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文档简介
1、富水浅埋千枚岩地段地质条件下大断面隧道开挖工法摘 要 结合宣峰岭隧道DK756+670DK756+740段的施工,阐述了富水浅埋千枚岩地段地质条件下暗挖施工技术,对以后类似工程施工提供一定的参考价值。关键词富水 浅埋 千枚岩大断面隧道暗挖施工技术沪昆高速铁路是国家战略性重大交通工程,以高起点、高标准、瞄准世界先进水平建设。 为适应铁路跨越式发展要求,基础设施按满足列车设计速度350km/h的标准建设,设计要求 隧道混凝土结构使用寿命不低于100年,无砟轨道使用寿命不低于60年,规模大、标准高, 工期异常紧迫。宣峰岭隧道位于宜春市袁州区王华村,为全线第二长隧道,是全线控制性 工程,为单洞双线隧道
2、,断面面积最大达170余m2,属于大断面隧道,其中DK756+670 DK756+740段地表为山间冲沟,洞顶埋深约30m,洞身上方为蓄水水库,沿冲沟而建。1工程概况宣峰岭隧道为沪昆客专杭长江西段第二长隧道,全长2191.19m,起讫里程为 DK755+453.81DK757+645。该隧道围岩主要以千枚岩为主,部分夹片岩,褐灰色、褐色、 灰白色,表层为全强风化,局部地表覆盖第四系残坡积粉质粘土,线路地下水主要为第四 系孔隙水、基岩裂隙水和岩溶水。第四系孔隙水主要分布于谷地、河流及其阶地和冲海积平 原的第四系冲洪积砂类土和碎石类土层中;基岩裂隙水分布不均,主要赋存于低山丘陵区岩 石的构造裂隙、
3、层间裂隙以及风化裂隙中,在断层破碎带、侵入岩接触带、褶皱核部裂隙密 集带及揉皱强烈发育带等储水构造中,水量较丰富;本线经过地区,震旦、寒武、奥陶、石 炭、二叠、三叠等时代地层均含有碳酸盐岩,岩溶现象发育,白垩、第三系含钙岩层亦有溶 蚀现象,岩溶水十分丰富。其中DK756+670DK756+740段洞身相对浅埋段,围岩类别为V级,该段采用Vb级围 岩复合式衬砌断面,超前支护采用超前050双层小导管预注浆加固,壁厚5.0mm,长度5.0m, 环向间距0.4m,长度初期支护设I22a型钢钢架,纵向间距0.6m/棉,三台阶临时仰拱法(设 临时钢架)施工,全断面采用5m径向注浆。洞顶埋深约30m,地表为
4、山间冲沟,洞身上方 为蓄水水库,沿冲沟而建,勘察时,水深约35m。富水地段千枚岩,物探EH-4显示洞身 DK756+674+723低阻异常,推测为岩体破碎。隧道施工中,地表水库水易沿基岩裂隙涌入 洞中,隧道施工时应加强施工工艺、工法的控制,并采取必要的防渗漏措施以防止水库静态 水下渗、涌入隧道,并导致地表水枯竭等环境地质问题。详见图1-1富水千枚岩段平面布置、1-2富水千枚岩段纵断面布置图。羽射赋翻耽 顾理却们豺邮帕项身上;耻础肉破,旷 蒯北鞘由洲.醐EH-翌祎射1丁肪花1危4羽;0异常寂渤H蛾电 曜虻氏楠时岩甥浦法中曜藐戕械虹工余琮牌枳并 耕娱邮薜鼬蚓城轴粉下g浦暖虹并导亲蛛妹驱耳魅圈L_1
5、1 TVb7D1-2富水千枚岩段纵断面布置图2施工方案的选择常规的隧道富水地段处理都是采用将洞顶水库水源排放完毕,由洞顶向洞身注浆施工, 洞内强力超前支护后通过。如果将洞顶水库水源排放完毕施工,经现场实际调查,该水库水源补给方式较为复杂, 主要补给方式是地表水,但是该处位于一个山凹内,会水面积较大,且施工该段时又处于梅 雨季节,想在短时间内将水排完难度较大。该水库水源负责当地村民饮水和灌溉,如果将水 排放完毕将会造成很大费用开支。由于该处洞顶埋深较深,地势较为险峻,洞顶注浆费用较大,并且对环境伤害将是不可 恢复的。经现场实际勘测,方案采用洞顶水库水位监测,洞内采用超前水平钻探测前方水源,为 施
