五龙岭隧道施工技术总结.doc

京珠高速公路五龙岭隧道施工技术总结单位：二处广州公司日期：2000.8 1、工程概况11地理位置五龙岭隧道位于广东省翁源县连新镇塘心村阳河南面，近正交方向穿越五龙岭山脊。是北京珠海高速公路主干线上一座六车道的双联拱隧道。12结构形式(见下图)隧道全长200m，位于半径为1220m的平面曲线上，路面超高横坡3%，路线纵坡0.5668%。隧道为扁坦形连拱结构，三心曲墙式复合衬砌，初期支护由注浆锚杆、喷射砼、钢筋网、工钢拱架组成，二次支护为C25模筑钢筋砼，在两次支护之间铺设PVC复合防水层。进口洞门设计为削竹环框式结构，出口洞门为削竹挡墙式结构。隧道采用三导坑先墙后拱法施工。中导坑宽5.8m，高6.4m，半圆拱形结构。中墙为2.3m宽钢筋砼，顶与中导坑拱顶高差0.5m。侧导坑宽4.71m，高6.98m（8.18m），双弧尖顶形结构。13支护设计参数隧道一次支护为型钢支撑锚喷支护，二次支护为模筑钢筋砼，支护设计参数见下表：部位支护类型初期支护二次衬砌系统锚杆C20喷射砼钢筋网钢支撑C25钢筋砼型 号长度(cm)间距(cm)厚度(cm)直径网格间距(cm)型号间距(cm)厚(cm)主筋直径/间距(cm)拱墙S2WTD25注浆锚杆4001001002782020 20b705025/20S3WTD25注浆锚杆4001201202262020 20b1005022/20中导坑（中墙）S222砂浆锚杆2501001001582020 167023025/10S322砂浆锚杆2501001001062020 23022/10侧导坑（边墙）S222砂浆锚杆2001001001018705025/20S322砂浆锚杆20012012010181005022/2014地质情况141构造条件五龙岭隧道在区域构造位置上，处于南北向雪山幛背斜北东端与新江向斜西北缘的交汇处，隧道进口处有一条断层（F1），呈北北西走向，倾向北东东，倾角较陡，断层面也是岩层接触界线，上盘为帽子峰组（D）泥质砂岩夹薄层页岩，下盘为天子岭组（D3）灰岩，由北向南延伸，岩层产状倾角20。，倾角39-65。施工揭露的地质表明，全隧道位于断层挤压破碎带中，地质条件差，属、类围岩。142地层岩性隧道区域地层比较简单，以单斜产生，由帽子峰组泥质砂岩、天子岭组灰岩组成。组成隧道的围岩主要为泥质砂岩夹页岩及灰岩，由于岩性差异，岩石风化不均，常出现“夹层风化”现象，厚度各处不一，变化大，灰岩地段风化带不发育，而砂页岩地段风化比较强烈，隧道左线除进口50m为弱风化砂页岩，其余地段为全-强风化泥质砂岩夹页岩，岩体风化呈浅灰黄色的半岩半土状，隧道右线出口出露部分灰岩，岩体呈灰黑色，砌体结构，其余地段均为弱风化泥质砂岩夹页岩，呈现薄片状，节理较发育。2、工程特点（1）隧道最大开挖宽度为32.6m，最大开挖高度11.6m，为连拱结构形式，施工工艺复杂，施工工序多、相互干扰大。围岩经过多次扰动和应力迭加，支护荷载不断变化。（2）隧道埋深浅，最大覆土厚度42m，覆跨比小于1.5，属浅埋和超浅埋隧道。（3）隧道从山垭口穿越，围岩为断层挤压构造，地质条件差，微风化的灰岩与全强风化的泥质砂页岩随机出现，土石混杂，软硬不均，且围岩自稳能力差，局部富含地下水，这些因素增大了施工难度。（4）隧道一侧山势较高，另一侧山势较低，偏压十分明显。另外，左右线隧道的先后施工，使中墙受到明显的施工偏压。（5）出口仰坡高而陡，施工影响高仰坡的稳定，高仰坡给施工也带来了附加的不安定因素。3、施工技术31 施工工序（见下图） 隧道施工采用三导坑先行的施工方法。