（水利工程专业论文）浅埋大跨软弱围岩连拱隧道—黄梅山隧道施工技术探讨.pdf

浅埋大跨软弱围岩连拱隧道黄梅山隧道施工技术探讨 摘要 黄梅山隧道是马芜( 马鞍山一芜湖) 高速公路控制工程，是安徽省在浅埋软弱围岩 条件下修建的第一条大跨度双连拱隧道。隧道洞口段埋深浅，且为坡积物和人工弃土覆 盖，围岩松散，自承能力差。本论文以黄梅山隧道为研究对象，采用工程类比方法，系 统对大跨、浅埋、软弱围岩条件下的双连拱隧道施工技术进行了全面的探讨和深入研究。 主要内容为： 地表深孔预注浆加固技术的应用 长管棚施工技术的应用； 明洞和洞门工程施工技术； 连拱隧道三导洞旖工技术、中隔墙施工技术探讨 初期支护技术、量测技术的应用； 技术结论。 关键词：双连拱隧影7 新奥施工躲探讨 甚 1 2 3 4 5 6 t h ec o n s t r u c t i o nt e c h n o l o g y d i s c u s s i o no fh u a n g m e i s h a n w i n 。a r c h t u n n e lu n d e r t h ec o n d i t i o n o f l a r g es p a n ，l o w - b u r y i n g a n ds o f t s u r r o u n d i n g r o c k a b s t r a c t h u a l l 哪e i s b a nt u u n e li s t h ec o n t r o l l i n gp r o j e c to fm a a n s h a n - w u h ue x p r e s s w a y , a n d a l s ot h e1 s tl a r g es p a i lt w i n a r c ht u n n e lc o n s t r u c t e du n d e rt h ec o n d i t i o no fs h a l l o w b u r y i n gs o f t s u r r o t m d i n g r o c k si na n h u ip r o v i n c e t h ed e p t h b u r i e da tt h ep o r to f t h e t u n n e li ss h a u o w ，孤di t i sc o v e r e dw i t ha c c 岫u l a t e da n dd i s p o s a ls o i l b e c a u s eo f t h el o o s es u r r o u n d i n gr o c k ，a n di t s p o o rb e a r i n gc a p a c i t y , t h e h i d d e nd a n g e ro fc o l l a p s e a n dt o p a s c e n d i n g i se x i s t e d t h 8 c o n s t n l c t i o nt e c h n o l o g yo f t w i n a r c ht u n n e lu n d e rt h ec o n d i t i o no fl a r g es p a n ，l o w - b u r y i n g a n ds o f ts u r r o u n d i n gr o c ki sf u l l yd i s c u s s e d a n dd e e p l ys t u d i e di ne n g i n e e r i n ga n a l o g y m e t h e di nt h ep a p e r , w i t ht h es t u d ys u b j e c to fh u a n g m c i s h a n t u n n e lo fm a a n s h a n w u h n e x p r e s s w a y t h e m a i nc o n t e n t si n c l u d i n g ： 1 t h e a p p l i c a t i o no f t h et e c h n o l o g yo f p r e g r o u t i n g f o rs t r e n g t h e n i n gi nd e e ph o l e f i o ms u r f a c e 2 t h e a p p l i c a t i o n o f t h et e c h n o l o g yo f l o n gp i p es h e d c o n s l a u e t i o n 3 t h e c o n s t r u c t i o nt e c h n o l o g i e so f c a v e w i t h o u t t o pf i ua n d t u n n e l g a t e 4 t h ed i s c u s s i o no i l t h et e c h n o l o g yo ft - c a v ef