偏压超浅埋大断面黄土隧道施工技术

偏压超浅埋大断面黄土隧道施工技术 2010年第5期 铁道建筑 RailwayEngineering59 文章编号:1003—1995(2010)05—0059—03 偏压超浅埋大断面黄土隧道施工技术 史赵鹏 (中铁十二局集团第二工程有限公司,太原030032) 摘要:结合郑西铁路客运专线坳渠隧道施工实例,介绍了偏压,超浅埋,大断面黄土 隧道洞口段的施工技 术,对施工中出现的问题,分析产生的原因后,提出了解决方案与建议,对类似偏压 超浅埋黄土隧道工程 施工有一定的参考借鉴意义. 关键词:偏压超浅埋大断面黄土隧道施工 中图分类号:U455.4文献标识码:B 1工程概况2 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 郑西铁路客运专线坳渠隧道全长276m,隧道按 客运专线双线350km/h设计.隧道衬砌内轮廓最大 跨度13.3m,最大高度11.18m,隧道内净空面积(轨 顶面以上)为100m,开挖断面为164m.地层岩性 为Q:老黄土夹砂卵砾石透镜体及古土壤层,局部含上 层滞水,具有膨胀性,上伏第四系上更新统Q黏质黄 土.进口段78m范围内覆盖层厚仅为3,6m超浅 针对进口段超浅埋的特点,原设计为明挖后施作 明洞衬砌,后经现场踏勘并约请专家论证,确定为明洞 暗作的施工方案.总体施工方案为从出口向进口方向 采用"三台阶七步流水作业法"施作(图1),严格遵循 "先预报,管超前,弱爆破,短进尺,强支护,早封闭,勤 量测"的原则,当施作至浅埋段时停止掘进.同时从 进口提前施作大管棚后,从进口向出口方向采用"三 埋,同时山体偏压,为超浅埋偏压隧道.台阶七步流水作业法"单工序施工. 韶前古枇^,超前支护 ? /,/?一J :6.2一_l埘Z-;Zj一二一:一:, 6.3…槲I栈桥 越0冬兰一—j]【.--一1 352—32—32—32—315,2514~60 (a)正面(b)纵断面 图1三台阶七步流水作业施工工序(单位:in) 2.1洞口边,仰坡开挖 根据设计边坡,仰坡开挖边线测量放样,安排人工 配合挖掘机分层自上而下开挖,随挖随支,分层高度为 2133.开挖边,仰坡时,人工用坡度尺控制坡比,分层支 护严格按照设计参数进行,挖至上台阶高度时,预留管 棚机作业平台,准备施作超前长管棚. 2.2大管棚施工 收稿日期:2010-01.23;修回日期:2010-02—20 作者简介:史赵鹏(198l一),男,山西太原人,助理工程师. 管棚长度为60m,由4,1o8mm的无缝钢管组成, 环向间距40cm(见图2),共46根,布管范围夹角 135.,每根钢管长6in,壁厚6mm.钢管的外插角为 1.,3.,采用自进式管棚机施工,管棚机型号为北京中 易恒通HTG一100型钻机,钢管接长采用内接丝,通过 15,20cm长的内接管车丝及无缝钢管内孑L车丝,将6 nl长的无缝钢管连接起来,保证两根钢管连接处维持 在一个面上(即保证连接处的平整度).安装好有孔 钢花管后即对孔内注浆,浆液由ZJ-400高速制浆机拌 制.注浆后再施工无孔钢管,无孔钢管可以作为检查 60铁道建筑 管,检查注浆质量.采用注浆机将砂浆注入管棚钢管 内,初压0.5,1.0MPa,终压2MPa,持压15min后停 止注浆.注浆量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, 直至符合注浆质量标准,确保钻孑L周围岩体与钢管周 围孑L隙均由浆液充填,方可终止注浆.