严重偏压浅埋傍山隧道雨季洞口施工技术

安徽建筑 !""!#"! !摘 要" 文章介绍 !"# 国道湖北襄樊境内改线工程梅子岭洞 口施工技术#对于傍山隧道严重偏压$浅埋且围岩条件极差$施工中遭 遇特长特大雨季时的施工%具有一定的借鉴意义# !关键词"偏压&浅埋&傍山隧道&雨季&洞口施工技术 !中图分类号"#!$%&" !文献标识码"$ 前言 山岭重丘地区修建高等级公路时!由于中短隧道受限于接 线路线条件!或投资等原因!其选址设计往往不很理想!施工难 度很大!特别是当隧道傍山沿河时!由于一般埋藏浅!地层受风 化影响大!并常遭遇不良地质!且洞身承受偏压!更增加了施工 的难度和复杂性" 这些隧道一般较短!因此施工的重点和难点 便集中于洞口段的施工"本文结合梅子岭隧道在雨季进洞施工 中针对以上困难采取的具体措施!提出自己的经验体会" !"工程概况 !"!##概述 梅子岭隧道全长 !!$%! 为 &!’国道襄樊境内局部改线工 程的重点工程" 设计为双向双车道!限界净宽 (")%!净高 )%! 最大开挖面积 ((%*!起讫里程为 +*$,’-./+*$,0*&"隧道进口 位于半径 *0-%右偏曲线上!洞门设计与线路斜交 .)1#隧道 出口位于直线段!洞门设计为正交斜切式"线路纵坡 *2"按新 奥法设计!采用复合式衬砌" !"*##地形$地貌$气候概况 梅子岭隧道位于湖北省襄樊市南漳县! 荆山山脉中部!地 形起伏大!属山岭重丘!自然坡度 &)3左右!植被发育" 隧道傍 山而建!洞身左右侧地形坡度大!约 &-4/)-5!山势陡峭" 进口 洞口受偏压显著!线左覆土最薄不足 *%#进口为 *-世纪 0-年 代修建军事设施遗弃的人工堆积物!厚度 *%/!-%" 隧道最大 埋深仅 &&%!进口端设计洞门处洞顶出露地 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf !为特浅埋隧道" 隧道全段为骡马河谷冲蚀岸!边坡陡峭!有冲蚀影响" 隧道区地处北亚热带大陆性季节风气候区!风向和气压系 统有明显的季节变化!具山地特征!四季分明!冬冷夏热变化显 著!雨量充沛!年降雨量达 !#---%%!山地 !#*--%%!春夏多雨! ./$月最集中"区内水系为地表汇水!平时少水或弱流!雨时水 大" *--*年年降雨量超过 !#)--%%!为 &-年一遇" !"&##水文地质$工程地质 总体构造为单斜构造" 地下水类型为基岩裂隙水!受大气降水补给" 地质情况%表层为粘土夹碎石!进口为人工堆积土!出口为 第四系松散堆积层!厚 -/&%!褐黄色!碎石含量 &-6左右#泥 质页岩!强风化!泥质结构!页理构造!薄层状!节理裂隙发育! 石英脉充填严重#泥质页岩!灰色 /灰黑色!泥质结构!页理构 造!薄层状!节理裂隙发育!弱 /强风化" *"洞口工程特点 梅子岭隧道距离正式公路约 07%! 需涉骡马河水 *&次之 多!雨时不能通行" 从现场看!隧道出口进洞条件较好!边仰坡 的坡度平缓!地表即为严重风化的原状土!植被茂密!线路与等 高线接近正交!不受偏压!洞顶覆土厚且为较稳定的原岩!对施 工有利"但出口交通不便!须从进口沿河绕行近 &7%!平时大车 难于通行!雨时数天甚至半月以上无法通行!而且洞口河谷深 切!接线路基尚未开工!几乎无法到达洞口#同时!洞口无任何 施工场地!需用隧道弃碴填筑!但涵洞尚未施工!不允许在洞口 弃碴!因此不具备施工条件" 而从进口进洞!如前所述!