o rt w i n a r c ht u n n e l a n dm i d d l e s e p a r a t e d w a l l 5 t h ea p p l i c a t i o n o f s u p p o r t i n gt e c h n o l o g y i n e a r l yp e r i o d a n d s u e y i n g t e c h n o l o g y 6 s n n a m a r yo nt e c h n o l o g ya n dc o m m e n t s k e y w o r d s ：t w i n a r c ht u n n e l n e wa s t r i l i am e t h e d c o n s t r u c t i o n t e c h n o l o g y d i s c u s s 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人农导师指导下进行的研究工作及取褥的礤究成 采。据我所知，除了文中特别加以标注和数谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表 或撰写静毫拜究或梁，邈不包含为获褥金疆互墼塞鲎或冀谴教裔梳掏的学位藏证书丽使用 过的材料。与我一同工作的同志对本研究所作出的任僻贡献均已在论文中传出了唆确懿 说明并表示谢意。 学位论文 乍豢签名签字瑟簸：叫年，男骝西 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解佥壁兰些太堂有关僳爨、使鼹学位论文的娥定，蠢奴蠓 留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被畿阅和借阅。本人授 权佥蕉至逛塞堂可戳将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库谶行检索，可以采用 影印、缩印或扫甄等复制手段傈存、汇编学位论文。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权书) 学位论文作者签名：蹿导师籀名：璇 i 1 签字曩焱；一；年舞毋嚣 签字强荔：叛哟劳z 抽 学位论文佟者擎娩看去囱： 工作单位： 通讯地址： 电话： 邮编： 艚 致谢 值此硕士学位论文即将完成之际，我衷心地感谢我的两位指导老师完海鹰教授和殷 永篱教授级裔工，感谢稳们对我论文研究的悉心指导和对我学习的鼓励。我衷心地感谢 校勰究生部、校学位处和土建学院的领导、教f 荦饲对我瓣严援要求、关心耪支持。 最后，向所有关心支持我的领导和同攀们表示衷心的感谢。 搽太耩 2 0 0 3 年5 月 第一章绪论 1 1 本课题研究的现状 1 隧道工程设计与旌工两大理论体系 在修建隧道和地下工程的实践中，人们已普遍认识到，隧道及地下工程的 核心问题，是开挖和支护两个关键工序。即应如何开挖，才能更有利于l 訇岩的 稳定和便于支护；若需要支护时，又如何支护j 能更有效地保证坑道稳定和便 于开挖。这是隧道及地下工程设计与施工中两个相互促进又相互制约的问题 f 1 2 在国外内公( 铁) 路隧道及地下工程的设计施工中，针对上述核心问题， 经过实践和研究，人们提出了两大理论体系，每一种理论体系都包含和解决( 或 正在研究解决) 了从工程认识( 概念认识) 、力学原理、工程措施到施工方法( 工 艺流程) 等一系列地下工程建筑问题。 种理论是2 0 世纪2 0 年代提出的传统的“松弛荷载理论”，其核心内容是： 稳定的岩体有自稳能力，对隧道不产生荷载；而不稳定的岩体则可能产生坍塌， 需要用支护结构予以支承岩体荷载。这样，作用在支护结构上的荷载就是围岩 在一定范围内由于松弛并可能塌落的岩( 土) 体的重力。这是一种传统的理论， 其代表人物有泰沙基( k t e r z a g h i ) 和普氏( m n p o m o p a r k o h o b ) 等专家。它 类似于地面工程建筑考虑问题的思路，至今仍被广泛地应用着。 另一种理论是2 0 世纪5 0 年代提出的现代支护理论，或称为“岩承理论”。 其核心内容是：隧道围岩稳定显然是岩体自身有承载自稳能力；不稳定围岩丧 失稳定是具有一个过程的，如在这个过程中提供必要的支护或限制，则围岩仍 然能够保持稳定状态。这种理论体系的代表人物有腊布希维兹 ( k v r a b c e w i c z ) 、米勒一菲切乐( m i l l e l - 一f e c h e r ) 、芬纳塔罗勃 ( f e n n e r t a l o b r e ) 和卡斯特奈( h k a s t n e r ) 等学者。这是一种比较现代的理 论，它已脱离了地面工程建筑考虑问题的思路，而更加接近于地下工程建设实 际，近半个世纪以来已被广泛认可，接受及推广应用，并且表现出了十分广阔 的发展前景。 显然，“松弛荷载载理论”更着重注意结果和对结果的处理；而“岩承理论” 则更加注意过程和对过程的控制，即对围岩自承载能力的充分利用。因此，两 大理化体系在原理和方法上各自表现出不同的特点。 