黄土隧道斜井进正洞挑顶施工工法.doc

黄土隧道斜井进正洞挑顶施工技术工法编号：ZJJTGF-2013编制单位：中建铁路建设有限公司主要执笔人：刘衍文 袁志强 吴迪1.前言目前国内铁路建设周期普遍较短，长大隧道不可避免的依靠设置斜井的手段来增加作业面，减小工期压力。黄土隧道相比石质隧道，在挑顶段的受力更为复杂，对于挑顶的方法和工序安排要求更高，本文以石鼓山1#斜井为例，浅谈黄土隧道挑顶施工技术。2.工法特点2.1利用辅助坑道的自身结构作为支撑结构，减少了临时支护钢支撑和混凝土的用量，节约成本。 2.2采用台阶法开挖挑顶，较少了对围岩的扰动，提高了安全效益。 2.3利用正洞钢架直接参与支护体系，将整体钢架分成若干单元，与支撑结构形成稳定的单元结构，对隧道施工的安全稳定性提供了保证。 2.4一次性快速的进行了正洞台阶法的施工，避免了二次施工，大大减少了工期。3.适用范围本工法适用于黄土隧道斜井进正洞挑顶施工，特别适合软弱、自稳性差的黄土隧道。4.工艺原理黄土隧道自身结构不稳定，自稳性差，开挖过程中要尽量控制开挖轮廓，减少对围岩的扰动，避免造成围岩失稳，特别是在辅助坑道进正洞三岔口处及其不稳定。这就要求在施工过程中避免大面积开挖。 “挑顶”，就是将正洞的一个洞室分解成小洞室，分段开挖。以辅助坑道衬砌结构为基点，对小洞室单元结构进行支撑，形成稳定的三角结构。同时有效地快速对正洞进行支护，完成正洞台阶法施工转换。5.施工工艺流程及操作要点5.1 施工工艺流程本工法的施工工艺流程见 表1斜井与正洞相交处施工流程表5.2 操作要点5.2.1交叉段正洞开挖方法确定石鼓山隧道1#斜井正洞挑顶施工采用棚洞爬坡、开挖至正洞左线上台阶拱脚位置，主要以棚洞法为施工方法。5.2.2棚洞大小确定根据超前地质预报结果：XK0+11-XK0+00段，地层岩性上部为粗砂，下部为粉质粘土，由于挑顶施工断面的增大会导致围岩自稳性降低，容易发生坍塌，同时考虑到开挖时对围岩的扰动以及现场机械设备、设计斜井与正洞相接的断面又不影响施工的前提下，选定棚洞形状为斜八字型，顶宽3.0m，底宽5.0m，高度4.0m。在棚洞开挖前，对开挖轮廓预留40cm的变形量，设计要求为15-20cm，但经过借鉴石鼓山隧道进口与石鼓山隧道出口的监控量测数据，我工区决定将预留变形量暂定为35cm，确保沉降在可控范围内。5.2.3爬坡坡度确定考虑到施工机械施工可操作性，同时考虑正线隧道与正洞拱顶高差大，经分析，最终确定爬坡坡率为25%，爬坡段10米。5.2.4开挖顺序确定考虑到斜井双向掘进、斜井与正洞夹角，正洞围岩等因素，先向小里程施工，再向大里程施工。5.3施工准备5.3.1内业准备 斜井与正洞拱顶高差计算：斜井拱顶标高=轨面标高606.8475-0.19+6=轨面标高+5.81m；拱腰标高=轨面标高+2.27+7.395tag30=轨面标高+6.54m;斜井拱顶与正洞拱顶高差正洞拱顶：轨面标高606.8475m+8.68 m=615.5275m斜井拱顶与正洞拱顶高差: 正洞拱顶615.5275m-斜井拱顶612.6575m=2.87m设计图纸已经审核，隧道设计中线、标高及结构尺寸准确无误。在进正洞挑顶前认真阅读审核施工图纸，精确计算出正洞坐标及标高，结构尺寸。制定施工安全保证措施及应急预案。