先进行中导坑开挖，随后相继开挖左右侧导坑，中导坑贯通后从中间向洞口浇注中墙，侧导坑则从洞口向中间施作边墙二衬。在三条导坑贯通后，且已完成中墙及边墙衬砌后进行左、右线拱部开挖及拱部二次衬砌，随后开挖中部及落底施作仰拱，形成封闭的支护结构。拱部施工时，左线超前右线30m。32施工方法本工程采用三导坑先墙后拱法施工，初期支护和二次衬砌紧跟的支护原则。321导坑均采用微台阶法施工。土质地段上部采用人工开挖，下部采用装载机直接挖运。石质地段采用控制爆破。为防止荷载转换造成中墙偏压倾斜及“群洞效应”对中导坑产生附加荷载，导致较大变形，中柱两侧与中导坑支护结构之间的空间用渣土回填夯实，上部1.5m范围内回填C10砼。322正线隧道拱部开挖采用环形开挖法，开挖支护一次成型，初支完成后，用方木架立中立柱进行临时支撑，二次衬砌前进行拆除。323初期支护以锚喷加型钢拱架组成，原设计三导坑无仰拱，现场施工及量测情况表明导坑支护强度相对较弱，其抵抗侧压力的能力差，为保证结构安全，进行了优化设计变更，在土质地段增设18#工钢砼仰拱，使导坑封闭成环，结构受力闭合。根据98年5月专家论证会精神，对拱部初期支护进行加强，除K154+580-630外，其余地段由27cm厚的锚喷支护+20b工钢拱架的联合支护改为30cm厚锚喷支护+22b钢拱架联合支护。324二次衬砌采用先墙后拱法施工。在导坑初支完成后，进行中墙边墙衬砌，中墙每循环10 m，边墙每循环6m，边墙衬砌预留工钢牛腿（便于拱部衬砌拱架架立和架立防止边墙受推力产生倾覆的横支撑）。拱部二次衬砌紧跟初期支护，距离控制在一倍洞径以内，即16m。导坑的初期支护钢拱架在正洞拱部二次衬砌的基面处理时，进行割除，并随衬砌施工向前逐段切断，下部开挖时进行临时支撑的拆除。二次衬砌均为钢筋砼结构，配筋率高，主筋间距20cm，靠中柱侧拱部外层主筋间距仅为10cm。施工采用泵送砼，严格控制砼质量：保证坍落度为16-20cm，选用1-3cm级配优良的碎石，施工过程中，拱顶预埋42注浆钢管，并用其检查拱部砼是否灌注密实。衬砌模型采用301505组合钢模板拼装而成，采用20b工钢和1515cm方木进行支撑，工钢每75cm一榀。由于环形导坑高度只有3m3.5m，衬砌厚度50cm，钢筋密度大，采取这种衬砌方法，有效地保证了衬砌的施工质量。为减少初期支护中爆破作业对二次衬砌结构的影响，采取了以下几个措施：（1）采用微震控制爆破，控制单段装药量在3kg/段以内，尽量减少周边眼间距，控制在50cm。（2）控制爆破进尺，一次掘进长度控制在0.7m左右，并采取分部爆破。（3）在二衬砼施工过程及终凝前禁止爆破作业。（4）在爆破时将防水板翻卷，用木板遮挡，保证防水板完好无损。33防水技术331防水施工原则隧道防水遵循“以排为主，防排结合”的原则。施工时，在初期支护与二次砌之间铺设一层PVC复合防水板，作为第一道防水措施，防水板铺设范围自拱部至边墙下部引水管和中墙顶部，防水板穿过初期支护预埋螺栓，从中墙顶通过，使左右线防水板连接为一整体，二次衬砌采取不低于S6的防水砼，作为第二道防水措施。施工缝采用BW-96型遇水膨胀止水条，变形缝采用XZ-322-30型中埋式橡胶止水带止水。防水板背后每6m（施工缝处）设一环50mm的软式透水管作为排水管，与中柱和边墙下部100的纵向排水管相连，边墙下部每6m设一横向引水管，将水引入边沟排出洞外。中墙内部预埋117mm的铸铁管，与中墙顶的纵向排水管相连。332防水工艺防水板采用ZDR-210型热合机热熔。焊缝焊接宽度不小于1cm，局部漏焊或无法使用热合机焊接的部位用热风枪进行手工焊接。