6、工提供有力可靠依据,洞内在水量较大,围岩破碎富水地段采用超强支护通过。缩短台阶 距离,仰拱及衬砌紧跟掌子面,仰拱与掌子面距离保证在30m以内,衬砌与掌子面距离保证 在50m以内,缩短每个台阶循环时间。3主要施工方法3.1超前地质预报在进入富水浅埋段前,进行超前物探、超前水平钻探,对该段的地质及地下水情况作更 进一步的了解,以确定是否进行掌子面超前预注浆预加固措施。根据隧道地质及水文地质情况,该地段裂隙水比较发育。因此可能存在突泥涌水现象。 当隧道出水量突然快速上升或出水水压很大时,即可判定有涌水发生;如涌水颜色混浊,伴 有泥石等固体物质,即可判定有突泥发生。富水浅埋段施工时采用综合超前地质预报
7、手段探 明掌子面前方地质条件,对可能出现涌水突泥的地段采用超前帷幕注浆和局部注浆等堵水措 施。根据判明的涌水突泥性质,采取“大堵、小疏、疏堵结合,以堵为主和地下综合治理” 的原则,施工中以超前钻孔试探,在反坡地段备有抽水设备,并在隧道内设临时蓄水箱,用 抽水机将水抽出洞外。3.2开挖方法施工中采用少装药、弱爆破、短开挖的施工方法进行开挖,三台阶临时仰拱法(设钢架) 掘进。上台阶以1棉拱架长度每循环掘进,平均每天两个循环,即1.2m/天。中、下台阶均 以2棉拱架长度每循环掘进。工序流程:为考虑方便机械出渣先拆除上台阶两棉临时仰拱, 中台阶向前掘进2棉拱架长度并施作中台临时仰拱;上台阶向前施作两个
8、循环并及时施 作临时仰拱;拆除中台阶两棉临时仰拱,下台阶向前掘进2棉拱架长度;下台阶施作一 循环后洞身仰拱及时跟进,以3m为掘进长度进行开挖支护,并及时封闭;及时施作仰拱 二衬及仰拱填充,为二衬施作提供条件;二衬及时跟进。3.2.1上台阶开挖超前双层小导管超前辅助支护,上台阶高度控制在4m,长度控制在5m以内。掘进长度 以1棉钢拱架间距,拱架落到坚实的基础,如拱架底部松散则用混凝土浇筑基础或用钢板垫 实。拱架底部每侧采用4根锁脚小导管,并做注浆处理。每掘进一棉拱架即施作临时仰拱进 行封闭成环。每进尺5米进行断面径向注浆,根据监控量测数据确定是否必要采用临时竖撑。Sn围岩径向洋浆.一一.掘进纵断
9、面图虽然在掘进前期已经进行了超前钻探,但是掘进时一样要严格实施超前加深炮孔,探明 掌子面四周水系发育情况,以防突水、突泥现象的发生。洞内做好临时排水系统。对初支后 表面仍存在水流较大时采用钢花管插打进行集中引排。引排水不得直接通过中台阶临时水 沟,而使用临时储水装置及水管引排,避免拱脚长时间浸泡,使基础遇水软化,承载力下降 或者拱脚悬空,造成安全隐患。在开挖过程中及时进行地质素描,了解岩层的节理发育情况。中台阶横断面示意3.2.2中台阶开挖打设超前导管,中台阶高度控制在3m,长度控制在15m以内。掘进长度以2棉钢拱架 间距,拱架基础落到坚实的基础,如拱架底部松散则用混凝土浇筑基础或用钢板垫实。
10、每掘 进一棉拱架即施作临时仰拱进行封闭成环,每进尺5米进行断面径向注浆。上台阶初支面的漏水应有几种引排措施,不得直接滴到或者流到中台阶,避免中台阶及 以下整体遇水后软化,造成围岩自稳能力下降。中台阶横断面示意3.2.4下台阶开挖下台阶高度控制在3m,长度控制在5m以内。掘进长度以2棉钢拱架间距,拱架基础落 到坚实的基础,如拱架底部松散则用混凝土浇筑基础或用钢板垫实。下台阶每进尺5米进行边墙径向注浆。下台阶开挖并初支完成后进行仰拱开挖并及时封闭,确保初支尽早成环,形成整体稳定性。下台阶示意图3.2.5仰拱开挖仰拱开挖后对基底进行虚渣清理,及时封闭,以不大于5棉钢架长度(23m)进尺。每循环支护封
