老寨隧道施工技术

1 老寨隧道施工技术老寨隧道施工技术 中铁二局渝怀指五项目部 周辉 摘 要 介绍了老寨隧道的施工 对隧道施工中出现的山体失稳 坍方等问题进行了阐 述 对处理的方法进行了简要介绍 关键词 隧道 施工 失稳 坍方 处理 1 1 工程概况工程概况 老寨隧道地处贵州省铜仁地区松桃县沙坝河乡 该隧道全长 1721m 起讫里程 D1K503 832 D1K505 553 全隧线路纵向坡度 10 5 平面绝大部分处在反 S 型的曲线 上 该隧道所处地貌为低山剥蚀地貌 下覆基岩为 Ptbn变余砂岩 板岩 表层风化极严重带 厚 0 3m 风化严重带厚 1 5m 段内岩层单斜 节理裂隙发育 进口端覆土和风化层厚 洞口路堑深 14m 隧道分界里程 D1K503 825 距洞口里程为 7m 出口端有较厚的覆土及风 化层 且纵坡平缓 线路右侧顺层 偏压 洞口正面浅埋 出口端有一层厚约 3m 的炭质板 岩 与隧道洞身交于 D1K505 355 该隧道 30 标段最长的隧道 纵断面图如下图所示 老寨隧道 2001 年 8 月下旬开工 以进口掘进为主 出口为辅 至 2003 年 1 月底全部完 工 施工时间一年半 全隧道工期内有三个月达到单口百米成洞 六个月单口成洞在 80 米 以上 N5 E 11 SE 30 50cm N30 E 9 SE 5 E W 61 S 40 60cm N10 E 51 NW 40 60cm N30 E 28 SE D1K505 553 D1K505 560 D1K505 560 D1K503 825 4 W2 W3 3 3 W3 4 W2 3 1 1 4 W2 图 1 老寨隧道纵断面图 2 2 施工方案施工方案 该隧道采取进出口同时掘进的组织方案 开挖采用钻爆法 出碴采用无轨运输方式 装 载机配合自卸汽车出碴 喷混凝土采用湿喷机施工 衬砌采用台车作模板支撑 小块钢模 混凝土采用自动计量仪计量 强制式拌合机拌合 自卸汽车运输 电动葫芦起吊 插入式捣 固器捣固 隧道开挖采用 YT28 气腿式凿岩机钻孔 光面爆破 喷射砼采用湿喷工艺以保证施工质 量及改善工作环境 级围岩微正台阶法开挖 拱墙格栅钢架及 42 超前小导管加强支护 级围岩短正台阶法开挖 锚网喷临时支护 级围岩全断面开挖 多功能台架钻爆喷锚 出碴采用 2 台 ZL40B 装栽机装碴 5T 8T 自卸汽车无轨运输 隧道衬砌采用轨行式衬砌台车 P3015 组合钢模板 边墙拱圈整体一次灌注成型 仰拱 2 铺底超前 衬砌外缘设置 CCR 防水板 施工缝安设 BX 止水条及衬砌背后设置 PS 3 软式透水 管加强防排水 以确保隧道不渗不漏 进 出口设置拌合站生产混凝土 5T 自卸汽车运输 3 3 施工中发现的问题及处理措施施工中发现的问题及处理措施 施工中发现实际地质与原设计差异较大 设计的临时支护措施难以满足围岩稳定性的要 求 过程中及时调整加强了支护措施 3 13 1 出口端洞口左侧山体失稳 3 1 13 1 1 施工情况 老寨隧道出口里程为 D1K505 553 分界里程为 D1K505 560 D1K505 553 560 线路右 侧设为为挡土墙 D1K505 560 651 线路右侧为路堑桩间墙 1 号桩里程为 D1K505 560 75 2001 年 8 月 13 日 按设计对边仰坡进行防护 左侧边坡采用 22 锚杆 L 3m 间距 1 5m 梅花型设置 仰坡采用 22 锚杆 L 3 5m 深入基岩至少 1m 间距 1 5m 梅花 型布置 左侧边坡 仰坡设置 8 钢筋网 网格间距 25 25cm C20 喷砼厚 10cm 2001 年 8 月 20 日挂齿进洞开挖上部 此洞口段洞身岩体破碎 根据设计 级加强衬砌 采用格栅钢架和 42 超前小导管结合锚网喷支护 洞身开挖严格按短进尺 弱爆破 强支 护原则进行施工 2001 年 9 月 5 日开始分层开挖中部 及时接长格栅钢架 进行锚网喷支护 2001 年 9 月 5 日路基线路右侧 1 号锚固桩开始开挖 9 月 8 日灌筑锁口 3 1 23 1 2 山体失稳 2001 年 9 月 10 日早上发现线路右侧 1 号锚固桩锁口被剪断 错台 继而发现洞口边仰 坡上产生裂缝 山体开裂下滑 洞顶仰坡钢筋网受山体压力挤压变形 C20 喷砼开裂 剥落 钢筋网格突露出来 洞口仰坡至路基线路右侧 2 号 3 号桩间 D1K505 536 576 范围内 