大断面隧道设计施工有关技术问题探讨——浙赣铁路电化.pdf

桥梁 隧道 大断面隧道设计施工有关技术问题探讨 浙赣铁路 电化提速改造隧道工程施工现场调研 管鸿浩 铁道第四勘察设计院城建院 武汉4 3 0 0 6 3 摘要 浙赣铁路电化提速改造的技术标准是 2 0 0 k m h的双线电气化铁路 限界可满足双层集 装箱列车通行 其特点是隧道断面大 地质条件较复杂 施工中洞口塌方较普遍 出 现一些工程病害 调研浙赣铁路隧道施工现状 以提高武广客运专线隧道的设计和施 工水 平 关键词 大断面隧道浙赣铁路施工设计 浙赣铁 路 电化提速 工程 以 F 简称 浙赣 铁 排下对浙赣铁路 电化提速工程重点隧道进行 了现 路 为 目 前在建的一条时速 2 0 0 k m双线电气化铁 路 可满足双层集装箱列车通行 隧道 开挖 断而 较大 设计有效净 空面积 8 7 1 2 9 2 6 6 m2 已接 近客运 专线隧道 的有效净 空面积 1 O O m 以 浙赣铁路为参照 将公路 铁路大断而隧道支护 和施工情况进行 比较 有利于提高客运专线 隧道 的设计施工水平 保证安全 经济 可靠 快速 建设武广客运专线隧道工程 为此在建设单位 安 场调研 并与现场技术人 员进行 了交流和探讨 1 浙赣铁路隧道设计施工现状 1 1 开挖断面以及衬砌支护参数表 浙赣 铁路 隧道 断面考 虑 了线 问 的变化 以 及 曲线加宽的影 响 双线隧道 复合式衬砌 V级 出 岩衬砌断面最大开挖宽度为 1 6 2 m 每延米最大 开挖数量为 1 7 4 9 3 m3 支护参数分另 喊 F表 表 1 渐赣铁路双线隧道复合式衬砌支护参数表 初期支 护 二次 衬砌 围岩 喷射砼 锚杆 格栅钢架 拱墙 仰拱 底板 级别 每榀问距 c m c m 厚度 位置 长度 位置 c m m r n I I l 0 拱部 2 0 3 0 3 0 I I I l 5 l 0 拱 墙 2 5 4 0 4 0 2 0 1 5 拱 墙 3 0 必要时设置 1 0 1 2 5 0 5 0 V 2 5 拱 墙 3 5 拱墙 仰拱 0 6 1 0 6 0 6 0 1 2 隧道进洞 浙赣铁路隧道多采用 3 5 m 长超前小导管注 浆 洞 口网喷混凝土护坡 的措施 极少数地段涮 口采用管棚超前支护 发生 了一些隧道进洞 困难 的情况 但基本顺利 分析进 洞困难的隧道洞 口 均存在 浅埋段过长 地质条件差的不利条件 考 虑到隧道跨度大 开挖土石方多 洞 口施工时问 长等不利因素 小导管超前支护便暴露出其局 限 性 由于小导管 长度有 限 在隧道纵 向所形成 的 刚度有 限 而 由于衬砌开挖 面的增大 在浅埋条 件 F其环 向便很 难形成一 个整 体 从而削弱了小 导管的作用 导致洞口衬砌的整体刚度和强度降 低 在一 一 些外部不利因素的影 响 F 就有可能发 生破坏 导致坍塌 2 8 铁道勘测与设计R A I L W A Y S U R V E Y A N D D E S I G N 2 0 0 5 4 维普资讯 大断面隧道设计施工有关技术问题探讨管鸿浩 1 3 施工 工 法 隧 道施 工采用 的主要施 工方 法包 丰 壬 全断 丽 法 台阶法 C D法 C R D 法 双侧罐 导坑法 环行开挖预斟核心七法等 大断丽隧道 I I I I I 级 围岩通常采用全断丽法或 台阶法 I v 级围岩采用 C D法 V级 围岩采用 C R D法或双侧罐导坑法 但在实际施工过程 中由于存在工法之问转换 困难 的问题 施工单位更倾 向于采用单 简单的工 法 在浙赣铁路隧道设计 中采用 了全断研法 台 