L5富含水黄土质隧道施工技术(科技进步论文)

PAGE16富含水黄土质隧道综合施工技术管振祥1刘运平2王爱国2刘全清1田执祥1乔春生3(1.中铁十四局集团三公司山东兖州272100；2.中铁十四局集团济南250014；3.北方交通大学北京100076）摘要通过工程事例介绍富含水黄土质隧道综合施工技术，分析了饱和性黄土地质对洞室开挖控制的影响因素，确定科学合理的施工方法和先进技术的应用，并对通过量测和计算分析出的饱和性黄土地质围岩开挖后的力学变化规律进行了总结，为同类地下工程施工提供技术参考。关键词黄土饱和土隧道施工1工程概况新松树湾隧道是为增建宝（鸡）兰（州）二线的右绕单线电气化铁路隧道，全长1726M，该隧道地质为Ⅰ、Ⅱ类围岩，地质特征为富含水黄土质，地层较单一，为上更新统冲积粘质黄土和中、下更新统冲洪积杂色砂粘土（Q1～2），地层土质较匀，具Ⅱ级自重湿陷性，土体内含有盐碱成份，地下水丰富，主要为上层滞水及裂隙水和囊状水，具侵蚀性。地层内土体属强崩解性和弱膨胀性。土层内土体天然含水量24%～31%，饱和度100%，液限28%～30.4%,塑限16.6%～19.2%,多为可塑状（局部为软塑～流塑状），自然承载力100～150Kpa，土层内不规则层理发达，富含裂细水，土体渗透系数达到了3.98×10-5cm/sec，隧内渗透水量22～28M3/d。该隧为典型的富含水纯土质隧道，土体的稳定性极差，开挖后自稳能力极弱，对开挖控制极为不利，属于铁路隧道中最软弱、稳定性最差的不良地层，施工难度很大。该隧全长采用曲墙有仰拱衬砌断面，采用模筑砼整体衬砌和复合衬砌，砼中掺WQ防腐剂。洞内两侧设普通高式水沟排水，拱墙设EVA防水板，内衬土工布，拱墙设ф50mm环向和ф100mm纵向软式透水管。新松树湾隧道是宝兰线重、难点控制工程，也是铁道部“挂号”工程，于2000年12月5日开工，2001年12月25日安全贯通，施工始终未发生一次塌方事故，创最高月进度140多米，做到了安全无事故，隧道质量优良，取得了很好社会效益和经济效益。2特殊地质及不良地质现象分析（1）地下水及黄土节理。水发育与否是关系到黄土质隧道能否安全施工的关键因素。与岩石相比，土体强度低，变形大，自撑能力小，含水量或水的侵蚀对其力学性质的影响非常显著。干的老黄土十分坚硬，整体承载能力较高，但被水浸泡，达到饱和状态后，呈软塑、流塑状，强度大大降低。该隧穿过地层为砂粘土（Q1～2），土层除上部薄层含水量较少，为半干硬状态外，其下多为可塑状，并富含裂隙水。局部含砂层或裂隙发育，地下含水量丰富，开挖面常带“汗露”现象，土体内节理发达，呈X型，不规则分布，成对出现，并有一定的延续性。在水的作用下，土体开挖后会迅速崩解，强度骤然降低，围岩自稳能力极大消减。由于黄土的崩解性、湿陷性和弱膨胀性，隧道开挖后土体容易顺着节理胀松或剪断，出现片帮和顶部小塌方，施工处理不当甚至引起较大的坍塌。另外，土体渗透性较好，逢雨季和春季解冻消融时期，工作面多出现塑性溜滑，技术预防措施不及时，就有可能酿成大的安全事故。（2）地层内土体具强崩解性和弱膨胀性。土体结构紧密，干时坚硬，开挖一经暴露表层土体即变松软，卸荷后有回弹松胀现象，加之水的不良作用，松动圈逐渐变大，极易造成大的塌方事故。（3）黄土具自重湿陷性，遇水后会发生严重下陷，致使突然下沉，使开挖后的围岩迅速丧失自稳能力，如支护措施不能满足其变化情况，极易造成塌方。（4）土体内富含有机质和盐碱成份，地表普遍有白色盐碱霜，根据既有松松湾隧道渗漏水洞壁上留下白色盐碱的痕迹，使砼变得松软，可用手扳掉，可见其对普通硅酸盐水泥具有很强侵蚀性。因此做好隧道的防排水至关重要，对砼要采取防腐蚀措施，同时防水效果的好坏也是电气化铁路隧道运营安全的重要保障（特别是严寒地区）。（5）黄土溶洞与陷穴、直切冲沟等地质病害在黄土地区较为常见，极大程度影响隧道安全掘进，可能造成基础下沉、塌方冒顶、承受偏压等危险。隧道在较长范围内沿冲沟或源边平行走向，或与其他地下空腔结构临近，容易造成覆盖层较薄或偏压，从而发生较大塌方和滑坡事故。新松树湾隧道与既有隧相距30～50M，进口端位于两深冲沟相夹交汇地带，两沟边坡密布泉眼，常年渗水，呈泥状。