防水板由PVC塑料板与无纺布复合而成，为保证焊接质量，防水板边缘即上下左右搭接处不小于10cm宽的区域，塑料板与土工布不复合。施工中，经实验测得，1mm厚PVC防水板热合温度为300度左右，平面自动爬行，竖直稍用力平衡机体自重，爬行速度控制在0.5m/min。先将橡胶垫圈用射钉或木螺丝固定在初期支护上，再将防水板绑扎在垫圈上。施工时，防水板铺设时要松驰合宜，以防止砼灌注冲击，造成防水板绷裂。4、机械配套情况41开挖机械进出口同时进行隧道开挖，施工中在进出口各配备了1套土石方机械进行开挖。中侧导坑上部采用人工出渣，出渣至下断面，下部采用机械铲运辅以弱爆破，自卸汽车运输至存渣场。导坑施工期间的开挖机械：1台ZL40装载机+3台5T自卸汽车联合施工。正洞施工上部采用环向开挖，下部采用机械化开挖辅以弱爆破，开挖机械如下：1台反铲挖掘机开挖倒运，1台ZL40装载机装渣，配以3台5T自卸汽车运输。42初期支护导坑施工时，配备12M3+20M3电动空压机2台、PZ5型喷浆机2台、TY28型风钻5台、JW350搅拌机2台等。拱部施工时，配备12M3+20M3电动空压机2台、PZ5型喷浆机4台、TY28型风钻5台、JW350搅拌机2台等，2台喷浆机一组进行联机喷混凝土。43二次衬砌施工采用自拌混凝土，泵送入模。进出口各配备施工机械：2台SW350型混凝土搅拌机，1台SY60输送泵。5、监测隧道进行信息化施工，及时反馈施工信息，为此隧道主要进行了如下量测项目：（1）地表下沉监测（2）洞内拱顶下沉监测（3）洞内水平收敛监测下沉量测使用配以FS型测微仪的PSZZ自动安平水准仪及铟钢尺和钢挂尺进行监测，收敛量测采用SD-1A型数显式坑道收敛计进行量测。监测数据依据计算机绘制成曲线，进行分析整理。综合三导坑的量测结果来看，导坑施工中的拱顶下沉，净空收敛计的量测反映了导坑变形情况，上断面施工对拱顶产生约36%的影响，下断面约64%。在土质地段的中导坑拱顶下沉一般为30mm左右，石质地段较小，一般为8mm，地表下沉一般为10-20mm，横断面沉降曲线呈现漏斗型，影响较大的范围为中线左右各5m，即一倍洞径。中导坑施工时的收敛变形一般为10-29.33mm，侧导坑拱顶为尖端结构，拱顶下沉量较小，一般为10-30mm以下，土质地段收敛值较大为10-25mm，石质地段较小，一般在10mm以下，根据量测结果和施工情况，由于导坑的高跨比较大，而支护强度相对较低，抗侧压力较差。由于局部土质含水量较大，以及受施工干扰，尤其中导坑K154+650-670地段，由于初支未设仰拱，初支结构支护强度不够，加上中墙基础软弱不均，开挖致使中导坑初支拱脚悬空等，导致中导坑初支出现严重变形，拱顶沉降高达300mm。在中柱施工期间，由于左右导坑的开挖的群洞效应及爆破的影响，使初支附加荷载加大，增设仰拱后抵制初支下部变形，变形移到起拱线，使上下断面连接处即起拱线处变形严重，通过调整施工方法，及时对中柱两侧进行回填，使导坑基本稳定。从正洞的各项量测来看，由于按照衬砌紧跟、仰拱随后的施工工序进行施工，初期支护与二次衬砌紧跟距离较近，初期支护变形较小，平均为15mm左右，最大变形为24mm，拱部二次衬砌在仰拱施工前产生了一定的变形，一般为10mm，最大15.3mm，在仰拱施工完成后，结构基本稳定。综合分析，地表下沉是由于结构的变形及下沉引起，由于二次衬砌紧跟初期支护，围岩应力释放造成支护结构变形在初期支护阶段不彻底，使二次衬砌整体下沉，沉降量约占总量的40%。如及时封闭施工仰拱，结构引起的地表下沉会减少20%左右。