也存在 诸多困难& 图 !’ " 因此在确定进洞 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 时!必须进行认真的现场勘察和综合 分析研究!以确保安全快速地进洞施工" &"进洞方案的选择 &"!8#进洞方向选择 经综合分析研究!确定从进口进洞!其理由是% 9对于一座 !!$%$造价约 .--万元的隧道来说!多修建和 养护 *7%的水中便道! 并造成各种材料$ 机械的运输成本增 加!而且雨季可能造成停工!增加临时设施费用及大量期间费 用!从施工成本上是十分不划算的" 特别是对于年降雨量超过 !#*--%%的地区!雨季的影响是必须首先考虑的因素" :受限于接线线路和业主投资资金! 隧道位置不能改变 & 隧道若向山体右侧平移 )-%隧道将克服以上困难!但长度将 增加近 ’-%!造价增加近 !)-万元!原接线的线路将要进行较 大改变!线形质量偏差’ !进口边仰坡坡度大$坡高$洞顶覆土 薄弱以及洞身承受偏压等困难是客观事实!必须在隧道施工前 进行认真彻底的整治" 首先施工这些困难工程!有利于确保整 个隧道工期的实现!而且工程造价也不会有明显增加" ;按 合同 劳动合同范本免费下载装修合同范本免费下载租赁合同免费下载房屋买卖合同下载劳务合同范本下载 和业主要求! 梅子岭隧道施工期间无法避开雨 季!在考虑暴雨影响时!尽可能及早做好洞口工程!特别是工程 量大$工程较复杂的进口洞口工程!有利于确保整个隧道施工 安全" &"*##洞口施工总体原则 &"*"!贯彻( 山宜固不宜挖!大挖必塌) 的原则!对洞口便 道施工尽量不扰动坡脚" 进洞前! 采取在仰坡和边坡迎水侧拦截地表水的方法!做 严重偏压浅埋傍山隧道雨季洞口施工技术 任在栋 & 中铁四局集团第二工程有限公司!安徽 阜阳 *&’-*(’ !"#$% &’(#%)*()$’* 道路!桥梁与施工 %$ !安徽建筑 !""!#" 好洞口段山体地表的防水处理!减少雨水下渗对隧道的影响" 对洞口以外的边坡尽量少扰动!洞口侵入隧道的坡脚采取 松动爆破和人工开挖相结合的办法处理" 边仰坡的地表加固在尽可能的小范围内进行!以减少对地 表植被的破坏" !"#"$ 实践及研究均表明#对软弱浅埋$特浅埋隧道而言! 初始地应力值一般均不大!荷载明确!临界变形值很小!洞顶覆 盖层需要的是及时和足够的支护刚度!而不是柔性!不应强调 围岩变形的释放!应当坚持在充分保护和利用拱顶地层本身的 支承力% 不管有多松散& 的原则下进洞"因此!坚持采取地表加 固$可靠的超前预加固和加强的初期支护措施!并及时施工二 次衬砌的措施!可以确保隧道安全进洞施工" %&进口 施工方案 围墙砌筑施工方案免费下载道路清表施工方案下载双排脚手架施工方案脚手架专项施工方案专项施工方案脚手架 %&’((雨季防洪施工措施 由于隧道处地表汇水面积大!雨季大量的雨水由隧道右侧 山体向隧道处汇集!并沿隧道进口下泻至骡马河!加之隧道洞 口施工时正处雨季! 特别是 $))$年 *+,月的降雨量为 !)年 一遇!更增加了施工的难度!因此做好雨季防雨工作是洞口施 工成败的关键" -地表水的拦截 在隧道洞身右侧距隧道轴线 $).+!/.范围内% 边坡处距 坡顶边缘距离!!.& !沿隧道纵向施做截水墙!截水墙从山顶 向下一直延伸至隧路分界以外! 截水墙断面尺寸为 0))1.2 341.% 高5宽& !采用 63浆砌片石砌筑"由于隧道右侧有军用 电缆分布!