沿隧大致纵向左上部有一深沟，山梁上部地表陷穴与人为井窖密布，松树湾村现有水井30余个，大多数水井的水深0.3～0.5M,水位高程位于拱顶40～60M,基本位于隧道正上方。（6）洞内排水不良，运输道路泥泞，人为水浸或透涌水不能得到妥善处理，将给施工效率和隧底施工带来很大困难，底脚泡软，极易发生较大收敛，甚至形成事故。3方案选择对于纯土质隧道通常采用无爆破冷作业法施工，针对不同地质条件和结构规模采用不同的开挖掘进方法，黄土隧道宜采用短台阶法或分部开挖法（留核心法），如单侧壁或双侧壁导坑先墙后拱法、正台阶先拱后墙法等，前者适用于大跨度、地质非常软弱或浅埋段，后者适用于跨度较小或地质条件较好段。新松树湾隧道围岩地质特征为饱和性的黄土质砂粘土，地下水含量丰富，属典型的特殊地质和最软弱围岩地质铁路隧道，但其为单线隧道，开挖跨度较小（8.5M）,经科学论证和工程实践，该隧更适合于正三短台阶先拱后墙法开挖掘进和初期支护。出碴运输选用的是无轨方式，应用“仰拱施工防干扰平台”技术，防水板施工采用悬吊法无钉孔铺设技术，二次衬砌采取的是全断面整体钢模台车方案，自动计量拌合站拌合，砼运输车运输，泵送灌注方法进行施工。整个洞子形成超前支护及开挖支护、出渣运输、仰拱铺底、防水板铺设、二次衬砌和水沟电缆槽施工的六道作业线平行作业的局面，如图1。4开挖掘进4.1地表处理黄土地区冲沟、黄土溶洞、陷穴较多，施工前应首先做好地表的察勘和异常情况的处理，以减少地表水对隧道周围土体的浸蚀，降低对隧道施工安全的影响。（1）完善地表排水系统，把地表水疏引至不影响隧道施工的安全处。（2）浅埋段地表采取防渗透封闭措施，集中地表水，统一排放。（3）对隧道上部的冲沟沟底进行封堵硬化，防止流水下渗，对于陷穴、溶洞要进行密实回填和封口处理，对隧道上方的居民蓄水窖、水井等进行改建或防渗处理。（4）对隧道施工影响范围内的安全隐患建筑物进行拆移或重点监控保护。（5）加强地表沉降、开裂、附近水井水位变化等异常情况的观测，经常检查，及时采取处理措施。4.2洞口仰坡支护与进洞（见图2）（1）根据设计的仰坡边线位置，由上及下逐层开挖隧道洞门的仰坡至拱顶位置，坡度不小于1:1.5，刷坡后，采用干法打设Ф42钢管或Ф22钢筋锚桩（杆），挂设钢筋网，喷砼防护，并挖砌好排水沟，疏导水流。若洞口位滑坡堆积体地质或泉眼密布，软～流塑状极软弱泥状坡体，应采用深孔注浆或设抗滑桩等加固措施，以确保进洞安全。（2）进洞施工实施套拱方案。拱部先进洞，进洞前先进行拱部注浆双排（或多排）φ100mm小管棚超前支护，布置形式与密度设置根据洞口仰坡土质软弱情况确定，管棚长视进口坡体土质稳定情况采用4～8M，该隧采用6M。在管棚支护下进行上弧导开挖，环形开挖，预留核心土以稳定掌子面，每次进尺30CM，快速支立刚架，采用P43旧轨弯制，3榀/1M，与管棚钢管焊联，当有局部或少量掉土、流泥时，可插入木板挡护。支护进尺一定距离（一般不超过80CM）后，立即立模灌注砼形成砼套拱，套拱伸出仰坡30～50CM。套拱进尺长1.2M。（3）上弧导开挖进尺4米，最大进尺不大于6M便停止掘进,支护每循环进尺控制在80cm,下步剩余土方采用大型机械进行双侧交错开挖,注意的是一侧支护完毕后再开挖另一侧。支立钢架后及时在其节点处各施作4根Ф22锁脚锚杆,长5m,经向或偏角30～45°,其尾端与型钢焊联，同时在边墙打入的径向锚杆也与钢架焊联。每侧开挖完成后迅速挂设钢筋网喷射砼，开挖进尺控制在80CM内。暗洞开挖4米后（应控制在6M内）即进行洞身衬砌。及早形成洞口安全段。4.3洞身开挖及支护新松树湾隧道进口334M为Ⅰ类围岩,其余为Ⅱ类。由于其地质均为饱和土，并地下水丰富,土质具强崩解性、弱膨胀性的杂色砂粘土，因此对开挖支护要求较高，是安全施工成败与否的关键。4.3.1洞身开挖（施工顺序见图3）（1）按照遵照“管超前、少扰动、严注浆、短进尺、严治水、强支护、紧封闭、勤量测"的原则进行施工，根据新奥法原理制定技术方案和组织施工。（2）上台阶开挖前先施作超前导管（Ⅰ类围岩）或超前锚杆（Ⅱ类围岩），对围岩进行预加固，为开挖提供牢固的棚状支护结构，然后进行分台阶开挖。上台阶开挖宜采用环形开挖留核心土人工风镐开挖，充分发挥掌子面的约束作用，增强开挖后的土体自稳能力。上台阶开挖完毕后，首先迅速初喷砼封闭岩面，即刻快速进行型钢支撑的施作及与管棚的焊接和锚杆施工。