超小断面隧道设计与施工技术

1、超小断面隧道的设计与施工一、方案比选在DIK1587+80雨虹吸施工过程中发现倒虹吸竖井落在路堑边坡 的碎落台上，该路堑深8mfc右，此时才发现该倒虹吸存在严重的设计 隐患：首先是矩形梢落在路堑边坡上，边坡高度 8mfc右，矩形梢根本 无法施工；然后是安全防护问题，后期若需要对倒虹吸进行养护维修， 由于离列车行车区太近，人员在矩形梢上方行走时极有可能被列车通 行的风从8m#的高空吹下。鉴于上述情况，现场对该倒虹吸进行了优化设计，当时考虑的方 案有3个：方案一：边坡大开挖，将倒虹吸竖井移到路堑开挖边坡线外，接 长倒虹吸管节，然后回填。方案二：类似沉井的结构，设中隔墙，跳挖，逐节施工护壁，下 挖到

2、位后将倒虹吸接长，竖井放到路堑开挖边坡线外，然后回填。方案三：在路堑开挖边坡线外设竖井，然后采用小断面隧道向线 路方向开挖，接长倒虹吸。各方案的优缺点：力杀优点缺点备注力杀一1、施工速度快，可利 用机械。2、经济。1、需放坡开挖，开挖面积 大，对现场影响大。2、管节安装好回填后极有 可能会造成边坡沉降。力杀一1、安全；2、开挖面积小，对现 场影响小1、耗工、耗时；2、管节安装好回填后极有 可能边坡局部沉降。3、工程费用较高力杀二1、开挖工程量最小， 对现场影响最小1、施工及技木难度人；2、工程费用较高；3、危险，安全保证难度大。由于倒虹吸地处管段内重点工程牛钝湾隧道施工的交通要道， 该 倒虹吸

3、处的处理方案直接关系到隧道是否能正常出硝及二衬施工， 因 为工期压力大，故经过比选现场采用的施工方案为方案三。二、方案设计因倒虹吸在设计院是属于桥梁专业的设计范围，使用方案三将需 要隧道专业设计。隧道虽小但需要有地质专业（提供地质资料）、桥 梁专业（提供设计标高）、路基专业（提供路基设计断面）的配合， 而小隧道的埋深又浅，施工风险较大，设计院无人愿意接手此设计。在此情况下，现场对该倒虹吸的优化方案三进行了设计， 设计步 骤如下：首先考虑的是现场水系，要求测量人员提供现场水系处实测路基断面及既有水系标高，断面及水系资料一定要搞准，要不然设 计出来的东西还得改。竖井位置的确定，倒虹吸管节为厂制，管

4、节长度为 2.0m。故竖井位置放置在路基边坡开挖线附近并应保证后续加长管节为整 管节。竖井平面尺寸的确定，由于倒虹吸接长管节后期需要通过竖井输送到小隧道中安装，故竖井除应满足倒虹吸管节长度外还应保 证管节安装施工人员的操作空间，现场考虑除管节所需空间外，还考 虑了两人能下到位，并加入适当的工具操作空间和危险反应空间， 设 计时竖井平面尺寸空间为250X 225cmi鉴于其为永久性结构，故竖井 壁厚35cmi采用C2隹冈筋混凝土。竖井基础的确定，因竖井后期要流水，承受水压力，故其 应选用扩大基础，设计时沿用原设计基础厚度，并将基础平面尺寸加 大，保证襟边尺寸20cmi竖井标高的确定，竖井底部应保

5、证比倒虹吸管内壁底低 50cmfc右，以起到沉泥作用。地表加固方案，由于隧道埋深极浅，地质情况较差。在此 处借鉴公路隧道进洞前的反压护拱方案， 在地表边坡打设22砂浆锚 杆，锚杆长2.0m,间距1.5M.5m,注浆密实。挂网格20X 20cm。8钢 筋网，浇筑20cmffC2电表混凝土，将地表先吊起来，形成整体。隧道断面的确定，因倒虹吸管节为厂制，外径140cmi倒 虹吸安装后需可能需要人员到达存在问题的部位处理，要考虑一个人能爬进去并爬出来，并考虑到隧道施工周期较长，必须考虑施工作业 人员的作业空间，空间太小则无法支护并造成施工人员心情压仰。本来把断面设计成椭圆形的受力会更好些，但做成椭圆形