11、闭后进行断面径向注浆。仰拱封闭位置与掌子面距离控制在30m以内,并及时 施作仰拱二次衬砌和仰拱填充,以便拱墙二次衬砌的及时跟进。3.2.6二衬衬砌浅埋地段的二次衬砌应及时跟进,二次衬砌与掌子面的距离控制在50m以内。浅埋段断 面开挖时,预留变形量控制在3050cm,以防浅埋段周边围岩的较大沉降变形造成二次衬砌 厚度不足,给支护结构造成质量隐患。3.2.7变形较大地段及时施做临时竖撑及扇形撑根据现场监控两侧情况,当沉降变形量速率大于5mm/d,沉降累计值大于100mm时,立 即停止掌子面施工加设竖撑,继续观测围岩变形情况,如果变形持续加大,继续加设扇形撑,竖撑及扇形撑加设如下图:临时竖撑及扇型撑
12、横断面图施工过程中加设扇形撑施工过程中加设竖撑4 监控量测4.1地表沉降观测监测结果显示该段沉降较小,最大沉降为DK756+700断面中心点,累计沉降为41.2mm,沉降地表沉降观测点布置见图4-1。地表沉降观测数据见图4-2。图4-1地表沉降观测点布置示意图妹的!雄H祗醯九5nn)11列系DK756+700te表沉降趋势图o o o o o o o A- o o o o o o.5_0.5.o.5.o.5.o.5.o.5.o.1 - 1 1 2 2 3 oo 4 4 5-寸 T72OZ maeclIoz ITZEIOZ mgEsz 罕早.吁龄 平舄莒 Toa TaeclIoa 9甲翌z gz
13、gloz WEsz T早.房 V72OZ .gaeclIoa甲T-z岩oz 甲 gEsz 早02 IXI8 I甲 m.Tow I甲I罕IEIOZ IE1泞窝 I说 早备oz o?-I2;窝 6甲1”宙跚测时间图4-2 DK756+700地表沉降观测数据4.2洞内监测洞内主要进行了拱顶沉降和收敛的量测,由于该段埋深较浅,且为V级围岩,纵向每 5m布置一监测断面,在采用了三台阶临时仰拱法(设横向临时支撑)增加锁脚注浆锚管等 措施下,拱顶最大沉降为76mm,收敛最大为65.4mm。初期支护稳定。测点布置见图4-3, 观测数据见图4-4,4-5。图例:4拱顶下沉A净空收敛图4-3三台阶临时仰拱法监测点
14、布置图o o o o o o o o o o o o o o o o O 0.5.0.5.0.5.0.5.0.5.0.5.U.5.0.5.0. -1 122 33 4 45 5 66 77 0O 一一写她点蓉一1 一一61点点1窝 611甲留参 mMIoE 8TE忐TOCM b-TEs-5 i?-teems-e gTE孟 toe gll 甲邕OE 巴出忐tocm 寸 I 忐1ES-Z 骨忐XJS: ml平筲s: 二忐忐IO:M GTE忐1蒿 窣?写置. 3罕箸待 -源咨 宇8 必.108 *铲含: 始铲潸g: 芋甲潸g: 郭甲潸g: 卧件君: 孙铲泠: 罕7”务 成 宇7HS 宇7尚g 玖了宵
15、房 IVT警勇 OVT警境 OVT警勇 帝Tg.T境观测时间图4-4 DK756+700拱顶下沉观测数据耽磋+T疝上台洞内收敏趋势图+系列150505050505050 -1122334455667 S事号本峥2 :q*件忌 ?早 S.IS;T;铲件T铲件悬 早蔼悬 竿伊容si 罕砂江T.甲佥富 寸kv.江急 ?育持 .罕.甲佥持 .?佥急 W.江育富 ?砂江急 T.平佥持 一岛念悬 、罕&降 莘&B 5罕?. 簿土忐1.烫 西甲7时1富观测时间图4-4 DK756+700净空收敛观测数据5结语目前宣峰岭隧道下穿富水浅埋千枚岩段已经安全顺利的通过。实践充分证明了,隧道下 穿富水浅埋千枚岩段采用超前物理钻探、超强支护、加大监控量测频率、对变形较大段设置 竖撑和扇形撑方案的选择和实施是切实可行的。与以前的常规方法相比,该方法具有明显优点:其一,通过超前水平钻物理探法探明隧 道前方水系发育情况,根据水系方案情况确定相应的施工方案。其二,超强支护是穿越该地 质情况最有效的方法,相比排除地表水和地表注浆节省了大笔的费用。其三,先进的监控量 测方法在实际施工中得到了很好的运用
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