发现两条裂缝 成环状 分别长 42m 19m 裂缝最大宽度达 14cm 此时隧道出口端上部开挖里程为 D1K505 518 中部开挖里程为 D1K505 543 由于洞身 上 中部开挖 山体结构应力平衡被破坏 洞身方向对山体的约束力被减弱 线路右侧顺层 岩体节理发育 基岩裂隙水减弱了岩层摩擦 洞口左侧偏压山体沿滑动面主动力大于其受的 洞身支护约束力 造成了山体失稳 洞口左侧山体向洞身方向滑动 图 2 出口山体滑动裂纹平面展示图 3 3 1 33 1 3 处理措施 针对出口端出现的情况 先后采取了如下主要处理措施 垂直滑动面在洞门左侧山体 D1K505 559 544 段用潜空钻机打四排长 10m 的 22 注 浆锚杆束并注浆 间距 1m 梅花型布置 3 根一束 每排 15 束 以适当阻止山体的继续沿 滑动面向洞身方向滑动 为保证已开挖洞体稳定 在洞口 D1K505 553 541 段格栅钢架 B 单元中部安设 I18a 工字钢作临时过荷支撑 间隔 2 4 米支撑一组 为保证已安设的拱墙格栅钢架 A B C 单元形成整体受力 抵抗山体侧压力 在洞口 D1K505 553 545 段参考 V 级围岩格栅钢架 E 单元设计临时增设横向格栅钢架共计 8 榀 并 立模灌注 C20 砼 同时在线路右侧洞身边墙增加了 8 组工字钢作斜撑 架于有横向格栅钢架 上 撑于线路右侧格栅钢架 B 单元脚板处 每组工字钢长 3 米 以抵抗山体侧压力 为抑制山体移动 在线路左侧 D1K505 554 5 处增设一根锚固桩 桩长 16m 截面 1 5 2m 桩顶与隧道挡墙齐平 桩底设在滑动面下 10m 左右 桩身受力面与滑动方向一致 右侧翼墙由浆片改为 C15 砼 这样既阻止了山体位移又减轻了山体对隧道的推力 保证了该 隧道出口端的正常施工 0 353353 E 22 A B C 22 45 1 1 25 1 1 25 图 3 出口山体失稳加固措施横断面图 3 23 2 D1K504 130 160 段拱部坍塌掉块 3 2 13 2 1 施工情况 D1K504 130 160 段施工根据设计 级围岩 实际施工围岩较破碎 基岩裂隙水发育 采取上 下部台阶法开挖 全段拱部锚网喷支护 设置 22 径向锚杆 纵向间距 1m 环向 间距 1 2m 2 5m 根 梅花型布置 设置钢筋网 环筋 10 纵筋 6 网格间距 25 25cm 面积比 100 拱墙素喷 C20 砼 7cm 厚 面积比 100 3 2 23 2 2 坍塌情况 2002 年元月 20 日 D1K504 135 处拱部素喷砼剥落 钢筋网变形 接着向两侧发展撕裂钢 筋网 D1K504 130 143 段拱部素喷完全剥落 锚杆成倒梳状 大面积掉块坍塌 D1K504 140 处为最大坍塌深度达 2 1m 此时开挖里程 上部 D1K504 143 下部 4 D1K504 137 衬砌里程 D1K504 115 铺底里程 D1K504 133 掌子面 D1K504 143 围岩 揭示岩性为变余砂岩 岩层呈水平层理 N13 E 10 SE 节理间距 40 60cm 薄 中层状 节理发育 层理间泥质夹层 该段风化颇重 拱部岩 层较破碎 基岩裂隙水发育 日涌水量 24m3 使得该段岩层粘结力 自稳力差 岩体整体性 较差 洞身临时支护约束力无法平衡围岩开挖后的应力重新分布 造成施工坍落掉块 3 2 33 2 3 处理措施 对该段拱墙进行初喷 厚度要求至少 5cm 封闭暴露岩体 并加强初喷后岩体的变化 利用衬砌台车在 D1K504 130 137 范围内拱墙位置安设格栅钢架 间距 1 5m 要求 紧贴岩壁 拱部配合锚网喷支护 要求 22 锚杆径向锚杆纵向间距 1m 环向间距 0 8m 3 5m 根 梅花型布置 设置钢筋网 环筋 10 纵筋 6 网格间距 25 25cm 要求 钢筋网同时密贴岩壁 以保证能回填坍体 C20 素喷施作厚度 10cm 及时封闭坍方面 D1K504 137 143 段于上部安设格栅钢架 A B C 单元 同时配合锚网喷支护 上部开挖临时支护施工时方法同上 并安设格栅钢架直至 D1K504 160 处 施作时上 下部开挖控制在 5m 左右 在下部 D1K504 137 160 段出碴后及时安设格栅钢架 D 单元 并 打锁脚锚杆 保证格栅钢架整体受力 在下部安设格栅钢架加强支护接近 D1K504 160 处时 围岩趋于稳定 