铁路隧道软弱围岩段分修变合修大跨过渡段施工技术资料

1、铁路隧道软弱围岩段分修变合修大跨过渡段施工技术1 工程概况沪昆高铁凤凰山隧道位于云南省富源北曲靖北区间， 全长 3973ml采用进口分修，出口合修的设计形式，分修段长 442ml 合修段长2946ml分修变合修大跨过渡段长 585m分修变为合修大跨过渡段长 585m除断面面积最小的 D型 断面有30m位于田级围岩中外，其余 555m全部位玄武岩夹凝灰 岩IV、V级围岩中，玄武岩为弱强风化，破碎，呈颗粒状；凝 灰岩为强全风化，遇水即呈白泥状。共设计有A、R C、D四个大跨段断面型式，各型断面参数如下。A型断面长90m,开挖面积363m2最大开挖宽度25.9m,最 大开挖高度15.2m （以边墙底

2、面起算），衬砌厚度90cmoB型断面长175ml开挖面积289mz最大开挖宽度23.1m, 最大开挖高度13.6m,衬砌厚度80cm.C型断面长150ml开挖面积231mz最大开挖宽度19.3m, 最大开挖高度12.7m,衬砌厚度75cmoD型断面长170m,开挖面积175mz最大开挖宽度16.4m, 最大开挖高度11.7m,衬砌厚度45cmo2 施工技术难点因D型断面较双线隧道开挖断面仅大20m2且不位于V级软弱围岩中，按与双线断面相同的台阶法施工可以保证施工安全，因此本文不对D型大跨段面施工技术做阐述。AC型断面由于高度高、跨度大、隧道断面扁平，为保证施工安全，正确选择开挖工法和支护措施就

3、显得尤其重要，尤其本隧道分合修大跨段AC型断面全部位于IV、V级软弱围岩中。2.2拱墙衬砌AC型断面二衬最大内跨径为23.317.0m,二衬拱墙每延米钢筋重3.92.0t,现场采用9m长二衬整体台车，钢筋骨架的稳定需要采取措施，防止骨架坍塌。二衬断面厚度大，需要采取措施保证两侧对称浇筑砼。3 总体施工方案3.1 开挖工法对A型断面采用复合双侧壁开挖工法（上部为双侧壁导坑，下部为台阶法），辅以以索代撑、索拱支护体系进行支护；对B型断面采用上部中隔壁（CD及下部台阶法进行开挖，辅以以索代撑、索拱支护体系进行支护；对C型断面采用采用上部中隔壁（CD及下部台阶法进行开挖。上部中隔壁（CD及下部台阶法与

4、复合双侧壁开挖工法（上部为双侧壁导坑，下部为台阶法）相比，少一道侧壁和侧壁间核心土，基本施工方法与复合双侧壁开挖工法类似，因此本文选取复合双侧壁开挖工法进行阐述。3.2 二次衬砌在AC型大跨段拱墙二衬外层钢筋内侧设置环向I14型钢钢架作为主骨架，每环二衬（9m长度）布置3环；在钢架上焊接纵向小42钢管，每根长9m,环向间距AB型断面2.5m,C型断面3.0m。在钢架和钢管上对内、外层钢筋进行拉、撑，防止钢筋骨架垮塌和在浇筑砼过程中被压溃。在安装钢管前，钢管内应采用不低于混凝土强度的砂浆填塞密实。采用两台砼输送泵，左、右侧对称浇筑二衬砼。4 施工方法1 .1复合双侧壁开挖工法1.1.1 工法特点

5、1）、支护体系采用以索代撑、索拱共同支护。2）、先施工左侧壁导坑，左侧壁导坑的中隔壁临时竖撑和底部横撑形成独立的封闭结构，并适时施工预应力锚索，形成左侧壁导坑索拱支护体系全环封闭结构。3）、在左侧壁导坑形成索拱支护后，才能施工右侧壁导坑，右侧壁导坑的中隔壁临时竖撑和底部横撑形成独立的封闭结构，并适时施工预应力锚索，形成右侧壁导坑索拱支护体全环系封闭结构。4）、在左、右侧壁导坑均形成了独立的索拱支护体系全环封闭结构后，方可开挖中隔壁和安装中隔壁拱顶部位型钢钢架支护，并与左、右侧壁导坑拱部型钢钢架相连，拱部预应力锚索对拱部围岩和钢架起到了悬吊作用，拱部已形成索拱支护体系。5）、上部拱部已形成索拱支

6、护体系后，方可拆除中隔壁竖撑和底部横撑。6）、拱部预应力锚索施工质量控制是关键。1.1.2 工法原理由于断面大，呈扁平状，分部开挖拱部时，如采用一次开挖，则坍塌风险极高，因此采用减小开挖面积，保证拱部施工安全；同时，为保证开挖下部时，拱部隧道结构安全，防止整个拱部坍塌掉拱，应对拱部围岩和钢架采用预应力锚索悬吊，以使锚索和拱部钢架形成索拱支护体系。1.1.3 工法开挖步骤1）、在超前小导管支护作用下，开挖部（面积27m2,并及时施做拱部型钢钢架和中隔壁I18竖撑型钢钢架、喷射砼。2）、滞后部5m,开挖部（面积31m2,部左右侧错开距离为2m,并及时施做对应部分拱部型钢钢架和中隔壁I18竖撑型钢钢

