大断面粉砂土隧道出洞施工技术冯晓东

1、大断面粉砂土隧道出洞施工技术冯晓东 （中铁十二局集团第三工程有限公司，太原 030024） 对于单口掘进的中、短隧道，安全出洞是实现整座隧道顺利贯通的关键工序。大西客运专线下白隧道、朱摘 要家山隧道洞口端河沟深切、地质条件差，如采用单侧掘进贯通的施工方法，易引发边坡失稳及工程性滑塌、坍塌，同时可能产生冒顶，安全风险大；从出口端开辟工作面，需另外增加空压机发电机等大型设备，投入较高，耗时长。施工中通过采用上台阶超前导洞出洞从出口端反掘贯通的施工方案，成功解决了隧道出洞难题，取得了显著的经济 效益和社会效益，颇值类似工程借鉴。 大断面；隧道；超前导洞；三台阶开挖法 关键词Abstract Safe

2、 digging out is the key process to run through the tunnel smoothly in aperture heading for middle,short tunnel. Because geology is poor and Rain-fed stream is deep at xiabai and zhujiashan tunnel of DaXi passenger rail line, and if single-sided driving is processed , engineering sliding, collapse an

3、d slope instability is easier to be triggered, and may have a roof, security risks; if construction is benginned from the outlet port open face, additional equipment such as air compressors-generators is needed,which means more input and longer time.Through the use of higher level in advance of cons

4、truction hole out from the outlet port programmer against driving through construction, successfully solved out the problems. key point to technical control and precautions during the construction is introduced based on engineering practice. Keyword Large section tunnel; Advanced drift; Three-step e

5、xcavation method; 1工程概况 新建铁路大同至西安客运专线8标段朱家山隧道740m/1座，下白隧道632m/1座，均属于中隧道，施工中采用单口掘进，因此，安全出洞成为整座隧道顺利贯通的关键。隧道地质情况较复杂，2最大开挖断面达162m，黄土台塬地貌，冲沟发育，边坡陡直。粉砂土的不良地质及偏压对洞身结构有一定影响，洞口段施工难度大。 2施工方案 2.1施工方案的优化 原设计隧道出口段采用长大管棚超前支护，从出口端开辟工作面双侧壁法暗挖施工，基于以下1原因对施工方案进行优化。 （1）双侧壁法开挖分部较多，每部开挖需距离35m，因此纵向距离较长，导致仰拱、衬砌与开挖面距离过长，不能及

6、时封闭。临时支撑较多，黄土隧道洞口段施工不宜爆破扰动，人工拆除困难。 （2）洞口端地形复杂，从出口端开辟工作面难度大，耗时长，需增加大型设备，经济代价高；如采用单侧掘进贯通的施工方法，易引发边坡失稳及工程性滑塌、坍塌，同时可能产生冒顶，安全风险大。 根据实际施工情况综合比较，提出了采用小导洞提前出洞从出口端反掘的施工方案，洞身开挖采用三台阶预留核心土弧形开挖法。 2.2优化后的施工方方案 所示。1优化后的施工断面示意图，如图 2.2.1 横断面 纵断面 图1 优化后施工工法横、纵断面图 2.2.2施工关键技术及控制要点 2 1）洞内三台阶施工000 （1）采用密排超前小导管进行超前支护，导管长

7、度4.0m，外插脚1015，拱部140 范围内设置，根据地质进行加密，局部环向间距调整至10cm。 （2）快速支护技术：针对粉砂土不稳定性，开挖以人工为主，单工序分区段作业，及时喷砼封闭。由于采用I25钢架且单元长，重量过重，安设时工人劳动强度大，耗时较长，针对这一现象，采用自制的钢架安装辅助工具，是一种钢拱架安装时抬升、固定的辅助工具，制作简单，耗材少，通过转动焊接在螺帽上的扳手，使螺杆支撑钢架升高到设计高度，由于有上端卡口与钢架连接牢固， 所示。2少数工人通过该装置即可将钢架固定牢固，大大缩短了工序作业时间，如图 钢架安装辅助装置2 图（3）严格控制台阶长度，不得超过5m，仰拱、衬砌及时跟

8、紧，仰拱距开挖面不超过15m，二衬距开挖面不超过30m。 （4）鉴于洞口段浅埋覆盖层较薄，且地质条件复杂。初期支护刚度必须保证，应采用强支护，确保施工安全。采用I25a工字钢钢架，间距60cm，喷射混凝土厚度35cm，打设3.5m长22砂浆锚杆作为系统加固锚杆，间距100cm120cm，台阶拱脚处均安设4根42锁脚锚管（L=4米）将钢架与岩体紧密连接，底角置于基岩上，不能有悬空现象，8钢筋网（20cm20cm），初期支护全断面封闭成。 （5）当中、下台阶地质为粉砂土地层时，针对该地质开挖时自稳差的特点，为了缩短封闭时间，我们对三台阶开挖法进行了一定的调整，上台阶分区段开挖支护，中、下台阶进一步

