隧道进口施工技术论文.doc

隧道进口隧道施工技术摘 要 ： 文章对隧道进口洞身弧形导坑预留核心土开挖方案，初期支护、防排水、二次衬砌、下穿乡村公路方案，裂缝处理施工方法以及隧道监控量测方案等进行了简要阐述。关键词： 隧道进口施工方法 下穿公路施工方案 裂缝处理措施以及施工方法（技术）前言：对隧道进口洞身弧形导坑预留核心土开挖方案，初期支护、防排水、二次衬砌、下穿乡村公路段浅埋设施工方案，裂缝处理施工方法、裂缝的以及隧道监控量测方案等进行了简要阐述1 工程概况1.隧道位于吕梁山黄土峁梁区，地形起伏大，冲沟发育。隧道进口暗洞进洞里程dk180+539，dk180+539dk180+629长90m为浅埋段，向出口方向为上坡，坡度为4.0，隧道进口位于留誉车站站外，隧道内轮廓净空断面设计加宽100cm。隧道进口段为堆积新生界新黄土、老黄土和第三系粉质黏土、泥岩。洞室开挖时拱部易产生塌陷及崩塌，侧壁不稳。1.2 隧道进口里程为dk180+530，为单洞双线隧道。其中dk180+772.05至dk180+904.56段长132.51m，位于半径为1200m的左偏曲线上，其余段均位于直线上。1.3 隧道进口dk180+556dk180+596段下穿三交留誉乡镇公路，下穿长度40m，属浅埋段，设计为黄土级围岩加强复合式衬砌，稳定性较差。乡村公路与相铁路交点里程为dk180+576，其对应位置路面高程为878.00m，洞内开挖拱顶高程为865.0m。路面距隧道开挖断面顶部为13m,隧道跨度大，埋深浅，动荷载震动大。2 施工方案的确定2.1 针对隧道进口段基底承载力低、侧应力较大、湿陷性及埋深浅等特点，施工时严格执行“管超前、短开挖、强支护、早封闭、快成环、紧仰拱、勤量测、速衬砌”的施工原则，确定隧道进口总体施工方案采用三台阶临时仰拱法的施工原则组织非爆破开挖方法，即洞身分上下台阶，上导坑采用弧形导坑预留核心土，开挖初期支护紧跟，下导坑左右边墙跳槽开挖支护，这样施工不会对隧道与公路间浅埋层产生较大扰动；上导初支钢架分三段形成，仰拱紧跟下导坑施工，开挖过程中能及时控制围岩变形，便于紧急情况时采取应急措施。二次衬砌采用自动计量集中拌和混凝土，自行液压式衬砌台车泵送混凝土施工。 2.2 施工中初期支护及早封闭成环，并进行持续的监控量测，并用数据指导现场施工。3 洞口工程及防护排水工程施工3.1 减少对洞口山体挖方，及时做好坡面临时防护针对黄土直立性强特点，采用“宽平台，陡边坡”方案，仰坡坡率采用1:1，边仰坡开挖保证坡面直顺、平整，挖方后立即进行边仰坡打锚杆挂网喷混凝土防护。3.2 在进洞前做好洞口防护排水乡村公路两侧的排水沟与隧道洞顶截水沟相连，将水顺着地势临时引流至乡村排水沟。3.3 隧道上方公路水沟处理隧道上方公路有一条顺延公路的排水沟，此水沟底部距洞顶12.4m，对洞口段洞身的开挖造成很大的安全隐患。对于水沟可能渗漏水情况，根据现场勘察，采取首先在原水沟中埋设100cmeva橡胶管进行临时排水，待洞口段二衬完成后,再对水沟进行改沟做永久性处理。3.4 穿越乡村公路的交通管理为确保隧道进口段的安全进洞及乡村公路的正常通行，根据实际勘查和隧道进洞口实际地质情况，采取加固边仰坡支护的方案进行处理，按地表距洞顶高度确定加固处理范围。施工到该段时与当地政府的交通部门协调，设立警示标牌，必要时重载车辆进行分流或禁止通行。3.5 洞顶监控量测点的布设为了能够保证下穿公路段洞身稳定、洞外安全，施工前在洞顶、乡村公路上分别布设了5排监控量测点，在洞身设置收敛、洞顶沉降点，通过建立完整的洞内外监测系统，通过量测数据了解各施工阶段地层与支护结构的动态变化，把握施工过程中结构所处的安全状态指导施工。