注浆时先灌注 "单"号孑L,再灌注"双"号孔,注浆工艺示意于图3. 喷射 \||/f135o …钢筋网衬砌厚. ,/\/ \/ ,J f 【寸 ,,. 娶 一 一 图2大管棚施工横断面(单位:m) 图3注浆工艺示意 2.3套拱施工 管棚施工结束后,沿管棚轮廓线在其下方安设I25 工字钢架.工字钢架与管棚外露部分用钢筋连接牢 固,在管棚外轮廓铺设外模,进行混凝土导向墙施工, 为暗洞施工创造条件. 2.4开挖及初期支护 采用"三台阶七步流水作业法"单工序施工,将开 挖断面分为上,中,下及底部四个部分逐级掘进施工. 上部宜超前中部3,5m,中部超前下部3,5m,下部 超前底部10m以内.为方便机械作业,上部开挖高度 控制在4.5m,中部台阶高度也控制在4.5m,下部台 阶控制在3.38m. 严格实行单工序作业,开挖上导时停止中下导及 底部施工,开挖中导或下导时每次只进行单侧开挖,同 时停止上或中下导另一侧及底部施工,其它工序类似. 开挖时每一循环开挖长度控制在0.6m. 为保证安全,开挖前拱部施作42mm超前小导 管对拟开挖土体进行注浆预加固,待浆液达到一定强 度后,采用挖掘机开挖,预留一定厚度由人工持风镐修 边到位. 每一台阶开挖完成后,及时喷射4em厚微纤维混 凝土对围岩进行封闭,施作系统锚杆,设立型钢钢架及 锁脚锚杆,最后铺设钢筋网,分层复喷微纤维混凝土到 设计厚度,完成一个开挖循环. 2.5仰拱施工 下导初期支护完成后,根据黄土隧道地 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 沉降观 测及洞内围岩量测数据获知:在仰拱施作之前,拱顶下 沉速度与隧道周边变形速率较大,围岩处于不稳定状 态;待仰拱初支完成后,拱顶下沉速度与隧道周边变形 速率趋于缓和;待仰拱完成后,拱顶下沉与水平收敛基 本停止.故仰拱宜尽量紧跟开挖面施工,以有效地控 制其变形,洞口段仰拱与掌子面距离控制在10,15m 以内,一次开挖长度控制在3m以内,可分两次开挖待 仰拱初支达到5m长度时,采用栈桥进行全幅一次性 施工仰拱填充. 2.6二衬施工 隧道衬砌要遵循"仰拱超前,衬砌紧跟,墙拱整体 衬砌"的原则,仰拱施作完成后,衬砌与掌子面距离控 制在50m以内,利用多功能作业平台人工铺设防水 板,绑扎钢筋后,采用液压整体式衬砌台车进行二次衬 砌(采用拱墙一次整体灌筑施工).混凝土在洞外采 用自动计量拌合站集中拌合,混凝土搅拌运输车运至 洞内,混凝土输送泵泵送人模.混凝土浇筑要左右对 称进行,防止钢模台车偏移. 3施工中出现的问题及对策 3.1施工中出现的问题 隧道套拱施工完毕后,即开始进行上导掘进,当上 导掘进5m时,发现地表开始出现5mm左右环向裂 缝,当上导掘进至10m时,中导跟进至5m,地表裂缝 进一步扩展至2em,同时在洞顶线路方向右侧距中线 4,6m范围出现3条纵向裂缝,裂缝最大宽度达到3 cm.同时监控量测数据显示,地表沉降最大值为106 mm,拱顶沉降最大值为228mm.根据观测到的数据 显示,施工段地表裂缝扩展与拱顶下沉具有加剧的趋 势,因此决定立即停止掌子面掘进. 