2 公路隧道旌工方法”1 山岭公路隧道的常规施工方法又称为矿l j 法施工( 因最早应用于采矿坑道 而得名) 。 在矿山法施工中，多数要采用钻眼爆破进行开挖，故人称为钻爆法。在矿 山法中，坑道开挖后的支护方法，一般分为钢木构件支撑和锚杆喷射混凝土支 护两类。作为隧道旌工方法，习续上将采用钻爆开挖加钢木构件支撑的施工方 法，称为“传统的矿山法”；而将钻爆开挖加锚喷支护的施工方法称之为“新奥 法”。前述“松弛荷载理论”就是在传统矿山法施工实践的基础提出来的；而“岩 承理论”则是在新奥法设计施工的基础上提出来的。诚然“岩承理论”仍须完 善和提高。 ( 1 ) 矿山法 传统的矿山法是人们在长期的施工实践中发展起来的。这是以木或钢构件 作为临时支撑，待隧道开挖成型后，逐步将临时支撑撤换下来，而代之以整体 式厚衬砌作为永久性支护的施工方法。 木构件支撑由于其耐久性差和对坑道开状的适应性差，支撑撤换工作较麻 烦和不安全，且对围岩有所扰动。因此，目前已很少采用。钢构件支撑具有较 好的耐久性( 可采用装配式周转重复使用) 及对坑道形状的适应性较好等优点， 施工中亦可以不予撤换，并更为完全可靠。钢木构件支撑类似于地上的“荷载 一结构”力学体系。它作为一种维持坑道稳定的措施是很有效的，容易被施工 人员理解和掌握。因此这种方法常被应用于不便采用锚喷支护的隧道中，或处 理坍方等。由于衬砌结构的设计工作状态不一致，以及临时支撑存在的一些缺 陷，因此在一定程度上限制了它的发展和应用。 ( 2 ) 新奥法”1 新奥法即新奥地利隧道施工方法的简称，原文是n e wa u s t r i a n l l i n g m e t h o d ，简写为n a t m 。它与法国称收敛约束法或有些国家所称动态观测设计施 工方法的原则一致。 新奥法概念是奥地利学者腊丰希维兹( l v r a b c e w i c z ) 教授于2 0 世纪5 0 年代提出的。它是以既有隧道工程经验和岩体力学的理论为基础，将锚杆和喷 射混凝土组合在一起作为主要支护手段，通过监测控制围岩的变形，便于充分 发挥围岩的自承能力的施工方法，经过奥地利、瑞典、意大利等国的许多隧道 与地下工程实践和理论研究及科学论证。于2 0 世纪6 0 年代取得专利权并正式 命名为新奥法( n a t m ) 。之后新奥法在欧洲、美国和日本等国家许多隧道与地下 工程中获得极为迅速的发展，已成为现代隧道工程新技术的标志之一。我国近 3 0 年来，通过科研、设计、施工相结合，在1 0 0 余座公( 铁) 路隧道工程修建 中，根据中国的特点成功地应用了新奥法，取得了较多的经验，积累了大量的 数据，现已进入普遍推广使用阶段。目前，新奥法几乎成为在软弱的破碎围岩 地段修建隧道的一种基本方法，技术经济效盖显著。 新奥法与传统的矿山法相比，不仅仅是手段上的不同，更重要的是工程概 念，力学概念和设计原理的不同，是人们对隧道及地下工程问题的进一步的认 识和理解。新奥法是一个具体应用岩体动态性质较完整的力学概念，科学性较 过去的隧道施工方法科技含量高，因而不能单纯地将它仅仅看成是一种旖工方 法或是一种支护方法，也不应片面理解将仅用锚喷支护就认为是采用新奥法了， 事实上喷锚支护并不能完全表达新奥法的含义，新奥法的内容及范围相当广泛， 深入，即它既包括隧道工程设计、又包括隧道工程施工，还包括隧道和地下工 程的科究范畴的大系统工程。新奥法应用岩体力学的理论，以维护和利用围岩 的自承勇力为基点，采用锚喷为主要支护手段，能及时地进行支护，达到控制 围岩的变形和松弛，使围岩亦成为支护体系的组成部分，并通过对围岩和支护 结构的测量、监控来及时而正确的指导隧道和地下工程设计施工的方法与基本 原则“1 。 由于新奥法的应用和发展，导致隧道及地下工程理论步入到现代理论的新 领域和高水平，从而使隧道及地下工程的设计和施工更符合地下工程实际，即 设计理论一施工方法结构( 体系) 工作状态( 结果) 的一致。因此，新奥法 已在世界范围内得到广泛的应用。 3 双连拱隧道的技术现状 连拱隧道与分隔隧道比较，确实有很多优点。主要为： ( 1 ) 避免了洞口分幅路基，减少占地，并与洞外线路连接方便； ( 2 ) 较分幅路基间的排水问题更容易处理； ( 3 ) 在傍山或垭口地形利于洞口位置的选择，并可减少隧道长度“1 ； ( 4 ) 避免隧道洞口特大桥分幅，特别是跨河大桥。但毕竟连拱隧道与单幅 隧道相比，其设计和施工经验都不多，对连拱隧道的认识尚在探讨提高之中。 通过近几年连拱隧道修建的实践，我们认为连拱隧道在以下几个问题需探 讨和改进： ( 1 ) 中墙渗漏水问题的解决； ( 2 ) 衬砌开裂( 结构受力和施工的关系) ； ( 3 ) 隧道旌工方法： ( 4 ) 隧道结构究竟几类围岩才需采用钢筋混凝土结构； ( 5 ) 隧道施工量测的实施。 1 2 本论文的主要内容 本课文在大量阅读和查阅相关资料的基础上，结合黄梅山隧道现状，主要 进行了以下工作内容： 1 对洞口工程施工技术，特别是地表深孔预注浆加固技术和长管棚施工技 术进行了认真的探讨。 2 对连拱隧道三导洞即中导洞及双侧壁导坑施工技术在大跨软弱围岩条件 下的应用进行了论证、分析和比较后确定该施工方法。 3 对连拱隧道中隔墙施工进行了技术探讨。 4 监控量测技术在黄梅山隧道施工中成功应用及指导隧道安全施工方面进 行了系统的探索。 