，即可进行仰拱喷锚作业，最大程度的保证了机械和作业人员一次性多完工作量，从而避免了窝工现象。
4.2工序资源配置平衡、确保安全步距不超标
以掌子面衬砌类型IVb为例，拱架间距1m，每循环2榀，以每天2.5循环计，即每天5m进尺，仰拱施工长度8m，每两天施工一板仰拱，二衬12m一版，每两天施工一版二衬。
4.3 技术保障
由于三台阶七步法作业面较多且各个作业面之间同步施工，所以对围岩的扰动性相对较大。加之黄土隧道沉降大的特点，因此在开挖放线时就必须考虑足够的预留量。预留量的选择主要参考设计图所示预留量，与此同时每天的监控量测数据的反馈也是调整预留量的重要指标。随时掌握隧道监控量测数据，对预留沉降量进行及时的调整，最大限度的避免初期支护的侵限。特殊地质加强措施针对浅埋段及富水段开挖时，为了保证围岩的沉降量尽可能的减小，可在上台阶落脚位置处及下台阶落脚位置处增设大拱脚，见图1。
4.4 管理措施
(1）坚持每天检查隧道掌子面，动态管理，超前支护一定预先做到位，防止出现隧道坍塌。例如：在容易掉块段落，及时调整施工方法和支护措施，实行双层小导管超前支护、单榀掘进、双层拱架支护等等。
(2）开挖时制约工序循环的重点，挖机配置是关键。由于吴家岔隧道出口泥岩段较长。土体较硬，机械开挖要求挖机的动力一定要足。吴家岔隧道出口配置小松PC300新挖机一台，另配置专用松土器（鹰钩）破土，加强对挖机司机的培训，能做到挖机斗与鹰钩快速倒用，加快开挖速度。
(3）施工计划顶格下达，完成给予重奖。吴家岔隧道出口从进洞开始，施工进度一直较快，为了激发其施工潜能，项目部每月下达施工计划时都顶格下达，每月设置进度完成奖，百米成洞奖给予施工队及工程管理队以奖励。大大的刺激了施工人员的积极性，为每月完成任务打下坚实的基础。
4.5 安全步距的卡控
(1）各个开挖台阶长度的预留。三台阶七步法有上、中、下三台阶，分布较多。为了保证25m的安全步距，所以各个开挖台阶长度的预留显的尤为重要。综合考虑各方面因素，各个台阶的预留长度宜为3～5m。针对吴家岔隧道出口的实际情况，现场挖掘机为型号PC-300的大型号挖掘机，该挖掘机大臂伸开后的长度为15.2m。为了保证该挖掘机能有足够的操作空间，所以吴家岔隧道出口的各个台阶预留长度为5m。
(2）下台阶初支端头距仰拱初支端头距离的设置（即马口长度的确定）。由于仰拱一次施作的长度为6m，考虑到仰拱端头模板的安装及加固，故在下台阶初支端头距仰拱初支端头徐预留一定的操作空间，该空间长度即马口长度。考虑到安全步距及上、中、下各个台阶的预留长度，因此马口长度宜控制在10m范围以内，见图2。
(3）各个开挖台阶需错开开挖。隧道施工规范明确要求：各个开挖台阶杜绝对称开挖，因此各个开挖台阶的错开开挖也是安全步距控制的一项重要措施。为了最大可能的避免各个开挖台阶的对称开挖，故中台阶左侧和下台阶右侧同步开挖、中台阶右侧和下台阶左侧同步开挖，且每次开挖循环进尺应一致。
(4）严格控制安全步距。在洞口位置专门设置安全步距警示牌，安排专人随时进行更新。隧道掌握安全步距，对施工工序进行及时的调整，最大限度的确保安全步距。
5 取得的成效
施工过程取得相当不错的成效，主要表现：(1)由于进度加快，减少了机械、人员的窝工，大大提高了机械使用效率，缩短了循环作业时间，同时也减少了各类管理费用，隧道水电费用，作业队的施工成本得到节约，为施工队盈利创造了一定条件(2)吴家岔隧道出口2014年1月～9月施工进度均超过了100m(2月份春节影响除外），见表3;(3)安全步距控制较好，对防止隧道塌方产生积极作用。
6 经验总结
黄土隧道在施工过程中要想要想做到快速施工，必须做到以下几点：(1)开挖工法选择必须结合现场实际情况选择恰当；(2)各工序间的衔接必须经过整体统筹安排，缩短循环作业时间，提高施工机械及作业人员的施工效率；(3)技术先行；做好现场施工的技术保障；(4)加强现场管理力度，分工到位，责任到人，各司其职；(5)人员、机械设备的配置需针对各个分项工程进行平衡分配。
摘要：文章以吴家岔隧道出口为例,阐述三台阶七步法在黄土隧道的应用,主要包括施工概况、地质情况、开挖工法的选择、人员、设备的配置、安全步距的控制要点等。
关键词：黄土隧道,快速施工,步距
黄土隧道快速施工技术 篇2
关键词：大跨浅埋 黄土隧道 下穿公路 施工技术
随着我国国民经济和土木施工技术的快速发展，高速铁路和高速公路的路网建设规模也迅速扩大，各种公跨铁、铁跨公、公穿铁或铁穿公的铁路与公路立体交叉形式也逐渐成为一种必然的选择。隧道近距离下穿高速公路是隧道浅埋暗挖施工中的技术难题，因施工措施不当等原因引起路面大量沉降甚至坍塌，造成交通中断的工程事故时有发生，这将直接导致巨大的经济损失和不良的社会影响。因此，隧道近距离下穿高速公路，特别是大跨度浅埋黄土隧道是隧道施工中需要高度重视的问题。
1 工程概况
郑西客运专线阌乡隧道起讫里程为DK298+440～DK299+210，长770m，开挖宽度15.6m，开挖高度13.6m，开挖断面积164m2，为双线黄土隧道。隧道进口位于R-10000m的曲线地段上，进口段洞身纵坡为8.6‰，出口段洞身纵坡为12.9‰。隧道位于黄河二级阶地后缘，高程390～420m，相对高差约30m。隧道顶部地形较为平坦，进口段位于冲沟内，出口位于阌乡村附近。地表多为耕地及果园。进出口及洞身有多条乡村公路与310国道相通，交通较方便。阌乡隧道设计在DK298+820～DK299+020段下穿连霍高速公路，隧道与公路平面交角为15°34′12″，立交段隧道覆盖层厚10.3m，属浅埋隧道。隧道下穿高速公路段设三环80m长的双层Φ159大管棚进行超前支护，初期支护采用双层支护，第一层采用全环I25a型钢钢架加强支护，第二层采用全环4肢Φ22格栅钢架加强支护。
2 工程地质
全隧位于第四系砂质黄土层中，围岩等级划分为V级围岩。黄土成分以粉粒为主，质地均匀，结构疏松，孔隙比大，具肉眼可见之大孔隙，具高压缩性，土体间粘结力极差，属中等～很严重自重湿陷性黄土，湿陷性黄土厚15～30m。
本隧道施工区域内主要不良地质有黄土陷穴、黄土冲沟及水源抽水井，特殊岩土有湿陷性黄土、松软土及弃填土。
