隧道下沉控制方法.doc

参评论文交通土建勐连1号隧道浅埋、破碎地质段施工技术【摘 要】 保腾高速公路项目勐连1号隧道腾冲端浅埋、破碎地质段隧道施工中，经过调整开挖方式、浅层处治，加强初支、二衬的方式，解决了初支下沉量、位移大的问题，顺利通过了该段地质，为软弱破碎地层隧道施工积累了一定的经验。【关键词】：隧道 浅埋破碎地质 施工技术 1、工程概况云南保山至腾冲高速公路七合同横山段位于保山市腾冲县境内。合同段保腾公路7合同段勐连一号隧道设计为双向4车道分离式隧道，其中左幅（保山端K30+935K32+286腾冲端）全长1351m，右幅（保山端K30+907K32+288腾冲端）全长1381m，设计地质主要为全强风化褐灰花岗岩，山体节理裂隙发育、围岩软弱破碎，岩层间结合力弱、自稳能力差，开挖侧壁经常失稳易坍塌，地下水分布呈散状局部集中股状，易造成洞室开挖坍塌，山体横坡较陡，存在不同程度的偏压，隧道通过两条断层。2、前期设计及施工情况该隧道施工采取四个口双向对挖施工，其中腾冲端左、右幅在完成套拱管棚及明洞施工后，先后进洞施工，进洞施工段落设计为 级，开挖采取三台阶五步法，设计各项支护参数： 6米长注浆小导管超前支护，每循环53根、间距30cm，搭接长度1.15米；初支支护为 I18工字钢、25cm厚喷射混凝土、6双层钢筋网1515cm、4米长25中空注浆锚杆（间距6070cm梅花形布置）、4根4米长25砂浆锁脚锚杆，预留变形量15cm；二衬为22环向主筋间距25cm，18水平筋、8支撑筋间距均为50cm，厚度60cm。在左、右幅进洞施工60多米段落期间，洞顶仰坡多次开裂、滑塌，洞顶山体多次开裂变形，隧道施工短期内地表下沉和拱顶下沉速度过快，下沉变形量较大，造成二衬厚度不足或没有二衬厚度，经过连续不断的监控量测，右幅K32+226处地表累计下沉110cm 、拱顶累计下沉73cm，拱腰收敛值累计达45cm，左幅K32+229处地表累计下沉125cm、拱顶累计下沉79cm、拱腰单侧收敛累计51cm。具体表现为地表裂缝50多cm宽度，错台最大处接近1米，洞内工字钢扭曲，初支呈网状开裂，左右幅各有近20多米的段落初支下沉造成二衬厚度不足或没有二衬厚度，已完成二衬有多个段落出现隧道纵向裂缝。3、原因分析根据隧道设计地质资料及现场调查，勐连一号隧道腾冲端左右幅隧道洞口至 K32+080段约200米长地段，隧道顶山体覆盖层在5-35m厚，在K32+080处有一冲沟沿隧道顶横穿，该处覆盖层仅有5米多厚，该冲沟两头顺延环绕左右幅隧道，山体沿隧道纵、横向横坡陡，存在偏压；地质为全分化岩层，围岩软弱破碎，层间结合力弱自稳能力差；地下水丰富，地下水降低了围岩的承载力和消弱了层间结合力；该段隧道在一个围岩软弱体内穿过，拱部围岩整体下沉，其下沉力由钢拱架传递至锁脚锚杆或小导管处，周围软弱围岩、锚杆和钢架一起下沉。隧道施工时在很短的时间内地表即出现开裂、下沉、变形，造成隧道支护衬砌背后山体压力较大，引起隧道下沉变形等一系列问题。4 处治方案针对初支下沉快、挤压变形大的问题，结合实际施工情况，及时进行了从洞口加固、洞内开挖方式改变、超前和初期支护加强、二衬补强等方案调整，确定平稳过渡后再行回头处理二衬厚度不足段落。