对施工人员进行技术交底，对参加施工人员上岗前技术培训，考核合格后持证上岗。 5.3.2外业准备 施工作业中所使用的材料及各种施工机具设备的准备工作，详见施工人员及机具配置表。现场施工放样并经工区及项目部审核。 表1斜井与正洞相交处施工流程表施工顺序示意图说明11、在斜井开挖接近正洞相交里程时，逐渐抬高斜井拱顶高程，至正洞上台阶拱脚处，接长钢架长度。2、斜井掘进至正洞开挖轮廓线后，在交叉口处施作加强环3、及时施作斜井交汇段二衬21、在斜井与正洞相交处，采用棚洞进入主洞进行开挖。2、棚洞断面和支护参数视地质情况可进行调整3、棚洞开挖应预留沉降量和套拱的厚度4、在棚洞内加设套拱钢架并喷射混凝土31、在套拱内施作4榀正洞中台阶初期支护2、沿隧道正洞方向，拆除棚架一侧的临时支护，向前按V级围岩开挖方法和支护参数施工上部导坑。向前开挖4m后，喷射混凝土封闭掌子面，暂停该方向开挖3、调头拆除棚架一侧的临时支护，按正洞V级围岩施工方法开挖上部导坑。进行正常开挖41、按照三台阶临时仰拱(横撑)方法进行正洞施工2、正洞小里程方向开挖50米后进行二衬台车拼装5.4 总体施工方案斜井进正洞施工斜井进入正洞采用横向棚架法。斜井进入正洞前，斜井与正洞交界处，根据围岩、地质情况及安全施工和公司要求，及时封闭成环并浇筑二衬之后方可开挖进入正洞。斜井与隧道平面关系示意图如下： 图1 斜井与隧道平面关系示意图I25a的门型钢架由上下横撑和竖撑组成。门型钢架两侧的超挖部分采用喷射混凝土回填密实；门型钢架顶部按间距60cm，高度50cm的钢桩头，钢桩头顶部设连接钢板与正洞上台阶拱架采用高强螺栓连接牢固。门架两侧各增设6根长度为3.0m的42mm锁脚锚管和8根3.5m长22砂浆锚杆，并喷射30cm厚C25混凝土。在XK0+17-XK0+10段，斜井初支的7榀异形钢架加设I16仰拱钢架，仰拱喷射20cm厚的C25混凝土。确保正洞和斜井交叉口处的共同受力，如图“交叉口正洞侧面图” 图2 斜井与正洞交接处钢架布置图、图3 交叉口正洞立面图II25工字钢托梁主洞钢架I25工字钢支撑交叉段斜井及时施做加强钢筋混凝土二衬（30m）,交叉口段正洞上台阶施工时左侧按设计进行施工，拱墙坐落于基岩上，右侧钢架坐落于托梁（门型钢架）上，如上图交叉口正洞立面图所示。保证交叉地段三维受力状态围岩的稳定。斜井支护施工中要严格按设计操作，保证锁脚锚杆和纵向连接筋的施工质量。图4 正洞钢架与门型钢架连接示意图5.4.1斜井交叉口处二衬施工在挑顶施工前，施作完成斜井交叉口处二衬，确保施工安全。斜井衬砌采用模板台车衬砌，混凝土采用自动计量拌和站拌和，泵送混凝土施工工艺。隧道衬砌必须保证其中线、水平、断面尺寸、净空大小符合设计要求，每衬砌循环不论长短都要进行测量放样，复核检查。模板台车准确就位，模板面光滑平顺，不漏浆，接缝严密整齐。脱模后对模板认真整修，使每段衬砌接缝平整，内实外光。5.4.2棚洞挑顶施工5.4.2.1棚洞开挖：斜井二衬完成，按垂直正洞走向采用3.0m*5.0m（顶部净宽3m）的棚洞以上坡方式开挖至正洞左侧侧上台阶拱脚位置处，棚洞钢架临时支护及时跟进，如图“斜井进入正洞立面图”、“棚洞断面设计图”。 