3 工程难点分析
3.1 隧道开挖宽度15.6m，开挖高度13.6m，属大跨度、大断面黄土隧道，自稳能力差。
3.2 隧道顶部覆盖厚度仅10.3m，属浅埋黄土隧道，施工时极易造成冒顶坍塌。
3.3 隧道下穿的连霍高速公路正在运营，且属河南省东西走向运输大动脉之一，车流量大，重载车多，交通繁忙，施工中对沉降控制要求高（不超过5cm），保证行车安全的责任重大。
3.4 下穿段落长达200m，需要三环80m长的大管棚才能通过，风险系数较高。
3.5 双侧壁导坑法工序复杂，工艺要求高，工序间相互影响大，侧壁导坑无法进行机械作业。
4 下穿段主要施工方法
DK298+820～DK299+020下穿连霍高速公路段的总体施工思路是在隧道开挖之前先进行双层大管棚超前支护施工，分别从高速公路左右两侧隧道洞内施作。贯通面选择在高速公路中央隔离带，贯通前先将高速公路上、下行超车道封闭，在行车带通行，保证隧道贯通施工的安全。管棚室和下穿段采用双侧壁导坑法进行施工，掌子面采用纤维锚杆进行预加固。施工时采用综合超前地质探测预报系统进行地质探测和预报，采用先进的监控量测技术取得围岩状态参数，按信息化设计组织施工。
4.1 超前支护。采用159大管棚双层支护，管棚环向间距和层间距均为0.4m，每环127根；大管棚超出设计开挖轮廓线0.3m以上时，掌子面拱部边缘加设φ50超前小导管加固土体。小导管长3.5m，每2.5m施作一环，环向间距为0.4m，每环46根。由于本隧道地质为新黄土，常规的湿式钻进方法会使黄土变得松软、塌陷，因此采用“导向跟管钻进”法施工。管棚采用首尔跟管钻机施工，施作三环大管棚，分别为DK298+810～DK298+890、Dk298+880～DK298+960两环80m长管棚，施工方向为进口到出口方向；Dk299+030～Dk298+950一环80m长管棚，方向为出口到进口，管棚搭接长度均为10m。
4.2 掌子面预加固。掌子面采用φ25纤维锚杆进行预加固，锚杆长度分为12、8m、4m三种长度。第一环三种长度的锚杆平均打设，各约占锚杆总数的1/3，其后每开挖4m打设约1/3的12m长锚杆，保证掌子面前方总有约1/3的锚杆长度大于8m。纤维锚杆间距分2层设置，上部0.8m，下部1.0m，采用等边三角形布置。
4.3 初期支护。第一层：拱墙设φ8钢筋网，网格间距为20×20cm。全环喷C25砼35cm厚，拱墙砼内掺入聚丙烯微纤维，设全环I25a型钢钢架加强支护，钢架间距为0.5m，钢架间纵向设φ22连接筋，环向间距为1m，每榀钢架两侧大拱脚处各设4根φ42锁脚锚杆，每根长为4m。第二层：拱墙设φ8钢筋网，网格间距为20×20cm。全环喷C25砼25cm厚，拱墙砼内掺入聚丙烯微纤维。设全环4肢φ22格栅钢架加强支护，格栅间距为1m，格栅钢架间纵向设φ22连接筋，环向间距为1m。
4.4 临时支护。临时侧壁喷C25砼35cm厚，设I25临时钢架，钢架间距为0.5m，临时钢架间纵向设φ22连接筋，环向间距为1m，并间隔1m设φ22加强连接筋进行加强；临时侧壁上半断面设φ50超前小导管，长3.5m，环向间距0.5m，纵向间距2.5m一环。
5 下穿段施工监控量测变形规律
5.1 洞内拱顶下沉规律。侧导洞从掌子面开挖到侧导初支仰拱封闭期间，下沉量比较显著，平均3~5mm/d，之后下沉量逐渐减小，平均1~2mm/d。侧导洞下部2、4号洞室落底及侧导初支仰拱封闭作业期间下沉量明显，平均为4~6mm/d。中间导坑5号洞室从开挖到施作大仰拱前下沉较为均匀，平均1~2mm/d，大仰拱开挖期间，下沉量比较明显，平均为4~6mm/d。仰拱施作完成后至中隔壁拆除期间，整个初支形成了封闭的受力结构，拱项下沉趋于稳定，平均下沉量为0~1mm/d。中隔壁拆除后前三天下沉量比较明显，平均为2mm/d，之后逐渐趋于稳定。整个开挖断面侧导下沉量比中间导坑下沉量大，中间导坑拱顶下沉量一般为侧导坑拱顶下沉量的64%~87%。
5.2 洞内收敛规律。侧导的两个上部洞室收敛量较小，开累为5~8mm。开挖初期3~4天内较为明显，随后每天的变化几乎都在1mm以内。侧导2、4号洞室施作后，布设的量测点位收敛量变化较为明显，2、4号洞室从施作到侧导封闭前平均为3~5mm/d。施作侧导初支仰拱期间，收敛量最大，平均为6~8mm/d。其后逐淅趋于稳定。侧导下部洞室布设的收敛点开累收敛量为19~33mm。中隔壁拆除后整个断面收敛变形前三天较为明显，平均为2mm/d，其后逐渐趋于稳定。
5.3 地表沉降规律。当隧道掌子面未开挖到该断面时，沿隧道开挖方向的地表各点已产生了沉降，开挖掌子面对前方土体的影响范围一般为0.5h~0.8h（其中：h为洞顶覆盖层厚度），从布点至洞内掌子面到达地表观测点断面为止，一般下沉量为4~10mm。地表最终沉落量一般为洞内沉落量的110%~140%，另外地表沉降时间主要取决于围岩情况，一般二衬施作完后75~100天地表沉降趋于稳定。随着隧道的开挖，洞顶地表距隧道中线两侧0.5h~0.9h會出现一条贯通的裂缝，裂缝两侧会出现明显的错台，裂缝宽度为1~2cm。如果开挖暂停5d以上，则对应掌子面的地表会出现一条细微的横向裂缝，与纵向裂缝连通成为怀抱式。地表的横向沉降曲线为一抛物线，距离隧道横向距离越大，沉降越小，在边缘处地表有隆起现象。
6 结束语
郑西客运专线阌乡隧道于2008年9月进入下穿段施工，2009年3月贯通，通过大管棚超前支护加固地层和纤维锚杆预加固掌子面，并严格按照双侧壁导坑法“早预报、管超前、严注浆、短进尺、少扰动、紧支护、勤量测、快衬砌”的指导方针施工，在保证连霍高速公路正常通行的同时确保了施工安全，施工区高速路面最大沉降量为20mm，大部分点在10～15mm之间，取得了良好的社会效益和经济效益。
参考文献：
[1]郑西客运专线阌乡隧道设计文件.
[2]地下工程浅埋暗挖技术通论.王梦恕.合肥.安徽教育出版社.2004.
[3]隧道工程施工要点集.关宝树.北京.人民交通出版社.2003.
[4]隧道手册.铁道部第二勘测设计院.北京.中国铁道出版社.1995.