6、后会增加后期 管节与隧道间的填充工程数量。 设计时隧道开挖按2.5m直径考虑，初 支厚度按15cm虑。隧道初支设计，因小隧道中所有施工材料及器材均要通过竖井上下，现场作业空间极小，故设计时采用了格栅钢架，可以很方便地分节分块运至洞中安装，格栅设计尺寸为 10 cm （竖向）x 15cm（纵向）。每断面重62.5kg,分成2块后可很方便地运至现场安装,格栅钢架间距60cm儡。系统锚杆、超前支护设计，系统锚杆间距 1.0m,长1.5m,采用22砂浆锚杆。超前支护3.0m22砂浆锚杆，搭接1.0m。进洞采用42小导管预支护。初支混凝土采用与正线隧道相一致的C25贲射混凝土。倒虹吸管节与隧道间空间采用

7、与倒虹吸管节标号一致的C2源送混凝土，填充密实。倒虹吸具体设计见图1、图2。DIK1587+795倒虹吸1/2横断面图口水平曾现暗越施工收小十需呼用亿跑,机1-1说明：L因晶设计图数设计问鼠廉长虹吸方案需优化.2,本图尺寸单位除特殊说院外均以cm讥图1 倒虹吸1/2横断面图2轴仅利月匚5珞后舱1cm图2 隧道结构图三、方案实施一）竖井施工1、竖井开挖竖井平面尺寸空间为 250X 225cmi开挖尺寸为 320X 295cmi井 壁厚35cmi采用C20钢筋混凝土。竖井施工采用人工开挖，井口高出地面20cm以防止地表水及块石落入井内。开挖尺寸每侧放大10cm作为护壁混凝土厚度，35cm厚 结构混

8、凝土采用后期浇筑的方法进行。因围岩裂隙水极为丰富，地表富水地段开挖每循环定为0.3m,岩石地段每循环定为1.1m。竖井采用人工开挖，井口配置卷扬机出硝，石方地段采用浅眼爆 破。炮眼深度不超过0.8m,装药深度不超过炮眼深度的1/3。护壁混 凝土强度未达到2.5Mpa时不宜爆破。放炮后30min后施工人员先测 定孔内无毒气后方可进入井内。2、竖井混凝土施工因竖井为矩形结构，护壁未采用内齿式搭接，模板采用建筑钢模 支立，护壁上下层间设 10cm硅浇筑空间，采用12200mm： 60cm 的连接钢筋进行连接，上节施工时先弯成 L形，下节施工时掰直，埋 入下一节护壁硅。竖井混凝土采用串桶下放，节间硅空

9、隙采取红砖砌 实。二）地表处理地层主要为粉质黏土，层较厚。其下为强风化板岩，岩体破碎， 节理发育，且基岩裂隙水极为发育，容易坍塌。在地表边坡打设22砂浆锚杆，锚杆长2.0m,间距1.5M.5m, 注浆密实。挂网格20X20cm0 8钢筋网，浇筑20cm厚C20地表混凝 土，将地表先吊起来，形成整体，另一方面，通过边坡硅的荷载反压 边坡，从而对边坡以压密作用，从而提高围岩的自稳能力。三）测量放样因该工程较小，施工中未采用先进的测量仪器进行方向定位， 竖 井开挖控制仅在竖井护壁顶部设四个中心点护桩， 施工过程中以吊线 法控制竖井的开挖尺寸与垂直度。 标高控制以井口设水准点，然后通 过钢尺吊放来控制

10、。因隧道为直线隧道，施工隧道时沿竖井壁上前后方向的护桩下 引，然后通过延线法确定隧道施工的中线。标高控制通过将竖井壁上 的水准点用钢尺下引至竖井壁上，然后用塑料管中灌水将标高前引控 制每一循环隧道的标高。四）隧道施工1、隧道开挖隧道地质情况为强风化砂质板岩，围岩裂隙水极为发育，施工过 程中采用两台污水泵抽排积水。钻孔凿岩配备 YT28风钻（42mm , 炸药选用2号硝镂乳化炸药，电雷管起爆。由于隧道断面较小，施工 时仅设置了掏梢眼与周边眼，掏梢眼间距 0.85m,采取斜眼掏梢，周 边眼间距0.5m,钻爆每方用药量1.15kg左右，雷管4.1个左右。开挖每循环进尺0.6m,出硝采用人工运至竖井内