（3）中、下台阶的中部拉槽开挖采用机械，进尺控制在3～5M，边墙两侧台阶采用人工风镐双侧交错开挖，不得使上部结构同时悬空，每次开挖进尺为一榀型钢间距，即不大于100CM，然后立即将拱部型钢接长，局部打锚杆，挂钢筋网，及时进行喷身砼支护。（4）下台阶边墙初期支护接续到底后，在墙脚处提前施作部分仰拱，俗称“墙趾”，以限制其横向位移和下沉，及早部分封闭，并为仰拱防干扰提供支撑，先行施作的部分仰拱可采用钢支撑，以节省工序时间和免除干扰。（5）施工中发现不安全因素时，应暂停开挖，加强临时支护，以便采取适应性的工序安排。4.3.2初期支护（1）Ⅰ类围岩初期支护形式为喷、锚、网施工支护和超前支护，全断面含仰拱喷层厚20CM，拱墙挂网并设超前小导管双液预注浆（l-4m,α拱部0.4m,边墙0.5m，φ42mm钢管），拱墙采用自进式D30系统锚杆l-3m，全断面采用3榀/2m型钢钢架。小导管双液预注浆施工工艺如图4。自进式D30系统锚杆施工工艺如图5。（2）Ⅱ类围岩初期支护形式见表1：Ⅱ类围岩初期支护形式表1φ22砂浆锚杆（系统锚杆）钢筋网钢架超前锚杆φ22位置长度(m）间距（cm）位置间距（cm）位置间距（cm）位置长度(m)环向间距（cm）拱墙3100×100拱墙20×20拱墙仰拱1拱墙430（3）富含水纯土质软弱围岩隧道的支护方法，按照新奥法原理设计，锚、网、喷支护，刚架全断面封闭，自进式注浆锚杆和双液小导管超前支护及流塑段管棚和预注浆加固，打设环向系统锚杆，挂钢筋网，喷射砼初期支护。应采取一切可利用手段保证掘进安全。（4）初期支护紧跟开挖施工，快速工序施作，使围岩与锚喷支护及早共同作用，不产生松弛。（5）支护与开挖同步施工，分台阶支立和下落初期支护。刚架节点分3层设置，横向联结点分别位于拱脚、边墙中部及底脚，与仰拱刚架联结要及时、牢固。每台阶刚架落基点基底要密实，承载力不够及时锚杆加固，若悬空脱离，要塞填木板挤实挤紧。下台阶施工时，上台阶初期支护保护襟边不小于80CM，拉中槽时预留，机械施工严禁超挖。（6）钢筋网挂设应在刚架临空侧，以保证与壁面足够空隙。其搭接长度不应小于10CM，与锚杆或刚架点焊要牢固。（7）做好喷前壁面检查，清除欠挖部位及松动部位，特别是边帮胀松部位。（8）喷设砼选用潮喷工艺，要严格按照其技术法则进行，保证拌合料质量，确保强度。喷射机压力以不大于0.2Mpa为宜，应分层喷设，以保证足够密实度，每层厚度控制在8CM以内，分层间隔时间不宜过短，与水泥品种、速凝剂掺量、施工温度、水灰比大小等有关，一般掺速凝剂情况下15min左右。喷射砼厚度应严格控制，保证设计，既不超厚以免造成二衬厚度不足，也应避免厚度不足，以防造成初期支护支撑力量消弱。（9）超前支护严格设计参数和工艺技术法则，注意杆件数量，仰角准确，搭接长度，注浆质量等问题。以保证超前支护实施效果。（10）充分认识初期支护质量保证对安全的重要性，要严密检验制度，确保支护设计参数和施作质量，要经常检查，及时修补空鼓、剥落部分，应急技术措施要及时跟上，彻底消除安全隐患。4.4避车洞开挖避车洞开挖施工一般在其位置两侧二次衬砌完成后进行，小避车洞人工风镐进行，大避车洞或会车洞应遵循正洞开挖与支护方案进行。入洞时，边缘应先弯制支立2～3榀刚架，间距宜小，不大于30CM，与正洞环向刚架焊联牢固后再向内开挖，可分两台阶或全断面一次挖够进行，进尺仍坚持“短”的原则，锚杆支护或超前支护同于正洞。应注意的是正洞掘进不预留避车洞位置，正常施作，待开挖避车洞时才割断和凿除边墙初期支护。4.5仰拱施工与临时排水4.5.1仰拱施工(1)仰拱开挖认真贯彻新奥法施工“紧封闭”的原则，应紧跟掌子面进行，仰拱紧跟既可保证受力闭合成环，同时减少水平收敛及沉降幅度，避免底部挤压隆起，必要时也可实施仰拱超前方案。当拱部及两侧边墙初期支护下落至底脚并达到设计强度即实施开挖，要快速施工，一气呵成，保证及早封闭。(2)在开挖与灌注前，为防止边墙向内位移，宜加设临时型钢横梁顶紧。对于单线铁路隧道，根据跨度情况可一次挖成循环段，每循环段应控制在6M以内。若地质流塑软化严重，应进行向下注浆和锚杆加固或喷砼进行初期支护，分段开挖，进尺宜短，2～3榀刚架范围短循环段施工。(3)仰拱中间大部机械开挖，严禁超挖，墙脚处人工风镐进行。