作者简介：郭慧珍（1977—），女，2007年毕业于西南交通大学结构工程专业，工学硕士，讲师，现从事土木工程专业教学与科研方面的工作。
黄土隧道快速施工技术 篇3
关键词：大断面,黄土隧道,快速掘进,施工技术
黄土作为在工程实践中非常常见的围岩结构表现形式之一, 其综合性质具有一定的特殊性。已有的研究中认为, 黄土结构强度较低, 因此在上部施工作业开展中容易出现结构失稳的问题, 具体表现为垮塌或崩解等安全事故。但黄土结构的优势在于其直立性较高, 有非常理想的成型条件。从这一角度上来说, 在黄土隧道掘进开挖后, 比较不容易发生工作面挤出或推移的问题, 且由于黄土结构下岩面在开挖期间的稳定性好, 成型条件理想, 因此即便是对于短进尺的工况而言, 黄土结构仍然有一段时间能够确保岩体的整体稳定性, 这利用这一特点, 工作人员能够在岩体结构尚未出现大规模安全事故之前, 及时的完成包括喷锚以及立架在内的相关工作, 整体上来说施工安全且可靠。从这一角度上来说, 只要立足于对黄土隧道基本性质的分析, 选择合理的施工方案, 即能够在满足大断面黄土隧道快速掘进要求的同时, 确保掘进施工的安全性与可靠性。本文即结合工程实例, 对大断面黄土隧道快速掘进施工方面的关键问题展开分析与探讨。
1 工程概况
XX客运专线全长为350.0km, 沿线共设置有30座隧道, 隧道整体长度为68.0km。90%以上为黄土隧道。随着XX客运专线施工作业的不断推进与发展, 黄土隧道所表现出的地质特点以及力学性质得到了更加全面与深入的认识, 黄土隧道对施工造成的难度与挑战得到了工程施工人员的高度关注与重视。
本工程实例中的黄土隧道快速掘进工划分为三个台阶进行开挖施工作业, 台阶长度按照4.0~6.0m标准进行控制。现场勘察数据显示:台阶开挖过程中核心土两侧距开挖面长度在2.0m左右, 上台阶开挖高度为4.2m。台阶开挖过程当中, 实际跨度取值为13.7m, 矢跨比为0.3, 整体开挖面积为65.5m2, 中台阶开挖高度为3.6m, 整体开挖面积为28.3m2, 下台阶开挖高度为3.5m, 单元长度为3.4m。
2 施工流程
在本工程中洞身开挖采用三台阶七步开挖法施工, 本施工方法的操作要点是:在隧道开挖期间根据实际情况, 将开挖工作面划分为七个部分, 七个开挖工作面相互错开, 同步展开作业, 然后分别做支护处理, 各个区域的支护方案相互配合, 形成一个支护整体。这种开挖方法的优势在于:分多个区域进行同步开挖, 能够有效的降低作业循环时间, 逐步向深层工作面推进, 开挖作业与初期支护作业相互配合, 能够形成一个结构稳固的支护工作体系。按照这一思路, 在施工过程当中遵循以下流程展开作业:
首先, 在拱部位置搭设超前支护系统, 开挖遵循自上而下的基本原则, 通过机械开挖与人工风镐相配合的方式实现, 开挖期间预留核心土。本工程中, 每循环开挖长度按照80.0cm标准进行控制, 在完成开挖后安排专人进行混凝土喷射工作, 按照4.0~6.0cm标准对混凝土喷射厚度进行控制, 完成喷射后即封闭工作面。
其次, 混凝土初期喷射作业完成后, 根据设计要求架设钢架结构, 上弧导分5节进行安装, 环向通过钢板螺栓进行连接, 纵向选择截面22.0mm标准连接, 按照1.0m控制间隔距离。
再次, 在完成对锚杆部分, 拱架部分, 以及钢筋网部分的施工作业后, 需要安排专人使用强度C25等级混凝土进行喷射作业, 使承载拱结构更加稳定。在此基础之上, 以拱顶承载拱支护为前提条件, 对左右两侧中台阶马口进行开挖, 期间采取交错式的开挖方案, 开挖过程当中及时进行支护作业。
最后, 对中部上中下台阶预留土进行开挖作业, 达到满意开挖效果后, 采取分段方式进行仰拱结构的开挖作业, 同时配合进行支护施工, 根据支护方案完成仰拱混凝土的施作作业。
3 施工期间技术要点
(1) 在对超前小管棚支护方案进行设计应用的过程中, 需要在一般设计标准基础之上适当加密, 以适应本区域的特殊地质情况。在本工程案例施工开挖期间, 超前支护间隔距离设置为0.4m/根, 前期仍然出现拱部掉块超挖的问题。针对此问题, 缩短小管棚支护期间间隔距离, 降低至0.2~0.25m/根, 从而解决了该问题, 对超挖有良好的控制效果。
(2) 为最大限度的确保隧道掘进的快速性与稳定性, 施工期间需要严格遵循短台阶法施工的相关原则。特别是针对本地区实际情况而言, 由于掘进区域内的土体结构含水量较大, 若预留的台阶过长, 则渗水会沿着已经喷射好的初期支护混凝土结构外延, 并在拱脚位置汇集, 形成自然集水区, 甚至会进一步导致初期支护受压影响, 下沉量增大的问题, 最终可能演变为初期支护开裂或结构失稳。而通过应用短台阶施工的方式, 能够确保初期支护迅速连续成环, 使整个受力结构具有环状密封的形态, 以确保掘进的安全性与稳定性。
(3) 从初期支护安全性的角度上来说, 锁脚锚杆的应用有着非常关键的意义与价值。有关工程试验中分析得出:在大断面隧道掘进施工过程当中, 断面拱脚位置以及墙角位置会受到较大侧向压力作用力的影响, 在这一过程当中锚杆发挥着拉杆的作用, 从而保障工字钢架在受到侧向压力作用时不会出现洞内位移的现象, 因此也能够使快速掘进施工期间支护结构的受力达到稳定可靠的状态。
(4) 在隧道快速掘进施工作业的实施过程当中, 为实现对拱顶下沉量的合理控制, 最关键性的措施在于根据掘进工作面的实际情况, 适当扩大拱脚。通过此项措施, 促进承压面积的扩大, 使掘进施工过程当中的竖向压力传递更加可靠, 同时还可使节点横向受力关系更加的稳定。结合本工程项目的实际情况来看, 根据对黄土性质的分析, 将扩大拱脚设计值控制在0.8~1.2m3区间内。
(5) 在掘进施工中, 施工人员还可以通过对初期支护钢架纵向连接筋进行加密处理的方式, 使钢架结构的整体受力能力得到合理的提升与巩固。本工程施工作业实施期间, 将拱脚部位, 拱腰部位, 以及拱顶部位所对应的纵向连接钢筋间距按照0.2~0.3m标准进行设置, 其他区域则按照0.3~0.4m标准设置间距。
(6) 在工作面开挖作业的实施过程当中, 仰拱施工作业以及混凝土的回调工作需要同步开展, 尽量缩小两个工序的间隔时间。同时, 按照20.0~30.0m对间隔距离进行合理控制。同时, 二次衬砌需要尽早展开施工, 其目的在于尽早的完成隧道完整的受力结构, 距离按照40.0~50.0m标准进行控制。
4 结束语
本文结合了大断面黄土隧道的工程施工特点, 选择某大断面黄土隧道施工实例作为研究对象, 系统分析了本隧道在快速掘进施工过程当中的基本施工流程以及技术要点, 通过三台阶七步开挖的方式, 解决了在黄土隧道施工过程当中容易出现的各种问题, 施工工序可控性良好, 施工安全且质量可靠, 圆满达成了隧道快速掘进施工的基本目标, 保障了施工工期。同时, 配合对施工期间相关技术要点的实施, 使得黄土地质下的隧道施工难题得到了解决, 对于同类工程施工作业有一定的参考意义与价值。
参考文献
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庆兴黄土隧道出口浅埋段施工技术 篇4
结合包西铁路BXS-2标庆兴隧道的施工实践,论述了根据地质条件、水文条件、施工季节,采取有效的公路改移、地表防排水和加强超前支护后,在湿陷性风积黏质黄土、下穿公路隧道浅埋段采用预留核心土三台阶七步开挖法的`施工技术.结果表明,预留核心土三台阶七步开挖法减少了临时支撑的投入,节约了工程材料;可以使用大型机械开挖,各个工序之间衔接紧凑,提高了开挖的速度,缩短了工程工期,降低了工程管理成本,创造了良好的经济效益和社会效益,为以后在湿陷性黄土V级围岩浅埋地段施工提供了宝贵的施工经验.
