大跨度公路隧道软弱围岩浅埋偏压段施工技术

第 36卷第 3期 2010年 9月 湖 南 交 通 科 技 HUNAN COMMUN ICAT ION SC IENCE AND TECHNOLOGY Vo .l 36 No. 3 Sep. 2010 � � 收稿日期: 2010�03�17 作者简介: 胡古月 ( 1968�) ,男, 工程 路基工程安全技术交底工程项目施工成本控制工程量增项单年度零星工程技术标正投影法基本原理 师,主要从事路桥建设监理。 文章编号: 1008�844X( 2010) 03�0092�03 大跨度公路隧道软弱围岩浅埋偏压段施工技术 胡古月 (湖南省交通科学研究院, 湖南 长沙 � 410015) � � 摘 � 要: 针对高速公路大跨度隧道在软弱围岩、富水、浅埋、偏压等复杂情况下,讨论了进 洞、开挖施工 方法 快递客服问题件处理详细方法山木方法pdf计算方法pdf华与华方法下载八字理论方法下载 , 介绍了具有针对性的施工技术 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 和具体的施工参数。 关键词: 大跨度; 公路隧道; 软弱地质; 浅埋偏压; 开挖施工 � � 中图分类号: U 455. 49 文献标识码: B � � 随着国民经济的发展,交通流量逐步增大,带动 公路交通建设蓬勃发展, 双向六车道高速公路成为 建设的主流公路,大跨度的三车道隧道逐渐增多,经 过近几年的施工摸索, 针对大跨度隧道施工方法日 趋完善,但在不良地质地段施工,大跨度隧道的施工 难度大、技术复杂,工程界仍在逐步积累经验。在福 建泉三高速公路顶冬坑隧道左线出口进洞施工中, 通过边仰坡加固、地表回填、地表锚杆及超前小导管 注浆固结、上半断面环向切槽开挖、下半断面边槽开 挖等项技术组合采用,在冲沟浅埋、围岩松散软弱的 不利地形地质条件下,实现了安全进洞,顺利渡过浅 埋偏压段。 1� 工程概况 隧道全长 1 284m,为双向六车道分离式隧道, 位于泉州南安市码头镇。设计最大开挖宽度 17. 64m,最大开挖面积 165. 45 m2, 最大开挖高度 12. 24m,采用曲墙三心圆拱轮廓净空。隧道通过地 段属中低山区、地形变化大、地质条件极为复杂,其 中出口端左侧覆盖层厚不足 10 m, 右侧覆盖层厚 13. 4~ 17. 913 m, 覆盖层呈倾斜坡度,存在浅埋偏压 现象。从地质剖面揭示,围岩表层为 1~ 2m厚腐植 土,以下为亚粘土或强风化凝灰熔岩,处于节理裂隙 密集带,岩体破碎, 呈碎裂状结构, 左侧半断面岩体 呈砂土状,自稳性极差,并存在 2种围岩土层的垂直 断裂带,围岩类别为�级, 水量丰富。 2� 施工方案分析 针对较大跨度隧道出口端浅埋、偏压 、富水、岩 性破碎的情况,该洞口的进洞特点是开挖跨度大,围 岩结构松散,纵向拱背裸露, 两侧偏压大。在大跨度 隧道的进洞、开挖方案的选择上有 2种意见: 一种是 施做明洞,其余暗洞为长管棚注浆超前支护,侧壁导 坑先墙后拱法 (双侧壁法 )施工;另一种意见是先开 挖设计 12m明洞, 利用边仰坡开挖土对冲沟进行回 填, 采用注浆对回填段进行加固, 然后用长管棚注浆 进行超前支护,冲沟段暗做, 侧壁导坑先墙后拱法施 工。我们对这 2种意见进行了分析,认为:如果冲沟 浅埋段明做,因土质松散, 需放缓边坡,大大增加了 洞口土方开挖数量,且对洞口山体扰动大,加上施工 期间适逢雨季,既不安全也不经济;长管棚注浆超前 支护,需施作混凝土套拱作管棚导向墙,且长管棚的 施作工序繁杂, 施工成本高, 双侧壁导坑施工工序 多, 大部分临时支护需拆除,费工、费时、费料, 且临 时的侧壁支撑和拱部联结几成直角, 形成应力塑性 区, 松散的土层情况下塑性区随围岩变形逐步扩大, 在联结处背后极易造成小的塌腔, 存在塌方隐患。 