杭昱高速公路昱岭关隧道设计与施工方案优化.doc

杭昱高速公路昱岭关隧道设计与施工方案优化本文由huwei1265贡献 pdf文档可能在WAP端浏览体验不佳。建议您优先选择TXT，或下载源文件到本机查看。 总第 !% 期 & 年第 ! 期 + + + + + + + + + + + + + + + + + + 西部探矿工程 9:54 0 ;? :6AB/?4=B :C=:/=C + + + + + + + + + + DEFGED H1 !% IJK1 & 文章编号： !#$%!& &） （ !$() 中图分类号： *#$+ 文献标识码： , 杭昱高速公路昱岭关隧道设计与施工方案优化 余建恩 （ 中铁隧道集团西汉项目经理部， 陕西 洋县 %)&） 对杭昱高速公路昱岭关隧道的设计和施工进行了总结， 根据公路隧道新奥法设计原理及新奥法施工程序和基 摘+ 要： 本原则， 针对昱岭关隧道设计与施工特点， 并根据开挖围岩稳定情况及监控量测结果进行分析， 及时调整设计支护参数 和施工方案， 保证了隧道施工质量和施工安全， 而且加快了施工进度， 节约工程投资， 取得了良好的效果。 关键词： 隧道； 设计； 施工方案； 优化 + + 杭 州） （ 岭关） （ 昱 高速公路昱岭关隧道位于浙江省、 安徽省 交界的昱岭关。隧道全长 !%-， 其中暗洞 !$.-， 明洞 !-， 整个 隧道位于 / 0 (- 曲线上， 最大埋深 !#1 $-， 最小埋深 1 .-， 设 计为双连拱曲墙单心圆隧道。 ! 施工条件及周边环境 隧道位于垭口、 山麓、 浅埋及偏压地段， 隧道开挖围岩主要为 并在 的土层分界面穿过， 属极不良地质 !类、 类， “ 半硬半软” 地段， 隧道地表覆盖层透水性较强且右洞上方地势平缓， 雨季容 易积水； 隧道下穿黄山市级重点文物昱岭关古城墙， 隧道北侧紧 邻为交通繁忙的 省道。隧道地表沉降控制要求高， 施工条件 极差， 技术含量高、 施工难度大， 是杭昱高速公路重点、 难点工程 之一。 # 隧道结构设计 #$ ! 洞门设计 根据隧道进、 出口地形和工程地质条件， 结合开挖边、 仰坡的 稳定性及洞口防排水需要， “ 早进晚出” 本着 的原则确定隧道洞 门位置， 中心挖深控制在 !- 左右， 洞门型式采用端墙式。 #$ # 1 1 ! 隧道衬砌 隧道横断面设计 隧道横断面组成 （1 %$ 2 1 $ 2 )1 %$ 3 2 1 ( 2 1 $ 2 1 $ 2 )1 %$ 3 2 1 $ 2 1 $ 2 1 %$） 净空限界高度 $1 -。隧道净 ， 空、 横断组成除满足行车净空要求外， 根据照明、 消防及其它运营 管理设施所需空间， 内轮廓考虑对结构受力有利及便于施工， 采 用单心圆方案。 1 1 隧道衬砌结构 隧道衬砌结构的设计必须重点研究隧道穿越地段的工程地 ! 进行回归分析， 反馈信息和提出相应对策。 超前地质预测是大变形研究中的最重要内容， 采用以 456 0 ) 超前地质预报系统为主的综合地质预报技术， 提前探测地质 条件的变化， 以采取合适的预防措施指导工程施工。 施工中坚持 以人为本、 “ 预防为主” 的原则。通过对掌子面 及其附近的岩层结构面性质、 组合关系、 软弱层和涌水特点进行 观察， 以及据钻进过程中排出的岩粉、 出水量等情况进行分析、 推 断前方的不良地质问题以及岩体稳定性状， 依此提出施工建议和 防坍工程措施。每个开挖循环进行一次预报， 做好应急措施， 保 证施工顺利进行。 % 施工进度 根据堡镇隧道目前的实际进度， 在石质较好地段， 采用全断 面开挖， 月均 !$-； 在软岩大变形地段， 采用正台阶法施工， 月均 开挖 !-。 & 施工中特别注意事项 （!） 对于软岩变形地段施工， 预支护技术非常重要， 并且在 施工中不断摸索， 不断改进。 （） 支护必须及时、 到位。网喷混凝土应一次喷够， 分多次 进行的效果不好； 锁脚锚杆的施作非常关键， 它与型钢的联接， 能 参考文献： ! 徐则民， + 黄润秋1 深埋特长隧道及施工地质灾害 8 西南交通大学 1 出版社， ， $1 铁道部第二工程局1 铁路工程施工技术手册 0 隧道 8 中国铁道 + 1 !($1 出版社， 起到支承、 箍抱钢拱架的作用， 对防止初期支护变形有很好的效 果。锚杆施作应与设立型钢拱架、 网喷同时进行， 不能滞后。钢 拱架间距、 锚杆数量等应按设计施工， 不可减弱， 有的位置还应适 当加强， 这样才能确保初期支护的稳定性。 （)） 在施工中一定要考虑长锚杆， 最好能达到 & 7 (- 以上。 （#） 搞好防排水措施， 避免围岩遇水软化， 施工中及时挖积 水坑抽水， 严禁基底长期受水浸泡。 （$） 工程工期必须服从于质量， 特别是在这种变形围岩段， 应该稳扎稳打， 施工到位， 宁慢勿快。 （&） 弱爆破、 “ 短进尺、 强支护、 勤量测、 早封闭” 施工原则是 整个防变形的精髓。少扰动围岩、 及时进行强有力的支护、 依靠 量测信息科学指导施工， 是进行软岩大变形地段施工成功的关键 所在。 万方数据 *., 西2 部2 探2 矿2 工2 程2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 341( ,. 56( * 2 质和水文地质条件。昱岭关隧道穿越的岩石地层地质构造复杂， 且以强风化中等风化炭质灰岩为主， 隧道位于垭口、 山麓、 浅埋 及偏压地段， “ 半硬半软” 并在 的土层分界面穿过， 隧道围岩属! 类和类， 透水性较强。隧道衬砌结构支护方案不仅考虑了施工 过程中洞体开挖稳定问题以及考虑控制地表沉降问题， 同时还考 虑了运营后隧道整体稳定问题。隧道除洞口段结合地形、 地质条 件设置进口设置 !、 出口设置 # 明洞外， 其余均按新奥法设计 原理， 采用柔性支护体系结构的复合式衬砌， 即以锚杆、 喷射混凝 土、 钢架等为初期支护， 模筑钢筋混凝土为二次支护， 并在两次衬 砌之间敷设土工布加 $%& 防水卷材。对洞口及浅埋、 偏压衬砌 段， 采用地表注浆加固洞周围岩来改善隧道成洞条件并采用钢筋 混凝土二次衬砌提高其安全性。衬砌结构设计， 以工程类比法为 主， 结合构造要求， 根据围岩类别和洞室埋深条件拟定相应支护 类型， 并通过必要的理论分析计算进行校核， 确定支护的衬砌模 式。 ( ( ) 临时支护 根据隧道主体结构的特点及围岩情况， 中导洞临时支护及主 洞侧导洞均采用柔性支护体系结构的锚喷衬砌， 即以锚杆、 喷射 混凝土、 钢架等联合构筑支护。 ! ! # )( *( * 施工方案 原设计施工方案及存在的问题 原设计施工方案 先进行地表注浆且当其达到设计强度时再进行明洞仰坡开 挖及暗洞施工， 明洞根据地形、 地质情况采用明挖法施工， 有条件 时， 采用明洞暗作， 暗洞采用三导洞先墙后拱法施工， 导洞均采用 正台阶法施工， 台阶长度 # + !