作 者：吴英明 Wu Yingming 作者单位：中铁十一局集团第二工程有限公司,湖北十堰,44 刊 名：铁道建筑技术 英文刊名：RAILWAY CONSTRUCTION TECHNOLOGY 年，卷(期)：2010 “”(1) 分类号：U453.1 关键词：双线铁路隧道 湿陷性风积黏质黄土 下穿公路 浅埋段
黄土隧道施工技术 篇5
大准—朔黄铁路联络线朔州隧道,位于山西省西北部,行政区隶属朔州市,起讫里程DK128+662～DK139+955,全长11 293 m,除出口段位于1 200 m半径的曲线上,曲线进入隧道352.66 m,其余均位于直线段上。洞内纵坡为3.0‰/5 488 m,-7.0‰/5 800 m,3.0‰/5 m,基本呈对称的人字坡。共设5个斜井辅助施工。隧道进口及洞身地表的黄土梁及山坡上,浅黄～灰黄色,土质均匀,大空隙发育,是垂直节理,发育虫孔及植物根孔,易产生陷穴,含少量零星分布的小型钙质结核砾分布砂质黄土,具湿陷性,湿陷性等级为Ⅰ级(轻微)非自重湿陷性场地。进口段属于典型的湿陷性黄土隧道。隧道工程采用新奥法设计与施工。
2 施工方案
结合本隧道工程特点及开挖后揭示的地质情况,土质属砂质黄土、粘质黄土,结构松散,自稳能力极差,开挖后极易坍塌。故本隧道施工遵循“短开挖,强支护,勤量测,紧封闭”的原则,采用环形法开挖预留核心土法,减少掌子面岩体的临空面,核心土便于支撑,能保证围岩稳定,避免塌方,施工安全。
2.1 小导管超前支护
施工中采用ϕ42双层超前小导管。小导管环向间距25 cm,必要时采用零间距、密排打设,长4.5 m。用风枪将钢管沿孔眼顶入前方土体中,钢管外倾角约10°～15°。施工中确保孔位顺直。顶管至设计深度后用水泥浆将钢管与孔壁间的缝隙封堵,安装钢架后与钢架焊接牢固。
2.2 施工工序
为了避免隧道开挖的过程中岩体垮塌掉落现象,各部位开挖间距在不相互干扰影响的情况下应尽量缩短。上部环形开挖进尺必须控制在1.2 m(两榀钢拱架)以内,具体施工工序如下(见图1):1)在上一循环的超前支护下,人工配合机械开挖①部—施作①部周边的初期支护:初喷混凝土,挂设钢筋网,架立钢架,并打设锁脚锚管,钻设径向锚杆,复喷混凝土至设计厚度,并根据实际开挖情况,施作临时竖撑。2)在滞后①部一段距离后,开挖②部,掌子面喷射8 cm厚混凝土封闭。3)在滞后②部一段距离后,开挖③-1部—施作③-1部边墙初期支护,即初喷混凝土,铺设钢筋网,架立钢架并打设锁脚锚管,钻设径向锚杆,复喷混凝土至设计厚度。4)在滞后③-1部一段距离后,同③-1部施工工序,开挖及支护③-2部。5)开挖④部—掌子面喷射8 cm厚混凝土封闭。6)开挖⑤部—施作隧底喷射混凝土,必要时在墙脚处设置临时横撑(图1中未示)。7)在⑤部施工完且清除虚渣后,立即灌注Ⅵ部仰拱及边墙基础。8)待仰拱混凝土初凝后,灌注仰拱填充Ⅶ部至设计高度。9)根据监控量测结果分析,确定二次模筑衬砌施作时机,铺设环+纵向透水盲沟、防水板+土工布—利用衬砌模筑台车一次性灌注Ⅷ部(拱墙)衬砌。
2.3 支护参数及施工措施的选择
初期支护作为新奥法隧道施工支护体系的主要组成部分,是确保施工安全的重要手段。所以在实际施工过程中,选择支护参数时依据“宁强勿弱”的原则,具体参数及施工方法如下:
1)钢架采用Ⅰ20a工字钢钢架,间距40 cm。钢拱架安装时应紧贴开挖轮廓表面,连接板必须密贴,不得有夹角,用螺栓将之连成整体,并将小导管及系统锚杆尾端与之焊接,最大限度地发挥小导管及系统锚杆的作用,使小导管、锚杆、钢架形成整体支护结构。钢拱架底用15 mm钢板(宽30 cm)沿隧道轴线方向铺垫,以减少不均匀沉降。设双层ϕ22钢筋连接筋,单层环向间距100 cm,与钢架焊接牢固。2)设双层ϕ8钢筋网,网格尺寸为20 cm×20 cm。3)钢架按设计节点打设锁脚锚管,每榀钢架打设24根,每根长4.0 m,下倾角度不小于45°,确保钢架基础稳定,下台阶安全,防止塌方。4)钢架每个拱脚处增设锁脚锚管定位钢板,钢板尺寸45 cm×25 cm×1.5 cm,增强锁脚锚管的整体锚固作用。5)边墙设ϕ22砂浆锚杆,间距1.2 m(环向)×1.0 m(纵向)。6)Ⅰ16临时竖撑连接处或与钢架连接处均设钢垫板。7)若钢架发生明显内移,必要时架设临时横撑,以确保施工安全。
通过对开挖掌子面的地质观察,以及对已经施工的隧道初期支护的稳定性能判别,所选择的支护参数及施工措施较为合理,能确保隧道施工安全和结构安全。
3 结语
黄土隧道采用环形开挖预留核心土法有以下优点:
1)施工安全性好。该方法有利于开挖工作面的稳定,便于拱部支护,及时抑制围岩变形,施工速度快、安全性较好。
2)施工进度快。施工断面大,满足机械作业空间要求,充分利用机械作业,提高施工效率,使施工进度加快。
3)施工难度小。以一定的作业时间差组织流水作业,工序转换容易,各部位开挖及初支较容易控制,降低了施工难度。
摘要：结合神化准池铁路朔州隧道进口浅埋黄土段施工实践,介绍了黄土隧道采用环形开挖预留核心土法开挖及支护施工的要点,并提出具体的控制措施,以指导实际工程施工。
关键词：黄土隧道,施工,技术
参考文献
[1]胡再强,沈珠江,谢定义.非饱和黄土的结构性研究[J].岩石力学与工程学报,2000(6):89-92.
[2]赵占厂,谢永利,杨晓华.黄土公路隧道衬砌受力特性测试研究[J].中国公路学报,2004(1):59-60.