5 对双连拱隧道综合防水系统包括排水系统以及防水砼的应用也进行了综 合试验探讨。 6 结论。 4 第二章黄梅山隧道施工技术方案的探讨与制定 2 1 黄梅山隧道工程概况 ( 1 ) 地质描述 黄梅l 【j 隧道位于马鞍山市当涂县银塘镇境内，马芜高速公路 k 4 + 0 7 5 一k 4 + 6 0 5 ，海拔3 7 6 3 8 0 9 0 m ，相对高差4 3 3 7 m 。地貌上属丘陵低山， 山体近东西走向，东高西低；矿坑杂乱分布，较大地改变了原有地 隧址内出露的地层为第四系填筑土和上更新统亚粘土，下履白垩系f 统大 王山组凝灰岩及燕山三幕侵入的闪长玢岩，按照风化程度分别为：全强风化 凝灰岩、闪长玢岩、强风化闪长玢岩、弱风化闪长玢岩。其间： 填筑土：湿润、松散，主要分布于k 4 + 4 1 3 k 4 + 6 0 5 ，层厚o 5 6 0 m 。 亚粘土：湿润饱和、软硬塑，含少量碎石，为残积坡土，分布于k 4 + 0 8 4 1 4 + 3 8 3 ，层厚1 0 0 2 o o m 。 全强风化凝灰岩，碎裂结构、多见长石晶屑，胶结物为火山灰质，岩石 软硬不均，裂隙中等发育，较平直微张，主要为铁质充填，局部为泥质充填。 纵波速率：9 1 7 m s ，泊松比0 4 6 6 2 。 全强风化闪长玢岩：细中细粒或斑状结构，土状碎裂状，大部分已 高岭土化，岩质松软，裂隙中等发育、微张，主要填充物为铁质，局部夹强风 化凝灰岩透镜体。隧道穿越岩层主要为此类围岩，纵波速度：1 7 1 3 m s ，泊松比 0 4 6 4 2 。 强风化闪长玢岩：细中细粒或斑状结构、碎块状块状，岩质较硬；裂 隙中等发育、平直微张，主要有铁质填充，纵波速度：2 8 0 2 m s ，泊松比0 4 5 2 9 。 弱风化闪长玢岩：细中细粒或斑状结构、块状，岩质较硬；裂隙中等发 育、平直、大部分闭合。纵波速度：2 9 1 6 m s ，泊松比0 4 4 4 3 。 隧址区位于蒋门山一一黄梅山隐伏断裂带内，此断裂以被后期岩浆愈合， 对工程施工无影响；隧址区仅分布f l 、f 2 两条小规模断层，分述如下： f 1 断层：走向近南北，倾向1 5 3 度，倾角7 5 度左右，规模较小，与隧道 轴线相距5 0 米以上，对隧道施工基本无影响。 f _ 、2 断层：走向近东西，倾向2 7 0 度，倾角6 5 8 0 度，规模不大。 通过对隧址区节理裂隙的调查，本区节理裂隙分布混乱，规律不甚明显， 大致近南北及北西向，属裂隙中等发育地区。 隧址区地层地下水水位埋深较大，主要为基岩裂隙水，据黄梅山铁矿水文 观测资料，基岩裂隙水稳定水位埋深标高在2 0 米左右；岩体透水率为0 1 5 2 8 0 ( 1 u ) ，透水性较弱；p h 值= 6 8 6 9 ，侵蚀性二氧化碳含量为 0 7 0 一l t o a l g l ，对混凝土无侵蚀性。 黄梅山隧道进、出口段均为全强风化闪长玢岩，成岩作用差，裂隙发育， 围岩稳定性差。隧道开挖时，若受剧烈震动或处理不当，拱部会出现大的坍塌， 侧壁易失稳。为确保施工安全，设计上采取相应技术措施。 ( 2 ) 设计概况 1 ) 横段面设计 黄梅山隧道全长5 3 0 m ，设计为双向四车道，计算行车速度1 2 0 k m h ，隧道 净空净高5 0 m ，净宽为净9 0 + 0 7 5 m 检修道+ 2 x 0 5 m 宽；隧道净宽除满足行车 净空要求外还考虑到通风、照明、消防及其它运营管理设施所需空间。 2 ) 衬砌结构设计 根据地勘报告提供地各类岩组的物理力学参数、岩体结构、机构面发育特 征及各项定性、成果资料分析，考虑到该隧道结构的特殊性，将隧道围岩类型 划分为i 、1 1 两类，i 类围岩衬砌长度为1 4 9 米，i i 类围岩衬砌长度为3 1 6 米， 明洞长6 5 米。隧道除洞口段结合地形、地质条件设置明洞外，其余均按新奥法 设计和施工原理，采用柔性支护体系结构的复合式衬砌，即以型钢钢拱架为施 工支护辅以导管周壁预注浆超前支护，以中空注浆系统锚杆、喷射混凝土、钢 筋网等为初期支护，在初期支护基本稳定的条件下全断面模筑二次防水抗裂钢 筋混凝土衬砌，混凝土内添加a e a 抗裂防水混凝土膨胀剂，并在两次衬砌之间 分别敷设土工布和防水层。衬砌结构设计参数主要采用计算分析并结合工程类 别法确定，根据围岩类别和洞室埋深条件拟定相应的支护类型，并通过必要的 理论分析计算进行校核，确定衬砌的结构型式。i 、i i 类围岩复合式衬砌支护 参数见表2 1 。 3 ) 防排水设计 隧道的防排水遵循“以排为主，防排结合，因地制宜，综合治理”的 原则。设计中采用的措施要求达到：排水通畅，防水可靠，施工方便，使隧道 建成后洞内基本干燥，保证衬砌结构和洞内设备的正常使用以及行车安全。 隧道沿全长在行车道右侧边缘设置排水边沟和衬砌两侧墙脚外侧对称 设p v c 中1 6 0 5 纵向排水花管，并用p v c 由1 6 0 5 排水管与中心排水沟横向连通； 中隔墙顶部的排水采用在拱脚左右沿隧道各设p v c 巾1 6 0 5 纵向排水花管，并纵 向每隔断2 5 米用p v c 中1 6 0 5 排水管竖、横向相联通，将水沿中隔墙中预埋管 件引至中心排水沟，完成纵横向的连通，形成完整的排水体系。 