， 隧道主洞采用侧导洞法开挖并 施做初期支护和仰拱和墙基， 最后模筑拱墙二次衬砌； 原设计施 工方案见图 *。主要施工步序及施工要点： （*） 隧道进出口地表及工作面注浆加固； （） 导 洞 开 挖 与 支 护 超 前 左 侧 导 洞 开 挖 与 支 护 ! + 中 （ *,） ； （)） 主洞左侧导洞开挖与支护 超前左侧拱部导洞开挖与支 （ 护 ! + *,） ； （-） 主洞左侧拱部环形导坑开挖、 拱部初期支护及上断面开 挖； （#） 主洞左洞下半断面开挖； （.） 主洞仰拱及墙基浇筑 洞口!类围岩仰拱地基采用注浆 （ 加固） ； （!） 主洞拱部二次衬砌 距开挖面距离不大于 *#） （ ； （/） 右洞施工 滞后左洞 * + *#） （ 。 )( *( 原设计施工方案存在的问题 （*） 中导洞开挖与支护在没有贯通前施做中墙， 出碴运输通 道被堵死， 不能保证中导洞的开挖支护正常施工， 严重制约施工 工期。 （） 隧址区地质复杂， 且存在一定偏压， 隧道左主洞靠山体 一侧所受偏压力比埋深较浅的右洞大， 先对偏压力较大的左主洞 进行开挖支护不利于隧道的受力和稳定。 （)） 隧道除洞口段其余都是在 半硬半软” “ 的土层分界面穿 图 #$ 原设计施工方案 过， 且土层分界处围岩完整性和强度差异明显， 隧道主洞采用侧 导洞法开挖， 主洞侧导坑围岩较硬， 采用爆破施工临空面少且夹 制作用大， 爆破振动将对上部土体松散造成破坏， 甚至出现冒顶， 不利于施工安全和对隧道上方古城墙的保护。 （-） 隧道地表覆盖层透水性较强且右洞上方地势平缓， 雨季 容易积水， 如不对隧道上方地表进行防排水处理， 地表渗水软化 开挖围岩后， 影响岩层稳定， 对施工安全不利。 （#） 侧导坑最大开挖宽度不足 -( #， 作业面狭窄， 而系统锚 杆长度为 )( # + -( ,， 加大了锚杆施工难度， 无法按设计要求和 施工规范进行施工。且部分部位锚杆长度较长因侧导洞空间狭 小根本无法在开挖后施做， 必须在侧导洞临时支护拆除有足够空 间后才能施做， 从而失去了系统锚杆在围岩开挖后加固围岩的及 时性。 （.） 隧道主洞采用侧导坑开挖， 为了保证施工安全和侧导坑 成型后受力的稳定和均衡性， 侧导坑临时支护侧设计采用了超前 注浆小导管、 钢拱架、 锚杆、 网喷 0, 混凝土进行支护， 与主洞初 期支护形成稳定的支护体系， 但却增加了临时支护的工程量， 工 程造价较高。 （!） 根据开挖围岩地质情况上来看， 隧道基底围岩基本上是 中等风化或微分化岩石， 地基承载力能满足设计要求， 如再进行 小导管注浆加固处理， 无疑增加了工程投资。 为了保证施工质量和施工安全， 确保施工工期， 节约工程投 资， 对原施工方案优化是必要的。 ! % )( ( * 施工方案优化 施工方案优化 隧道上方地势平缓易积水区段采用厚 *,10, 喷射混凝土 封闭地表， 并增设两道排水沟进行引排地表水； 采用#, 注浆导 管对地表注浆加固， 且当其达到设计强度时再进行明洞仰坡开挖 及暗洞施工， 明洞根据地形、 地质情况采用明洞暗作， 设置护拱， 保证施工安全。暗洞施工方案： 中导洞开挖支护先行贯通后再施 做中墙钢筋混凝土及支顶， 导洞均采用正台阶法施工， 台阶长度 # + !； 隧道主洞取消侧导洞施工方案， 优化为拱部采用环状开 挖留核心土法， 循环进尺为一榀拱架间距； 下部采用中间拉槽侧 墙预留光爆层分部开挖， 取消洞口!类围岩仰拱地基注浆加固措 万方数据 !