决定隧道恢复正常施工 按设计 级采取全断面开挖 素喷临时支护 在安设格栅钢架的同时及时衬砌 D1K504 130 160 段拱墙 对坍体要求同等级砼回 填 2002 年 2 月 27 日拱墙砼施作完成 图 4 D1K504 130 160 拱部坍塌处理措施横断面图 图 5 D1K504 130 160 拱部坍塌处理措施纵断面图 5 3 33 3 D1K504 880 918 段线路左侧拱边墙坍塌 3 3 13 3 1 施工情况 2002 年 10 月 24 日隧道按设计 级围岩全断面开挖至 D1K504 890 素喷支护 10 月 24 日下午 D1K504 885 处拱部坍方 砸坏开挖台架 稳定后坍体未继续发展 为保证安全实际 施工从 D1K504 890 起采取正台阶法开挖 格栅钢架 间距 1 5m 加强配合锚网喷支护 3 3 23 3 2 坍塌情况 2002 年 11 月 9 日凌晨上部于 D1K504 910 处贯通 翻碴后进行格栅钢架加强临时支护 11 月 10 日开始拖下部出碴 10 日下午 D1K504 910 处拱部坍塌格栅钢架掉落 素喷 C20 砼 剥落 钢筋网撕裂 部分锚杆被带落 11 日坍体继续向两侧发展 造成 D1K504 903 5 914 段格栅钢架共计 7 榀掉落 D1K504 910 处拱部偏左坍体高度达 5m 1K504 890 903 5 D1K504 914 918 段拱部均有网喷剥落变形现象 且水平层理裂 隙达 5cm 此时开挖里程 下部 D1K504 890 914 4 衬砌里程 D1K504 838 935 5 铺 底里程 D1K504 840 922 5 该处围岩为炭质板岩 呈胶质状 脆性 受扰动极易破碎 岩层呈水平层理 N30 E 9 SE 节理间距 40 60cm 薄 中层状 节理发育 层理间泥质夹层 同时基岩裂隙水 较发育 使得该段岩层粘结力 自稳力差 在拖中部放炮时岩体受到扰动 基岩节理裂隙极 度发育 层间裂隙宽达 5cm 该段属风化极重带 岩体整体性较差 拱部围岩受周围岩体约 束减少 洞身临时支护约束力无法平衡围岩开挖后的应力重新分布 最终造成坍落掉块 3 3 33 3 3 处理措施 隧道上部贯通 未开挖下部地段支护条件较有利 而 D1K504 890 前地段已上下部开挖 结束 再进行加固支护较困难 故采取了如下措施 为保证拱部岩体不继续向两侧发展 将衬砌台车移至 D1K504 879 2 跳格衬砌拱墙砼 D1K504 879 2 888 2 段 同时对坍方地段进行初喷 C20 砼封闭坍方面 并作好围岩变化观 测 清坍后对 D1K504 903 5 914 段上部再次安设格栅钢架 间距 1 5m 要求紧贴岩壁 拱部配合锚网喷支护 要求 22 锚杆径向锚杆纵向间距 1m 环向间距 0 8m 3 5m 根 梅 花型布置 设置钢筋网 环筋 10 纵筋 6 网格间距 25 25cm 要求钢筋网同时密贴岩 壁 以保证能回填坍体 C20 素喷施作厚度 10cm 及时封闭坍方面 对于 D1K504 910 处由 于坍体高达 5m 无法稳定格栅钢架 D1K504 908 911 段只素喷 C20 砼 在 D1K504 908 D1K504 911 处格栅钢架的顶部及左侧拱腰位置各纵向搭一根长 5m 的工字钢 在顶部工字钢 D1K504 910 处置一根长 5m 的 100 钢管 焊有 2 50 50cm 钢板的一端顶 在坍体面上 左侧工字钢 D1K504 910 处置一根长 3m 的 100 钢管 焊有钢板的一端斜顶在 坍体面上 6 图 6 D1K504 880 918 段线路左侧拱边墙坍塌处理措施纵断面图 工序安排先拖下部 及时支护 衬砌紧跟 开挖下部后及时安设格栅钢架 D 单元 当 达到一组拱墙衬砌长度后及时灌筑砼 紧抵下部 保证拱部围岩不发生大变形 破坏临时支 护 同时对于坍体在 1m 范围内的及时同等级砼回填 大于 1m 的坍体 1m 以外 M7 5 浆砌片石 回填 2m 以外的干砌回填 下部开挖和格栅钢架加强支护直至 2002 年 11 月 24 日全隧道贯通 在确保隧道贯通 测量符合要求后 继续施作衬砌于 2002 年 11 月 29 日坍方段灌筑拱墙砼完成 4 4 几点体会几点体会 1 实行工程项目负责制 项目队长全面负责工程的项目实施过程 技术主管负责工程 质量 通过集权式工程项目负责制严格管理保障各种技术