6、施工成果通过科学施工和技术攻关，安全、优质地建成了五龙岭隧道。通过五龙岭隧道的施工，我们有以下几点体会，供大跨度、联拱隧道施工借鉴。保证中墙稳定，是建成双联拱隧道的前提和基础联拱隧道周边荷载通过拱部结构传递到中墙，使中墙集中受力。施工中必须有足够的措施，保证中墙不偏移、不倾斜、不发生不均匀沉降。五龙岭隧道将中墙与中导坑之间的空间用夯实粘土和砼回填，抵制了中墙左右位移，避免了正线隧道发生倾斜，但五龙岭隧道地质条件复杂多变，围岩软硬不均，特别是中墙地基呈半土半石状。没有引起足够的重视，只采取垫层加宽加厚的处理方案，而没有对地基进行全面地处理，使得隧道在施工过程中，中墙发生了不均匀沉降，造成中墙墙体局部出现斜向和竖向裂纹，个别裂缝延伸至拱部。因此，联拱隧道施工时必须处理好中墙地基，必要时施作灰土桩、挤密桩、树根桩或注浆加固等对地基进行改良处理，提高地基承载力，达到均匀承载的目的。同时，施工中可采用加宽、加厚基础，提高其本身的抗不均匀沉降的能力，使隧道荷载通过基础进行分散，控制中墙上部荷载对中墙造成的“剪切”破坏。导坑支护必须有足够的强度从五龙岭隧道中导坑、侧导坑的施工来看，在土质地段初期支护均产生了不同程度的变形，为此，施工中通过变更增加仰拱，加锁脚锚杆、加横支撑等措施，改善了支护条件，抑制了施工中的结构变形。但由此说明了导坑支护设计的不合理。一是中导坑的支护强度偏低，二是侧导坑的支护不均衡。大跨联拱隧道施工一般采用导坑先行的减跨原则，导坑设计的合理与否关系隧道能否顺利建成。在很长一段时间是靠导坑初支结构来抵制围岩的全部荷载，从时间效应来看，它所单独承受荷载的时间比拱墙初期支护还要长，况且临时支护的失稳将会增加正洞整个结构附加荷载，因此临时支护的强度应不低于拱部初期支护的强度，绝不能只为经济考虑而减小支护强度。必须解决好中墙顶部的防排水五龙岭隧道施工完成后，在中墙与拱部施工缝出现多处渗水。分析其主要原因为中墙顶为倒八字结构和客观存在蓄水效应，使得此处水压大，且此处为“直”“弧”交接，排水不通畅。每榀初期支护的四根预埋螺栓必须穿过防水板，使完整的防水板产生一定的客观破坏，且通长的预埋和加压钢板很难保证密贴，保证不了螺栓孔处的防水质量。中墙与初期支护为预埋螺栓钢板连结，受中导坑作业空间狭窄的限制，再加上中墙顶端为斜面，很难保证预埋钢板下的砼密实及砼与钢板密贴，形成流水通道。防水板受施工过程的影响，局部出现破损，尤其是预埋钢板底部，难以修复。中柱预埋泄水管，由于施工原因，泄水孔堵塞，使得中柱顶部流水不通畅。以上说明，连拱隧道的防水重点是中墙顶部的防排水，连拱隧道的防水必须从设计和施工上不断进行改进，从根本上解决防水难点。目前，许多工程在尝试将倒“八”字结构形式改为环框式结构形式，解决中墙顶端的蓄水效应。处理好初支与衬砌的关系修建此大跨度隧道，二次衬砌紧跟是非常必要的，这是保证隧道施工安全的前提。但衬砌过于紧跟，不利于初期支护柔性变形，围岩应力来不及释放就被二次衬砌约束，且二次衬砌是在受力的条件下完成的强度增长，从而导致了二次衬砌结构变形开裂。从五龙岭隧道施工的经验来看，二次衬砌滞后初期支护30m，约一个月时间，可使初支柔性变形基本稳定。导坑的结构形状有待改善五龙岭隧道中、侧导坑均为狭高结构，抵制侧压力的能力差，由于导坑不进行衬砌，且实行台阶法施工中很难保证导坑的初支稳定及整个结构的稳定。虽然在施工后期变更增加了仰拱使导坑得以封闭，但拱腰部位仍发生较大的变形，因此，除在施工中加强施工质量外，在导坑选形方面，应考虑为受力较合理马蹄形结构或尽量减小高跨比。仰拱应及时封闭仰拱应及时封闭是隧道施工安全的保证，大跨度隧道仰拱及时封闭