(4)由于单线隧道断面狭窄，为解决仰拱紧跟或超前施工与开挖出碴运输相互干扰的问题，引进了我局开发的“仰拱防干扰平台”技术，进行合理改进，减少了工序干扰，大大缩短了工序时间，应用效果良好。4.5.2临时排水临时排水与仰拱施工和铺底填充相互照应,仰拱施工完毕后要及时进行填充,两侧及早形成排水沟,上坡施工时可自行将水排出洞外,下坡时应采取反坡排水沟措施。未施作仰拱和填充段，可采用移动式防渗漏水槽或水管引流至排水沟内，也可于工作面挖作防渗漏集水井，统一将施工用水和围岩渗漏水泵抽至排水沟内。4.6装碴与运输装碴采用短臂挖掘机或40B侧翻装载机，大型自卸车进行弃碴，实行无轨运输方式。（1）根据隧道长短、断面大小、施工方法、机具设备等确定好装碴与运输方案，与开挖掘进作业效率相匹配，提高效率，优化工序衔接，缩短工作时间，减少干扰，为保证安全创造良好环境。（2）隧内会车每300米就大避车洞位置设回车点1处。该方案大大提高了工作效率，基本消除了待工现象。（3）洞内照明要充分，运输道路及时紧跟仰拱硬化，勤清理杂物与废水，保证道路畅通。机械车辆启动要鸣笛，运输车辆严禁超载，洞内慢速行驶，保证机械设备运转良好。（4）及时通风，免除灰尘、废气污染。（5）严格遵守机械车辆安全操作规程，教育司机文明操作驾驶，机械回转提前疏散施工人员，做好线、管路和其他机具材料的防护和躲避，免除机械伤害。4.7施工技术要点（1）为确保隧道开挖轮廓符合设计，应做好预留量的考虑，对于此类围岩地质，根据开挖后收敛变形情况，拱部沉降不稳定可考虑多预留，一般25CM，边墙每侧15CM。整体模板台车较设计加大轮廓5CM，以防止跑模侵限。（2）突出“短”的特点，小进尺的原则要牢固坚持，不能图一时之快，以防酿成大的事故，要稳扎稳打，工序衔接紧凑，有条不紊，一步一步的施工。台阶长度控制在2～3M，减少每次的开挖面积和土体暴露面积，防止土体塌落，每次开挖进尺要按刚架的分布距离进行控制，一般不要超过80CM，该隧开挖进尺70CM，即及时进行支护作业。同时，下台阶要紧接上台阶施工，尽量缩短其间隔时间。(3)中部拉槽，采用机械开挖严禁两边侧超挖，上台阶初期支护下落前保护襟边不小于80CM，当土体稳定性恶化，应适当放大。同时为确保边墙支护稳定，中槽应放坡开挖。（4）马口开挖要保证上面初期支护向前不小于5M，其布置和长度应结合地质情况、收敛变形值分析等因素进行设计，并严格掌握。马口开挖采取跳槽法进行，左右错开，至少保证3榀刚架错开距离，严禁对开马口，以避免掉拱事故。开挖利用风镐人工进行，严禁超挖。若片帮严重，可由上及下小步距分部开挖，随挖随护，及时打锚杆和喷壁面砼，封闭保护。每次马口开挖宽度一般1～3榀刚架范围内。回头马口必须待相邻边墙初期支护稳定后进行。（5）施工时要特别注意拱脚与墙脚处断面，如超挖过大或片帮过多，应采用浆砌片石回填，严禁片石干码。如发现该处承载力不够，应立即加设锚杆或其他措施进行加固。（6）如作业面涌水，采取埋设导水管进行疏导，滴水或渗透水小水流采取塞麻筋或竹片引流。大的涌水应采取预加固技术，进行有效的封堵和疏导。排水应一次性排至临时排水系统内，避免水浸泡土体。（7）锚杆一般采用干打毛杆、砂浆锚杆、自进式锚杆、长锚杆等形式，根据具体情况选择使用，长度根据量测的围岩松动圈范围确定。打设系统锚杆前应首先喷设5CM厚砼进行壁面封闭保护。土体围岩一般情况建议干法施工，可利用风锤干打Ф22螺纹钢筋，根据围岩内部应变量测情况，该隧道的松动面位于围岩开挖面深3M左右，因此锚杆长度采用3.5M，系统锚杆打入土体后具“串葫芦”效应，增强土体整体性，提高围岩自撑能力。实践证明该法较为实用，抗拔力在土体围岩地质较好的情况下满足安全要求，施工快速，无污染。若土体软化严重，应当采用注浆或砂浆锚杆。锁脚锚杆也可如此采用，但应注意与刚架焊接要牢固，保证数量，倾角控制要准确。经工程实践，土体锚杆施工宜选用干法作业工艺，对于饱和土应采用自进式锚杆和注浆锚杆。（8）洞内排水系统应进行铺砌，防渗防漏，从掌子面及时引出，保持洞内干燥、无水或少水，管理好施工用水，不使废水漫流，必要时可采用井点降水，将地下水降至底衬以下，以保施工顺利进行。4.8技术措施变更及其体会施工过程中，在DYK1600+841--+892段发生了险情，此段初期支护完成后7天左右，两侧起拱线下2M左右出现收敛突变，水平收敛30～70CM，并发展为初期支护断裂，缝宽最大30CM。