7、架、喷射磴，部开挖后，施做部底部I18型钢钢架支护、喷射砼。此时，左侧壁导坑已形成独立的封闭结构。3）、在部开挖支护完成35m（对应部开挖支护完成30mm后，施工左侧拱部3孔预应力锚索，锚索施工平台搭设注意预留出碴通道。左右侧各三孔预应力锚索距离隧道中线的距离为3.5m、6.0m、12.0m,此时，左侧壁导坑已形成索拱支护体系封闭结构。4）、在左侧拱部预应力锚索施工30m里程长度，开始右侧、部位开挖工作面施工，并需保证在开挖部时，必须在左侧拱部预应力锚索已施工完成，且滞后左侧已施工预应力锚索段前端里程10ml、部开挖后及时施做对应部分拱部型钢钢架和中隔壁I18竖撑型钢钢架、喷射砼。此时，右侧壁

8、导坑已形成独立的封闭结构。5）、在部开挖35m（对应部开挖支护完成30m）后，施工右侧拱部3孔预应力锚索，锚索施工平台搭设注意预留出碴通道。此时，右侧壁导坑已形成索拱支护体系封闭结构。6）、在右侧20m里程长度预应力锚索施工完成后，开挖部（面积20m2,架立拱部钢架，并喷射磴；之后，拆除左、右侧壁导坑I18竖撑型钢钢架和底部I18型钢钢架横撑，并始终保持第部前端右侧壁至少有10m已施工预应力锚索段。7）滞后部5m,开挖部（面积9m2。8）、左右侧错开2m,开挖部、部，并架立型钢钢架、喷射砼。9）、分别滞后部、部2m左右侧错开2m,开挖部、部，并架立型钢钢架、喷射磴。10 ）、依次开挖11部、1

9、2部、13部，并安装仰拱型钢钢架。11）、施工仰拱、填充。12）、仰拱填充完成25m后，拼装二衬台车。13）、施工二衬砼。按此工序施工，仰拱填充距离最前端左侧上台阶掌子面156.90m,见图5.1-2工序平面图。计算过程如下：1）、左侧导坑锚索距离左侧导坑开挖面距离为35m。2）、右侧导坑开挖面距离左侧导坑锚索已施工前端里程10m。3）、右侧导坑锚索距离右侧导坑开挖面距离为35m。4）、开挖第部掌子面距离右侧已施工锚索前端里程10nl5）、开挖第部掌子面距离第部掌子面5m.6）、第部开挖长度5m.7）、上台阶高程距填充顶面高度为5.69m，按10%坡度考虑，坡长为56.9m。因此，仰拱距离左侧

10、导坑开挖面的正常施工距离应为：4.1.4开挖工法操作要点1）、开挖中隔壁部时，左、右侧壁导坑虽已形成独立的索拱支护体系，但拱部尚未闭合成环，故部开挖须采取短进尺、弱爆破，尽量减少爆破作业对中隔壁竖撑的影响，避免牵引未闭合成环的拱部钢架，形成安全隐患。2）、中隔壁部开挖后，应及时施做拱顶单元钢架，形成拱部钢架闭合成环的索拱支护体系。3）、待拱部钢架闭合成环，形成拱部索拱支护体系后，方可拆除中隔壁竖撑型钢钢架和左、右侧导坑底部钢架横撑。4）、在施工侧壁导坑时，V级围岩段一次开挖进尺不大于1根钢架间距，IV级围岩段一次开挖进尺不大于2根钢架间距。4.2 预应力锚索施工在复合双侧壁开挖工法中，预应力锚

11、索施工质量控制尤为关键，连同拱部钢架形成的索拱支护体系是下部施工安全的保证。4.2.1 预应力锚索参数1）、每孔锚索由4束小15.2mm高强度低松弛全喷涂环氧树脂型的无黏结钢绞线制做，钢绞线抗拉强度不小于1860MPa每束钢绞线由7根钢丝构成。2）、锚索设计张拉预应力：500KN。3）、钻孔直径：130mm。4）、锚索长度：单根锚索长度21m,锚固段长9.5m,自由段长10m,张拉段长1.5m。5）、锚索孔注浆材料：M35水泥砂浆，根据实验配合比适量参加膨胀剂。6）、锚索间距：纵向间距两极钢架间距（A型断面1.0m,B型断面1.2m）,左右侧各三孔锚索距离隧道中线的距离分别为3.5m、6.0m

12、、12.0m。7）、钢垫板尺寸：（d+b）cmx30cmX4cm（d为两极钢架中对中间距，b为工字钢架翼缘板宽度）。4.2.2 锚索施工方法1）、测量定位与钻孔用全站仪测量定出锚索孔位后，钻机就位，调整施钻倾角，使锚孔径向垂直于岩面。在有凝灰岩的地层中，因凝灰岩质软，遇水易软化，因此钻孔应采用干钻，钻进过程中如遇严重坍孔，应停止钻进，采用压力为0.2MPa的M30水泥砂浆进行灌浆固壁处理，24小时候再重新施钻。钻孔结束后，用0.20.4MPa的高压风清孔。2）、锚索的制作与安装（1）、按设计要求裁制钢绞线，每股钢绞线长度误差不大于50cm,钢绞线应始终保持均匀排列，保持平直，不扭不叉，并除油污

