无水黄土段开挖与裂缝处理.doc

无水段黄土开挖及裂缝处理旧堡隧道位于河北张家口万全县旧堡镇与尚义县土夭沟村之间，隧道进口里程为DK25+270，出口里程为DK34+855，全长9585m,，其中DK25+270 DK25+705段435m处，为第四系上更新统坡洪积新黄土夹砂砾石，主要分布于隧道进口端的洋河断陷盆地西缘山麓，上部以黄褐色为主，山麓边缘含少量沙砾石，底部夹数层层状或透镜状砂或角砾土。众所周知黄土的自稳性较岩石差，尤其湿陷性对隧道的施工有百害而无一利，我隧道所处黄土段里程为DK25+270705段，以新黄土为主，其中夹杂大量砾砂、细角砾土。其中DK25+270650无地下水，但在DK25+433468出现了纵向长35m的环向裂缝，在隧道施工过程中，先是小断面开挖，后涉及到单线改双线，在保留已完成小断面的基础上，从DK25+462处采用洞内扩挖施工工艺，由小断面扩挖为大断面。本文将重点通过我工区对DK25+270433、DK25+433468段实际施工中所遇到的一系列问题和解决方案做重点说明，分为：“无水黄土施工工序、黄土大面积裂缝处理方法、”二章，水平有限，如有不足之处，望有识之士给予批评指正。以下为我进口针对上述地质情况采取的具体施工措施：一、 无水黄土段施工工序（DK25+270462段）1、施工工序为了预防在黄土中开挖隧道的大变形和坍塌问题，采用台阶分布开挖法（又称弧形开挖留核心土法），结合喷射砼及时封闭开挖面，用超前管棚支护、钢拱支撑、挂网、打锚杆来加强土体强度及限制围岩应力重新分布，实施短开挖，快循环来减少对土体的扰动。首先根据工地实际情况，并结合施工设计图纸施打超前小导管。小导管采用42 mm无缝热轧钢管制成，在前部钻注浆孔，孔径68mm，孔间距15cm，呈梅花状布置，前端加工成锥形，尾部长度不小于30 cm，作为不钻孔的止浆段。长3.5m，环向间距35cm，外插角10，首尾相接长度不少于1.0m。钢管内充填砼或者水泥-水玻璃双浆液。接着对上半断面采用挖机开挖，人工修补的方式。掏槽宽度约11.66m，纵向掏槽深度每次约0.5m。开挖后立即射砼封闭断面，喷射4cm厚的C25砼，封闭开挖断面，以免孔隙水从断面处渗出，而使土体失稳；架钢拱及挂网，钢拱规格为22a，拱架之间的间距依每次开挖长度控制在0.5m，每榀钢拱纵向用22钢筋连接，钢筋间距1.3m。小导管尾端焊接于拱架腹部，以增强共同支护作用。8钢筋网格间距为20cm20cm。喷射砼填充钢拱间空隙。拱架与开挖轮廓之间的所有间隙用C25砼砼喷射充填密实，先喷拱架与轮廓之间空隙，再喷拱架，然后再喷拱架之间，直至喷到规定的厚度。按上述方式开挖5m左右后，开挖支撑掌子面的核心土支持部分。在上半断面初期支护稳定的条件下，开始开挖下半断面：首先通过在上半断面的钢拱的起拱线以上按每延米施打18.13m的系统中空注浆锚杆，长4.0米，然后在拱脚处施打锁脚锚杆，以防止拱架及围岩变形与下沉。钻进后进行注浆，两侧以等间距各打2根锚杆。开挖出碴完成后立即喷射砼封闭围岩，然后架钢拱支撑和挂网，经分层喷射砼直到设计厚度。2、施工中的问题和解决方案我段黄土施工中，初次设计采用双隔壁法施工，此方法施工对黄土扰动较小，对隧道的安全保证率较高，但其操纵性较复杂，给施工工序的协调和管理带来极大不便，尤其是其施工进度较为缓慢，更与我工区的施工工期形成了极大的矛盾。综合上述不足，我工区与设计院进行协商，采用弧形开挖留核心土法的方案，预留三台阶进行施工，主要采用挖机开挖，人工对断面进行修补，坚持短进尺、强支护、勤观测、仰拱紧跟的具体方案进行操作。