受军事秘密保护!无法得到电缆的埋设资料!为保证 不破坏电缆!截水墙一般埋置深度 #41."截水墙不仅在施工时 可有效拦截地表水!保护洞口施工安全!在施工完成后仍可发 挥可靠的拦截边仰坡以上地表汇水的作用" 7隧道内下渗地表水的疏解 由于隧道设计为开放式排导地下水方式!因此!地下水的 水压力对支护结构的影响一般不予考虑"但因隧道围岩为严重 风化泥质页岩!节理裂隙十分发育!遇水软化快!具有流变性" 地下坑道开挖后!引起一定范围内围岩应力重分布和局部地壳 残余应力的释放!引起周边一定范围内围岩的松弛$变形!而且 大量水的较长时间浸淫!进一步加快和加重了围岩物理力学性 质的恶化!大大增加了作用在支护上的围岩压力!容易引起坍 塌!因此必须采取疏解"经分析比较!我们决定采用8%#..钢 管引导排水!导水钢管长 %9).!按注浆小导管的加工制作要求 制作!在施工系统锚杆时一并施工!不注浆’环向每侧 $+!根! 设置在拱脚以下!纵向根据裂隙发育情况设置!一般 !.+3." 此法从监控量测看!效果比较好" %&$((洞口段设计变更的必要性和方案 %&$&0洞门形式变更及洞口段衬砌结构变更情况 针对洞口边仰坡的客观情况!设计图中要求尽量不扰动岩 体!并设计了斜交 %3:的洞门!长度近 #*." 但由于线路与坡 面近似平行!加之左侧山体陡直!表层为风化严重的页岩!局部 已风化成土状!且坡脚侵入线路达 #.以上!无法暗挖!必须刷 坡清出洞口位置" 而且!从接线路基到洞口需新修 *4.长施工 便道!需开挖右侧坡脚填筑左侧河岸!施工难度较大" 在刷坡 时!虽然施工单位采取了可靠措施!还是造成边坡的坍塌"边坡 的施工和坍塌又引起仰坡表层的溜坍!造成洞口滑坡" 因为边 坡的坍塌造成洞口段事实上的明洞!按照( 早进晚出) 的原则! 决定改洞口段 ;.暗洞为明洞施工" 修改设计时!保持洞口位 置不变!斜交改正交!洞身外侧设反压混凝土挡墙!以解决洞顶 填土收坡和起反压作用!修改设计图见下图 #" %<$&$初期支护措施变更情况 原设计隧道为=$>类围岩!进口端 !’.!出口端 !?.共 *,.为@类!初期支护参数为# 超前预支护#超前砂浆锚杆长 !<3.!采用 A##..B级钢 筋制作!环向间距 %)1.!纵向相邻两排锚杆的水平搭接长度! 0").!外插角 3C+0)D!每环 !$根’ 钢格栅#每 )";3.一榀!矩形断面’ 系统锚杆#EF药包锚杆 G$$..! 长 !93.! 间距 09).H 09).% 环向I纵向& !每环 $)93根’ 喷射混凝土#J$4早强混凝土!厚度 $41.’ 钢筋网#K*$L?!网格间距 031.M031." 隧道按新奥法原理设计!以经验类比为主" 但对于本隧道 而言!由于种种原因!设计时对隧道地质条件的了解有限!未能 考虑洞顶人工堆积土的影响!围岩在连续暴雨下!雨水大量下 渗!对岩体的压力增加也未予考虑"因此!为可靠分析洞身围岩 压力和支护体系的可靠性!应当对支护情况进行校核"为此!我 们与设计院合作!利用有限元程序进行了一般计算"按 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 !计 算采用结构 N 荷载模式! 根据初期支护和二次衬砌分担的总 荷载比例!校核其安全性和合理性" 考虑到这种特浅埋软弱围 岩荷载明确! 作用在初期支护上的荷载以松散土压力为主!因 此采用的程序为弹性地基梁有限元程序!