防水沿隧道全长在初期支护与二次衬砌之问设置1 5l r f f n 厚改性l d p e 防 水板和4 5 0 9 m 2 土工布，施工中必须按设计要求分开铺设，达到无钉穿破防水 板的要求。 隧道内所有施工缝和变形缝均设置中埋式橡胶止水带。 排水主要采用在初期支护中根据地下水情况设置多道q 型弹簧排水 管，将水引入衬砌左右两侧墙脚外侧p v c 中1 6 0 5 纵向排水花管中，然后经p v c 巾1 6 0 5 横向排水管引入中心排水沟排出洞外；路面清洗消防用水的排放通过 铁篦子进入路面两侧排水边沟直接排出。 表2 1 黄梅山隧道复合衬砌支护参数 萱 围岩类型 项目 位 ii 【 类型m m由1 0 8 x 6 管棚中5 0 x 5 小导管 超前支护间距c m4 04 0 艮度 m4 25 喷射混凝 2 5 号混凝土c m3 02 5 初 土厚度 径向 直径 m m中2 5巾2 5 期 系统长度c m4 5 04 0 0 锚杆 支锚杆布置c m1 0 0 x 1 0 01 0 0 1 0 0 护t 直径m m巾8m 8 钢筋网 钢筋布置 c m2 0 2 02 0 2 0 钢拱m mh 1 7 5 h 1 7 5h 1 7 5 h 1 7 5 施l ： 型钢钢架 间距 c m5 0 7 5 支护 2 5 号防水抗裂 二次衬砌c m5 55 0 钢筋混凝土 仰拱2 5 号钢筋砼c m5 55 0 防水沿隧道全长在初期支护与二次衬砌之间设置1 5n l m 厚改性l d p e 防 水板和4 5 0 9 m 2 土工布，施工中必须按设计要求分开铺设，达到无钉穿破防水 板的要求。 隧道内所有施工缝和变形缝均设置中埋式橡胶止水带。 排水主要采用在初期支护中根据地下水情况设置多道q 型弹簧排水 管，将水引入衬砌左右两侧墙脚外侧p v c 巾1 6 0 5 纵向排水花管中，然后经p v c 中1 6 0 5 横向排水管引入中心排水沟排出洞外；路面清洗消防用水的排放通过 铁篦子进入路面两侧排水边沟直接排出。 洞外防排水系统：设计原则是以排水为主，防排结合，综合治理。采用 防、截、堵、排相结合，形成完整的防排水体系。洞门上方设截排水沟，引地 表水至路基边沟或洞门外端自然沟谷，以此形成完善的洞内外排水系统。 2 2 黄梅山隧道工程特点、重点及难点 黄梅山隧道进、出口段及洞身段均为全强分化闪长玢岩，成岩作用差， 裂隙发育，围岩稳定性差；隧道洞身全部为浅埋地段，洞口段为坡积物和人工 弃土且覆盖层非常薄，洞口最小覆盖层仅2 3 m ，最大埋深4 3 米，最大开挖宽 度2 6 3 米，属大跨、浅埋、软弱围岩双连拱隧道，为马芜高速公路工程唯一一 座隧道，也是安徽省第一座双连拱隧道，是全线重点控制工程之一，采用暗挖， 从受力角度分析存在许多不利因素，设计和施工难度相对较大。同时，根据本 隧道大跨、浅埋、软弱围岩三大特点，隧道防渗漏、防坍塌、中隔墙平衡受力、 中隔墙不均匀下沉、中隔墙顶部防排水、衬砌防脱空等是施工中控制的重点、 难点。也是本论文关注的焦点。 2 3 连拱隧道施工技术的探讨 8 鉴于连拱隧道的特点，其施工技术与分幅隧道相比有很大的差别，根据不 同的地质条件、不同的设计模式以及不同的施工组织，连拱隧道的施工方法可 归结围三种： a 中导洞双侧壁三导洞法： 该施工方法一般采用先中导坑开挖，两侧壁导洞跟进，中导洞贯通后浇筑 中隔墙混凝土，两侧壁导洞贯通后浇筑边墙混凝土，拱部采用保留核心土的方 法，开挖正洞并进行初期支护。中导洞及侧壁导洞采用短台阶法施工并加强支 护，确保导洞开挖的稳定。具体施工步骤见图2 1 。 b 中导洞一正洞台阶开挖法： 该施工方法是先贯通中导洞并浇筑中墙混凝土，然后采用上下台阶法开挖 左右币洞，最后全断面二次衬砌。 c 单洞法： 该施工方法按两个独立的单洞考虑，具体表现为两个较为独立的连拱结 构，防排水左右各成系统，施工方法上大的方面采用两部开挖，具体开挖方法 可结合地形、地质等条件，参照单洞开挖方式进行( 全断面、台阶法、c r d 法 等) ，原则上先开挖的洞室可按正台阶法或全断面法开挖，后开挖的洞室按正台 阶法开挖。具体见图2 2 。 三种方法比较： 第一种方法具有支护闭合及时，结构刚度大，在施工安全方面具有优势。 适合于洞口浅埋偏压段及软弱围岩的特殊地段。 第二种方法具有工序简单，施工干扰小，临时支护量小，拆除临时支护也 小，因而节约成本，且施工速度快。该方法适合于i i i 类及其以上围岩的地质情 况。 第三种方法减少了施工工序，缩短了全段面结构建成时间，降低了对围岩 的扰动，保证了连拱隧道防水板的施工质量核排水效果，同时减少了导坑开挖 所需的临时支护工程，特别是i i i 类围岩以上的连拱隧道，降低了工程总造价。 2 4 黄梅山隧道施工技术方案的制定”“1 秘 馥鱼 娩毓 静鳆 鸱鲤 静 l 图2 l 三导洞法施工工序图 矗基篁垒圭垄丝壁墅堡篁 1 2 簟诤管 图2 - 2 单洞法施工工序图 由于黄梅山隧道属于浅埋大跨软弱围岩连拱隧道，特别是洞口段为坡积物 和人工弃土且覆盖层非常薄，采用暗挖进行施工，难度相对较大，进洞前采取 b 胬 囝一 潍蒸 她一舾一 堕管 地表深孔注浆和长管棚预加固措施，以策安全、顺利进洞；在充分考虑到隧道 浅埋，围岩破碎，自稳能力极差，靠山侧有偏压，不允许产生较大变形，必须 控制围岩的变形，充分发挥围岩的自稳能力，决定采用中导洞一双侧壁导洞三导 洞法，单洞采用环形开挖预留核心土法。