黄土隧道施工方案 篇6
1)太佳高速公路吕梁段路基第20合同段雷家碛1号隧道右线起讫里程:K186+045～K186+500,太原端洞口里程桩号K186+045,洞口底板设计高程1 064.43 m,佳县端洞口里程桩号K186+500,洞口底板设计高程1 073.53 m,洞体局部出露于黄土冲沟,洞体最大深约55 m,位于K186+220处,洞口场地狭窄,条件较为困难,我项目部计划从佳县方向往太原方向进洞,设计图纸为新奥法施工工艺。2)隧道左线主洞长477 m,隧道右线主洞长455 m,隧道净空10.2 m×5 m,洞门进口形式为直削式,洞门出口形式为端墙式,照明方式为高压钠灯,通风方式为自然通风。3)雷家碛1号隧道设计为短隧道,位于临县境内黄土梁峁工区,隧道进出口处围岩土质较均匀,左右线洞口位置洞口边仰坡及洞口稳定性较差,雨季期间大气降水可能沿土体孔隙下渗,在洞体内可能形成暂时性的孔隙水,造成洞体内产生滴渗水现象。
2 总体施工流程
施工准备→洞口边仰坡开挖、支护→管棚、注浆施工→套拱钢拱架及混凝土施工→暗洞弧形导坑开挖、支护→中台阶开挖、支护→开挖核心土→下台阶半幅开挖支护→仰拱全幅开挖支护→浇筑仰拱混凝土及仰拱回填→浇筑二次衬砌混凝土→暗洞循环施工→洞口明洞施工→洞门工程施工。
3洞口边、仰坡、明洞开挖及防护施工
1)由测量组按设计放出隧道进出口边仰坡刷坡边线及洞顶截水天沟位置。2)人工清除刷坡界内的地表植被,由挖机自上而下按设计坡度刷边仰坡,按照路基挖方设计标准断面进行边坡的坡比及平台尺寸的确定,每开挖一级平台进行一次放样,保证开挖边坡的坡比及平台尺寸;开挖时,边、仰坡根据现场地形进行开挖,特别是边坡交界处,做到坡面平顺、线形顺直。3)明洞纵向开挖时分上、中、下台阶分段实施,预留核心土、施工导向墙及管棚。4)边、仰坡及明洞开挖完成后,及时进行边仰坡防护,防护采用“锚、网、喷”的方法,喷混凝土表面和每一循环的接头处要圆滑平顺,钢筋网应与相邻排管牢固焊接。
4洞口管棚、套拱施工
1)边、仰坡开挖采用人工配合机械施工,当开挖至离坡面20 cm厚度时,采用人工修坡,严禁超挖;坡面设置坡度尺,每开挖一级平台,进行边、仰坡施工放样,控制平台尺寸及坡面坡率。开挖完成后,立即进行锚、网、喷防护施工,洞口以上第一、二级边、仰坡面采用3 m长药包锚杆,锚杆与网片进行焊接,网片与边坡要设置垫块,保证其间混凝土厚度不小于3 cm,总体喷射混凝土厚度不小于15 cm。2)管棚及套拱施工。当开挖至设计套拱顶标高时,精确放样隧道方向线及洞口断面线,按照套拱内环尺寸进行人工修整拱土胎模;纵向分台阶开挖,台阶长度为2 m,高度为2 m;开挖一段即对边坡进行喷锚防护。土拱施工完成进行C20混凝土导向墙施工,在导向墙内利用工字钢对管棚套管进行定位,工字钢中间钻眼,套管从中间穿过,管棚长度及外倾斜角度确定后,套管直接固定于工字钢上,安装导向墙结构钢筋及模板,进行导向墙混凝土浇筑,拆除导向墙模板后,进行管棚施工。钻孔完成后立即进行安装半成品管棚钢管,防止塌孔,管棚钢管分段安装,但要做好接头部分的焊接;管棚注浆压力控制在0.05 MPa～0.1 MPa。
5暗洞开挖、初期支护及二衬施工
5.1暗洞开挖及初期支护施工
上台阶开挖支护:开挖循环进尺60 cm,开挖采用人工配合挖掘机施工,开挖至离设计轮廓20 cm时,采用人工开挖,严禁超挖,开挖完成后立即对开挖面进行初喷混凝土,厚度为3 cm,安装1榀钢架,各单元钢架间用高强螺栓连接,接缝处进行骑缝焊接,安装钢筋网片,网片搭接不小于一个网格长度,且不小于20 cm,安装径向锚杆、锁脚锚管,并与钢架有效焊接,复喷24 cm混凝土,钢架安装及喷混凝土施工严格按照施工操作规程及作业指导书进行施工。中台阶开挖支护:开挖循环进尺1.2 m,台阶宽度3 m,开挖时先开挖左侧中台阶即埋深较深侧,并采用左右错开开挖,严禁左右洞同时开挖。作业顺序与拱部相同,当累计进尺达到3 m后开始右侧中台阶开挖,在左右侧中台阶掌子面与上台阶平行后,封闭掌子面,进行下台阶开挖施工。下台阶开挖支护:开挖下台阶左右侧洞室,与中台阶工序相同,平行推进各导坑开挖,当下台阶开挖进尺达到6 m,进行仰拱开挖与支护,开挖长度不得大于3 m,并形成整环初期支护封闭结构,掌子面距洞口距离达到40 m时,停止开挖,进行第一环暗洞二衬施工。
5.2二次衬砌施工
5.2.1仰拱二衬施工
1)仰拱开挖。为保证不影响正洞施工,采用过轨梁。开挖方法为人工配合挖掘机,对不放炮地段,据设计标高30 cm左右即由人工清底,避免超挖。对要求放炮地段,应严格控制药量、钻孔深度及方向,尽量减少超挖。同时应严格控制欠挖。施工时测量组应严格检查、控制。一次开挖长度不宜过长,3 m～5 m为宜。2)仰拱混凝土施工。仰拱混凝土浇筑与仰拱开挖应相对应,混凝土浇筑前,应对仰拱底进行检查,清除积水、杂物、虚渣,检查合格后,进行仰拱钢筋绑扎,后绑扎各类围岩仰拱钢筋。模板采用组合钢模或木模,人工立模,混凝土在自动计量搅拌站搅拌,运输采用混凝土输送车运输直接入模或泵送入模浇筑。浇筑长度根据开挖长度而定,以5 m的倍数为宜。明洞段仰拱开挖后应进行地基加固,加固后检查合格后方可进行仰拱钢筋、混凝土的施工。
5.2.2拱圈二次衬砌施工
1)安装排水管道。环向排水管按设计图纸布置,并与边墙基础预留管道口相连接。中隔墙顶部两侧安装纵向软式排水管。2)全断面铺EAV复合防水板。制作简易移动施工平台,清除初支表面尖锐物。挂EAV复合防水板。焊接EAV复合防水板。中隔墙与拱圈施工缝之间安装纵向止水条。将中隔墙上中隔墙与拱圈衬砌施工缝清洗干净。拱圈的EAV复合防水板必须与中隔墙两侧预埋防水板焊接。3)模板台车就位。调整模板台车各液压油缸,使模板台车模板中线与隧道中线重合,模板拱顶标高与拱圈衬砌内净空标高一致,并对模板台车进行固定。4)拱圈C25号防水混凝土浇筑:a.编制混凝土的浇筑方案,制定详细的混凝土拌和、混凝土浇筑工艺流程、混凝土灌注及养护等,报监理工程师审批后实施。b.在输送管口测试坍落度,严禁在现场随意加水,并按规定制作混凝土抗压、抗渗试件。c.先泵送砂浆润滑管路,并检查管路的密封是否良好。d.混凝土灌注前应对模板、钢筋、预埋件、预留孔洞、施工缝、变形缝、止水带等进行检查,清除模板内杂物,经监理工程师隐蔽验收合格后,方可浇筑混凝土。e.混凝土从高处向低处分层、连续灌注。f.混凝土浇筑过程中,使用插入式振捣器振捣,尤其在钢筋密集处及中墙顶部,要事先制定措施,严禁不振、漏振或过振。g.混凝土浇筑过程中随时观察模板、支撑、防水板、钢筋、预埋件、预留孔洞等情况,发现问题及时处理。5)脱模、混凝土养护。6)模板台车修整,上脱模剂。