经过反复论证比选及征求专家意见, 决定采用上下 断面先拱后墙的进洞方案。具体做法是:将 12m明 洞改为大拱脚明拱暗墙, 以进一步减少明洞开挖数 量, 减小因开挖对山体产生的扰动;利用临时边仰坡 挖下的土对浅埋段冲沟进行分层夯实回填; 边仰坡 喷锚加固,防止雨季滑塌; 回填段采用锚杆固结; 为 安全起见暗洞进口施做 30m长管棚,套拱基础处于 软基,为减少开挖深度防止成洞面滑塌破坏,采用钢 管桩基础;为降低软弱围岩处地下水位,降低围岩的 含水量,减少破碎围岩的裂隙水, 在洞口两侧施做井 点降水;进洞采用小导管注浆超前支护,轻型钢架支 撑; 上下断面采用微台阶法预留核心土环向开挖,喷 锚封闭,钢架立于未扰动的围岩上并只垫槽钢扩大 3期 胡古月:大跨度公路隧道软弱围岩浅埋偏压段施工技术 ����� 受力面积,拱脚施做锁脚锚杆; 下半断面边槽开挖; 及时施作仰拱,衬砌紧跟。 3� 施工工艺 3. 1� 洞顶筑坝截流改沟 因洞口位于冲沟位置,沟顶汇水面积大,加上开 工期间雨量充足,所以第一步是在洞顶仰坡开挖线 之外筑一道挡水坝, 将原沟改绕至边坡开挖线外。 挡水坝用粘土夯填, 内表面做 M 7. 5级浆砌片石护 面,改沟截面为 1. 5 m 1. 5m。 3. 2� 开挖临时边仰坡,冲沟回填,仰拱喷锚加固 考虑施工作业的方便,选起拱线标高作为上、下 开挖分界面。设计明洞衬砌厚度 1. 0m, 为确保边 墙马口开挖之安全,两侧拱脚向外各加宽 30 cm,因 此起拱线位置拉槽宽度为 13. 04 + 2. 0 + 0. 6 = 15. 64m。拉槽至明暗分界里程即成洞面位置。临 时边坡坡率取 1!1. 0。考虑边坡稳定及安装锚杆喷 锚之方便,在边坡中部设宽 0. 7~ 0. 8m平台。 当边仰坡刷到位后, 立即对开挖面进行喷射混 凝土封闭 (也可边刷边喷 ) ,初喷 3~ 5 cm。为使喷 射混凝土尽早发挥作用, 在拌合料中可适当掺入速 凝剂 (掺量一般为 8% )。初喷混凝土结束后,即进 行锚杆钢筋的安装。锚杆采用 � 2220M nSi钢早强 砂浆锚杆。仰坡锚杆长 3. 0m,边坡锚杆长 2. 0 m, 间距 1. 0 m, 梅花形布置。钢筋网用 � 6钢筋绑扎, 网格间距 20 cm。锚杆及钢筋网安装结束后, 进行 二次混凝土喷射,厚度 7~ 10 cm。成洞面洞身开挖 范围以内不设锚杆,但必须进行喷射混凝土封闭,厚 度不小于 15 cm。 3. 3� 施作地表注浆 为减轻边仰坡周围山体对边仰坡的推移, 控制 因洞内施工引起的地表沉陷,确保洞身开挖的稳定, 我们对洞口地表主要是冲沟回填段地表进行了地表 注浆固结处理。地表注浆施作范围为 Zk41 + 880~ + 950,最大宽度 20 m, 梅花形布置,间距 150 cm。 地表注浆施作前,先将冲沟分层回填密实,之后 用轻型钻机钻孔 (钻孔直径 10 cm ) ,每钻一孔, 插入 钢管用灰浆泵注入 1!1. 5水泥浆并达到一定压力。 为避免地表注浆钢管干扰下部管棚施工, 位于 拱部的地表锚杆不得进入衬砌外轮廓外 1m范围。 注浆完毕,要避免机械走动, 以防失效,一般在 待浆液强度达到设计强度的 70% 以上后才能进行 下步洞身开挖。 3. 4� 修整成洞面,施做套拱,打入管棚 施作前首先修整成洞面,使第一组钢支撑尽量 紧贴成洞面。