大跨度双连拱隧道施工技术.doc

大跨度双连拱隧道施工技术【内容摘要】结合承唐高速TJ12标安子岭二号双连拱隧道设计与施工，对连拱隧道主要施工内容进行了说明，其中重点概述了大管棚施工工艺、中导洞-正台阶法施工工艺、隧道衬砌以及沉降量测等一系列施工技术措施，为今后复杂地质条件下大跨度双连拱的施工积累了宝贵的经验。【关键词】 大跨度 双连拱 大管棚 中导洞-正台阶 衬砌 沉降量测1 工程概况长（春）深（圳）高速公路承德至承唐界段安子岭二号隧道位于河北省兴隆县安子岭乡境内，隧道起止点桩号为K65+334K65+533，全长199米，位于R=1000m，Ls=135m的曲线上，设计纵坡为-2.5%（单向坡）。本隧道采取双洞线连拱型式布置，两隧道轴线距离为17.236米，中隔墙最小厚度为2.5米。断面类型为三心圆曲拱曲墙形式。隧道设计有效净宽14米，即0.75m(检修道)0.5m（侧宽）3.75m3（行车道）0.75m（检修道）=14m。净高为7.605米。采用单向行车三车道布置，设计车辆时速为80km/h 。隧道穿越微风化灰岩，深灰色，隐晶质结构，中薄层构造，坚硬，岩体较破碎。隧道所处区域基本无地表水，未发现泉水等地下水出露，隧道顶部均覆盖有微风化灰岩，岩体较完整。雨季有基岩裂隙水，水量有限，水文条件单一。根据设计地质勘测，隧道围岩分类为级，其中类围岩96米，类围岩48米，类围岩为44米，明洞11米。隧道洞口类围岩段为亚粘土、碎石及微风化灰岩结构，岩石呈碎粒、碎块状，开挖难度较大。针对双连拱跨度大、地质条件复杂的特点，该双连拱的施工方法采用三导洞法（洞口段）以及中导洞+正台阶法开挖。并且提前施作大管棚施工确保开挖安全。2 大管棚施工方法2.1 基本原理管棚支护是隧道开挖通过软弱破碎岩体，流塑状黏土，岩体充填流泥，流沙等不良地质地段时的一种超前支护。它是开挖前沿隧道开挖轮廓线外缘，每间隔一定的距离，用大型水平钻机钻孔，然后将加工好的钢花管压人已钻好的孔中，沿隧道开挖轮廓线外排列形成钢管棚，开挖后将支架设于拱形钢架上，形成牢固的棚状支护结构。在插入管棚钢管之前，根据地质情况，在一定范围内进行预注浆，固结软弱围岩；待插入管棚钢管之后，再往管内注浆以提高钢管强度，充填钢管与孔臂之间的空隙，使管棚与围岩固紧密。2.2适用条件 适用于类及以下自稳能力极差的围岩（软弱破碎松散岩体、断层带等）。对处于松软地层中的浅埋隧道，或地面有重要建筑物地段，地表沉降要求较高时，也可采用管棚进行支护。2.3施工特点在管棚支护下开挖，可以防止地表下沉和围岩坍塌。围岩注浆固结，管棚支护，可以采用大断面或半断面开挖，并且有利于改善衬砌受力状态，提高隧道长期的稳定性。管棚钻孔可作为地质超前预测的一种手段，可以进一步查清掌子面前方的地质情况，为完善设计提供依据。2.4施工要点施工要点主要有开挖管棚工作室、搭设平台、安装钻机、测定孔位、钻孔、安装管棚钢管、安装管棚钢筋笼、注浆。 开挖管棚工作室工作室应设在距离管棚位置较近处，以缩短管棚长度。在软弱围岩地段开挖工作室要做必要的支护。另外，为了便于架设钻机，工作室应开挖至轮廓线12m。 搭设平台、安装钻机、测定孔位安装钻机前，用全站仪在掌子面放出管棚孔位。钻机安装要牢固，防止不均匀下沉、位移、倾斜等影响钻孔质量，钻机距离掌子面不应超过2m。 钻孔为了便于插管，钻孔直径比管棚直径大2030mm，钻孔深度大于设计值0.5m；对钻进不能成孔（围岩破碎、塌孔等）地带应补充固结灌浆后钻孔或者采用“打跟管”方法钻孔并插管；钻机开孔时先低速钻进，待进尺大于1m后，可改为高速钻进，遇围岩较破碎时，钻进35节钻杆后适当拔出钻杆清孔后再继续钻进，防止石碴聚多卡钻；随时量测进尺角度，发现偏差及时调整。 安装管棚钢管根据设计要求安装管棚钢管，每节长度46m，注意相邻管棚接头不在同一受力截面上。管接头材质应与管棚钢管材质相同。管头套螺丝扣并焊接牢固、平顺。 安装管棚钢筋笼为提高管棚强度，在管棚安装完毕后，放置钢筋笼并注浆，注浆材料为水泥净浆或者水泥-水玻璃双液注浆。3 中导洞-正台阶法施工3.1 方案概述中导洞方案，是中导洞先行，无侧导洞的施工方案。它仍是按传统的断面结构施工，只是中导洞先行，做好中导洞开挖、支护贯通和中隔墙衬砌及顶部混凝土回填，左右主洞不采取侧导洞先行方案，直接采用台阶法开挖。围岩较好时可采取全断面开挖形式。在大断面开挖或者围岩情况相对较差时先行施做一侧主洞开挖及衬砌，另一侧主洞再跟进开挖、衬砌。3.2 方案优点工序简单，施工干扰小，省去了侧导洞开挖和部分临时支护及拆除工序。施工空间大，便于使用大型机械设备，施工进度快，投入较少，成本降低。