3.2原因分析 初步分析引起该段沉降及裂缝较大的原因主要 有: 1)该段覆盖层厚度为3,6m,全部为第四系粉质 黄土,地质条件较差,对大跨度隧道难以形成成拱效 应,虽然施作了大管棚,但初期支护难以完全承受上部 荷载; 2010年第5期偏压超浅埋大断面黄土隧道施工技术61 2)山体存在严重偏压,致使洞身存在偏压现象; 3)施工时未严格按照单工序施工,施工中导时未 按照单边开挖的原则,而是交错开挖了两侧中导; 4)施工中仰拱未能及时闭合; 5)施工过程因下雨造成部分雨水下渗. 3.3采取的主要对策 1)进一步减小拱架间距,将拱架间距由原设计 0.6m缩小至0.4m,同时针对拱顶下沉量较大,采取 抬高钢架,预留沉降量调整为25cm的措施,确保二次 衬砌厚度. 2)增加锁脚锚管数量与长度,数量由原设计4根 增加为8根,长度由4m增加至6m,以增加初期支护 的刚度. 3)扩大拱脚基础,增设支撑垫板来增强拱脚承载 力,减小拱顶下沉,提高钢架支承能力. 4)对洞顶部分土方进行减载,对线路右侧进行反 压回填,防止洞顶山体向右侧位移. 5)对洞顶裂缝进行注浆及堵塞处理,并在洞顶覆 盖彩条布,以防止雨水下渗. 6)严格按照单工序作业,停止掌子面施工,将开 挖掌子面采用挂网喷射混凝土封闭,立即进行封闭仰 拱施工. 7)必要时增设临时仰拱进行封闭,根据量测值加 设工字钢横撑. 采取上述处理措施后,洞内及地表沉降变形趋于 稳定,确保了隧道的安全与正常施工. 4体会 通过该偏压超浅埋大断面黄土隧道洞口段的施 工,主要体会及结论如下: 1)洞口段虽然设计有大管棚,具有良好的拱梁效 应,但对超浅埋偏压隧道作用有限,对沉降与变形仍要 引起高度重视. 2)地表沉降观测与围岩量测是隧道施工的重要 工序,也是施工现场判定围岩是否稳定的依据之一,应 根据监测资料采取相应的工程措施.从洞口段隧道监 测资料发现,洞内沉降值远大于地表沉降值,洞内沉降 值上导开挖时较小,随着中下导的开挖数值逐渐变大, 到仰拱初支封闭后沉降值变小,仰拱填充施作完毕后, 沉降趋于停止.所以尽早进行仰拱封闭是控制变形的 一 道关键工序. 3)浅埋隧道围岩及初期支护变形过大或变形不 收敛,又难以及时补强时,可提前施作二次衬砌,以改 善施工阶段结构的受力状态,此时二次衬砌应予以加 强. 4)"三台阶七步流水作业法"应用于大断面浅埋 黄土隧道有其独特之处,始终要坚持"先预报,管超 前,弱爆破,短进尺,强支护,早封闭,勤量测"的原则. 对浅埋洞口段一定要坚持单工序作业,根据地质变化 合理选择预留沉落量,增加锁脚锚管,扩大拱脚基础, 增设支撑垫板,同时以仰拱初喷混凝土增强地基承载 力来减小围岩松弛,收敛变形. 5)对浅埋黄土隧道,要特别注意地表水下渗,影 响隧道结构稳定.采取回填夯实,封闭等改变地表水 径流条件等工程措施,避免地表水下渗影响结构安全. 6)对浅埋,偏压,黄土等特殊地质隧道,施工方案 的确定一定要邀请专家进行可行性论证,以确保方案 的安全性与有效性. 参考文献 [1]中华人民共和国铁道部.TZ2l4—2o05客用专线铁路隧 道 工程施工 建筑工程施工承包1园林工程施工准备消防工程安全技术交底水电安装文明施工建筑工程施工成本控制 技术指南[S].北京:中国铁道出版社,2005. [2]康军.黄土公路隧道设计与施工技术研究[D].西安:长安 大学,2006. [3]罗定伦,高波.采用长大管棚预支护进洞技术的理论与实践 [J].铁道建筑,2008(3):35.37. [4]雷春洁.超前支护在浅埋及软弱围岩隧道施工中的应用 [J].铁道建筑,2009(6):37—39. [5]关宝树.隧道工程施工要点集[M].北京:人民交通出版社, 2003 (责任审编孟庆伶)