以减小变形，确保施工安全。 2 5 黄梅山隧道施工步骤 根据施工技术方案，确定了图2 3 的施工步骤。洞口辅助施工，先行中 导坑丌挖、支护，滞后一定距离相继进行左右侧壁导坑开挖1 和一2 ，中 导坑贯通后全隧道模注中隔墙钢筋混凝土i ，先行单洞环行开挖中心留核心土、 支护，先行单洞中间核心土部分开挖，先行中间底部开挖，后行单洞环 行丌挖中心留核心土、支护，后行单洞中间核心土部分开挖，后行中间底 部开挖，就地模注钢筋混凝土仰拱、仰拱回填，全断面模注二次钢筋混凝 土衬砌。根据量测结果，如果初期支护稳定性差，采用先墙后拱法衬砌。 图2 3 隧道施1 步骤 2 6 旌工遵循原则 为确保隧道正常开挖，采取以下措施、遵循原则： ( 1 ) 明洞丌挖露出边坡时及时进行锚喷支护作为临时防护，以保施工安 全，并避免大刷大挖。 ( 2 ) 建立完善的监控量测系统，及时进行地表下沉、拱顶下沉、周边位 移等量测工作，掌握围岩的变化情况。 ( 3 ) 严格控制开挖进尺和台阶长度。 ( 4 ) 采用人工开挖或弱爆破，减小围岩扰动。 ( 5 ) 合理控制各导坑掌子面的距离，防止产生“群洞效应扰动围岩： ( 6 ) 围岩裸露时间应尽量缩短，开挖后立即进行初喷再进行初期支护。 ( 7 ) 尽早进行仰拱落底，减小下沉变形，严格控制落底进尺。 ( 8 ) 及时封闭成环，减小变形。 ( 9 ) 加强超前地质预报，根据围岩情况，采取相应施工方法和合理的施 工工序。 ( 1 0 ) 做好施工中荷载的合理转换。 第三章洞li t 程施工技术 根据黄梅山隧道地质特征及结构特点，设计上相应采取措施，即采取地表 深孔预注浆加固围岩松散体，配合长管棚加护拱的措施确保洞口工程安全顺利 施工。 3 1 地表深孔预注浆加固技术的应用 ( 1 ) 地表深孔注浆的目的 a 黄梅山隧道洞口段埋深浅，且为坡积物和人工弃土覆盖，围岩松散、自 承能力差，存在坍塌、冒顶隐患；采用地表注浆固结围岩和上覆层，提高其自 承能力，使原为主动荷载的上覆层变成能承载的承载拱。 b 黄梅山隧道进、出洞口段均为全强分化闪长玢岩，成岩作用差，裂隙 发育，地基承载力底，而双连拱隧道防中隔墙下沉为施工重点、难点；采用地 表深孔注浆加固地基，提高了地基的承载力，同时达到固结堵水的目的。 c 洞口段受力极其复杂，采用地表注浆填充围岩间裂隙、固结围岩，提高 洞口段围岩的整体性和稳定性，以保证安全进洞。 d 通过地表注浆加固，为长管棚施工和进洞施工创造良好条件，加快隧道 施工进度、缩短工期，减少工程造价。 ( 2 ) 地表深孔预注浆设计概况 黄梅山隧道地表深孔预注浆主要用于加固洞口k 4 + 1 1 0 一k 4 + 1 4 0 段及 k 4 + 5 4 0 一k 4 + 5 7 5 段。注浆范围如下，横向：路线中心线左右各2 0 米，纵向：地 表至隧道拱底以下5 米。注浆浆液全部采取1 ：1 水泥砂浆，注浆孔直径9 0 m m ， 孔心间距为2 4 0 c m ，呈梅花状布置，注浆压力不得小于2 0 m p a 。注浆时采用分 段前进式注浆，注浆次序为先注边孔，形成止浆墙，然后横向每隔3 个孔注一 个孔，纵向每隔2 个孔注一个孔，依次而注，直至注完为止。 ( 3 ) 地表深孔预注浆试验情况 根据设计要求在地表深孔注浆前要做试验孔，确定具体参数，对此根据围 岩具体情况确定在k 4 + l1 2 里程设卜5 作为注浆试验孔，周边设四个观测孔，具 体见图3 一l 。 试验时对卜5 试验孔压注1 ：1 水泥砂浆，注浆深度2 0 m ，开始浆液流速较 慢，而注浆压力提升很快，不到2 0 分钟，注浆压力达到2 5 m p a ，而压注浆液 仅为0 2 4 m 3 ，且观测孔无浆液，3 0 分钟后，注浆孔封孔处开始冒浆，第一次试 验结束。试验表明：水泥砂浆粒径较大，渗透性差，浆液基本无扩散。为确保 注浆效果，切实作到真f 的可比性分析，对原试验孔卜5 进行处理后改压注纯 水泥浆，经观测，开始时浆液流速较快，注浆压力缓慢上升，约1 小时后注浆 压力2 0 m p a ，且观测孔卜5 一试1 ( 距试验孔“1 5 ”1 5 米) 开始冒浆，同时在 距洞口约1 0 米洞口处沿着地表裂隙浆液外茸，注浆试验结束，考虑到地质的复 杂性和岩层的不均匀性，又分别选取了3 组试验孔分别注浆试验，情况基本相 似，最后经认真分析、比较确定：采用水灰比为0 7 ：1 的纯水泥浆，注浆压力 控制在2 5 m p a 左右，浆液扩散半径为1 5 米，故钻孔半径定为2 4 米。 芜湖 卜5 试3 厂 i i 丌i 鲁l o l l5 m 1 5 c n l l 一5 试1 厂。八厂、l 厂、1 5 试4 k 4 + 1 1 2 吕i 2 3 mv 。| 七 ) 1 5 试2 图3 1 注浆试验孔、观测孔布置图 ( 4 ) 施工工艺 a 施工准备：准备好钻孔、注浆材料和机具，检查钻机、搅拌机、注浆泵 是否正常，保证其能正常工作，检查注浆管路确保管路畅通，检查注浆泵的压 力显示系统确保其准确无误。 b 测量放线：根据设计图测量放出注浆范围和注浆孔位置，测出各注浆孔 处地表标高，计算出各注浆孔深度，并对每个注浆孔编号，编号做到技术交底 图、施工现场、施工记录一一对应。 