隧道浅埋及露顶段施工方案比选

t隧道浅埋及露顶段施工方案比选隧道浅埋及露顶段施工方案比选目录1工程概况..........................................................11.1工程简介........................................................11.2地质概况........................................................11.3主要技术标准....................................................11.4水文地质........................................................11.5不良地质........................................................21.6气象特征........................................................21.7地震动参数......................................................22浅埋、偏压施工....................................................22.1浅埋、偏压施工要点..............................................22.2浅埋、偏压施工技术..............................................22.2.1地表处理....................................................32.2.2施作预加固桩................................................32.2.3超前大管棚支护..............................................32.2.4暗洞开挖及初期支护..........................................32.2.5监控量测....................................................53露顶处施工........................................................63.1施工方案比选....................................................73.1.1方案一：明挖法..............................................73.1.2方案二：回填贫砼反压法......................................83.1.3方案三：套拱法..............................................93.2结论...........................................................114施工环保措施.....................................................125施工安全措施.....................................................12Ixx隧道浅埋段施工方案1工程概况1.1工程简介xx隧道位于xx铁路安徽段xx县境内，起讫里程DK111+050～DK111+300。本隧为双线隧道，全长250m。主要围岩为Ⅴ级160m，Ⅳ级90m。纵坡为单面上坡，坡度为15‰。该隧道一侧山势较高，另一侧山势较低，两侧覆盖分布不均匀，线路左侧明显存在顺层偏压，隧道最大埋深40m，最小埋深在DK111+184.2~DK111+201段拱顶外露，无覆盖层，为半明半暗挖隧道。岩体软弱破碎，自稳性差。1.2地质概况表层为Qel+dl/碎石土。下伏基岩为∈1h炭质板岩、炭质灰岩，强风化呈碎块状，弱风化节理裂隙发育，岩体较为破碎。