经分析，主要原因是施工期正值雨季（2001年5、6月），降雨量较大，围岩软化，加之设计地质勘测探孔只有一个，多依赖既有隧道地质情况，结论失准，支护措施薄弱，由设计Ⅰ类围岩进入Ⅱ类后实际地质情况没有明显好转，但支护设计发生了较大消弱变化。出现变形后立即采取了措施，包括钢木临时支挡，隔段拆除初喷，侵限段增加自进式锚杆，重新支立加固，变更格栅刚架为型钢，缩小间距，应急隔段衬砌，加设钢筋网，变形量测延长时间为15—20天。通过处理和支护措施的变更，未出现塌方等事故，及时控制住了围岩变形恶化，经过1个多月的抢救处理，安全通过了此危险段，以后施工中均按变更后支护措施（主要为变1榀/1m格栅钢架为3榀/2m型钢钢架，增设D30自进式系统锚杆）进行，未出现任何险情与安全事故。由此得出体会：（1）地质勘测要详细、全面，钻孔个数满足施工需要，必要时可在施工前或施工中补测，加强超前地质预报技术在指导开挖施工中的应用。（2）雨季施工应加强支护。（3）此类围岩地质隧道建议加强初期支护安全储备，采用型钢刚架，发挥其刚度大、强度生效迅速的特点优势，尽量免除格栅刚架，及早变更。（4）收敛及应力、应变量测频率加大，观测时间延长，一般12～15天。（5）提高对水浸危害严重性的认识，技术措施紧随岩性变化，及时采取加强措施或提出变更。5结构防排水系统施工5.1软式透水盲管的布设根据漏水情况，分散单个漏水点采用Φ50mm软式透水管盲沟，大股水采用钢管引排，大面积渗透采用大幅复合防水板引排。边墙软式透水管的布设按设计要求予以布置。软式透水管外层上部用复合防水板盖住，两侧用Φ8的U型钢钉箍定或绳结在初期支护面上，沿初期支护每6M一道Φ50mm管环向下铺设到边墙底部，接通沿墙脚处纵向设置的Φ100mm软式透水管盲沟。盲管布设要整齐、紧凑、牢固，避免人为外斜和下弯、扭结、挤死等现象。软管之间联系采用塑料两通或三通。5.2防水板施工为确保防水板施工质量,保证防水效果，应选用无钉孔铺设防水板施工技术。该隧为严寒地区电气化铁路，要求不渗不漏，经过方案比选，确定采用悬吊法工艺无钉孔铺设防水板施工。主要工作流程为：铺设台车就位→初期支护面检查与修饰→投设挂钉→防水板悬挂→防水板爬焊→充气检验与衬前检查→修补缺陷→合格放行进入下步工序。5.2.1材料选择及工艺防水板采用EVA复合防水板，厂制幅宽2m，其后设有0.8米间距吊带。悬挂时，预先在初期支护岩壁上设φ8钢筋挂环，利用防水板简易台车由顶部向两边墙侧始挂，吊带与挂环死扣系结，幅间拼搭10CM，每幅两侧边缘10CM无衬布，直接于初期支撑面上采用可控温专业爬焊机焊接，个别损伤点采用熨焊机熔焊塑料板补丁。5.2.2主要技术参数(1)松弛系数:边墙1.1～1.15，拱顶1.15～1.20。（2）吊带密度：边墙0.6m，拱顶0.4m。（3）双焊带宽2.0cm，焊带间充气孔宽4.0cm，检查充气压力不小于0.1mPa。（4）初期支护面平整度<3.0cm,无粗尖锐砼浮碴及钢筋等尖锐露头。（5）搭接焊缝方向顺序：下部搭上部，下坡搭上坡，以利于顺茬排水。5.2.3操作要点（1）焊接质量是防水板防水效果好坏的关键指标，应采用双焊带焊接，充气检查压力不得小于0.1mPa（如图6）。环向焊缝下坡搭上坡，尽量避免水平方向焊缝，采用时应下部搭上部，并在防水板被面接缝处加焊一道10cm宽防水板以增强防水效果。焊接部位要清理干净，无灰尘、油污等杂物，焊接时必须要展平，避免出现焊接褶皱，当初期支护面不平影响焊接质量时，可于其被后临时垫三合板，以保证焊接质量。（2）投设U型钉可采用风锤，为避免其扎破防水板，可增设防水板角料衬垫。吊带绑扎应紧密，吊带绑扎处应尽可能使土工布与环钉密贴，以保证与吊带共同均匀受力。（3）初期支护表面整修，在铺挂防水板前，首先对初期支护面严格检查，凿凸补凹，对外露钢筋及锚杆部分要烧焊抹浆找平，既达到防水板与初期支护面密贴的效果，又防止扎破防水板。（4）由于围岩含水量大，初期支护渗漏水严重，应注意防水板后渗透水的排出，以防出现水囊造成衬砌厚度不够，或将防水板焊缝挤开，造成衬砌渗水。容易出现的水囊部位为拱部及轨面以下两侧衬砌施工接缝部，及时排出还能防止吊带承载力不够造成防水板塌落。