判断围岩稳定性，支护、衬砌可靠性，确保公路交通及施工安全。3.6 隧道与既有乡村公路现状根据相关资料得知隧道下穿乡村公路段路基为湿陷性黄土，公路处于隧道进口dk180+539+596段上方，隧道开挖拱顶至路面仅13.0m，且隧道洞身跨度达11.46m。公路纵坡达7%，动载震动大。4 套拱、超前支护施工 4.1 套拱施工为保证管棚施工精度，在开挖外轮廓线以外施作纵向设置长度2m，截面尺寸11m，c25砼拱作为长管棚导向墙，导向墙内设2榀20a工字钢架，套拱内预埋140壁厚5mm导向钢管与套拱内埋设的2榀工字钢钢拱架焊成整体，导管中增设钢筋笼，提高大管棚的抗弯能力，钢筋笼由4根22主筋和固定环组成。钢花管上钻注浆孔，孔径1016mm，孔间距15cm，呈梅花型布置，尾部留不钻孔的止浆段110cm。套拱内导向管安设的平面位置、倾角、外插角的准确度等直接影响大管棚的施工质量，施工中严格控制。施工使用普通水平液压钻机施钻，5 洞身开挖5.1洞身上导开挖采用人工配合机械，弧形导坑预留核心土开挖方法，严禁采用爆破开挖。挖掘机开挖预留20cm30cm左右厚度，人工开挖修边。上台阶开挖高度设置为3.5m，按五寸台尺寸对上台阶进行开挖，开挖断面考虑设置临时仰拱，进尺控制在1.6m范围内。 找顶后初喷34cm砼，安装格栅钢架或钢拱架，采取人工出碴，施作系统锚杆、贴钢筋网，然后再复喷砼至设计厚度。 继续开挖上台阶，使之与中台阶距离一般不超过5m。1 开挖上台阶核心土，中台阶两侧边墙采取马口跳挖方法，严禁左右两侧同时落底，对边墙钢拱架进行接长，2开挖中台阶核心土，下台阶两侧边墙采取交错跳槽开挖，开挖长度控制在1.8m以内。对边墙钢拱架进行接长至边墙脚。中台阶与下台阶距离控制在1520m。3 开挖下台阶核心土及隧底，及时施作钢拱架进行封闭成环，避免暴露时间过长而引起上部拱脚沉降。 4施作永久性仰拱及边墙基础施工，并施作部分填充。5.2 特别是洞口段第一次仰拱成环是进洞成败最为关键的一个环节，也是非常危险的一个环节，处理不好会造成洞口坍塌。先停止掌子面、下导开挖，喷混凝土封闭掌子面，第一次开挖2榀拱架（1个间距），纵向长度60-120cm，开挖后迅速安装工字钢拱架2榀，用间距1.0m22纵向连接钢筋对两榀工字钢拱架进行焊接连接，即进行喷混凝土。6 初期支护施工根据隧道进口洞身土质，初期支护设计采用锚喷支护。初期支护是复合式衬砌的重要组成部分，一方面锚喷支护具有很好的及时性、密贴性和封闭性，它能及时封闭开挖面，阻止土体变形；另一方面，锚杆和钢筋网片具有一定的延展性，它可以允许洞身土体沿横向和纵向有较大的变形，甚至和被加固土体一起作整体位移，而仍能继续工作不失效。施工过程中，要求根据监控量测提供的围岩和支护变形量、变形速率、应力应变等信息对设计参数和施工方法进行必要的调整和修改，以保证施工阶段的安全和支护体系有足够的安全性。锚喷支护施工工艺流程如图4所示。6.1 初喷砼隧道开挖整修完毕后，应立即初喷35cm厚的混凝土，其作用是封闭开挖面并找平，以防止围岩应力集中及土体松弛变形而可能导致的坍塌。6.2 锚杆施工（1）钻孔。采用气腿式钻打锚杆孔，严禁使用水钻。（2）锚杆安设。锚杆注浆安装前须先做好材料、机具、脚手平台和场地准备工作，注浆材料使用硅酸盐或普通硅酸盐32.5水泥，粒径小于2.5mm的砂子，并须过筛，胶骨比1:0.51:1，水灰比0.380.45，砂浆标号不小于m20。