1.3主要技术标准铁路等级：客运专线；正线数目：双线；速度目标值：250km/h，预留进一步提速条件；最小曲线半径：4000m；正线线间距：5m；最大坡度：20‰；到发线有效长度：650m；牵引种类：电力；机车类型：电动车组；列车运行方式：自动控制；行车指挥方式：调度集中；建筑限界：新建时速300～350公里客运专线建筑限界。1.4水文地质隧道区地表水以近南北向山脊为分水岭，向东、西两侧排泄。在DK111+190处有一冲沟，三方汇水，并与村民进山道路相接。地下水主要为孔隙潜水、岩溶水及基岩裂隙水，预测全隧道最大涌水量为535m3/d，为中等富水区。11.5不良地质经勘察该区域可能存在顺层、有害气体、突水突泥等主要地质灾害。有害气体：主要为煤层瓦斯。1.6气象特征该隧道所处热带季风气候区，年平均气温15.9~16.5℃，极端最高气温41.5℃，极端最低气温-14.1℃；年平均降水量1585.3~1630.3mm，年最大降水量2308.2mm,年最小降水量987.7mm；年平均相对湿度76%。1.7地震动参数地震动峰值加速度：<0.05g；地震动反应谱特征周期值：0.35s。2浅埋、偏压施工2.1浅埋、偏压施工要点（1）浅埋、偏压隧道施工中对开挖方案的选择尤为重要，做到“短进尺、强支护、早封闭“，并且监控量测是重要环节，及时分析围岩及初期支护的变形情况，合理指导施工。（2）浅埋偏压隧道的防治先从工程地质入手，了解围岩结构力学变化规律和自承能力的特点，采取超前加固措施，提高岩体本身结构承载力和控制其变形，对初期支护进行加强，对受力结构进行完善，确保变形量在可控的范围之内，遵循“早进洞，晚出洞的隧道设计原则，尽可能的减少对山体的破坏和扰动。（3）雨季施工对隧道影响很大。围岩层间充水逐步松散软化，扩大松弛圈，造成支护体系破坏，同时孔隙水压力对初期支护产生新的附加应力，严重影响到隧道施工安全。尽量避免在雨季施工，施工中考虑加强初期支护的强度并利用辅助措施及时封闭。（4）通过对隧道洞口地段的加固措施，合理的施工组织安排，为隧道的安全、高效施工打下了坚实的基础，为按期、保质完成本隧道的施工任务营造了良好的施工环境。2.2浅埋、偏压施工技术浅埋偏压隧道进洞施工技术以新奥法原理为依据，通过人工配合机械开挖或控制爆破，减少对土体的扰动。在进洞前完成洞口段地表处理、超前支护、锚喷钢架支护、二次衬砌受力体系转换。22.2.1地表处理(1)做好天沟排水设施，开挖过程避开雨季进行，保证排水通畅，防止仰坡不受雨水冲刷，使洞门结构稳定。(2)尽可能在少破坏植被的情况下刷边仰坡，除去地表杂草后进行边仰坡防护，永久性边坡采用锚杆框架梁的形式进行防护加固。2.2.2施作预加固桩隧道线路左侧由于地形偏压，在明洞段施作锚固桩加固桩13根，桩间距5m(中-中)，桩长分三种，分别为16m、18m、21m，桩分别有1根、1根、3根，桩截面均为2.25m×2.5m。锚固桩采用C30、C35钢筋砼现浇，主筋设置在靠山体一侧。加固桩是作为抗压抗偏的一种有效措施，通过施作左侧加固桩来抵抗左侧山体的侧压力，为确保安全，施工时采用隔桩开挖施工。2.2.3超前大管棚支护超前大管棚作为洞口浅埋加强段的辅助施工措施，通过管棚和注浆来稳固地层，防止隧道开挖爆破时造成的拱部坍塌。超前大管棚采用长20m，型号为φ108×6mm的热轧无缝钢管，注浆孔采用钢花管，钢花管上钻浆孔，孔径10-16mm，孔距11cm，呈梅花型布置，尾部留不钻孔止浆段110cm，检查孔采用无缝钢管。钢花管两端均预加工成外丝扣连接，同一断面内接头数量不超过总钢管数的50%。管距：环向间距40cm。钢管加工前端呈锥形，管壁四周钻设φ16mm的注浆孔，孔间距20cm，呈梅花形布置，尾部预留不小于1m的不钻孔止浆段。2.2.4暗洞开挖及初期支护开挖施工过程中严格按照管超前、严注浆、短进尺、弱爆破、强支护、勤量测、早成环的原则。在软弱围岩的地质条件下，采用三台阶临时仰拱法。Ⅰ.三台阶临时仰拱法施工工序说明：（1）a、利用上一循环架立的钢架施作隧道超前支护；b、开挖1台阶阶；c、施作1部洞身结构的初期支护，即初喷4cm厚混凝土，架立钢架，并设锁脚锚（管）杆；d、钻设系统锚杆后复喷混凝土至设计厚度，底部架立临时钢架封闭，则在掌子面喷10cm混凝土封闭。（2）上台阶施工至适当距离后，开挖2部台阶，接长钢架，施作洞身结构的初期支护及封底，参照工序①进行。3（3）a、开挖3部台阶，及时封闭衬期支护。