此方法简便易行，方便施工组织，尤其是我隧道为双线，断面尺寸大、空间广，给施工机械于极其有利的作业空间，能最大限度的发挥机械设备的潜在施工能力，并能方便的进行人工与机械的协调施工，减少了工序衔接，避免了重复施工，极大的节约了时间；三台阶施工，能更加方便于挖机上下作业，将较大的断面尺寸分割为三个环节，有利于拱架的人工操纵，并将各台阶左右两侧马口错开，避免了同一断面同时受力，加大了安全指数；在具体施工过程中，测量班坚持每日进洞，进行围岩量测，及时反馈围岩变化参数，指导后期施工；同时加快仰拱的跟进速度，坚持少进尺、多开挖的原则，使仰拱端头在不影响掌子面施工的条件下，尽量接近下导，使得成型开挖面及早成环，形成稳定的受力结构。此方法经我隧道施工证实了其可行，具体施工工艺流程如下：二、 黄土大面积裂缝处理方法（DK25+433468）1裂缝的成因和表现在黄土的开挖过程中，由于黄土的“独特性”, 其在天然状态下处于非密实状态，自稳定性差，在施工后一定时期内会出现剧烈的应力重分布，其主要表现为“掉皮、拱顶下沉、围岩收敛、纵环向裂缝等”，而且这些现象往往是相互关联，同时出现，我工区在DK25+433468段施工过程中，地表黄土以浅埋为主，土体密实性较差，同时在具体施工中发现，在此段黄土中夹杂大量沙砾石，并有数层层状或透镜状砂或角砾土，土质较差，同时此段涉及到小断面向大断面外扩，对围岩扰动大，两者合一，加剧了围岩变形，就出现上述情况：首先经围岩量测发现，隧道拱部出现明显下沉，下沉在前期开挖中虽然存在，但此时下沉量明显加快、加大，最大处有25cm之剧，将我工区拱架预留变形量完全“吃光”，并有继续下沉之势，同时在前期未观测到的围岩收敛也紧随出现，最大达到3cm,接着在收敛区开始出现小范围掉皮现象，并沿拱架边缘出现环向裂缝，由拱顶向拱架缓慢发展，裂缝前期主要出现于已开挖段，但随着掘进的深入，掌子面刚施工完成段也迅速的出现了裂缝，裂缝发展速度极快，同时掌子面后段施工完毕段环向裂缝持续发展，未见纵向裂缝。2处理措施和效果鉴于掌子面围岩沉降明显，裂缝发育较快，增加了围岩观测点数和频率，后经计算发现，此时围岩已到了自我承受能力的极限，我工区在局指挥部和项目部相关领导的决策指导下，暂停了掌子面的开挖工序，将掌子面喷锚封闭，在掌子面后十米处设置了五根竖向立柱，用以控制拱顶沉降量，并在渐变段喇叭口处安放了两根100的卡口梁，用以控制围岩收敛，同时加快仰拱跟进速度，并从喇叭口处开始向小里程方向浇注临时仰拱，在变形最大处的临时仰拱内加入工字钢，以增加其抵抗收敛的强度。在经围岩量测确认洞体趋于稳定后，开始试探性的进行掌子面的开挖工作，在开挖过程中，坚持“短进尺、少扰动、早支护、强支护，仰拱紧跟、洞体早呈环”的原则，同时增加系统锚杆和锁脚锚杆的长度和数量，并创造性的在拱架施工过程中施做大放脚（见图2-1），加大立架时拱脚的控制力度，加大拱脚承载力，增加连接筋数量和焊接强度，使榀与榀之间成为一个整体。3.措施效果上述措施，经事后证明其作用是明显的，在保证施工安全的前提下，有效地保障了施工进度：（1）、加强围岩量测，增加围岩观测力度，能及时地对围岩的“变形、下沉、收敛”等病害有一直观的、逼真的认识，使得在具体施工段中做到心中有数，在在相应的施工段施工中做到有的放矢，有目的、有针对性的加以施工，能有效的控制围岩变形量，保证施工安全和质量。（2）、仰拱的及时跟进，能在最短的时间内使洞体成为一个闭合的圆，改变岩体的受力结构，将有害的变形和应力变为有益的应力，临时仰拱的跟进、五根竖向立柱和100的卡口梁，不仅达到了上述目的，而且及时对形变较差地段进行了补强处理，抑制了再次变形，避免了更加严重的不利后果。（3）、大放脚的施做，使得拱架在局部范围内形成了钢架混凝土的结构，加大了拱架抗压、抗剪能了，优化了拱架的受力结构，最大限度的发挥拱架的支护能力，同时大放脚的平台结构就如同铆钉一般，使拱架能更好的与土体绞和，使两者成为一体，能有效的阻止土体的下沉量，拱架与拱架的连接成体，使榀与榀之间相互关联、相互作用，整体受力，极大地增强了拱架对局部的、较小应力的抵御能力。三、 三、综述综上所述，黄土开挖应坚持下述原则：（1）按新奥法原理组织施工