6隧道施工监控测量
隧道进洞前,在原地表边、仰坡及暗洞顺路线方向及洞内拱顶设置地表沉降观测桩位,洞内拱肩、拱腰布设收敛检测桩,严格按照监控量测方案进行点位布置,定期监测变形,根据量测数据,分析洞内初期支护沉降及边仰坡变形情况,及时同设计、监理单位沟通,调整支护参数;同时安排专人巡查地表变形情况,发现地表裂缝及时回填水泥土挤密。
参考文献
富水黄土隧道防排水施工技术 篇7
张茅隧道是郑西客运专线重点控制工程,全长8 483 m,隧道绝大部分位于水位线以下,穿越第四季中更新(Q2)粘质黄土,夹古土壤层,垂直节理发育,具有膨胀性,粘质黄土中透镜状圆砾土层、砂层含丰富的孔隙水,涌水量8 m3/d,天然含水量20%～25%,最高可达30%,饱和度95%。
2 防排水设计
隧道防排水结构见图1。
2.1 防水措施
1)初期支护结构防水:初期支护结构喷混凝土施工采用湿喷工艺,掺加合成纤维,提高初期支护混凝土的密实度和抗渗抗裂性能。 2)柔性防水层:全隧衬砌背后设置EVA塑料防水板加土工布,明洞外贴PVC防水卷材。3)二次衬砌与施工、变形缝防水:二衬采用抗渗等级不低于P8的防水混凝土,纵、环向施工缝均涂抹混凝土界面剂并加设中埋式橡胶止水带,拱墙施工缝设外贴式橡胶止水带,拱部预留注浆孔,衬砌施工后进行充填注浆。
2.2 排水措施
1)防水板与初期支护之间设纵向、环向排水盲管,环向盲管通过三通与纵向盲管相连;隧道两侧边墙脚设纵向盲管,纵向盲管通过泄水管与侧沟连接。2)隧道设双侧水沟,仰拱中央设置中心排水沟,两侧沟与中心水沟采用横向导水管相连。
3 防排水施工
3.1 初期支护结构
3.1.1 采用湿喷工艺
喷射混凝土采用集中拌和方式,严格控制水灰比,确保混凝土的品质,采用湿喷工艺,可以提高喷射混凝土自身的强度和密实度,提高与岩面的粘结强度,提高喷射混凝土的综合性能,充分发挥喷射混凝土的优势。
3.1.2 确定正确的施工配合比
喷射混凝土配合比设计根据原材料性能、喷射工艺、混凝土的技术条件和设计要求通过试验确定。
施工过程中,如水泥、外加剂等主要原材料的品种和规格发生变化,应重新进行配合比设计。
3.1.3 围岩基面处理
若遇喷面有涌水、渗水或潮湿的岩面,喷射前应根据不同情况进行疏水泄压,提高锚喷结构的防水效果。
1)大股涌水宜采用注浆堵水后再喷射混凝土。2)小股水或裂隙渗漏水宜采用岩面注浆或导管引排后再喷射混凝土。3)大面积潮湿的岩面宜采用粘结性强的混凝土,如添加外加剂、掺合料以改善混凝土的性能。4)初期支护设计有钢架格栅时,喷射混凝土时首先应把格栅背后喷满,再喷射格栅中间部分。
3.2 柔性防水层
3.2.1 喷射混凝土基面处理
1)局部漏水采用注浆堵水或埋设排水管直接引排。2)钢筋网钢筋头凸出部分,先切断后用砂浆抹平;有凸出管道时,用砂浆抹平;锚杆有凸出部位时,切断后,砂浆抹平或用塑料帽处理。3)初期支护应无空鼓、裂缝、松酥,表面应平整,凹凸量不得超过±5 cm。否则应重新处理后补喷。
3.2.2 防水板铺设
防水板施工采用无钉铺设工艺,施工工艺流程见图2,防水板超前二次衬砌两个循环,铺设防水板的接缝用自动爬行热焊机进行焊接,铺设防水板采用专用防水板台车进行。
1)铺设前进行精确放样,然后在喷射混凝土表面由上向下的顺序铺设土工布,土工布使用热塑性圆垫圈固定,垫圈间距:边墙2点/m2～3点/m2,拱部2点/m2～3点/m2。2)土工布完成后铺设EVA防水板,防水板由上向下与垫圈热熔压焊,两者粘结强度不小于12 MPa,铺设防水板过程中应留有适当的富余量(实铺长度与弧长比值10∶8),保证防水板全部面积均能抵到岩面。3)防水板搭接部位采用真空加压检测,将5号注射针与压力表相接,用打气筒进行充气,当压力表达到0.25 MPa时停止充气,保持15 min,压力下降10%内,说明焊缝合格,如压力下降过快,说明未焊好,用肥皂水涂在焊缝上,找出漏气部位,重新补焊并检测。
3.3 疏排管道
1)环向排水盲管:隧道拱墙设50 mm打孔波纹管,间距10 m一道,渗水地段加密设置,采用三通与纵向盲管相连。2)纵向排水盲管:纵向排水盲管沿纵向按设计高度布设于左右墙角水沟底上方,采用160 mm双壁打孔波纹管,盲管安设的坡度与线路坡度一致。3)边墙泄水管:在模板对应于泄水管的位置开与泄水管直径相同的孔。泄水管一端安装在模板的预留孔上,另一端安装在纵向排水管上,泄水管与纵向排水管三通连接。排水盲管施工工艺流程:钻孔定位→安装锚栓→捆绑盲管→纵、环向盲管连接。
3.4 二次衬砌模筑混凝土
3.4.1 施工工艺
拱墙二次衬砌采用全断面整体钢模衬砌台车混凝土,搅拌运输车运输,泵送混凝土灌注,振捣器振捣,挡头模采用专门加工的钢模或木模,固定牢固,保障端面整齐。混凝土自模板窗口灌注应由下向上对称分层灌注,倾落自由高度不超过2.0 m;防止混凝土分层、离析;浇筑应连续进行,因故间歇时,间歇时间应小于前层混凝土的初凝时间;采用插入式振动棒捣固,每一振点的捣固延续时间宜为20 s～30 s,以混凝土不再沉落、不出现气泡、表面呈现浮浆为度,防止过振、漏振,确保混凝土密实度。
3.4.2 配合比设计
二衬混凝土配合比必须满足混凝土设计强度、耐久性、可泵性和抗渗性等要求,对富水隧道,抗渗性是评定混凝土配合比的主要指标。具体指标:1)坍落度:150 mm～180 mm。2)水灰比:0.3～0.60。3)砂率:38%～45%。4)外加掺量:为水泥质量的1.0%～1.3%。5)最小水泥用量:不宜小于300 kg/m3。
3.4.3 混凝土养护
混凝土浇筑完毕后12 h内开始对混凝土进行养护,养护时间不少于14 d,养护不得中断,养护期间,混凝土内部温度与表面温度之差不宜大于20 ℃,防止因温度差使混凝土表面出现干裂,形成渗水通道。