具体施工措施如下： 4.1 浅层处治由于前期的下沉开裂，导致了洞口仰坡、边坡、地表多处出现开裂，为了防止雨水随裂缝进入山体，进一步增加山体自重、减弱山体的内在应力、自稳能力，需要对裂缝进行回填；同时，由于前期仰坡塌方，导致了该处的偏压进一步加大，需要对仰坡进行回填。具体处治措施为：(1)、小裂缝采用人工填塞粘土夯填找平，大的裂缝用砂浆或喷射砼封闭，夯填找平后对于大的裂缝位置铺设塑料膜再行填土覆压拍实，喷射砼脱空处，清除脱空砼，裂缝夯填后重新喷射砼封闭，并设置裂缝观测点集中重点观测；(2)、由于左幅仰坡前期仰坡开挖时多次塌方，变缓坡比后，仰坡高度过高，同时山体松散，洞内施工时，初支压力大。因此在仰坡第一、第二级处增设钢管桩。本处仰坡处治钢管桩采用了15米长、108无缝钢管，注10号水泥浆，钢管上梅花形布置漏浆孔。同时为保证仰坡自身坡面稳定，仰坡采用锚索框格梁处置。(3)、由于该仰坡面塌方造成了左幅隧道偏压，因此需要对该处仰坡进行回填，回填高度根据实际地形，尽可能高。4.2 调整开挖工法短台阶法在前期施工中，虽然采用刚性很大的辅助工法，但初支因断面大、隧道本身地质太差，控制隧道下沉、位移的效果不是很好。因此，决定对隧道的开挖方式进行了调整：将三台阶五步法调整为交叉中隔壁法（CRD工法）进行施工。其具体的施工工艺如下：(1)、施工理念CRD工法施工将隧道的大断面化成小断面施工，各个局部封闭成环时间段、每个步骤的受力体系完整，结构受力均匀，变形小、控制早期沉降效果显著。(2)、施工方法隧道分侧分层进行开挖，分部封闭成环，具体开挖顺序见交叉中隔壁法开挖横断面示意图。每开挖一部，均及时施作锚喷支护、安设钢架、施作中隔壁、安装底部临时仰拱。一侧超前的上、中部，待初期支护完成且喷射混凝土达到设计强度70%以上时再开挖隧道的另一侧的上、中部，然后开挖一侧的下部，最后开挖另一侧的下部。左右交替开挖每一部的开挖高度、长度根据地质情况及隧道断面大小而定。本隧道确定了上台阶支撑高3.1米、中台阶中支撑高4米，左右部分错台5-10米、上下台阶错台510m。4.3加强超前支护、初期支护参数由于隧道岩体破碎、开挖时掉块、局部垮塌严重，为了减少开挖塌方的可能性，提高围岩的整体性、抗渗性和稳定性，更好的使超前支护、初期支护与固结岩体形成一个具有一定强度的壳体，对本隧道的超前和初期支护进行了加强，具体为：4.3.1 加强超前支护(1)、将小导管的由原来的53根、单层、间距30cm改为79根、双层、间距40cm；(2)、由于小导管打设角度（设计7 度）及实际施工不易控制小导管的偏移量，将小导管长度由原来的6米缩短到4.5米，搭接长度由原设计1.155米调整到2.1米;4.32 加强初期支护从前期施工中多次出现初支整体下沉、I18工字钢扭曲变形、喷射混凝土开裂、中空注浆锚杆注浆效果差、多循环初支整体连接性差等情况下，将隧道初支进行了加强，具体如下：(1)、加强初支刚度，将原设计的I18工字钢改为I22工字钢，同时将将喷射混凝土厚度由25cm提高到29cm；(2)、为改善注浆效果，更好的固结岩体，使初支能够和周围岩体形成一个受力整体，将原设计39根4米长、25中空注浆锚杆，改为.5米长、 42注浆小导管；(3)、将多榀工拱架在中台阶拱脚增设1cm厚钢板，并焊接在一起，确保整段工字钢整体受力，同时为控制下沉，在上台阶左右侧拱脚分别增加4根、4.5米长、42注浆小导管，并用钢板焊接固定在工字钢上，中台阶左右侧分别增设2根、6米长、51自进式锚杆。