（3）特别注意锁脚锚杆施工，每侧拱脚每个连接处设2根锁脚锚杆，长度4.0m。6.3 铺设钢筋网（1）钢筋网一般在系统锚杆施作之后安设，但如遇到围岩松散地层，拱部易坍塌或掉块，为了给作业人员提供防护，可先施作钢筋网（必要时亦可先架设钢架）。（2）钢筋网网格尺寸为2020cm。钢筋网采用6.5钢筋事先加工制作成22m的方片，施工时运至工作面进焊接安装。（3）钢筋网铺设紧贴岩面，并保证其保证保护层厚度不小于2cm。（4）钢筋网的节点与锚杆接头采用电焊的办法焊接牢固，确保喷射砼时不晃动。6.4 型钢（格栅）拱架施工洞口段及洞身土质为新黄土时，采用i20工字钢拱架加强支护，纵向间距60cm；洞身土质为老黄土稳定性较好时，采用钢格栅支护，主筋采用4根25钢筋，纵向间距90cm。钢架在洞外按设计尺寸加工成型，洞内安装在初喷砼和挂网之后进行，用定位锚杆固定，两侧拱脚和墙脚用锁脚锚杆固定，钢架间设纵向连接筋。喷砼包裹。（1）现场加工制作。钢架应按设计要求预先在洞外结构件厂分段加工成型。（2）钢架加工后进行试拼。（3）钢架架设工艺要求 钢架必须放在牢固的基础上，施工时将基础底部虚碴清理干净，用喷砼或砼找平；在软弱围岩地段，基底承载力不能满足设计要求时，在钢架基脚处设槽钢以增加基底承载力。 架立时垂直隧道中线，当钢架和初喷层之间间隙过大时设置垫块，用喷砼喷填。 为增强钢架的整体稳定性，将钢架与锚杆焊接在一起。沿钢架纵向设直径为22cm的纵向连接螺纹钢筋，并按环向间距1m设置。 钢架架立后尽快喷砼作业，并将钢架全部覆盖，使钢架与喷砼共同受力。6.5 喷射混凝土施工喷射砼采用干喷法，喷射前埋设喷厚控制标志钉。选择喷射料时，要对所使用的各种原材料进行试验，保证原材料的质量。喷射砼时严格按施工配合比计量配料。喷射作业采用自下而上分层分段进行，一次喷射厚度，拱部5cm，边墙6cm。喷射时喷头应垂直于受喷面，喷头距离受喷面以1.52.5m为宜，先找平凹处再开始喷砼，喷头运行轨迹为螺旋状，后一层喷射在前一层砼终凝后进行，确保喷层厚度均匀、密实。喷射砼终凝后2小时起即开始洒水养护，养护期不少于14天。7 超前辅助施工措施超前支护辅助措施采用套拱在洞内施作42超前小导管，壁厚3.5mm，管长3.5m，钢管前端加工成锥形，尾部焊接钢筋加固箍。钢管沿隧道开挖外轮廓线布置，外插角1015打入围岩，环向间距0.3m，纵向每隔两格栅施作一环，相邻两排小钢管搭接长度不小于1.0m。黄土v级围岩不注浆。8 隧道下穿乡镇公路浅埋段施工方法为确保隧道进口段的安全进洞及乡镇公路的正常通行，根据实际勘查和隧道进洞口段实际地质情况，采取加固边仰坡支护的方案进行处理，按地表距洞顶高度确定加固处理范围，确保安全通过。为保证开挖安全，减少开挖对隧道周边围岩的扰动，保证乡镇公路和周围土体的稳定，施工采用三台阶临时仰拱法，施工中分部开挖、及时支护，二衬紧跟。严格按照“管超前、短开挖、强支护、早封闭、快成环、紧仰拱、勤量测、速衬砌”的施工原则组织施工，确保安全通过 9 裂缝处理施工方法隧道进口dk180+930dk180+983段，在2011年01月09日凌晨5:00左右，隧道两侧（内轨顶面高3.2m处）发生在喷射混凝土面剥落、水平开裂现象，最大裂缝达78cm。9.1.2工程地质因素工程地质条件变化是造成隧道塌方的主要原因。一般对隧道设计的地质勘探，仅有的几个勘探钻孔很难准确的掌握隧道岩体的岩性、断裂构造和节理裂隙发育情况，岩石的类型虽易判断清楚，但断层节理发育情况却千差万别。因此在隧道施工中，局部地段地质构造变化、断层破碎带、软弱夹层等工程地质条件变化，如果施工预防措施不当、不及时，极易造成隧道表面剥落、开裂、坍塌方事故。