3.4.4 拱顶注浆
由于客观原因,拱顶部位混凝土往往存在不密实、不满等现象,对此部位的混凝土,根据施工经验,在拱顶最高位置贴近防水板面预埋50 PVC注浆管,间距30 m,对二衬实施回填注浆,以弥补混凝土收缩或未灌满造成的拱顶空隙。
3.5施工、变形缝防水
张茅隧道全隧施工缝采用了中埋式橡胶,拱墙除布设中埋止水带外,在拱墙施工缝外缘加设外贴式橡胶止水带。
沿衬砌轴线每隔0.5 m在挡头模上钻一12的钢筋孔,将加工成型的10钢筋卡由待灌混凝土侧向另一侧穿过挡头模板,内侧卡进止水带一半,另一半止水带平靠在挡头板上。待混凝土凝固后拆除挡头模,将止水带拉直,然后弯钢筋卡紧止水带。
止水带施工工艺流程:挡头模板钻钢筋孔➡穿钢筋卡➡放置止水带➡下一环节止水带定位➡灌注混凝土➡拆挡头板※下一环节止水带定位。
4结语
根据施工经验,要做好隧道防排水,必须从隧道施工过程的每一道工序做起,初期支护、防水板铺设、二次防水衬砌、施工、变形缝的处理和排水设施等每道工序的施工质量都对防排水效果产生很大的影响,施工中的一点疏忽都可能造成渗漏水隐患。因此每道工序的施工质量都必须按要求严格施作到位,才能保证隧道防排水整体质量,达到要求的Ⅰ级防水目的。
参考文献
黄土地区公路隧道施工技术浅析 篇8
该隧道为双线分离式公路隧道,左线长822 m,右线长806 m。隧址区位于山西省西部吕梁山脉的黄土梁峁区,沿线沟壑纵横、地形地貌复杂。主要不良地质有滑坡、湿陷性黄土及膨胀土等。隧道进出口围岩由黄土和湿陷性黄土组成,洞口稳定性较差,围岩级别为Ⅴ级;洞身围岩由湿陷性黄土、黄土、黏土等组成,围岩级别Ⅳ级～Ⅴ级。
2 施工方法
2.1 洞口段施工
洞口土石方采用挖掘机开挖,石方采用非电控制爆破,装载机装渣,自卸汽车运输。明洞拱墙采用整体模板台车整体浇筑,钢筋在钢筋加工场弯制,就位绑扎。混凝土浇筑采用泵送混凝土,捣固采用附着式振动器和插入式振动器联合振动。边坡防护与明洞开挖同步,明洞衬砌后及时回填,洞顶采用土工格式植草护面。洞口施工避开雨季,成洞面及时防护。进行连续观测,掌握围岩变形特性和其他力学性质,指导洞口施工。
2.2 洞身开挖
采用台阶分部开挖方法,施工机械组合:拱部环形及核心土人工风镐或凿岩机+下部采用凿岩台车掘进+铲装机+14 t自卸汽车。洞身施工工序图见图1。
2.3 初期支护及超前支护施工
1)洞口长管棚。
洞口浅埋段采用大管棚超前支护。管棚采用外径108 mm,壁厚6 mm热轧无缝钢管制作,长度20 m,环向间距40 cm,注浆采用水泥—水玻璃浆液,定位和导向采用18工字钢混凝土套拱。配备XY-28-300电动钻机钻进并顶进长管棚钢管。管棚施工先打有孔钢管,注浆后再打无孔钢管,无孔钢管可以作为检查管,检查注浆质量。钻机立轴方向准确控制,每钻完一孔顶进一根钢管。每榀钢架安装时,认真定位,不偏、不斜,轮廓要符合设计要求。安装时使段与段之间的连接板结合紧密,不留有缝隙。为保证钢架整体受力,钢架之间设置纵向连接钢筋。
2)超前注浆小导管。
设置在Ⅴ级围岩地段,采用ϕ42×4 mm热轧无缝钢管制作钢花管注浆加固。在钢管管壁四周钻ϕ8 mm压浆孔,尾部1.2 m不设压浆孔。钢管环向间距50 cm,纵向间距70 cm,外插角15°,每排小导管纵向至少需搭接1.0 m。注浆压力0.5 MPa～1.0 MPa。每打完一排钢管注浆后,开挖拱部及第一次喷射混凝土、架设钢架。初期支护完成后,再打另一排钢管。小导管逐根施工,即一根钻孔、安装钢管、压浆、封孔后再进行下一根施工。直接进洞地段以及局部强富水地段采用超前双层小导管注浆加固。
3)超前锚杆。
施工顺序:开挖面处理→初喷混凝土→打设径向锚杆→架设钢架→复喷混凝土至设计→检查验收。锚杆施工采用风钻或凿岩台车钻眼,其眼口圆而顺直且孔口岩面平整,并使岩面与钻孔方向垂直,不垂直时可用垫板调整,使托板密贴岩面。
4)湿陷性黄土地基处理。
洞门及明洞段湿陷性黄土地基在开挖范围内100 cm掺8%石灰处理;暗洞段湿陷性黄土地基采用钢花管和PVC花管注浆加固。通过黄土段的隧道基础,边墙部分采用ϕ42钢花管注浆,间距为80 cm×100 cm;中间部分采用ϕ50PVC管注浆,间距为100 cm×100 cm。仰拱部分开挖后,进行仰拱初期支护施工,并预留注浆孔,待初期支护强度达到设计强度的70%后,进行花管注浆。
5)湿喷混凝土。
喷射混凝土采用湿喷法,其作业标准和要求如下:a.喷射混凝土使用的各种原材料经检验合格后方能使用。配合比由工地试验室经试验选定。b.隧道开挖后立即对岩面施喷混凝土,防止岩体发生松弛。c.在喷射混凝土达到初凝后方能喷射下一层。喷射混凝土要分层喷射,首次喷射厚度不小于50 mm。喷嘴与受喷面保持垂直,同时与受喷面距离以0.6 m～1.0 m为宜。d.喷射厚度检测采用在隧道全长内每隔10 m～20 m取一处试件,从拱中心向两侧边墙每2 m取样试验。e.新喷混凝土应按规定洒水养护。
2.4 防排水设施施工
1)排水。
隧道两端洞口段地表水采用以截为主,排、堵、截相结合的原则。隧道明洞外沿铺设BAC防水卷材,并用砂浆抹面,施工缝处设置10 mm厚的橡胶止水带,两侧拱脚横向引水管设置间距为10 m。暗洞两侧边墙角处ϕ100 mm纵向软式透水管通过三通和环向排水管和ϕ100横向HDPE引水管相接,把围岩渗漏水引排至隧道中心排水管。车行、人行横通道内均设置环向排水管,其截留的水通过三通汇入纵向排水管,最终将水导入主洞纵向排水管,汇入主洞排水系统一并排出。
2)防水。
防水板超前二次衬砌9 m～20 m施工,铺设采用防水板铺设台车进行。防水层采用BAC防水卷材。采用无钉热合吊挂法铺设。将防水卷材采用简易台车吊装在待铺设部位,由拱部向两侧及边墙的顺序采用电压热焊粘结的办法与固定无纺布塑料垫片逐点紧密连接牢固。拼幅接缝为双焊缝热合法焊接,接缝搭接长度不小于10 cm,焊缝宽度不小于2 cm,中间留出空腔以便充气检查。隧道主洞防排水立面图见图2。
2.5 二次衬砌施工
隧道二衬在围岩及初期支护变形基本稳定后进行施工。本隧道二衬采用全断面模板台车整体浇筑工艺施工。模板台车每循环长度10 m,混凝土采用混凝土输送泵入模,插入式捣固器配合附着式捣动器捣固。