c 设备选型：根据现场地质情况确定钻机型号，以满足进度要求；根据本 隧道围岩破碎、遇水极易塌孔、土石夹杂、： 期短、质量要求高的特点，选用 了适用各种地层、速度快的m k 一5 型钻机和注浆压力大、流量高的k b y 一5 0 7 0 型注浆机。 d 钻机定位：根据测量注浆孔位置进行钻机就位，对场地稍作平整( 不改 变原自然坡度) ，采用脚手架钢管或方木搭设平台，保证钻机稳定、钻杆垂直。 e 钻孔：根据测量提供注浆孔深度钻0 9 0 孔至设计标高下0 5 米，钻孔过 程中用水平尺经常检查钻杆垂直度、调整钻机机座，确保注浆孔垂直。 例3 2 地表深孔注浆施1 z e 艺框图 f 下管：钻孔完成后，退出钻杆，及时进行验孔，注浆孔深度和垂直度达 到要求后及时下注浆管；出现塌孔时利用钻机重新清孔。 g 封孔：采用中8 9 8 钢管作为封孔管，防止顶部塌陷，封孔管端头2 3 米范围内的管壁四周用麻丝缠绕，使之与钻孔孔壁充分挤压塞紧，实现注浆管 的止浆和固定；封孔管顶进至要求位置后，采用水泥砂浆或小石子混凝土浇灌 封孔管与孔壁间隙，并充分捣实，待封孔混凝土凝固到有足够强度后，方可进 行注浆。 h 注浆：注浆采用全孔封闭整体注浆，注浆终压2 o m p a ；注浆时，先注周 边孔，以形成周边止浆墙，防止跑浆。 i 注浆结束标准：采用注浆终压和流量控制注浆是否结束，当压力达到 2 o m p a 后，并且流量很小而注浆压力突然增大超过2 5 m p a ，即可结束该孔注浆。 j 现场试验：钻孔、注浆全面展开之前，先做试验孑l ，确定浆液参数、浆 液扩散半径、钻孔间距，以达到最佳注浆效果；在注浆孔周围分别均匀依次布 置i 5 m 、i 8 m 、2 o m 、2 3 m 注浆效果观察孔。经现场多次试验确定采用0 7 ： 1 水泥浆，注浆孔间距2 4 米，浆液扩散半径i 5 米，注浆效果最佳。( 因地质 的复杂性，必须通过实验方可确定合理的注浆参数和布孔半径) ( 5 ) 施工注意事项 a 提高封孔质量，保证注浆时不跑浆； b 钻孔过程中遇到破碎带，钻杆难以拔出，并极易塌孔时，应采用水泥砂 浆袋顶入孑l 中固结破碎带。 c 地表注浆是一项复杂、技术要求高的工艺，应选用钻孑l 、注浆技术熟练 的工人和技术管理干部从事施工和管理，以保证施工质量。 d 对钻孔和注浆施工采取动态管理，严格按要求和地质情况实施钻孔、注 浆、检查、记录，并及时进行分析、反馈。 3 2 长管棚施工技术的应用 ( 1 ) 技术参数 左右线进出口端管棚设计长为4 2 米，共1 3 0 根。 热轧无缝钢管中i 0 8 r n i n x 6m m ，节长3 m 、6 m ，钢管内安装钢筋笼： 管距：环向间距4 0 c m ； 倾角：仰角1 。( 不包括路线纵坡) ； 方向：与路线中线平行； 钢管施工误差：径向不大于2 0c m ；隧道纵向同一断面内的接头数不大于 5 0 ，相邻钢管的接头至少须错开1 m 。 浆液：1 ：1 水泥砂浆注浆压力：0 5 一1 o m p a 图3 3 一l 长管棚横断面布置图 图3 3 2 长管棚纵断面图 c 3 f ) 导向墙 叫啊 m22 固定筋 m l2 j 导向管 h 17 5 17 5 h 制拱架 缪渗钐戮暗洞 图3 5 钢拱架安装图 ( 2 ) 施工工艺 图3 6 施i ：工艺框图 a 洞口段开挖及防护：地表注浆同时进行洞口段开挖及防护，为便于钻机 钻孔、注浆作业，在作套拱前，土石开挖应分台阶进行，上台阶高度在起拱线 附近做为管棚施作平台，平台高度( 指钻孔轴心至钻机底座距离，应考虑钻机 升降能力) 、长度根据钻孔设备和管棚钢管最长节长度确定，如采用m k5 水平 钻机、节长6 m ，平台高度一般为1 5 m 左右，长度一般为8 - l o m ；在施作套拱范 围，挖机挖至一定标高后由人工修整为设计要求形状作为套拱底模。 b 砼套拱施作：采用c 3 0 混凝土套拱做长管棚导向墙，砼套拱厚1 0 m ，长 2 o m ，套拱内埋设四榀i2 0 b 工字钢拱架，导向管采用中1 3 3 x 4 5 m m 无缝钢管， 工字钢与导向管焊成整体，并用“q ”型巾1 6 钢筋固定，确保导向管稳固、方 向准确，砼套拱施作好后，与其相临面进行喷砼封闭，保证注浆时不跑浆。 c 钻孔：搭建施工平台，安装钻机，钻机平台由上向下，由中问至两边， 根据孔位依次搭好，要求钻机平台搭建牢固，利于安装固定钻机，防止施钻时 不均匀下沉、摆动、位移、倾斜而影响钻孔质量，钻机距工作面距离不大于2i n ； 采用2 台钻机平行作业分别施作左右正洞，互不干扰，以加快速度；钻机定位 时，钻杆轴心与导向管轴心一致，采用扶正器扶正确保方向准确，为克服钻深 后钻具白重产生的下垂影响后期进洞施工，钻孔时应经常检查方向是否与导向 管方向一致，并及时调整扶正器；采用空压机干式成孔，如钻进中遇到不能钻 进成孔时( 地质复杂带) ，则采用预注浆加固钻孔法。开孔时，要低速低压，等 成孔几米后，再加速加压。钻孔测斜用经纬仪测斜法，成孔一半时测斜，测定 方法是先抽出钻杆钻头，然后把专门制作的光源插入管内，送到测定位置，使 用安装在钻机上的方向十字丝，使两个十字丝重合再看光源，测定其偏差量。 为加快速度，提高效率，也可采用经纬仪测定，其方法是用经纬仪从孔口直接 看光源，根据光源在孔内位置及孔径大小大致判定偏斜情况。 