同时雨水的影响按降 低围岩条件考虑" 初期支护按锚杆和钢支撑% 含喷射混凝土& 共要承担不少 于 34O的总荷载" 其中锚杆按组合拱原理计算!采用摩尔*库 仑准则作为塑性屈服判据!按砌体理论验算组合拱的抗压强度 和抗剪强度’钢支撑及喷射混凝土的承载能力按二者组成柔性 +,-./ +01-/2312.03 道路!桥梁与施工 #$ 安徽建筑 !""!#"! 开挖方法 优点 缺点 适用条件 环形开挖 留核心土 法 能快速及时施作 拱部初期支护 ! 利于工作面的稳 定!安全性好"利 于机械化施工 ! 速度较快! 成本 低# 拱部容易下沉 ! 有时需做临时仰 拱#开挖分块多! 围 岩 受 多 次 扰 动! 变形可能会 增大# 浅埋软岩隧道 ! 跨度大! 一般土 质或破碎围岩# 中隔墙法 $ !"#% 可有效控制拱部 下沉和收敛 "速 度较快! 安全性 较好& 工序复杂! 废弃 的临时支护工程 量大!工期长!成 本高& 大跨度隧道 !围 岩条件差! 要求 严格控制地表沉 降时& 双侧壁导 坑法 $ 眼 镜法% 开挖断面小 !利 于及时封闭 "有 利于控制拱部下 沉!变形小"安全 性好 工序复杂! 速度 慢! 工序时效性 不如前两种& 废 弃的临时支护工 程量大! 成本较 高 大跨度隧道 !围 岩条件特别差 ! 要求严格控制地 表沉降时& 支护结构!按刚架结构验算内力!强度校核按拱架承受弯矩!喷 射混凝土和钢拱架共同承受轴力"二次衬砌由于与初期支护之 间有防水板!因此不考虑切向应力!按径向作用的围岩松动压 力和被动的弹性抗力组合!校核其抗压抗拉强度!洞口段考虑 地震力作用!验算钢筋混凝土的配筋& 计算结果表明’原先的二次衬砌参数完全满足要求!但初 期支护的格栅钢架和系统锚杆大约提供 $%&’%%()*的承载能 力!在施工中应适当加强& 因此!施工中曾变更设计参数为’ 超前预支护’超前注浆小导管!长 +,-.!采用 /+0..热 轧无缝钢管制作!小导管环向间距 +12.!纵向间距 3,4.米!外 插角 5%6&347!每环 38根" 钢格栅’每米 3榀!矩形断面" 系统锚杆’ 迈式中空注浆锚杆!90-..! 长 3:-.! 间距 5,4.;5,4.$ 环向<纵向% !每环 04,-根= 喷射混凝土!钢筋网同原设计& 进洞口段 54.隧道外侧边 墙基底施做竖向注浆小导管加强 ! 小导管长 +,4.! 采用 >+0..热轧无缝钢管制作!每米 3根& +:3??地表加固处理 洞口溜坍清理完成后!暗洞进洞里程改至 @0$A855!该处 洞顶覆土层厚度仅为 5:8.! 仰坡坡度约 +0B& 首先对洞口段 51.$ 坡面长度约 5-.% 范围内的仰坡地表进行清理!宽度为 隧道开挖宽度加 51."采用网喷 !01混凝土封闭& 钢筋网格间 距 012.C012.!规格为D8圆钢!喷混凝土平均厚度 012.!以 兼起止浆墙作用&然后!施作竖向注浆小导管!小导管沿隧道纵 向 51.( 横向 50:E.! 采用F+0无缝钢管制作! 间距 ’,4.G ’,4.!梅花型布置!其中洞顶覆土层H3.段不采用竖向加固而 改用水平超前预支护 ! 小导管尖部距隧道开挖轮廓线距离 4,-.!如图 3& 小导管最短 0,-.!最长 $.!穿过堆积体入岩!’,4.& 左侧 山体薄!裂隙多!土堆积在下侧!因此!小导管要到达隧底& 边坡后缘高远!表层均为第四纪松散堆积体!不能放坡开 挖!加之上方有军用电缆!也控制着开挖边线!因此!