(- 年 第# 期 余建恩： 杭昱高速公路昱岭关隧道设计与施工方案优化 #-# 施， 及时施做初期支护和仰拱和墙基， 最后施工模筑拱墙二次衬 砌； 优化设计及施工方案见图 !。 装碴运输的不利条件， 极大提高了生产效率。 （-） 作业面空间加大， 有利于控制洞身系统锚杆施工和角度 控制， 使初期支护中的锚杆、 钢筋网、 钢架、 喷射混凝土能及时形 成整体支护体系， 保证了施工质量和施工安全。 （&） 采用弱爆破中部拉槽及侧墙预留光爆层施工方法， 增加 了爆破临空面， 降低爆破振动破坏作用， 对古城墙的保护作用加 强。 （%） 取消了原侧导洞的临时支护和!类围岩的仰拱注浆加 固， 节约了工程投资， 而且还减少了对临时支护的拆除工程量， 提 高了施工进度。 # 实施效果及分析 （#） 隧址区进入 , 月份梅雨季节后连降大雨， 但是由于采用 了地表封闭防排水等措施， 因基本上无地表下渗， 开挖围岩没有 软化， 基本上处于稳定状态， 隧道开挖支护在雨季能正常安全施 图 ! 优化设计及施工方案图 工。 （!） 根据已施工段监控量测结果分析， 隧道地表下沉量最大 值为 -%)， 隧道初期支护洞周最大总收敛值为 $+ (.)， 均在设 计范围内， 且随着观测时间的增加， 所观测值变化较小， 逐渐趋于 稳定。施工过程中没有发生坍塌现象， 优化后的施工方案在控制 地表沉降、 隧道收敛及施工安全方面是可行的。 （$） 拱部软弱围岩采用预留核心土环形开挖， 支护施做及 时， 没有发生坍塌和失稳现象。下断面岩质虽然较硬， 但采取预 留光爆层等一系列减振爆破开挖措施， 施工过程中没有发生因爆 破振动过大而引起上部软弱围岩坍塌现象， 安全穿越古城墙。 （*） 根据量测， 初期支护钢支撑最大应力为 .%123， 且存在一 定的偏压， 随着观测时间的增加， 所观测值变化较小， 基本趋于稳 定。整个山体处于基本稳定， 施工期间没有发生滑塌现象， 施工 期间处于安全状态， 采用先施工埋深相对较浅和偏压力较小的施 工方案是合理的。 （,） 由于优化后的方案有利于机械化施工， 减少拆除临时支 护工程量， 极大提高施工效率， 预计施工方案优化后的工期比原 计划工期至少提前 * 个月。 （-） 取消了隧道主洞侧导洞临时支护和隧道底部注浆加固， 直接节约资金 !,( 多万元， 具有较好的经济效益。 $ 结束语 隧道工程现代支护理论体系的最大特点是勘测、 设计、 施工 一体化， 根据实际的围岩动态来进行支护设计和施工方案优化必 然是最经济、 合理的和有效的。为此成立了以业主代表、 设计代 表、 驻地监理和施工技术人员组成的昱岭关隧道技术小组， 对围 岩稳定情况、 监控量测信息进行分析， 及时调整设计支护参数、 优 化施工方案。不仅保证了施工安全、 隧道围岩稳定、 工程质量和 支护结构的经济性等， 而且提高工作效率， 工期提前， 具有良好的 经济效益和社会效益。 参考文献： 主要施工步序及施工要点： （#） 隧道进出口地表喷射混凝土封闭、 防排水处理和地表及 工作面注浆加固； （!） 中导洞台阶法开挖与支护； 右主洞拱部环状导坑开挖与支护 在中导洞开挖与支护 （ （$） 贯通， 中墙及支顶混凝土强度达到 !% 天强度后） 主洞左侧导洞开 挖与支护 在 中 导 洞 开 挖 超 前 左 侧 拱 部 导 洞 开 挖 与 支 护 & （ #()） ； （*） 右主洞核心土开挖及下部侧墙预留光爆层 厚度 #+ ()） （ 开挖 滞后拱部开挖与支护 ,