d 管棚插入及孔口处理：钢管采用e 1 ) 1 0 8 无缝钢管，管壁设由2 0 溢浆孔， 节长3 和6 m 两种，管棚环向间距4 0 c m ，方向与隧道纵向平行，同一横断面内 接头数量不超过5 0 ，相邻钢管的接头相错量不小于1 m ，所以把孔分为奇数和 偶数，编号为奇数的管节都采用6 m 钢管，编号为偶数的首末两节管采用3 m 钢 管，其余均为6 m 。钢管采用丝扣连接，丝扣长1 5 c m ，浅孔段采用人工推进，孔 深阻力大时，采用机械顶进。为防止塌孔保证孔向正确，每钻完一孔即顶进一 根钢管，注一孔浆。钢管就位后加以固定，钢管与导向管间隙用棉纱堵塞、水 泥砂浆封堵。 e 注浆：采用k b y 一5 0 7 0 注浆机注浆，按钻一孔注一孔浆进行，全孑l 一次 压入，注浆浆液的参数由现场实验确定，浆液扩散半径不小于0 5 m 。当注浆量 达到设计数量或注浆终压达到1 0 m p a 而浆液注不进时再稳压3 5 分钟即可结束 注浆。 ( 3 ) 施工注意事项 a 根据施钻部位的地质情况选取合适的倾角，角度过小将可能导致管棚远 端下垂至隧道开挖轮廓内影响后期施工，角度过大管棚离开挖轮廓距离过大， 管棚下方的三角土体坍塌给洞身开挖支护带来很大困难； b 长管棚注浆超前支护在破碎堆积体中注浆效果较好，开挖后可看到管棚 之上破碎石块被胶结成整体，并且长管棚中补注的水泥砂浆也增大了钢管棚刚 度，但是在风化岩层中，即使岩块破碎，但往往岩块中充填湿粘土，粘土具有 可塑性，而注浆液渗入几乎为零，隧道拱部丌挖后，一般管棚之下所谓扩散半 径以内的岩体自然脱落形成超挖，管棚由于间距达4 0 c m ，石块及土层在地下水 作用下，经常沿缝隙流塌而形成塌穴的现象，必须及时回填封闭或在后期开挖 过程中施作超前小导管注浆进行支护。 c 钻孔过程中如出现不均匀地质或者孤石，为防止偏孔，在两种地层特别 是从较软地层到较硬地层或孤石时，必须进行扩孔。 d 管棚施工必须选派技术能力强、有责任心的技术人员加强现场管理，以 保证施工质量。 3 3 明洞和洞门工程施工技术 ( 1 ) 施工工序 测量放线一洞顶边仰坡外截水沟施工一明洞段土石方开挖一边、仰坡防护 一明洞及洞门施工 ( 2 ) 施工工艺 a 测量放线：根据设计图纸进行放线，确定隧道中线、边仰坡线，以指导 下步施工。 b 边仰坡外的截水沟：根据边仰坡外洞顶渗水情况和洞口段地面排水系 统，确定截水沟的断面尺寸及流向。如洞顶有坑洼积水，修筑简易临时排水沟 与截水沟连接，使积水流入截水沟。 c 明洞段土石方开挖： 洞口段土石方采用明挖法施工。施工前，先根据设计尺寸，在地面上标出 隧道中线及边坡、仰坡线，同时确定管棚套拱的位置和标高。采用挖掘机自上而 下分台阶逐段开挖，边开挖边防护，随时监测、检查山坡稳定情况。当开挖至 一定标高，停止开挖，以作为洞口段管棚施作平台，待管棚施作好后继续开挖。边 坡、仰坡上浮石、危石要清除干净，坡面凹凸不平处予以修整平顺。开挖弃方 堆放在指定地点，边坡仰坡上不堆集弃土、石方，及时进行网、喷坡面防护工 程和进洞防护措施的实施，明洞段和洞门一次开挖完成。挖掘机、自卸汽车装运 碴。 d 边、仰坡防护 根据设计要求的边仰坡防护形式在开挖后迅速进行边、仰坡防护。施工前 先将边仰坡面的浮渣、松动危石清除干净，坡面修整平顺，并对坡面先初喷5 c m 混凝土以迅速封闭开挖面，垂直坡面打入锚杆，间距1 o m 1 o m ，然后随坡面 起伏铺设钢筋网，使其与锚杆连接牢固，保证喷射混凝土时钢筋网不晃动，同 时保证钢筋网与坡面间3 5 c m 间隙。喷射混凝土采用湿式喷射机分层喷射，喷 砼时控制好喷射角度、距离、水压、风压以减少回弹量，旋工结束后回弹物及 时清理出场，严禁再次使用或他用。同时加强喷砼层的养护，养护时间不小于 设计要求。 e 明洞及洞门施工： 开挖完成后，检查地基承载力，符合设计要求后施作明洞段仰拱。中隔墙 混凝土衬砌结束后，进行明洞洞身衬砌和洞门施工。明洞洞身衬砌采用组合钢 模先施作中隔墙和两侧边墙基础混凝土，待该部分达到一定强度后，用9 m 模 板台车全断面模注钢筋混凝土。待混凝土强度达到设计强度、拱墙背防水设施 完成后，及时进行明洞背后回填，回填时先填粘土隔水层，再填土夹石层，回 填到设计标高后施作坡面防护工程和明洞顶截水沟。 测量放线 + l 截、排水沟施工 养生 0 防水层施作 回填夯实 j 坡面防护、截水沟施作 图3 - 7 明洞施l 】艺框幽 2 0 图3 - - 8 隧道洞门施t 1 艺框图 ( 3 ) 质量技术控制要点： a 明洞土石方开挖采用机械自上而下分层开挖、机械清碴，开挖前作好截、 排水沟施工和边仰坡防护，保证开挖基坑不受水侵或冲刷和边坡稳定； b 基坑开挖达到设计标高以后，认真检查基底承载力，如与设计不符或差 别较大时，及时与设计、监理、业主单位取得联系，确定施工方案； c 明洞衬砌砼灌注完成后，拱部砼强度达到设计强度的7 0 以上、且洞顶 中心回填厚度达到0 7 m 以上时，方可拆除内模板及拱架，具体拆模时问通过试 验确定； d 洞顶回填旋工及时进行。拱背回填时对称分层夯实，根据试验确定分层 厚度，两侧回填土面的高差控制在0 5 m 以内，回填料采用粗颗粒土。回填至拱 顶