（5）防水板铺设后，衬砌应紧跟，不要超过3天，防止防水板暴露时间过长造成吊带强度降低和增加防水板防护工作量，也不利于对初期支护的观测。（6）灌注前二次衬砌砼一定要对防水板的质量进行检查，合格后方可进行砼的灌注。要减少泵送砼对防水板的冲击，以免造成吊带扯断和松驰量不够。灌注中严禁振动棒碰撞防水板。二次衬砌若设有钢筋，焊接时要在焊接点和防水板间加设挡板，避免烧坏防水板。二衬施工缝应与防水板焊缝错开至少1米，避免两处重叠增加防水难度。（7）避车洞轮廓线与防水板接触处防水难度大，焊缝多，施工时应加强焊缝质量的检查，可在避车洞轮廓线与防水板接触处加设二道透水软管以利及时排水。（8）初期支护及其背后的测试仪器导线的接出，通过排水软管由水沟底接出，禁止在防水板上打孔洞。6二次衬砌施工整体钢模台车是隧道衬砌实现机械化施工的重要设备，它与砼灌注设备配套使用，可大大提高作业效率，减轻工人劳动强度和提高衬砌质量。该隧二次衬砌施工选用的是整体钢模台车全断面衬砌工艺，大型拌合站生产砼拌合物，砼输送车运输，泵送机入仓，边墙采用插入式振动器捣固，顶部采用附着式震动器振捣。（施工工艺见图7）（1）钢模台车由台车、模板及液压系统三大部分组成，通过液压装置立、拆模板。台车由机械牵引，一次可完成单位隧道全断面衬砌9M。该台车采用平移式作业，即一部台车只配一套模板，模板与台车不分离，在一段衬砌砼完成并达到要求强度后才能脱模，整车移至下一衬砌段。（2）曲线上采用更换加宽块模板的方法以适应衬砌断面的变化。将模板台车整体移动到需要变更加宽尺寸而未衬砌的断面位置，立稳于地面，不下降托架，拆除原拱顶加宽块模板和拱架，用侧向千斤顶（此时侧向油缸处于浮动状态）将模板均匀撑开至需要加宽的宽度，由此完成更换加宽块模板工作。（3）要根据富含水黄土质围岩特性和量测结论把握合理的施工时机。对于此类地质条件，二次衬砌应紧跟，距离掌子面距离应控制在50M以内，最大不超过80M，尽量缩短初期支护暴露时间，必要时可隔段进行二衬。一般富含水纯黄土质地质条件下的初期支护7～15天即趋于稳定，二衬应在初期支护完成后15～20天内完成，最晚不要超过25天。值得注意的是此类围岩收敛稳定一段时间后还有可能发生一定的收敛变形，由于开挖后，土体内地下水丰富，松动区渗透系数增大，地下水重新渗集，应力二次重分布，当初期支护支撑能力已不能承受，甚至就会发生大的突变破坏，因此在初期支护第一次趋于稳定后要尽快进行二衬。7量测技术及其结论施工监测是新奥法施工的三大支柱之一，对于复杂地质隧道的施工，监测是不可缺少的一项重要工作。其目的在于随时掌握和了解围岩的变形和初期支护的受力状况，将信息反馈给设计、施工单位，来进行优化设计参数和施工方法，确定二次衬砌的时间，组织信息化施工，采取有效措施，从而降低成本，保证施工的安全、快速。7.1围岩变形监测量测项目包括空收敛的测试和围岩内部位移测试，其方法为：内空收敛在开挖后马上埋设测点，在12小时内测取初始读数，采用JSS30型数显收敛计量测。围岩内部位移采用DW-3A杆式多点位移计进行测量，每个钻孔点分别测量埋深1M，2M，4M处的围岩与洞壁之间的相对位移。内空收敛及围岩内部位移测点布置如图7：图7内空收敛及围岩内部位移测点布置图7.1.1内空收敛量测(1)内空收敛随时间变化趋势(如图83#面内空收敛与时间关系曲线)图83#面内空收敛与时间关系曲线其变形规律为：①每个监测断面内各测线收敛值差别较大，水平测线收敛量明显大于其他测线，说明侧墙朝向洞内变形较大，这是由于隧道仰拱施工前，两侧墙墙角受到的约束较小所致。②隧道的收敛主要出现在开挖后的短期内,第一天内收敛量占总收敛量很大比重，隧道开挖后的前两三天之内，隧道变形发展较快，之后收敛仍继续增大，没有稳定的趋势,隧道围岩具有一定的时间依存性，在外荷载不变情况下，围岩变形随时间增加而增大。由于地下水渗透作用,隧道开挖后，地下水重新汇集（经观察，一般初期支护完成后5～7天左右其壁面出现水迹、水珠、滴水甚至水线），使围岩的应力状态和变形随时间而不断变化，使隧道周围可能出现一定范围的破坏区（或松动区），破坏区内围岩渗透系数增大，导致围岩变形增大，因此隧道变形趋于稳定需要较长时间,初期支护应尽快进行，以约束变形。③钢格栅支护段落初期支护向内变形较大,以至侵限，据此变更支护为型钢拱架支护，以增加支护刚度。