9.1.3水文地质因素水是隧道施工中最难控制的因素之一。 在隧道施工中，对水的作用切不可忽视，地下水是一个体系，随时随地都在变化，受地形、地貌、地质、气候等条件影响。在隧道施工中，由于岩土中水的变化，水沿岩体软弱面流动，破坏岩体组织，造成岩体失稳而发生坍塌方事故；雨水渗入断裂带及裂隙后形成滑面，岩石相互滑动，内力挤压型钢变形也易形成喷射混凝土表面剥落、开裂现象（该段无水）。9.1.4地质预报和监控量测地质预报和监控量测是施工的重要环节。地质预报工作应在隧道开工后不间断进行。在隧道施工中，监控量测必须按施工方案及规范要求进行，但施工中往往因监控量测不到位，数据的真实和点位的控制不准确、不符合要求，不能及时用量测数据指导施工，在施工中没有起到指导作用，造成边墙开裂、拱顶塌方。9.15现场施工管理 隧道施工过程中，安全管理、施工监控等至关重要。隧道在施工该段时，因为操作人员安全意识不强、安全检查不到位、现场施工控制力度不强等等因素，是造成本次事件的又一重大原因之一。9.2隧道施工预防坍塌方措施 围岩的变形破坏，失稳坍方，是从量变到质变的过程，在量变的过程中，必然会在围岩的工程地质和水文地质特征及岩石力学上反应出一些征兆。因此，根据这些征兆来预测围岩的稳定性，进行地质预报，从而保证施工的安全，防治隧道坍塌方。围岩的变形破坏,失稳坍方，有以下一些征兆。1.遇特殊和不良地质条件，如断层及其破碎带、滑动层、溶洞、陷穴、古河槽、堆积体、流沙、淤泥、地下水、松散地层等稳定性差的围岩。2.水文地质条件的变化，如干燥的围岩突然出水，地下水突然增多，涌水量增大，水质由清变浊(地下水将断层泥带走)等都是即将发生坍方的前兆。3.开挖面上有可能不稳定块体出露，尤其是小断(夹)层或其它软弱结构面和围岩的节理裂缝构造可能不稳定块体的出露处，往往是局部围岩坍方的部位。4.拱顶不断掉下小石块，甚至较大的石块相继掉落，预示着围岩即将发生坍方。5.岩石裂缝旁出现岩粉或洞内无故发现有岩粉飞扬时，也说明可能即将发生坍方。6.围岩发生裂缝，并逐步扩大，很可能要发生坍方。7.支护受力(敲击发声清脆有力,拱架接头挤偏或压劈等)变形甚至发出声响时，说明围岩压力增大,有坍塌的可能。8.喷射砼出现大量的明显裂纹，亦说明围岩压力增大，有可能出现失稳坍方。9.围岩或隧道支护，拱脚附近的水平收敛率大于0.2mm/d，或拱顶下沉量大于0.1mm/d，并继续增大时，说明围岩仍在发生变形，处于不稳定的状态。9.3处理方案、强制要求采取短进尺、预留核心土法进行隧道开挖，开挖过程中尽量采用机械配合人工作业，避免爆破扰动围岩，必要时封闭掌子面施工；、在裂缝处采用人工风镐凿除，清理出一条顺着裂缝宽80cm、长3.0m、深度为该段设计喷砼厚度的槽，特别在钢支撑连接处要把浮土清理干净，加设纵向钢筋，并与钢支撑牢固焊接，在两榀工字钢之间加打系统径向锚杆也与纵向钢筋焊接，径向锚杆采用22mm螺纹钢，间距1.5m0.4m梅花型布置，l=1.5m；喷射混凝土采用强度为c25，复喷至设计厚度、二次衬砌采用隔仓浇注混凝土的方法dk180+930dk180+983段隧道中线填充面处采用20a工字钢斜撑加强对边墙开裂剥落面进行加强。、在将隧道开挖预留变形量由12cm调整为20cm，确保围岩变形后不侵入二衬混凝土保证二衬厚度。、按此施工后,加强监控量测,反馈数据,验证支护参数,以便进行调整；、加快二衬进度，尽早形成封闭环，1控制岩变形。