阶法 中罐法 即 C D法 和双侧罐导坑法 洞 内超前支护 V级加强普遍采用 4 2超前小导管 V级采用 2 5 超前锚杆加强支护 但在现场调查 时 由于工期紧 任务急 施工单位更偏好使用 台阶法 有个别隧道施工以超短j台阶代替 C D 法 也取得了一定的效果 1 4 施工机械配套及施工进度 浙赣铁路采用 了模板 台车 台车 长 1 2 m 单 价约 8 O万 施工后 的衬砌表研光滑平整 施工缝 衔接 良好 而且工人 的作业条件得到极大的改善 保证了衬砌施工 的高质量 隧道一 个工作研的施工配套 女 I l F 一 台 压机 风量 6 0 m 分钟 配风枪 1 2把 一 台 3 2 0挖掘机 两 台 Z 5 0装载机 带侧翻 六 台 自卸车 运 很短时 否则应增加 一一 个循环约 4 0 0 m 的碴最可在 6小时内完 成 如装载机不带侧翻需 9小时 根据施工单位 现场统计数据 正洞施工时I I I 级 围岩综合掘进进 度平均 1 2 0 m 月 I v V级 岩约为 6 0 m 月 1 5 诸暨一号隧道洞口坍方 诸 暨 一 号 隧 道 为 双 线 隧 道 全 长1 4 4 m DK8 1 1 7 7 3 2 1 轨研以j 一 最大覆士厚度约 3 0 m 地质条件差 而且存在偏压 问题 1 5 1 施工及坍方情况 隧道施工 中遇连续 F 雨 在上 中导开挖及 初期支护完成及 F 导开挖 支护及后序仰拱紧跟 的施工过程中 DK8 1 1 8 5 2 3 8段突然形成大 谢积坍塌 塌方后 受线路左侧士体侧压力 纵 向线性剪切力的破坏 变形往出口I v 级围岩段与 桥梁 隧道 进 口段方 向延伸 导致 D K8 1 2 3 8 2 5 2段l V 级 围岩支护变形 及 DK 8 l 1 8 5 2 0 0段 的再次坍 塌 初 期支护被压塌并造成 I I 1 体错落开裂 1 5 2 原因分析 突发性 由于旱季后 的连续降雨 导致支护结构从支 护段起拱处开始l在很短的时问内呈大丽积爆发性 破坏 短 时问内呈现无可补救性 地质条件差 节理裂隙发育伴有构造 地质条件 出露 的地层为上覆人工弃七 状粉质黏士 F 伏基岩为凝灰岩 凝灰岩全风 化 强风化 破碎 结构松散 属软弱地层 围 岩 自稳 承载能力有 限 侧压力大 节理 构造 四组节理裂隙相当发育 产状 陡倾 坍体断裂而岩层不 致 为岩层接触研 据现场观察 坍体侧地质条件差 而另一 侧为整 体性好 的石质岩层 据判断 该处属地层构造带 埋深浅 DK8 1 2 0 0 2 3 8 8段埋深在 7 1 4 m 范围 属浅埋 DK8 1 1 8 5 2 0 0段埋深在 2 7 m范 围 属 超浅埋 由于隧道埋深浅 连续降雨后 雨水渗透快 地层吸水 原岩承载和 自稳 能力减 弱 由于粉质黏士及全风化凝灰岩 自稳 自身承 载能力较有限 处于于硬 硬 塑状态 F的人工弃 士 粉质黏士及全风化凝灰岩存旱季之后遇连 日 降雨 围岩受降水侵蚀后 产 生湿陷及饱和流塑 状态 在短时问内减弱甚至丧 失了原岩的承载和 自稳能力 洞身支护结构 由承载体转换为受压体 侧 向压 力 j 一 部士压力荷载 急剧增大 线路左侧偏压 大 根据对坍方过程 的观 察 DK8 1 2 0 0 2 3 8 8段坍方后 栏体受力结 构改变 左侧1 I j 体大量释放应 力 偏压加大 促 使纵向线性剪切力的形成 2 存在的问题 在浙赣铁路隧道现场调 中发现 开挖掌子 研基本稳定 局部地段初期支护存存横 向和纵 向 裂纹 裂纹长度约 5 0 c m 未见贯通的痕迹 二次 铁道勘测与设计R A I L W A