仰拱开挖采用两种形式:1)跳跃式开挖,每次开挖3 m,预留未开挖段落会车;2)分半幅面开挖、单线行车,施工长度以50 m～100 m为宜。开挖采用风钻打眼、松动爆破开挖,仰拱开挖距掌子面不大于80 m。仰供及回填混凝土均在洞口拌合场拌和,混凝土罐车运到现场,混凝土输送泵泵送入模,插入式振捣器捣固。仰拱填充在仰拱施工完成后进行,禁止仰拱与填充混合施工。
3 黄土隧道施工注意事项
1)做好洞口、洞门及洞顶的排水系统,妥善处理好陷穴、裂缝,以免地面积水浸蚀洞体周围,造成土体坍塌。2)加强施工中的变形观测,及时反馈信息,以有效地指导施工,确保施工安全。3)施工中如发现工作面有失稳现象,应及时用喷射混凝土封闭,加设锚杆,架立钢支撑等加强支护。4)坚持仰拱超前施工,及早封闭成环,有效地控制变形。5)严格控制超欠挖,尽可能使开挖断面圆顺,以避免局部应力集中。6)黄土隧道做好防、排水工作是施工成败的关键。因地制宜的采取“以排为主,防、排、堵、截相结合”的综合治理原则,达到排水畅通,防水可靠,不留隐患的目的。
4 几点体会
1)黄土隧道施工必须遵循“短进尺、少扰动、勤量测、早封闭”的原则。2)根据埋深及地质情况的变化,及时调整施工方案。3)黄土隧道施工风险高,施工方案的调整必须以安全施工为前提。4)由于黄土隧道围岩直立性好、自承能力好,施工中可充分发挥围岩自身的承载能力,体现隧道“新奥法”施工的精髓。
5 结语
通过黄土隧道的施工建设,证明黄土隧道采用新奥法施工是可行的。施工中处理好湿陷性黄土地基、加强变形监测、控制好初期支护和防排水、充分调动和发挥围岩的自承作用,可确保黄土隧道施工的安全质量可控。
摘要：以山西地区某公路隧道为例,对黄土隧道施工进行分析,从施工的全过程进行论述,提出了一系列黄土隧道施工的有效方法,通过在施工中的反复实践,解决了黄土隧道围岩软弱易坍塌及防排水困难等问题。
关键词：黄土隧道,湿陷性黄土,施工技术
参考文献
浅谈黄土隧道施工工艺 篇9
忻保高速公路L21合同段起讫桩号为K151+500～K160+380,长8.8 km,地处忻州市岢岚县境内,主要工程为“两隧十二桥”,隧道工程分别为沙塔隧道(黄土隧道)、水峪贯隧道。
沙塔隧道:分离式,左线起讫桩号为K152+595～K153+035,长440 m;右线起讫桩号为K152+558～K153+145,长587 m。整个隧道包括明洞26 m,Ⅴ级浅埋245 m,Ⅴ级44 m,Ⅳ级712 m。隧道洞口岩性以Q
2 主要施工方法
1)隧道出口段原设计为侧壁导坑开挖,施工中采用三台阶分部上导坑预留核心土的方法施工(见图1),开挖掘进和初期支护结合地形地质条件,严格按“管超前,禁爆破,早喷锚,强支护,紧封闭,勤量测”原则进行施工。2)工艺控制要点。a.预留核心土三台阶开挖的方法,上台阶开挖130°,接腿两次至拱脚。核心土长度2.5 m～3.5 m。上导坑每次开挖控制一榀钢拱架(见图2)。b.隧道在上断面进洞20 m后,停止掌子面施工,开挖9 m仰拱并成环。c.施工中上下台阶长度不超过15 m,仰拱与掌子面长度不超过30 m,二衬与掌子面长度不超过50 m。d.接腿施工必须左右错开6榀以上。洞内作业坡道采用上导坑出渣填筑下导坑的方法,严禁先拉中槽的方法以防止拱脚失稳,开挖标高至距拱脚30 cm时,必须采用人工清理,防止超挖,接腿及落底每次开挖不超过2榀,仰拱每次开挖不能超过5榀或3 m。e.上下导坑连接处的连接螺栓一定要全部拧紧,如果因为开挖时变形造成无法全部带齐螺栓,要采用插入钢筋头与上下拱架焊接,这是防止收敛的有效手段。f.洞口地表设置沉降观测点和拱顶观测点进行监控量测。在大跨上下1 m范围内设置收敛观测点进行定期量测以指导施工。洞内Ⅴ级浅埋及洞口段预留沉降量20 cm。
3 浅埋段的处置措施
1)设置超前管棚,管棚长度20 m,间距40 cm布置,管棚直径为108。2)冲沟内进行钢管注浆及混凝土封面,钢管长度6 m,间距100 cm,梅花形布置,钢管直径为89。3)尽量缩短暴露开挖时间,坚持拱部每次开挖一榀。在掉块严重地段打设超前锚管以保证施工安全。4)施工过程中山体出现开裂及下沉,我们采取了如下措施:a.停止左右掌子面的掘进,并对渗水进行引排处理;b.全部人员撤离施工现场,并在隧道口及隧道之间山体上安排安全员,对隧道山体及边坡进行全天候望监控;c.经监测确定山体稳定后,进行隧道二衬施工及山体卸载冲沟反压回填;d.一期反压完成两个月后,隧道重新开始施工。
4 特殊地质及病害的处理
1)在施工阶段我们对洞口进行了实际勘察,左洞改变了明暗交界里程,暗洞增加了10 m,明洞增加了40 m。2)左洞洞口上导坑开挖35 m后,掌子面停工,开挖并施工了两板18 m仰拱及二衬,做到了及时封闭和成环,经监控量测数据显示,最大拱顶下沉为15 cm,最大收敛值为6 cm。3)隧道在开挖中出现了渗水,开挖时拱顶、侧壁有遇水软化掉块、坍塌的现象。土质开挖时的含水量在32%～35%之间。开挖后在10 min之内掌子面有发亮水膜出现,20 min内有滴水状水珠出现,随之拱顶、侧壁出现掉块现象。严重时发生坍塌,影响开挖安全。4)渗水防治措施。a.掌子面先喷封闭、短开挖每次开挖一榀,及时喷射混凝土;b.采用潮喷工艺:速度快,脱落少,并加碳素纤维和防裂剂;c.加大拱脚连接钢板,原设计钢板尺寸为30 cm×24 cm,变更后钢板尺寸为50 cm×40 cm,以加大接触面积;d.纵向透水管及时接出进行排水。
5几点感受
1)黄土隧道与石质隧道最大的区别就是下沉变形和收敛变形很难稳定,因此,二衬与掌子面的距离越近越好。
2)黄土隧道中系统锚杆、超前锚管在施工中作用不大,只要起到固定拱架的作用即可。只要坚持短进尺,可进行优化。
摘要：以忻保高速公路L21合同段隧道工程为例,详细介绍了黄土隧道中采用上导坑预留核心土台阶分部法开挖的施工方法及流程,具体阐述了浅埋段的处置措施和特殊地质及病害的处理办法,为类似工程施工积累了经验。
关键词：黄土隧道,三台阶法,分部开挖,浅埋段
参考文献
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