10 监控测量隧道开挖前，在地表距套拱5m、10m、20m埋置3组地表沉降观测点，用水平仪观测地表下沉值1次，之后每个月观测3次，在隧道施工过程中，从第一组初期衬砌开始，一个断面内在拱顶和2个拱脚处埋设5个观测点，用收敛计和水平仪分别观测拱脚水平收敛值和拱顶下沉值，随着隧道施工的前进，每1030m做一个观测断面，最前端一个断面紧跟掌子面。前15天每天观测1次，以后1个月内3天观测1次，之后每月观测3次。洞口段施工中监控量测频率要加密，特别是仰拱成环施工时精密水平仪安设好后进行不间断连续观测。同时根据观测结果及时反馈到施工中去，对预留沉降量进行调整。11 隧道防排水系统施工隧道防排水系统是隧道结构安全及正常运营的重要因素，施工时应按设计要求严格施作，并根据现场水文地质情况增设防排水体系。（1）防水板施工防水板洞外下料及粘（焊）接防水板按环向进行铺设，根据开挖方法，设计断面、规范规定的搭接尺寸及一个循环的长度来确定防水板的下料尺寸，将剪裁好的防水板平铺，按规范要求搭接，再粘（焊）接成一个循环所需要的防水板，对粘（焊）接好的防水板进行抽样检查，合格后将一个循环的防水板卷成筒状待用。(2)防水板的铺设将防水板铺设台架于作业段安装就位。 沿隧道拱顶中心线纵向铺设尚未充气的气囊。 在支撑架气囊上纵向铺设悬承用的8#铁丝。将一个作业循环长度卷成筒状的防水板置于支架中央。 放开防水板使之自由垂落在支撑架两侧，然后用同样方法铺设土工布滤层，并与防水板密切叠合后整体铺设。 旋转丝杠将支撑架升起，使防水板及滤层尽量贴紧隧道壁面。 给气囊充气。 卸掉上一循环固定悬承拉线的膨胀螺栓，将上一循环的拉丝铁丝与本循环的悬承拉线逐根相连，张拉铁丝将防水层与壁面贴紧，然后将悬承铁丝的另一端固定在临时膨胀螺栓上。 悬承顺序为先拱后墙，由上而下进行，考虑到拱部受力较大及悬承铁丝有一定弹性，拱顶及两侧拱脚各设二道6的圆钢悬承。相邻环向防水板间的搭接缝，采用15cm宽的三合板置于锚喷面上与前一组防水板端头作为粘（焊）接平面垫板，边粘（焊）边沿环向移动三合板，粘（焊）完成后撤出三合板旋转丝杠，下降支撑架，放掉囊中空气，取走气囊，本循环防水层铺设即告完成。12 隧道二次衬砌（1）施工方法隧道衬砌全部采用全断面整体式衬砌。为了加快衬砌速度并确保洞身安全，在每个隧道洞口配备一台10m长整体式液压钢模板衬砌台车。混凝土浇筑采用hbt60c型砼输送泵灌注，砼由搅拌运输车运输，以插入式振捣器为主要振捣方式，台车自带附着式振捣器为辅助振捣方式。（2）养护和拆模 养护方法：隧道衬砌养护采用高压水冲洗湿润的办法，经常要保持砼湿润，保养期限一般为10天。养护的洒水期限与水泥品种、空气湿度、气温等条件有关。 拆模时间：对于不承重的侧面模板待砼强度达到2.5mpa以上时可拆除；对于承重模板须待砼达到设计强度的70%以上时方可拆除；对于受较大围岩压力的模板须待砼达到设计强度的100%后才能拆除。（3）黄土隧道要坚持衬砌紧跟，确保衬砌距掌子面不得大于30m。13 结束语山西中部铁路通道隧道洞身为结构松散、稳定性较差的黄土，特别是处于围岩浅埋段，冲沟多，埋深浅，堆积新生界新黄土、老黄土和第三系粉质黏土、泥岩，土质疏松多孔，垂直节理发育，属湿陷性黄土，施工时极易掉土、坍塌。我们通过超前大管棚预注浆法加固洞口段，短进尺及时施工初期支护，仰拱先行，衬砌紧跟等一系列施工方法，安全地通过了级围岩浅埋及下穿乡村公路段的施工，为隧道早日正常施工创造了条件，也为我们安全出洞积累了丰富的经验，同时，对于浅埋黄土隧道施工，笔者有以下几点体会：（1）浅埋黄土隧道施工时，应严格遵循“管超前、短开挖、强支护、早封闭、快成环、紧仰拱、