决定边坡 按坍方后形成的坡度!进行简单的表层清理后!采用网喷 I04 混凝土封闭& 钢筋网格间距 042.J0%2.!规格为 K8(LE圆 钢!喷混凝土平均厚度 5E2.!以兼起止浆墙作用&然后!施作坡 面注浆小导管!小导管采用 M+0无缝钢管制作!长 +,-.!间距 5,%.N5:4.!梅花型布置& 施工机械为 OPQ 0RQ 3%% 型电动油压钻机钻孔 !RSQ 0-% 注浆泵注浆 & 主要参数为 ’ 水泥浆水灰比 5’5! 注浆压力 %,-T)*&0T)*!水泥浆中适当填加 -U&’1V水玻璃!以加快水 泥浆凝结!取得理想的注浆效果& +:+??暗洞进洞方案 +:+:’洞口加固 采用 W+0X3:-..热轧无缝钢管施作超前注浆小导管! 小导管长 +:-.!环向间距 3-2.!纵向间距 3:1.!水平搭接长 度!’:1.!外插角 ’1Y&31Z&埋深[3:1.米的地段已采用竖向 小导管加固" 对于洞口\3:1.地段! 沿隧道开挖轮廓线外 -12.处环向 501]范围施作 3:-.长超前注浆小导管! 间距 -12.!导管外露 -12.!和 0榀工字钢架焊接在一起!以 I01混 凝土灌注成整体明护拱!厚 -12.!明护拱的作用是’ ^钢架通过两排超前小导管与围岩紧密地结合在一起!共 同受力!可靠地承受覆盖土层的土压力!起到提前保护围岩(锁 定洞口的作用!有利于施工的安全& _通过适当的反压!可有效地起到降低仰坡坡率(稳定仰 坡(防止洞顶危石的作用& ‘利于开挖成型& +,+,0洞口段开挖方法 在围岩破碎(浅埋隧道施工中!通常有 3种开挖方法!分别 是环形开挖留核心土法!双侧壁导坑法$ 眼镜法% !中隔墙法 $ !"a% & 下表列出 3种方法的各自特点& 由于梅子岭隧道在拱顶局部为人工松散堆积土层!下部则 为严重风化的泥质页岩!存在明显的上软下硬的现象"隧道跨 度为 55.!对地表的下沉不必要有太高的要求&因此!综合从工 期(难度(成本等方面考虑!并参考笔者参加的中山门隧道施工 经验!确定采用上部环形开挖留核心土方法$ 见图 +% & 施工顺序为’ b施作超前注浆小导管加固& !"#$% &’(#%)*()$’* 道路! 桥梁与施工 #$ !安徽建筑 !""!#" !开挖拱顶部分"!进尺 #$%&!施作喷锚支护!安设工字 钢 ’ 单元和钢管支撑" (开挖左右拱腰部分)*!进尺 #$%&!施作喷锚支护!安设 工字钢 +单元和钢管支撑" ,以上 -步为上部一循环" .在/及01超前 -&2%&时!开挖3部!每次开挖 #$%&! 并及时施作初期支护" 为减少围岩应力重分布的影响!先开挖 外侧4部!再开挖内侧5部" 6开挖和支护完成 7$%&后!挖除核心土" 8仰拱开挖和混凝土灌注紧跟开挖" 9二次衬砌及时施作" :$上部开挖 用风镐配合人工开挖! 为减少应力重分布对隧道的影响! 避免造成软弱侧围岩的急剧变形! 先开挖围岩较差的外侧!然 后开挖内侧" 两侧的开挖可错开进行!每进尺 #$%&!初喷 ;<# 混凝土封闭! 挂网立钢架 ’ 单元! 并施工 =>#?钢管临时支 撑!再完成锚杆和复喷混凝土" @$下部开挖 下部开挖在上部开挖超前 -&2%&时进行! 分左右侧半幅 开挖!仍先开挖外侧!留核心土!两侧开挖错开进行" 每侧开挖 一次挖至边墙底" 采用人工风镐配合小药量震松法开挖!在进 洞口 >#&以内!尽量采用人工开挖!不是特别需要!不得放炮" 震松法爆破设计时!