说明钢格栅支护不太适应饱和性黄土地质。（2）内空收敛与开挖面距离的关系（如图97#面内空收敛与掌子面距离关系曲线图）图97#面内空收敛与掌子面距离关系曲线其规律为：①掌子面的约束随离开距离的增大逐渐减小，观测面与掌子面距离越远，收敛越大，当掌子面离开一定距离（约30m），收敛变化幅度趋缓而不稳定，围岩仍产生缓慢变形。②每天开挖进尺增大，收敛开挖面距离曲线斜率增大，测线收敛有增大的趋势。说明开挖进尺对围岩变形有一定影响。③掌子面开挖及其支护过程中，未支护部分临空时间短，变形较小；反之变形较大。④核心土对拱脚等位置的变形影响较大。⑤掌子面对观测面的影响还体现在测线收敛的不均匀性，测线收敛较大值向开挖马口方向略微倾斜。因此应左右边墙马口交错开挖，同侧马口宜跳段开挖，先开马口长度不能太长，并及时施做边墙衬砌，后开马口应待相临边墙墙顶与拱脚混凝土达到一定强度后方可开挖，以防止变形过大。（3）收敛速度与时间关系隧道开挖初期收敛速度较快，随着时间的增长，收敛速度逐渐变得稳定。各测线收敛速度逐渐接近，隧道变形均匀。7.1.2围岩内部位移量测（如图107图107#面2#、3#点围岩内部位移与时间关系曲线围岩内部位移随时间变化趋势为：①围岩内部变形较小。②同一处点围岩内部4m处的变形值>2m处的变形值>1处的变形值。③各部位变形值顺序基本为墙趾变形>拱脚变形>拱顶变形。7.1.3围岩变形结论(1)隧道开挖后，围岩土及孔隙裂隙水失去支撑环境，形成新的水力坡度，造成渗流，带走部分土颗粒，使黄土产生崩解破坏作用。随着水力坡度变小，变形速度减小，即收敛先快后慢。隧道开挖后，围岩土体失去平衡状态，应力重新调整，改变土体颗粒流动方向，引起开挖面周围一定范围内土体产生移动，即为松动圈。(2)隧道开挖后各方向收敛量差别较大，水平收敛量明显大于其他方向，两个侧墙朝洞内变形较大。(3)开挖后一周或更长时间后，隧道收敛仍无稳定趋势，但缓慢发展，这应与洞壁面上地下水渗透引起围岩应力变化有关，或者隧道围岩具有一定的时间依存性，即围岩的蠕变特性。对此应采取相应的工程措施。7.2应力应变测试与研究应力应变测试监测内容包括：（1）初期支护与围岩之间径向接触压力；（2）初期支护喷射混凝土的内部应变；（3）衬砌与初期支护间的径向接触压力；（4）衬砌混凝土的内部应变。其方法为：接触压力采用盒式压力传感器（压力盒）量测，将JXY-4型钢弦式压力盒埋设于围岩及初期支护表面，则压力盒所受压力即为该部位支护所受的压力。每个量测面初衬、衬砌各埋设7个，埋设位置如图11。应变量测，于每个监测断面上在喷射混凝土和衬砌的内部埋设一系列XJH-2型混凝土应变计，沿量测断面的切线方向布置，每个量断面埋设14个应变计，埋设方位同压力盒。图11应力应变测点布置图7.2.1径向压力(1)径向压力分布规律(如作用于7#面初期支护结构上的径向围岩压力分布图12)图12作用于初期支护上的径向压力分布图其基本分布规律是：①作用于隧道初期支护两侧的围岩压力并非对称分布，左侧压力较大，这说明左侧既有线对隧道有一定影响。②实测围岩压力较理论值小，说明隧道上方土体有一定的整体性，具有一定自承能力。③初期支护与土体的接触压力在拱顶较大。④在土质隧道中，围岩自身强度较低，在初期支护完成后围岩仍在继续变形中并经历较长时间，这种变形被后筑衬砌所阻止，从而产生了作用于衬砌的径向压力。由此可见，衬砌不只作为安全储备，而且要承担后续变形引起的荷载。(2)围岩压力随时间变化规律(如图137#面围岩压力与时间关系曲线图)图137#面围岩压力与时间关系曲线变化规律及施工建议为:①初期支护施作后，除个别点外，围岩压力基本上呈上升趋势，上升到一定程度后，又出现回落，接着再次呈现上升趋势，当经过一定时间以后，逐渐趋于平稳.②拱部压力在喷混凝土施做的最初几天里，混凝土强度较小，变形较大，使作用于初期支护结构上的围岩压力不会有明显的增大；随着时间的增长，喷混凝土强度逐渐增加，支护反力会逐渐增大，围岩径向压力则随之增大，体现了新奥法“先刚后柔”特点。③经过一定时间后，围岩压力逐渐趋于稳定表明围岩中的破坏区已不再继续扩大，围岩逐渐趋于稳定。④边墙开挖后尚未进行初期支护之前或初期支护的强度还未达到设计值之前，上半断面支护承受着全部的围岩压力。