Y S U R V E Y A N D D E S I G N 2 0 0 5 4 2 9 维普资讯 桥梁 隧道 衬砌表研光滑 T煤 未见水印和裂痕 钢 架 较大 此外由于喷混凝 士厚度 比钢架 力 l l 覆盖 层 厚度薄 以致初期支护 呈波浪形 浅埋隧道 进涮 困难 诸 一 号隧道雨后从隧道中部 向涮 口 突发坍塌事故 3 问题分析及探讨 3 1 开挖 断面及支护参数 比较 客运专线隧道开挖宽度为 1 5 3 m 相比浙赣 电化 和 j 车 道 公 路 隧 道 的 最 大 开 挖 宽 度 约 1 7 O m 要小 但开挖研积最大 1 6 1 5 m 公 路隧道设计规范 推荐 的j车道隧道复合式衬砌 设计 参数女 l l F 表 2 表 2 三车道公路隧道复合式衬砌支护参数表 初期 支护 二次衬砌 岩 喷射砼 锚杆 拱墙 仰拱 级别 钢 架 厚度 长度 c m c m c m 位 置 m I l 8 l 0 局部 2 5 3 5 4 0 I I I l 0 l 5 拱墙 3 0 3 5 拱墙 4 5 4 5 拱墙 I v l 5 2 0 拱墙 3 0 4 0 5 0 5 0 仰拱 拱墙 V 2 0 3 0 拱墙 3 5 5 0 6 0 6 0 仰拱 浙赣 铁路 隧道衬 砌喷 混凝 士厚度 与 公路隧 道推荐值基本相同 钢架 问 为 0 6 1 O m 考 虑喷混凝土需要覆盖钢架 以及防水板铺设要求 喷层厚度偏弱 此外在浙赣铁路隧道工点设计图 中 V级 围岩格栅钢 架问距普遍用到 l m 最大用 到 1 2 m I V级围岩钢架问距用到 1 5 m 而 规 范 规定 钢架问距不宜大于 1 2 m 从浙赣 铁路 隧道初期支护参数 联系存l在的问题 可 以得出 如 F 结论 喷层厚度不足 钢架 问距过大导致初 期支护强度偏弱 在地质条件 自然因素等不利 因素的影响下 如果二次衬砌未能及时跟上 很 容易引起 结构 破坏 导致洞 口成洞 困难 以及 浅埋 段雨后坍塌 公路 隧道推 荐 的二 次衬砌 较浙 赣铁 路隧道 相对更强 些 不仅衬砌厚度更厚 而且在 I 级 围岩中拱墙均采用钢筋混凝士 并且规定 V 级围岩 中二衬为承载结构 其支护参数按地层结 构法计算确定 而 铁路隧道 设计规范 以 F 简 称 规范 对复合式衬砌 的规定为 在浅埋 良地质等条件 F 可适 当增 力 l l 二次衬砌 的厚度或 采用钢筋混凝七 相对较为模糊 此 外 无论是 在铁路 还 是在 公路 隧道 的设计 过程 中 喷混凝士厚度与钢架 所要求 的覆盖层厚 度之问均存在一 定的差异 在防水要求不很高 施工要求不十分严格的条件 F 均不会 出现较大 的问题 但蜘I 果隧道防排水理念 从 以排为主 转 变剑 以防为主 重视隧道 内运营环境 的方 向 对 防水捉 出更高要求的前提 F 则应重视该项差异 在各级 岩地段 尤 以I V 级 围岩地段差异最大 浙赣铁路径向差 5 c m 女 l l 果考虑施工误差 施工 精度 等因素的影响 该项差值可 能扩大到 O c m 刚 向差值约为 5 0 c m 因此喷混凝 士后隧道罐 研呈 波浪形的变化 这种变化在铺设防水板时 必然 导致 架 砹钢架处防水板存在重叠或折叠 而其余 地段防水板背后 则出现 隙 存 灌注二次模筑衬 砌 泵送混凝士时拉扯 防水板 导致防水板破损 接头处松动 二衬与初期支护之问不密贴等 问题 降低防水板的使用寿命 从而 影响防水效果和衬 砌质最 因此喷混凝士应尽量保 持 顺 以保证 防水质最 3 2 客运专线隧道支护参数 针对客运专线的特 点 吸取浙赣铁路施工 中 的经验教训 