3.3 方案缺点中隔墙易产生下沉，拱部和侧墙沉降较大，且中隔墙和顶拱、侧墙非同步沉降，主要适用于级以上的围岩条件。3.4 中导洞-正台阶工艺 洞口大管棚施工中导洞超前支护中导洞开挖、支护 中墙顶拱锚杆中墙地基锚杆中墙衬砌及中墙顶部回填 偏压主洞超前支护上台阶开挖、初期支护下台阶开挖、初期支护 偏压主洞仰拱开挖、钢架支撑仰拱二次衬砌、填充、排水管铺设 偏压主洞二次衬砌及预埋件施工 左右洞前后错开3050m 另洞上台阶开挖等工序，与偏压主洞相同 施工工艺流程图3.4 中导洞-正台型工艺施工顺序1-中导洞开挖；2-中导洞支护；3-中隔墙衬砌；4-中隔墙顶部回填；5-（偏压）主洞上台阶开挖；6-（偏压）主洞上台阶初期支护；7-（偏压）主洞下台阶开挖；8-（偏压）主洞下台阶初期支护；9-（偏压）主洞仰拱二次衬砌；10-（偏压）主洞拱墙二次衬砌；11-右洞上台阶开挖；12-右洞上台阶初期支护；13-右洞下台阶开挖；14-右洞下台阶初期支护；15-右洞仰拱二次衬砌；16-右洞拱墙二次衬砌。（注：围岩状况好，跨度小时施工顺序可调整为1-2-3-4-5-6-11-12-7-8-9-13-14-15-10-16；适当错开左右洞开挖间距，以3050m为宜，此顺序优点为双洞并进，缩短工期，施工干扰小。）4 二次衬砌4.1 基本原理二次衬砌是连拱隧道施工的重要组成部分之一。在软弱围岩地段还常承担部分荷载压力，起着保证运营安全、防水和美化作用。因此要求隧道二次衬砌施工要做到内实外美，线性流畅，不应出现裂缝后漏水现象。二次衬砌的时间通常是在该里程段初期支护已经稳定，且有监控量测数据证明后方可进行，即围岩位移速度有明显减弱趋势，已产生的各项位移达到位移总量的80%90%，周边位移速度0.10.2mm/d，拱部下沉速率0.070.15mm/d。但在软弱围岩地段，由于二次衬砌还承担部分荷载任务，可灵活处理，根据需要尽早跟上开挖面。4.2 施工准备二次衬砌施工，要根据围岩条件、衬砌类型和设计图纸要求进行钢筋帮扎，预埋各种预埋件。衬砌台车面板涂刷脱模剂。衬砌台车支立应按照隧道中线、高程、断面尺寸、净空尺寸测量校正位置。检查防水板铺设、焊接及预留洞室安装质量，以及混凝土配合比、拌合设备及输送设备准备完毕后方可进行二次衬砌。浇注时采用分层进行振捣密实，先墙后拱连续一次浇完，做到内实外光，中间不留施工缝。4.3 施工工艺流程图拌合站拌合砼罐车运输输送泵泵送砼灌入施工准备台车移位台车定位脱模养护中线水平检查边墙基地清理台车轨道铺设水平中线定位边墙面板支立顶拱面板支立5 拱顶沉降量测5.1 基本原理隧道拱顶内壁的绝对下沉量称为拱顶下沉值，单位时间内拱顶下沉值称为拱顶下沉速度。拱顶下沉量测属于位移量测，对于埋深较浅、固结程度低的地层，水平成层的场合，这项测量较为重要。尤其测量数据是判断支护效果，指导施工工序，保证施工质量和安全的最直观的基本资料。5.2 量测方法与量测仪器 对于浅埋隧道，可由地面钻孔，使用挠度计或其他仪表测定拱顶相对地面不动点的位移值。对于深埋隧道，可用拱顶变位计，将钢尺或收敛计挂在拱顶作为标尺，后视点可设在稳定衬砌上，用水平仪进行测量，将前后两次后视点读数相减（后读数减前读数）的差值A，两次前视点读数相减（后读数减前读数）的差值B，计算出C=B-A。如C值为正，则表示拱顶向上位移；若C值为负，表示拱顶下称。新奥法量测中，要求观察拱部下沉量。由于隧道净空高，每次挂钢尺很不方便，因此可使用隧道拱部观测计，其主要特点是，当锚头用砂浆固定在拱顶时，钢丝一头固定在挂尺轴上，另一头通过滑轮可引到隧道下部，测量人员可在隧道底板上测量。测量时用尼龙绳将钢尺拉上去，不测时收在边上，不影响施工，测点位置相对稳定。5.3 量测要求连拱隧道每个断面应分别在两侧正洞与中导洞顶拱各分布1个测点。拱顶下沉量测断面间距、两侧频率、初读数的测取应与周边收敛量测相同。量测精度为0.1mm。量测时间应延续到拱顶下沉稳定后，一般来说，拱顶下沉量历时变化在开挖后大致呈直线增加，一直到距离开挖面约13倍隧道直径处后下沉发展变慢、频率变缓、逐渐稳定。如果有底臌时，可按拱顶下沉法量测。5.3 原始记录和量测资料积累量测的原始记录可用下沉量、下沉速度的时间曲线图来表示。拱顶下沉值主要用于确定围岩的稳定性，是初期支护的稳定性判断依据，据此可确定二次衬砌的时间（顶拱位移速率明显收敛，达到总位移量的80%90%；拱顶下沉速率小于0.070.15mm/d。）6 几点体会1. 通过对围岩情况的实际观测以及隧道跨度大小，合理选择三导洞法或中导洞开挖方法，是连拱隧道缩短工期、节约成本、增加效益的良好途径。2.通过对拱顶沉降量测结果进行分析，确保了大跨度双连拱的结构安全，有效地控制了