图5 斜井进入正洞立面图图6 棚洞断面示意图5.4.2.2棚洞支护参数：棚洞钢架采用I20a型钢，间距为80cm，底部设置横向支撑，使棚洞钢架形成临时封闭的环，在每个连接处设置两根3.5m的42mm锁脚锚管，必要时棚洞钢架的顶部横梁两端加设临时竖向木（钢）支撑。其他临时支护参数：8mm的钢筋网，网格间距20cm*20cm；22系统锚杆长3m，间距1m*1m梅花型布置，喷射20cm厚的C25混凝土。施工中，棚洞临时支护体系中的顶部钢架横梁位于正洞初期支护外，下一步施做正洞初支时不用取出，所以棚洞拱顶高程设计开挖线65cm，以满足套拱临时支护厚度和预留40cm变形量。5.4.2.3导坑出碴：由于导坑开挖断面较小，导坑施工出碴均采用装载机倒运至斜井错车道处装车，外运至洞外弃碴场。5.4.3正洞施工棚洞内的套拱施作完成后，安设正洞V级围岩的5榀I25a的钢架，间距60cm。钢架右侧落脚于斜井交叉口二衬混凝土中预埋的钢桩上，左侧拱脚支在混凝土垫块上，在钢架分节处和拱脚处各施作长4m的42mm锁脚锚管两根。棚洞内正洞初期支护完成后，拆除棚洞小里程方向的临时支护，进行正洞上台阶开挖与支护。按设计采用三台阶临时仰拱法向小里程方向开挖、支约30m后，封闭掌子面，进行仰拱及仰拱填充施做，施工一板仰拱后再进行小里程段的开挖支护工作，仰拱及填充紧跟，小里程段施工至50m时，停止开挖支护，进行台车拼装，并施工小里程段二衬，根据设计，按正洞Ve-I支护衬砌标准断施工。在小里程停止开挖支护时，调头进行大里程正洞上台阶开挖与支护。DK640+500-DK640+510采用三台阶临时仰拱法；DK640+510- DK640+610段设计为级围岩，采用双侧壁导坑法施工，在施工至DK640+510时，须提前做好施工工艺、工法的转换。图7 正洞开挖断面图5.4.4支护参数斜井在靠近正洞段采用I16型钢钢架，钢架间采用22螺纹钢筋纵向拉杆焊接在一起，拉杆环向间距1m，采用42锁脚锚管定位。斜井拱墙喷射C25混凝土厚23cm，拱墙设22砂浆锚杆，长3m，间距1m1m，按梅花型布置，拱墙挂8钢筋网，间距20cm20cm，搭接1-2个网格，采用C30混凝土模筑衬砌。(3)正洞在交叉口两侧共30m范围内采用级加强衬砌，支护参数为：设置I25钢架，间距0.6m，钢架间用22纵向拉杆焊接在一起，拉杆环向间距1m，采用42锁脚锚管定位。拱墙喷射C25混凝土厚35cm，拱部为25*7中空锚杆，L=3.5米，边墙设L=3.5米、22砂浆锚杆，间距1.2m1.0m，梅花型布置，拱墙挂8钢筋网，间距20cm20cm，搭接1-2个网格。采用C35钢筋混凝土衬砌。6 材料、设备及劳动力组织6.1材料应提前将挑顶用钢架、锚杆、锚管等支护材料运至洞内，喷射混凝土提前通知拌合站，保证施工材料的供给及时。6.2设备机具配置主要施工机械设备配置表机械名称数量切割机1台装载机2台挖掘机1台喷浆机2台电焊机2台钻孔机2台自卸汽车2台6.3劳动力组织6.3.1劳动力组织方式：采用架子队组织模式，实行三班倒模式。6.3.2施工人员应结合技术主管确定的施工方案以及现场的机械、人员组合进行合理配置。