必须确保爆破产生的冲击波不会危及上部 土体的稳定" 因此!控制装药量采取分段微差起爆是必须和可 行的!微差爆破时!所产生的地震波相互干扰!因此强度会有所 降低 " 参照相关工程经验 ! 选定爆破参数为 # 钻孔直径 A7#&&!钻孔深 #$?&!孔距 #$-%&2#$%&!药量视具体情况由现 场技术员$领工员和爆破手共同确定" %$有关的监控量测工作 现场监控量测工作是隧道在施工过程中!对围岩支护系统 的稳定状态进行检测!以校核和调整设计的初期支护和二次衬 砌参数!是新奥法施工必不可少的施工工序" 梅子岭隧道共进行洞内外观察$拱顶下沉$洞身周边收敛 和地表下沉观测等观测项目" 为确保隧道洞口安全!在洞外右侧边坡坡顶外边缘设置一 排观测点!观测点设置成一条直线!兼沉降和位移监测!一般测 点间距 %&" 监控量测严格按设计要求进行" 从监测的结果看!边坡的 位移和沉降均在允许范围内! 说明我们的加固措施是合理的$ 科学的%洞内监测情况要复杂一些!上台开挖后!围岩在开始支 护后的 >2#B 以后!沉降趋于稳定%下台开挖后!沉降和收敛快而明 显!且持续时间长!有时 >个月以后仍有沉降" 在连续暴雨时! 曾发生初期支护开裂!钢拱架变形扭曲!量测结果显示#拱顶下 沉和洞身周边收敛均严重超过设计要求" 为此!及时增加了法 向注浆小导管!对钢架加密至 -榀 D 米!同时决定!改变开挖方 法#先贯通上台!待雨季过后再开挖下台的方法!避免围岩条件 的过度恶化" 按此方法施工!直到隧道施工结束!未出现塌方" E$几点看法 E$>梅子岭隧道在严重偏压$ 浅埋和围岩条件困难以及遭 遇 -#年一遇的特大特长雨季的情况下! 通过采取可靠的防雨 措施$合理的支护参数和开挖方法!顺利完成了工程施工!表明 我们的施工方案是成功的! 为今后类似的工程施工提供了经 验" E$<山岭重丘地区中短公路隧道的选址往往服从于接线路 线!因此洞口和洞身位置常常条件困难!而在这种隧道施工中! 洞口段的施工是关键!因此!全面慎重的进洞方案设计是工程 成功的决定因素" E$-应当慎重比较隧道的方案设计" 梅子岭隧道如果向右 侧山体内平移 %#&!虽然长度增加 %#&2E#&!造价增加约 >%# 万元!路线条件变差& 仍可满足规范要求’ !但可完全避免隧道 偏压!围岩条件相对较好!隧道埋置较深!可避免洞口长 E#& 的高边坡路基防护和施工!施工条件有一定的改善!特别是对 运营安全有较好的保障" 而按梅子岭隧道的最终造价!变更设 计达到 >%#万元!综合比较!甚至超过改线方案!值得深思" E$7应当尽量避开雨季施工洞口工程! 实在因工期需要无 法避开的!必须有可靠的防护方案!在浅埋$围岩破碎的隧道 中!雨水大量下渗对支护结构长久的影响值得进一步研究" E$%应加强监控量测工作"在现阶段!隧道设计仍以经验类 比为主!理论计算为辅!因此加强监控量测工作!进行信息化施 工是必要的" E$E隧道设计阶段的地质勘察十分重要! 特别不能忽视规 模小的隧道的详细地质调查和测绘! 对地质条件了解不足!会 给施工带来许多难以处理的的困难F有时几乎是灾难性的" 参考文献 >G关宝树 隧道力学概论HIJ 成都 西南交通大学出版 社 >KK-L- <$覃仁辉 王 成 等 隧道工程HIJ 重庆 重庆大学出 版社 乌鲁木齐 新疆大学出版社 <##>$>< -$公路隧道设计技术规范& MNM#R ># ()*+, (-.*,/0./+-0 道路!桥梁与施工 #$