钢支撑用 20b工字钢冷弯而成。为便 于安装,拱圈每组钢支撑由 4片组成,每片的两端焊 有 220 mm 220mm 10mm的 A3钢板,钢板间用 螺栓连接。超前大管棚用外径 115 mm、壁厚 3�5 mm钢管加工,管长 30 m。 钢花管用钻机沿套拱外周边推入围岩, 仰角 10∀~ 14∀,环向间距 40~ 50 cm。 3. 5� 导管单 (双 )液注浆 第一排小导管施作完后即进行注浆固结工作。 考虑到洞口冲沟回填土地段及原状土地段渗水性 强, 应采用双液注浆, 水泥浆液水灰比采用 1!1 ~ 0. 5!1,水泥浆液与水玻璃的体积比取 1!0. 5~ 1!1, 水玻璃模数为 2. 4~ 3. 4,波美度为 30~ 40B e。 注浆设备选用 BW # 250 /50灰浆泵,注浆压力一 般为 0. 5~ 1. 0MPa。 浆液扩散半径 Rk = ( 0. 6~ 0. 7) Lo, 式中 Lo为 导管间中心距离。 单根导管的浆液注入量 Q 1按下式估算: Q 1 = �R2K l 式中: l为导管长度; 为岩体孔隙率。 为充分发挥机械效能,加快注浆进度,在小导管 前制作安设了分浆器, 一次可对 3~ 5根小导管注 浆。 3. 6� 修筑明洞 套拱完成及管棚注浆结束后即进行明洞的施 作。明拱及下部暗墙二次衬砌断面尺寸及钢筋布置 仍维持原设计明洞尺寸不变, 只有拱脚部位为防止 下部边墙马口开挖拱圈下沉而作加大处理, 边墙暗 挖时, 增加临时锚喷支护 10 cm, 拱脚两侧各加宽 30 cm, 10 m拱圈一次灌注,灌注时拱脚以上 1m范 围予以满灌。 在明拱施工中, 拱脚与边墙连接钢筋的预留采 取了弯曲预留的方法, 将拱脚设计宽度范围下挖 15 cm,将弯曲的钢筋用细砂覆盖。防水板的预留可 直接压在钢筋下面。因成洞面开挖不可能垂直, 拱 圈 (特别是拱顶 )不可能与成洞面密贴。为使明拱 对仰拱真正发挥作用,在明拱与仰拱的空隙间挂板 施作了连接套拱,使仰拱和明拱连成一体。 3. 7� 上半断面环形开挖 明洞施工完成, 隧道施工转入暗挖。由于暗洞 围岩极为松软,开挖时必须慎之又慎。因此,采用了 环向切槽留核心的开挖方法 (见图 1) ,以最大限度 地减小对围岩的扰动。具体步骤是: 在已安装的第 一组钢支撑及第一排小导管之下沿开挖轮廓线自起 93 ����� 湖 南 交 通 科 技 36卷 拱线向上开挖 50 cm宽的槽,因拱部有 4片钢拱,故 一般可先对称下边钢架弧长开挖,进尺 50 cm (钢架 间距 ), 挖好后立即喷射混凝土封闭, 喷厚 5 cm, 然 后安装第一片钢支撑,再进行第二次喷射混凝土,直 接将钢支撑覆盖,接着开挖拱顶部位,喷射混凝土封 闭后, 安装钢支撑,再喷射混凝土覆盖。挖掉中间核 心土, 再将掌子面喷射 5 ~ 7 cm厚的混凝土封闭。 这样便完成了一个上半断面掘进循环,进尺 50 cm, 同法安装第三、第四组钢支撑, 当掘进至 2. 5m时 (搭接长度 1m ) ,打入超前小导管, 并注浆固结,如 此反复进行,直至完成浅埋地段的上半断面掘进。 在每次打入导管注浆前,为防止浆液从掌子面 流出, 掌子面必须二次加喷混凝土, 总厚度不小于 20 cm,以作为注浆止浆墙, 提高注浆固结效果。 图 1� 微台阶法预留核心土环向开挖示意图 3. 8� 下半断面边槽开挖及支护 边槽开挖是指暂时保留下半断面中间核心,沿 两侧交错开挖边墙 (前后错开 )。中间核心土的临 时保留,其目的, 一是可以有效地减小因下半断面 开挖而对洞身围岩产生的正面扰动, 使拱脚不致因 可能产生的下面滑塌而悬空太长, 超出一次开挖控 制长度; 二是减少马口开挖工程量, 缩短各马口二 次衬砌前的施作时间, 使拱脚悬空不致太久; 三是 中间核心可作为二次衬砌立模支撑依托。