13、除锈，对有死弯、机械损伤和锈坑者应剔除。（2）、按设计安装导向尖锥、紧箍环、扩张环、注浆管、排气管，对自由段安装PVC套管，并在套管内注入防腐油脂，锚索的防腐应符合岩土锚杆（索）技术规程（CECS2：22005）的规定。（3）、往孔内安放锚索，注浆管、排气管与锚索一并安装。因锚索为向上方向，所以，排气管也应安装到锚孔向上高度的端部位置，比注浆管高50cm,且距锚孔顶部岩面距离以20cm为宜。（4）、锚索插入孔内的深度不小于设计孔深的95%，安装好后不得随意敲击和悬挂重物。3）、注浆（1）、水泥砂浆应随拌随用，浆液应在初凝前用完，并防止石块、杂物混入将夜。（2）、浆液先向下流至锚索孔底部，然后随

14、注浆的进行，浆液逐步的向孔顶部升高，在升高过程中，孔内的空气通过排气管排出，孔内注浆完成的时候，排气管会出浆，表示注浆已经基本注满，此时，将排气管阀门关闭，继续加压注浆，在达到注浆压力3Mpa时，稳定5分钟，然后继续加注，注浆压力迅速超过3Mpa时，停止注浆，注浆已经密实，关闭注浆管阀门。（3）、注浆作业人员必须配戴防护眼镜、口罩和防护手套，避免腐蚀性物质对人员造成伤害。4）、锚索张拉（1）、张拉前，应标定张拉机具，千斤顶与压力表必须配套标定。（2）、张拉应待孔内砂浆达到设计强度的70%后方可进行，张拉的承压面应修理平整，承压面应垂直锚孔轴线。（3）、锚索整体张拉应分两次逐级张拉，第一次张拉值

15、应为总张拉力的70%两次张拉间隔时间不宜少于35d。（4）、总张拉力应包括超张拉力值，超张拉力值宜为10%15%。（5）、锚索张拉时，加载速率平缓，速率宜控制在设计预应力的0.1/min左右，卸荷载速率宜控制在设计预应力的0.2/min。（6）、张拉中应对锚索伸长及受力情况作好记录，核实伸长与受力值的相符性。（7）、张拉时，不得碰撞千斤顶，后方区域内严禁站人，必要时应在可能有人员出入的位置设置警示牌和防护设施。5）、锚索与钢架的连接在张拉前，在锚索处用4cm厚钢垫板与相邻钢架焊接，钢板长度为两极钢架中对中间距加一根钢架的翼缘板宽度，即钢垫板必须全部施压与相邻两极钢架上。4.3 二次衬砌4.3.

16、1 衬砌台车整个585m大跨过渡段衬砌内轮廓断面见图4.3.1-1大跨段各型衬砌断面内轮廓图，衬砌台车按总长9.1m（衬砌长度9m,搭接0.1m）进行制作，以传统门架式结构作为台车骨架，采用电动自行式，立、脱模为液压自行式。二衬台车设计见图4.3.1- 2A型衬砌断面二衬台车设计图因各型衬砌断面内轮廓除拱部90°范围半径不一致外，其余两侧边墙半径相同，因此，对各型式断面的拱部90°范围面板均需加工制作，两侧边墙面板仅需配置一套。当一种断面型式二衬施工完成转换成另一种断面型式时，需要对拱部骨架和右侧骨架进行拆换后重新安装上右侧边墙面板和对应衬砌型式的拱部面板。4.3.2 衬砌

17、钢筋加固AC型断面二衬最大内跨径为23.317.0m,二衬拱墙每延米钢筋重3.92.0t,加之隧道呈扁平状，因此需要采取措施对钢架估计予以加固，防止骨架坍塌。在AC型大跨段拱墙二衬外层钢筋内侧设置环向I14型钢钢架作为主骨架，每环二衬（9m长度）布置3环；在钢架上焊接纵向小42钢管，每根长9ml环向间距AB型断面2.5m,C型断面3.0m。在安装钢管前，钢管内应采用不低于混凝土强度的砂浆填塞密实。纵向钢管靠围岩侧外壁位置应为外层环向主筋靠内净空侧位置，随后施工的外层环向主筋应与钢管相交点可靠焊接，通过钢管固牢外层环向主筋，环向主筋通过箍筋悬吊内层环向主筋，只要I14型钢钢架和钢管刚度足够，则内、外层环向主筋不会发生变形，连同纵向钢筋在内的整个钢筋骨架则不会坍塌。施工仰拱时，应在仰拱顶面按测量放线位置准确预埋一节I14型钢钢架，型钢钢架底部焊接钢板，钢板底面焊接4根25地脚钢筋伸入仰拱磴内。一板钢架的每节型钢钢架采用螺栓连接。4.3.