参照工序②进行；b、灌注该段仰拱；c、灌注该段隧底填充。（4）根据量测结果分析，待初期支护收敛后，利用衬砌模板台车一次性灌筑二次衬砌（拱墙衬砌一次施作）。Ⅱ.三台阶临时仰拱法施工要求（1）隧道施工应坚持“弱爆破、短进尺、强支护、早封闭、勤量测”的原则。（2）如有超前支护等辅助施工措施，应首先利用上一循环架立的钢架施作完毕，再开挖。（3）开挖方式采用弱爆破，爆破时严格控制炮眼深度及装药量。（4）锁脚小导管可根据需要设置，以确保下台阶施工的安全。（5）各步台阶一次开挖长度宜控制在2m~3m之间，第3部台阶开挖后仰拱应紧跟。（6）施工中，应按有关规范及标准图的要求，进行监控量测，及时反馈结果，分析洞身结构的稳定，为支护参数的调整、灌筑二次衬砌的时机提供依据。拱墙一隧底6～８10～1510～15三台阶临时仰拱工法工序平面4三台阶临时仰拱工法工序纵断面隧底拱墙一隧底填充三台阶临时仰拱工法工序平面2.2.5监控量测监控量测是新奥法的重要内容，也应将监控量测纳入施工工序，它所测得有关变形量的数据是反应工程稳定状态的综合指标，是确定经济、安全支护结构参数及合理施工方法的重要依据。处于浅埋偏压地段，在开挖前在洞顶埋设地表沉降观测点，进洞支护后立即埋设净空变化观测点，为彼此进行验证，地表沉降与洞内净空变化断面设在同一断面上。观测断面间距根据围岩级别控制在5～10m，观测点埋设要牢固，易于识别并妥为保护。每次量测后立即对量测数据进行回归分析，生成位移时态曲线，掌握岩体和支护变形的动态变化规律。按照变形等级管理确定三阶段的指导施工，当处于1/3～2/3范围内需加强量测，密切关注，采取适宜的加强措施；当超过2/3，暂停施工，分析原因，5采取特殊处理措施。3露顶处施工xx隧道在DK111+184.2~DK111+201段拱顶外露，无覆盖层，为半明半暗挖隧道。埋深深度见下表，纵断面图及典型横断面图如下所示。xx隧道浅埋段埋深数据表如下浅埋段埋深数据表-2.94-1.26-1.64纵断面图典型横断面图614712标高-60578.61露顶处原地貌照片远景近景3.1施工方案比选3.1.1方案一：明挖法总体思路DK111+184.2~DK111+201段露顶处施作明洞。施工方案土石方采用明挖法，用机械自上而下分层开挖土方，反铲挖掘机配合自卸汽车装、运渣，及时进行边坡稳定支护，随时监测、检查山坡稳定情况。边仰坡按照1：0.75进行刷坡，边仰坡防护采用?50注浆小导管、钢筋网、喷射砼进行防护；小导管长4.0m，间距1.5*1.5m，梅花形布置；钢筋网采用?6钢筋网，网格20*20cm。露顶洞口位置取导向墙（套拱）配合大管棚进洞的形式边仰坡开挖到位后，先施作套拱的施工，作为长管棚的导向墙，采用C20混凝土套拱作为管棚的导向墙，套拱在明洞的外轮廓线以外，紧贴洞口仰坡面，护拱内设3榀I18制作的钢拱架为横向支撑，管棚的导向管固定在钢拱架上并焊成整体，导向管采用Φ140mm无缝钢管，壁厚5mm。在洞口施工放样后进行搭设支撑体系和内、外模安装，按设计布置工字钢、孔口管的位置和角度准确，然后进行护拱混凝土的浇筑，待护拱混凝土强度达到85%时开始长管棚的施工。由于进出口地质条件差异较大，为了保证施工安全，导向墙厚度1m，纵向长度3.5m，导向墙两侧基础根据地质条件分别进行加固处理。优缺分析优点：①造价低；②施工工艺简单。7缺点：①露顶出地处冲沟三方汇水点，冲沟坡度大，开挖后难以防护。加之，时值多雨季节，对施工影响较大；②土石方开挖量大，对山体破坏较大，易造成后期工程隐患。3.1.2方案二：回填贫砼反压法总体思路DK111+184.2~DK111+201段露顶处采用C20素混凝土回填，待混凝土强度达到强度后，再开始掘进，并按双线复合式衬砌Ⅴb进行支护。施工方案通过施工放样，定出水泥土回填工区后，挖除不小于30cm保护土层，清除地表耕植土、植被草皮、淤泥等杂质，当原始地面坡度陡于1：5时，地表应开挖台阶，台阶宽度不得小于1m。露顶处回填混凝土高度至少高出隧道拱顶3m，由于冲沟坡度大，坡长较长，且坡脚位置连接村民进山道路，露顶位置回填混凝土前，线路左侧需砌筑一段长18m，墙高13m的挡墙，挡墙基础埋深2.5m。混凝土回填高度及挡墙设置图如下。混凝土回填高度及挡墙设置示意图当掘进里程距露顶处5m时，停止掘进，待回填混凝土强度达到要求时，再开始掘进。