每个作业班组人员配备表负 责 人1人技术主管1人专兼职安全员1人工 班 长2人技术、质检、测量及试验人员46人机械工、支护工、喷浆手2025人7 质量控制7.1质量检验标准钢架安设因前应清除底脚的虚碴级杂物；安装允许偏差：横向和高程为5cm，垂直度为2；各节钢架间应以螺栓连接，连接板应密切，连接板局部缝隙不超过2mm；钢架外缘应与基面密贴，如有缝隙应隔2m用钢楔或者混凝土预制块楔紧；钢架之间宜用22mm的钢筋采用焊接方式连接，环向间距符合设计要求。钢架安装允许偏差序号项目允许偏差1间距100 mm2横向50 mm3高程50 mm4垂直度2o5保护层和表面覆盖层厚度-5 mm7.2质量保证措施7.2.1软弱围岩地带，要遵循短进尺、快支护的原则，对开挖面不能暴露时间过长。7.2.2棚洞尺寸在满足施工需要的情况下，越小越好。7.2.3如掌子面围岩情况不好，应做好超前支护，对掉块情况进行初喷处理。7.2.4棚洞应分台阶开挖，并在台阶处做临时横撑，防止棚架收敛变形。7.2.5锁脚锚管应按要求打设，打设角度应满足30-45下倾。7.2.6棚架底部要垫设钢板，防止沉降。7.2.7棚洞尺寸虽小，也应保留核心土，防止掌子面溜坍变形。7.2.8加强与主洞交界处的测量工作，保证高程、坐标以及开挖净空的准确性。8 安全措施8.1斜井与正洞形成的喇叭口，开挖断面大，作为施工通道放置时间长；围岩在应力重分布和应力释放的过程中，会引起支护结构产生位移、变形，直至支护结构破坏，危及隧道安全。因此，在施工中建立严密的监控量测是保证安全的主要手段，同时也是调整支护参数的信息来源。8.2加强与主洞交接处的测量工作，保证高程、坐标以及开挖净空的准确性。精测小组要对喇叭口过渡段进行高程、坐标以及开挖净空的测量，严格控制开挖尺寸和中线的定位。8.3施工期间，应对支护的工作状态进行定期和不定期检查。在不良地质地段，应由专人每班检查。当发现支护变形或损坏时，应立即修整加固，当险情危急时，应将人员撤出危险区。8.4 构件支撑的立柱不得置于虚碴上。在软弱围岩地段，立柱底面应加设垫板或垫梁。8.5钢架的安装作业时，作业人员之间应协调动作，在本排钢架未安装完毕，并与相邻的钢架和锚杆连接稳妥之前，不得擅自取消临时支撑。9 环保措施9.1 防止大气污染措施临时运输道路经常洒水湿润，减少道路扬尘。对产生尘埃运输车辆和石灰等挥发性材料堆场加以覆盖，减少对空气污染，生产及生活垃圾定期处理。严禁焚烧有毒废料。9.2防止噪声的措施施工噪声主要包括施工现场、机械作业时和车辆运输时产生的噪声。为减少噪声影响，机械设备选型配套时优先考虑低噪声设备，尽可能采取液压设备和摩擦设备代替振动式设备，并采取消声、隔音、安装防震底座等措施。加强机械设备的维修保养，保证机械设备的完好率，确保施工噪声达到环境保护标准要求。合理布置施工和生活区域。进入施工现场的机械车辆少鸣笛、不急刹、不带故障运行，减少噪声。9.3防止水污染的措施施工及生活废水的排放遵循清污分流、雨污分流的原则，各种施工废油、废液集中储积，集中处理，严禁乱流乱淌，防止污染水源，破坏环境。施工作业产生的污水须经过沉淀池沉淀，经净化处理，符合要求后排放。食堂的废水处理应设置隔油池，定期清理油污，污水经过必要的处理后排入污水管道，施工、生活污水严禁排入农田和水源。废弃物中不得含有有毒有害物质，避免雨水冲刷后对地表、地下水造成污染。10 效益分析本工法与传统小导洞法相比较，节约了成本，提高了功效，同时也增强了安全系数。传统