边槽开挖 宽度以小型作业机械能够进出为宜, 取下口宽度 3�0m,中间核心土坡率 1!0. 5, 必要时可进行素喷 混凝土临时加固。 施工时,首先按设计进行洞外路堑拉槽。洞外 拉槽至洞口外 2 ~ 3 m时即进行明拱段边槽开挖。 明洞段因边墙由原设计明做改为暗做, 为确保边墙 开挖的稳定,在不改变原设计边墙厚度的前提下,在 边墙背后增设 10 cm喷混凝土初期支护, 锚杆用 20M nS i钢 � 22钢筋加工, 长 2. 0m, 钢筋网网格间 距 20 cm。 边槽开挖先以任意一边开始,考虑到拱圈一次 灌注长度长 ( 10m )以及大拱脚的保护, 取首轮马口 3m时进行尝试 ( 规范 编程规范下载gsp规范下载钢格栅规范下载警徽规范下载建设厅规范下载 为 1~ 2 m ) ,分 3层自上而下 开挖,边挖边进行喷射混凝土作为初喷,以迅速封闭 开挖面,初喷厚 3 ~ 5 cm, 当第 1层挖好后, 安装边 墙锚杆及钢筋网,之后进行二次混凝土喷射,厚 5 ~ 7 cm,同法开挖其他部分,并进行喷锚临时支护。之 后进行防水板的铺挂、钢筋绑扎以及首轮马口边墙 混凝土灌注。同法开挖另一侧边槽, 灌注另一侧洞 口墙部混凝土,如此交错进行直至明洞边墙施作完 毕。中间核心土的开挖可随后一侧边墙混凝土灌注 的结束而逐步挖走。 暗洞段下半断面开挖同明洞段相同, 只是初期 支护在完成 2、4两部分的开挖和初喷后,另需自上 而下安装钢支撑, 然后进行二次喷射混凝土覆盖及 防水板铺挂、钢筋绑扎、边墙混凝土灌注。 下半断面边槽开挖要注意以下几个问题, 一是 切忌挖完再护,必须自上而下边挖边喷; 二是边槽 开挖下面必须用喷射混凝土封闭, 防止流坍; 三是 边墙与拱部及边墙工作缝前后防水板的焊接要牢 固, 防止漏焊; 四是 ∃拱脚 %处理要密实, 施工中可选 用膨胀水泥细石混凝土; 五是开挖中双侧必须前后 错开; 六是要严格避免边墙的超挖; 七是为了控制 初期支护早期变形,确保洞室稳定及拱圈安全,边墙 在完成了初期支护后要抓紧边墙混凝土施作, 不得 拖延,做到挖一段衬砌一段, 成功一段; 八是边墙混 凝土未达到设计强度 70% , 不得进行任意一侧开 挖。 3. 9� 施作仰拱 为控制变形, 避免墙基应力集中和及早形成闭 合环,仰拱的施作同样不能滞后, 施作中将仰拱分成 2个阶段施作,一是明洞阶段;二是暗洞阶段。做法 是: 明洞边墙二次衬砌全部结束后,暗洞边槽先进行 单侧掘进支护,并同时施作明洞另一侧半边仰拱,待 明洞仰拱一半施作过后,暗洞改为另一侧掘进支护, 施作明洞另一半仰拱,如此交替进行,直至浅埋段仰 拱施作全部结束。为使仰拱及早受力发挥作用, 可 在仰拱混凝土中加入早强剂。拱脚钢筋连接头及防 水板连接接头采用弯曲预留的方法 3. 10� 拱圈二次模筑钢筋混凝土衬砌 因设计浅埋地段模注混凝土衬砌是主要承载结 构, 为防止围岩 计划 项目进度计划表范例计划下载计划下载计划下载课程教学计划下载 变形而形成崩坍,所以必须尽快 � � (下转第 97页 ) 94 3期 苏 � 伟,等:某高速公路隧道洞口初期支护优化 ����� 注偶数号钢管。注浆压力为: 0. 4~ 1. 0M Pa。 2. 6� 隧道底部的软基处理 在稳定了钢拱架及注浆加固了隧道围岩之后, 初期支护拱顶下沉和喷射混凝土的开裂已经停止。 为了保证在变形稳定后继续往前掘进时钢拱架不再 下沉、喷射混凝土不再开裂,应及时开挖下导坑和施 做仰拱。