掘进过程中，遵循新奥法原理，采用三台阶临时仰拱法，按双线复合式衬砌Ⅴb支混凝土挡土墙1:751.客土植生回填土截水沟C20混凝土回填原地面线8护形式进行支护。仰拱二衬紧跟，并做好超前支护及监控量测。优缺分析优点：①操作简单，安全性高，对原山体几乎无破坏，且挡墙和回填砼对山体有反压作用；②开挖量小，可有效控制临时边坡高度。缺点：①混凝土回填方量大，挡墙圬工量较大；②施工工期长。3.1.3方案三：套拱法总体思路DK111+184.2~DK111+201段整体施作护拱，并按双线复合式衬砌Ⅴb进行支护。施工方案在距离露顶处5.0m范围内，采用双线复合衬砌Ⅴb进行支护，径向锚杆改为?50注浆小导管，长4.0m。边仰坡按照1：0.75进行刷坡，边仰坡防护采用?50注浆小导管、钢筋网、喷射砼进行防护；小导管长4.0m，间距1.5*1.5m，梅花形布置；钢筋网采用?6钢筋网，网格20*20cm。露顶处洞口位置施作护拱（Ⅰ-Ⅰ断面），护拱长度2.0m，厚度1.0m。内设四榀I22a工字钢间距为50cm，纵向采用?22钢筋连接，环向间距为100cm。在拱部140°范围内设置注浆小导管，小导管共设置两排，第一排共计55根，长6.0m，环向间距30cm；第二排共计56根，环向间距30cm，长6.0m，衔入山体4.0m，小导管尾端与钢拱架腹部焊接牢固。第一排与第二排小导管错开安装，错开间距为环向15cm。拱脚处设置锁脚导管，并注浆。露顶处护拱（Ⅱ-Ⅱ断面）厚度1.0m，内设I22a钢拱架作为横向支撑，每榀间距50cm，纵向采用?22钢筋连接，环向间距为100cm。在拱部范围内设置双层Φ22钢筋网，钢筋间距20cm。拱脚处设置锁脚导管，并注浆钢筋网与工字钢布置见图。由于露顶段线路左侧岩层破碎，地质条件差，套拱基础需在线路左侧端加大尺寸，嵌入基岩不小于0.5m，确保稳定性。露顶处存在冲沟，且在线路左侧处与村民进山道路相接，考虑到施工完成后回填土方，需在线路左侧设置长18m，高8m的挡土墙。布置位置及尺寸见图。护拱设置位置及布置形式如下图所示。9DK262+201.44DK262+209.44DK262+185.70护拱ⅠⅠ护拱设置图注浆小导管C25砼护拱隧道中1#心线OⅠ-Ⅰ护拱断面图Ⅱ-Ⅱ护拱断面图10DK262+183.70客土植生截水沟1:1.75回填土挡土墙与护拱布置图C25混凝土C25混凝土小导管?50mmI22a型钢工字钢与钢筋布置图工字钢与小导管布置图优缺分析优点：①施工简便，风险小；②对山体破坏很小，植被易于恢复。缺点：①施工周期较明挖长，造价亦比其高。3.2结论采用明挖方案容易造成边仰坡过高，尤其是在傍山偏压地段，山内侧边仰坡过高。边仰坡的开挖破坏原山体的自然平衡状态，再加上防护不及时、降水等原因的影响，可能导致边仰坡坍塌、顺层滑坡等工程病害。虽然明挖方案造价低，施工工艺简单，但后期潜在的病害处理对工程的影响远远超过其节约成本的优点。回填贫砼反压法开挖量小，对山体破坏小，可有效控制临时边坡高度，保证山体稳定性；挡墙和回填砼对山体有反压作用，有利于减小山体偏压；但回填砼量及挡墙圬工量较大，施工周期长。套拱法也具有开挖量小，对山体破坏小的特点，避免了大面积开挖带来的水土流失11和喷射混凝土防护对周围环境的污染；只需施作临时排水系统，能解决冲沟排水的难题；回填土有利于减小山体偏压，隧道的永久性安全得到有效保障。从施工的安全性，质量的可控性，以及防排水、环境保护、施工周期、工程造价等多方面因素综合考虑，套拱法具有安全、易行、经济的特点，对缩短工期、保证质量、保护环境又都有积极的作用，故xx隧道确定采用套拱法对露顶段进行施工。4施工环保措施（1）、由于本地区为生态敏感区，因此，施工界限外的植被、植物树木等不得随意破坏，必须维持原状并加以保护；施工用地界限范围内的树木、草皮和其他植物，移植利用，不得破坏。（2）、永久用地范围内的裸露地表用植被加以覆盖。（3）、充分做好开挖边仰坡、弃碴场地的植被恢复与绿化工作。（4）、在堆弃过程中需先修好挡墙并作好地表水的引排疏导，其坡脚采用浆砌片石防护，不得向河流和设计范围外的场地弃碴，堵塞沟壑、河道。弃碴堆弃前，将地表熟土推至一旁，待弃碴完毕后将碴顶整平，并填保存的熟土进行复垦。（5）、及早施作防护工程、排水工程和裸露地表的植被覆盖，防止水土流失。（6）、工程完工后，及时进行现场彻底清理。（7）、防护弃土场，防止造成新的水土流失源