但随着下半断面侧墙支护刚度的逐渐提高，拱部压力会逐渐下降。即作用于整个支护结构上的围岩压力会随着各个部位支护结构刚度的变化自行调整，拱部压力重新缓慢增长直至稳定，边墙压力随时间缓慢增长。因此在分步开挖施工中，上半断面和下半断面的开挖间隔时间不宜过长，应尽量缩短，并及时施作仰拱，形成封闭的支护体系，达到整体受力的目的。⑤在富水黄土隧道中，在刚开挖后围岩承载能力较高，随着时间增长，围岩受水浸湿，由于黄土的崩解性和内部天然裂隙的存在，围岩会发生下沉，要及时施作仰拱，封闭底板围岩，避免作用于支护结构上的围岩压力增大，保证受力稳定。应将仰拱超前，封闭基岩，避免地下水和施工用水侵入基底，减弱行走机械的扰动，避免基底湿陷和软塑层的形成。初期支护要及时封闭岩面，加固和支护围岩，使围岩在变形过程中逐渐达到稳定。(3)衬砌压力随时间变化规律(如图147#面衬砌压力与时间关系曲线图)图147#面衬砌压力与时间关系曲线变化规律与施工分析:①衬砌浇筑后，由于其限制了初期支护的径向变形，二次衬砌会收到来自初期支护的挤压作用，同时随着时间的增加，衬砌砼的强度逐渐增大，对初期支护变形的约束也就越大，因而径向挤压力随着时间的增加缓慢增大，大约经过5天左右，基本上趋于稳定。若二衬待初期支护的变形稳定以后再施作，这种挤压力将不会出现，或者很小。②晚施作二衬，可以让土体及初期支护产生一定的变形，释放一定的荷载，将有利于隧道稳定和施工安全及减少隧道运营隐患。但前提是必须保证在此期间内初期支护的安全和隧道变形能够控制在允许的范围之内。因此，把握合适的二衬施作时机对于减小衬砌结构的荷载，保证衬砌的安全十分重要。③作用于衬砌外侧的挤压力分布不均，数值较小，对衬砌结构的安全不会有大的影响。④隧道从开挖到围岩重新稳定经历了比较复杂的应力调整过程，从衬砌开始到衬砌压力基本上达到稳定需要15天左右。（4）压力随开挖面距离变化趋势（如图15-1，15-28#面围岩压力，衬砌压力与掌子面距离关系曲线图）图15-18#面围岩压力与掌子面距离关系曲线图15-28#面衬砌压力与掌子面距离关系曲线变化趋势及施工建议：①在掌子面推进过程中，起初围岩压力呈递增趋势，当掌子面距观测断面离开足够远以后，围岩压力的增幅逐渐较小，大部分趋于稳定。②作用于衬砌上的径向挤压力也呈现出类似特征，但压力趋于稳定的速度更快，掌子面的推进影响远小于初期支护。③从衬砌的施工时机来看，开挖后掌子面推进50~60m时进行二次衬砌是比较合适的。7.2.2初期支护、衬砌的内部应变(1)支护结构切向内力应变分布(如图16-1，16-2)图16-1初期支护内部切向应变分布图16-2衬砌内部切向应变分布图初期支护和衬砌的内部切向应变分布分析：①初期支护和衬砌内会产生应变以及应力，其内部应变是由来自与围岩变形引起的围岩压力和初期支护变形引起的挤压力所引起的，表明支护结构确实起到了一定的支护作用。②从背部应变的分布形式和大小看，监测断面间差别较大，但与围岩压力的监测结果相一致。③衬砌的内部应变都较小，说明衬砌结构的应力和变形都很小，结构本身比较安全。7.2.3应力应变测试指导施工结论通过现场监测与分析，基本上掌握了支护结构的工作状态，监测结果对隧道施工具有一定的指导作用，为今后类似隧道的设计与施工提供了有益的工程经验。（1）土质隧道围岩具有一定自承能力，应加以利用，但开挖后必须及时进行初期支护，以减小围岩中的破坏区（或松动区）大小，减小围岩变形压力。（2）模筑衬砌应按承载和安全储备设计，并不可施作过早，以释放变形压力。对于新松树湾隧道而言，掌子面推进50～60m以后进行衬砌施工为宜，既能保证围岩稳定，又能减小支护压力，保证结构安全。（3）初期支护应从上向下支护，在分步开挖中，上下台阶开挖时间应尽量缩短，并尽可能提前施工仰拱，防止施工用水或隧道渗水进入隧道未支护底板中。（4）衬砌和初期支护受变形压力作用后都产生了一定的内部应变，但数值较小，说明支护结构确实起到了支护作用，而且比较安全。8劳动力配置（如表2）劳动力配置表2序号专业分工人数主要职责管理与服务机构（30人）1指挥组3全面管理，决策、组织、协调、指挥2技术攻关组4开展技术攻关活动，对课题进行实验量测研究和总结，制定技术方案，提出重大技术措施变更3技术指导与质量监控8编制技术交底，组织技术培训，指导现场施工，进行质量监