让整个隧道断面形成闭合环。 仰拱基础开挖之前,对地基承载力进行确认,对 不满足地基承载力要求的部位采用 C25混凝土回填。 然后按设计要求把底脚的钢拱架接上。再拆除洞内 支撑钢架,开挖下导坑和施做仰拱。 3� 加固效果 3. 1� 堵水效果 在采取封闭地表、隧道边墙地表垂直注浆、洞内 注浆措施之前, 隧道内渗水比较严重。采取了上述 措施之后,洞内渗水基本没有了,只有零星的滴水现 象。 3. 2� 地表裂缝与沉降 采取了封闭地表措施后,地表裂缝被喷浆填充 且不再发展,地表沉降基本已稳定。 3. 3� 初期支护的开裂和下沉 初期支护拱顶下沉已停止, 至最后仰拱施做完 毕止, 下沉最多钢拱架的沉降量为 14 cm, 没超过 20 cm的预留值。初期支护拱脚向隧道内侧的变形 也得到控制, 拱脚最大变形量为 16 cm, 没超过 20 cm的预留值。已有的喷射混凝土裂缝没有继续 发展,并且没有出现新的裂缝。 4� 结语 隧道工程由于其隐蔽于地表以下的特性, 设计 时采用的各种参数往往不一定很准确,设计的方案 也可能会不适合实际的工程地质情况。因此, 在具 体施工时,应按照有利于质量、有利于安全的思想根 据工程实际情况来优化设计。 本文结合某高速公路隧道的实际情况,阐述了 围岩差、渗水严重、埋深浅的隧道施工优化设计方 案。经实践检验, 封闭地表、隧道边墙地表垂直注 浆、加洞内支撑、打锁脚小导管、洞内注浆等措施对 围岩差、渗水严重、埋深浅隧道的堵水、控制其沉降 和开裂具有较好的效果。对以后类似工程的施工具 有一定的参考和借鉴意义。 参考文献: [ 1] JTG F 60# 2009,公路隧道施工技术规范 [ S ] . [ 2] JTG /T F 60# 2009,公路隧道施工技术细则 [ 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. (上接第 94页 ) 施作模筑钢筋混凝土二次衬砌。在加强围岩变形量 测的基础上,考虑下半断面马口开挖的安全来选择 上半断面初期支护,然后每掘进 10 m施作一次二次 模筑钢筋混凝土衬砌, 主筋可预加工分段定型长度 以加快施工进度,拱脚钢筋连接头及防水板连接接 头采用弯曲预留的方法。 待浅埋上半断面二次衬砌全部结束后, 全部转 入下半断面施工。 4� 结语 微台阶预留核心土掘进施工方法在大跨度软弱 围岩隧道可以成功应用,施工中必须控制关键工序。 通过成功施工该隧道, 认为采用台阶法施工时一定 要严格控制台阶长度,以便及时封闭和衬砌,上台阶 长度一般控制在 5m左右, 最大不超过洞径的 1. 5 倍,高度在 3 ~ 4m, 并采用环形开挖预留核心土。 跨度较大、地质较差不宜采用台阶法施工时,可采用 双侧壁导坑法、中隔壁法或交叉中壁法,采用这些方 法要注意导坑的开挖比例和加强侧壁支撑与拱部格 栅的应力塑性区的支护措施。石质隧道必须实施预 裂爆破或光面爆破,爆破参数应该通过现场试验确 定。土质隧道采用机械开挖时, 不宜采用拉中槽挖 马口方法,应采用挖侧槽的办法左右错开向前推进, 靠近边墙处严禁机械开挖, 须采用人工开挖。为避 免岩石暴露时间过长,做到及早封闭,循环进尺应根 据开挖宽度和围岩自稳时间严格控制,软弱围岩开 挖中,每循环进尺应控制在 0. 5~ 1. 5m之内, 切不 可贪多求快,要做到随挖随喷随支护。要重视地下 水的处理,尤其在土质隧道和遇水易软化的石质隧 道, 洞内外一定要完善排水系统, 防止积水影响隧道 拱脚和墙脚的稳定。掌子面出水时及时采取如加强 洞内、洞外排水降低水位等有效措施。 97