4.4、加强二衬设计由于大变形隧道要按照初支基本稳定后再施工是很难达到的，因此二衬的施做时间较早，不可避免的会受到流变荷载的作用，同时结合前期已施工的二衬混凝土便面出现小裂纹，需要对二衬参数进行加强，具体为：将二衬钢筋由原设计的22二衬环向主筋间距由25cm缩小到20cm，18水平筋、8支撑筋间距由50cm缩小到30cm，厚度由60cm调整为70cm。4.5、施工注意事项(1)开挖注意事项A、做好各开挖台阶、工序监控量测的细部工作，及时提供施工指导意见。包括施工预留沉降量、初支、二衬各工序施工时间安排,以调整支护参数调整；B、开挖后及时施做初期支护、临时仰拱，尽早封闭成环；C、 施工中随时关注中隔壁下的地基稳定情况；D、开挖后有渗水或股流水时，凿眼安设套管集中引排，使其不漫流。E、 临时支护应在全部开挖和初期支护完成，并形成全断面环形封闭，且围岩变形收敛后进行。每次拆除长度不应大于6m，并立即进行仰拱施做。(2)、为了确保初支不侵限，结合前期施工经验，将拱顶初支预留沉降量增大到5070cm、拱部增到到3060cm；(3)、严格控制超前小导管、径向小导管、锁脚小导管、锁脚自进式锚杆等注浆的质量，确保浆液能够扩散到岩体，如果注浆效果达不到要求，需要进行补注；(4)、严格控制超前小导管的辐射角度、间距、长度；(5)、加强隧道量测，及时反馈数据，用测量数据指导施工、边改设计方案；(6)、加强对隧道施工时间、空间控制，早封闭、及时施做二衬。针对本隧道，根据量测数据显示，要求按照仰拱与掌子面里程不超过10米、二衬与掌子面里程不超过25米、同里程初支与仰拱的施工时间不超过20天的施工原则进行施工。本隧道通过洞口加固、加强支护参数、改变开挖方式施工后，隧道下沉、位移变形得到了明显的控制，顺利通过了该段地层。6、施工总结与探讨在顺利通过保腾高速公路项目勐连1号隧道腾冲端上述浅埋、破碎地质段隧道施工后，主要总结为以下几点施工理念：(1)、总体施工理念为：管超前、严注浆、短进尺、强支护、早封闭、勤量测、速反馈；(2)、隧道监控量测为非常关键之措施，其监测结果直接指导设计与施工，因此此项工作必须及时、准确； V级围岩设计规范一般要求，初支预留沉降量为15cm，本隧道就是根据监控量测数据反馈，预留沉降量提高到了5070cm，允许初支有一定程度的变形后进行强力支护；(3)、一般开挖时，需要综合考虑工期、安全、质量、成本等各方面因素，确定开挖方式，但在必要时，必须暂不考虑成本，改换成有效的开挖方式，确保施工质量、安全；(5)、隧道的支护要考虑时间、空间效应，仰拱、二衬的施工时间、距离尽可能短；(6)、由于围岩自稳能力几乎没有，因此早期必须尽量提供强力的支护措施；(7)、规范上要求二衬施工应在初支稳定后进行（二衬起保险作用），但是浅埋段隧道由于隧道荷载明确，因此在采用了加强初支、二衬的辅助措施后，可以提前施做二衬，给围岩强有力的支护，控制围岩变形，避免变形过大引起初期支护的破坏和围岩的失稳。(8)、CRD工法虽然极大的改善了围岩的下沉、位移、变形，但是由于临时支护多、施工技术复杂、施工机械化很低，导致隧道施工成本上升、进度很慢、工期严重滞后；同时，勐连1号隧道腾冲端浅埋段里程不长，洞顶覆土不高，因此在施工单位立场上，可以在不改变开挖方式的情况下，采用高压旋喷桩、地表垂直锚杆法、地表压浆等方法加