参考j车道公路隧道衬砌参数 存 满足客运专线高标准线路对隧道提出的更高的技 术要求前提 F 拟订了客运专线双线隧道衬砌支 护参数 如表 3 表 3 武广客专双线隧道复合式衬砌支护参数表 初期支护 二次衬砌 I II 格栅钢架 唢射砼 锚杆 仰拱 级 型钢 拱墙 底板 别 厚度 位 长度 位 每 榀 问距 c m c m c m 置 m 置 m 拱 U l 0 2 5 3 5 3 0 部 l 5 拱 I l I 3 O 4 0 5 5 拱墙 墙 拱 拱 l v 2 3 3 5 0 8 1 0 4 5 4 5 0 墙 墙 拱 全 V 2 8 4 0 0 5 0 8 5 0 5 0 墙 环 3 0 铁道勘测与设计R A l L W A Y S U R V E Y A N D D E S l G N 2 0 0 5 4 维普资讯 大断面隧道设计施工有关技术问题探讨管鸿浩 相比而 言客运专线隧道衬砌具有女 I I F 优点 1 I V V级 岩初期支护的喷 厚度增加 不仅 可以更好的适用大断研条件 F 软弱破碎围岩条件 F 隧道施工安全 贯彻新奥法关于合理利用 岩 的 自承能力 保持 岩稳定的 设计要求 而且将 有钢架和无钢架处喷层 厚度的差值缩小到不大于 2 c m 有利于保证 防水层质量 2 喷层钢架问距 适 当加密 保证初期支护强度 3 I v V级 岩 二次衬砌采用钢筋混凝 七并适 当减薄 保证二次 衬砌强度 并满足裂缝控制要求和耐久性要求 3 3 客运专线隧道进洞措施 隧道涮 口是隧道的薄弱环节 能否安全及时 进涮是关系隧道施 工成败的关键 客运专线 由于 本身断丽较大 涮口位置的选择往往受高边坡影 响 为避免高边坡威胁行车安全 隧道洞 口贯彻 早进晚 出 的原则 隧道进 出口尽量与地形吻合 避免大开挖破坏环境 因此洞 口浅埋 偏压 地 质不 良情况增加 涮 口段浅埋 长度增加 个别隧 道涮 口浅埋段达到近 1 k m 导致进涮 以及洞 口 段 的施工难度增加 仅仅依靠小导管超前支护在 涧 口段所形成 的结构刚度是无法保证能够承受 岩变形的应力的 因此存客运专线以及一 些大断 丽隧道 的设计施工中应重视隧道的进涮安全 在 地形 地质条件不利的情况 F 采取管棚 管棚和 小导管结合 地丽锚杆 地表预注浆等超前支护 措施 在地质条件非常不利地段考虑锚索以及抗 滑桩等措施 涮 口以及断层和软弱破碎地段施工 应避开雨季 降低施工风险 保障安全 另外在 条件许可的前提 F 对暗挖方案和 明挖施工后叫 填覆盖方案进行 比较 在满足环保和经济的条件 F 尽最采取明挖法施 工 保证 隧道涮 口安全 经 济 环保 3 4 施工工法 施工配套及施工进度 客运专线隧道断丽大 选择安全而又方便施 工的工法是非常重要的 因此客运专线隧道施工 工法在保证 安全 高效 的前提 F尽可能简化施工 步骤 减少工法变换 方便施工 隧道施工工法 以台阶法和 C D法为主 困难地段采用 C R D法或 双侧壁导坑法等工法 桥梁 隧道 客运专 线隧道 卡 廿 比浙 赣铁 路隧道 内轮 廓不 没加宽 有利于统一 模板台车规格 节省 台车改 造费用 此外 长隧道数量和 长度 增加对施 工机械 的性能和施工组织捉 H J 了更高的要求 根据客运专线隧道断研特点 隧道成涮指标 定为 I I 级 岩 1 5 0 m J I l I 级 岩 1 2 O re 厂 j 1 V 级 岩 6 O re 月 V级 岩 3 O re 3 5 诸暨一号 隧道坍方对 客运专线 同类型隧道 的借鉴意义 诸 一 一 号隧道覆士浅 地质条件差 而且存 存偏压问题 在