11、，再由竖井卷扬 机吊出，最后用自卸车将弃硝倒运到设计指定的永久的弃硝场。2、系统、超前支护系统锚杆采用22砂浆锚杆，间距1.0m,每根长1.5m。超前支护 3.0m22砂浆锚杆，搭接1.0m,每2m-循环。进洞采用42小导管预 支护。初支采用C25贲射混凝土。1）系统砂浆锚杆施工工艺砂浆锚杆钻孔采用YT281风枪钻眼。孔眼沿法线方向并尽量垂直 于岩面，钻孔直径大于锚杆直径15mm砂浆锚杆采用锚固剂锚固，杆 体外露端安装垫板及螺母。2）超前小导管超前小导管外径为42mm厚3.5mm的热轧无缝钢管。因竖井尺 寸空间的限制，进洞小导管采取长L=2.2m42钢管，前端成尖锥状， 管身未设注浆孔，环向间

12、距 40cm,沿隧道开挖轮廓线单排布置，外 插角8左右。钻孔采用YT28型风枪钻孔，钻孔深度2.0m,钻孔直径比钢管直径大35mm小导管用锤击入，并用高压风将管内砂石 吹出，1:1水泥砂浆注浆密实，使之成为一个钢管硅体。3）超前锚杆锚杆采用22mm#浆锚杆，YT28型风枪钻孔。锚杆按8外插角 钻进，锚杆采用锚固剂锚固。4）挂钢筋网钢筋网在地面加工，网眼尺寸 15x15cm,分三片运入洞内人工 拼装，网片间搭接长度为1个网孔。钢筋网按受喷面起伏铺设，安装 时用电焊点焊固定在钢架及锚杆外露头上，以防喷射混凝土时晃动。 钢筋网在喷射一层初支硅后铺挂，混凝土保护层 2cm左右。5）格栅钢架格栅钢架在地

13、面的加工场内进行加工，设立1 ： 1胎模加工工作台，分2块加工，分次通过竖井运至现场。安装时各单元采用钢板- 螺栓连接。钢架安装完成后，和与之相接触的锚杆头焊接，使之成为 整体结构。6）喷射混凝土采用ZSP-6D型湿喷机进行喷射混凝土施工。喷射顺序，从下向上对称进行，先喷射钢架与围岩之间空隙，后 喷射钢架之间混凝土。钢架全部被喷射混凝土所覆盖。 由于隧道出水 量较大，喷射作业时采取下列措施：喷射时，先从远离出水点处开始， 再逐渐向涌水点逼近，将散水集中，安设导管，将水引出，再向导管 逼近喷射。3、底板施工、水平管安装1）混凝土垫层洞身开挖完成后，经检查合格后先在基底浇筑 C15昆凝土垫层， 硅

14、由竖井倒运入洞身，人工摊平，硅采用插入式振动器捣固，人工抹 平，初凝后覆盖洒水养生。在浇筑完的垫层上测入水平管轴线、高程，并用墨线弹出管安装 位置。2）水平管安装水平管节为厂制，外径140cmi每节长2ml因隧道空间小，且 水平管重量达3.8t ,安装难度大。根据现场情况，决定用吊车将管节 吊入竖井内，然后设计平板滑车运输，滑车采用四个走行轮。管节运到现场后，采用汽车吊将管节吊入到竖井底部， 事先将平 板车放置好，管节吊入后人工配合放平到滑车上。 滑行采用小型电动 卷扬机，在浇筑底板垫层时预埋钢件用作卷扬机的固定点。自制平板滑车将管节运到安装位置后，采用手拉葫芦将管节吊起，将滑车退出 至竖井，

15、人工配合葫芦调整安装到垫层上，三角垫块塞死，以防管节 移位。五）管节防水水平管接缝设沉落缝。缝宽2cmi缝内镶嵌遇水膨胀止水条。缝 表面涂刷聚氯乙烯油膏，外再用沥青浸制麻筋包裹，宽度不小于50cmi 该工序在每节管节安装完成之后重复。六）填充硅施工倒虹吸管节与隧道间空间采用C25昆凝土填充密实。采用硅输送 泵泵入。线路左侧隧道长14ml右侧长12nl由于隧道空间较小，填充 硅分三次浇筑，隧道内每4mf节立一次端模，端模伸入管节节头10cn 根据硅浇筑进度支立，填充硅采用插入式振动器进行振捣，确保密实。 四、施工过程中的一些经验及教训1、由于考虑运送倒虹吸管节，隧道竖井断面尺寸较大，原设计为竖井平面开挖尺寸为320X 295cmi采用35cm厚C20钢筋混凝土永 久支护。实际施工时由于护壁无法整体浇筑，只能分节开挖，分节支 护。护壁施工完之后为保证竖井在使用过程中不漏水，又重新立模浇筑了一次35cm厚钢筋硅竖井。实际施工竖井时平面开挖尺寸只需要 280X 255cm,按15 cm厚施 作护壁。该问题的出现是由于对设计原则未认真把握， 设计过程中也 未认真考