9、各划分为两个台阶，形成四台阶或五台阶开挖法，这样就可在支护施工中快挖、快支、快封闭，如图3所示。 五台阶开挖示意图图3 2）超前导洞施工 混凝土封闭，粉砂C25厚的5cm处，停止正洞开挖掘进，喷射15m当掘进至距离出洞位置剩余土地质挂设钢筋网片，开始超前小导洞掘进施工。小导洞采用较小的半椭圆断面结构，施工中采用3.0m(宽)2.0m(高)，位于正洞上台阶断面线路一侧，利用洞身本身结构钢架和临时支撑构成导洞支护，减少临时支撑，耗材少且拆除方便。导洞开挖施工过程中可探明洞口段地质情况，起到超前预报的作用，对后续开挖施工具有指导意义，如图4所示。 超前导洞贯通图4 3 ）反掘进洞3待小导洞开挖支护完

10、成后，所有的施工管线与材料均从此通过。 （1）出口端刷坡减载反压回填：出口端地形偏压较为严重时，必须提前对偏压进行处理，在尽量少扰动地表植被的情况下，将地形较高一侧土体刷坡反压至另一侧，坡比为1：0.3,为了确保反压土密实稳定，每40cm填筑一层用挖掘机反复碾压，人工辅助夯实，并由实验室跟踪检测密实度达到85%后再进行下一层回填。为了避免雨水冲刷造成洞口施工不便，回填表层采用三七灰土回填夯实，并形成自然坡将雨水引入旁边的自然沟中。 （2）按照设计文件施作洞顶截水天沟和边仰坡防护。为了确保洞口的稳定与安全，边仰坡均不宜开挖过高，尽量少破坏原有地形和围岩的稳定状态。 （3）洞口大管棚施工：洞口段浅

11、埋且地质条件复杂，为了保证洞口段施工安全，控制隧道下沉，采用大管棚支护，利用大管棚提供的梁式结构为后序开挖施工预支护。 然后按照进洞的施工步骤，采用三台阶预留核心土环向开挖法施工，完成最后15m暗洞段落的4开挖掘进施工任务，及时施工洞口仰拱。 4）监控量测 洞口段围岩稳定性差，洞内监控量测点加密，布置断面间距为5m一个断面，每个断面埋设7个点；地表沉降桩埋设12个断面，每个断面间距5m，横向间距为隧道中线开始每2m布设一个点，超过洞身最大跨度后5m布置一个点。地表沉降观测桩和洞内围岩量测点布置在同一横断面上，量测频率应和洞内围岩量测观测频率相同。 量测方法:观测点采用莱卡反光片，通过全站仪行无

12、接触测量。 监测结果分析：洞口段共测设10个断面，累计拱顶沉降最大值为48mm，最小值为17mm，平均值为25mm；水平收敛累计最大值为28mm，最小值为11mm。从监测结果知，该施工方法对洞口段施工变形控制良好，安全系数高，证明该施工方案是可行的。 3施工注意事项 1）在黄土质砂粘土及新黄土浅埋地层，如洞口段、河谷段、偏压段，应采用超短台阶开挖，随挖随支，衬砌紧跟，尽量缩短衬砌和开挖距离，减少围岩暴露时间，按设计做好超前支护； 2）洞口浅埋地层段施工时根据变形情况（围岩量测数据分析）加大预留变形量20cm40cm； 3）黄土隧道洞外施工时，对线路有影响的陷穴等要及时回填；对地形偏压的地段谨慎

13、施工，最好先对偏压地形进行处理，洞内施工时应加强施工支护； 4）加强洞内施工用水管理，排水应畅通，严防软化地基出现坍塌； 5）位于软塑层上或砂土类地质的隧道应及时施作仰拱和封闭钢架，变形量偏大时加设横撑，特别是隧底部分，防止钢架内移失稳； 6）黄土隧道在上半断面施工支护完成并进行下部开挖时，拱脚位置应预先采取加固措施，按设计打设锁脚锚管，并采用扩大拱脚的形式增加拱脚喷层厚度以扩大拱脚受力面积，提高钢架基底承载能力，防止下部开挖拱脚失稳造成钢架下沉； 4结束语 大西客运专线下白隧道、朱家山隧道出洞段施工时，将三台阶开挖法和超前导洞法相结合，通过超前导洞提前贯通从出口端反掘至贯通的施工方法，成功解决了复杂地形和地质条件下大断面黄土隧道出洞施工难题。规避了单侧掘进贯通易引发洞口滑塌等安全风险，简化了施工程序，减少了临时支撑，节约了施工成本，有效提高了施工进度，得到业主、监理和同行的高度好评，取得了良好的社会效益和经济效益，颇值类似工程借鉴。 参考文献 1韩莉.复杂地