偏压超浅埋大断面黄土隧道施工技术.doc

偏压超浅埋大断面黄土隧道施工技术2010年第5期铁道建筑RailwayEngineering59文章编号:10031995(2010)05005903偏压超浅埋大断面黄土隧道施工技术史赵鹏(中铁十二局集团第二工程有限公司,太原030032)摘要:结合郑西铁路客运专线坳渠隧道施工实例,介绍了偏压,超浅埋,大断面黄土隧道洞口段的施工技术,对施工中出现的问题,分析产生的原因后,提出了解决方案与建议,对类似偏压超浅埋黄土隧道工程施工有一定的参考借鉴意义.关键词:偏压超浅埋大断面黄土隧道施工中图分类号:U455.4文献标识码:B1工程概况2施工方案郑西铁路客运专线坳渠隧道全长276m,隧道按客运专线双线350km/h设计.隧道衬砌内轮廓最大跨度13.3m,最大高度11.18m,隧道内净空面积(轨顶面以上)为100m,开挖断面为164m.地层岩性为Q:老黄土夹砂卵砾石透镜体及古土壤层,局部含上层滞水,具有膨胀性,上伏第四系上更新统Q黏质黄土.进口段78m范围内覆盖层厚仅为36m超浅针对进口段超浅埋的特点,原设计为明挖后施作明洞衬砌,后经现场踏勘并约请专家论证,确定为明洞暗作的施工方案.总体施工方案为从出口向进口方向采用三台阶七步流水作业法施作(图1),严格遵循先预报,管超前,弱爆破,短进尺,强支护,早封闭,勤量测的原则,当施作至浅埋段时停止掘进.同时从进口提前施作大管棚后,从进口向出口方向采用三埋,同时山体偏压,为超浅埋偏压隧道.台阶七步流水作业法单工序施工.韶前古枇,超前支护/一J:6.2一_l埘Z-;Zj一二一:一:,6.3槲I栈桥越0冬兰一j【.-一1352323232315251460(a)正面(b)纵断面图1三台阶七步流水作业施工工序(单位:in)2.1洞口边,仰坡开挖根据设计边坡,仰坡开挖边线测量放样,安排人工配合挖掘机分层自上而下开挖,随挖随支,分层高度为2133.开挖边,仰坡时,人工用坡度尺控制坡比,分层支护严格按照设计参数进行,挖至上台阶高度时,预留管棚机作业平台,准备施作超前长管棚.2.2大管棚施工收稿日期:2010-01.23;修回日期:2010-0220作者简介:史赵鹏(198l一),男,山西太原人,助理工程师.管棚长度为60m,由4,1o8mm的无缝钢管组成,环向间距40cm(见图2),共46根,布管范围夹角135.,每根钢管长6in,壁厚6mm.钢管的外插角为1.3.,采用自进式管棚机施工,管棚机型号为北京中易恒通HTG一100型钻机,钢管接长采用内接丝,通过1520cm长的内接管车丝及无缝钢管内孑L车丝,将6nl长的无缝钢管连接起来,保证两根钢管连接处维持在一个面上(即保证连接处的平整度).安装好有孔钢花管后即对孔内注浆,浆液由ZJ-400高速制浆机拌制.注浆后再施工无孔钢管,无孔钢管可以作为检查60铁道建筑管,检查注浆质量.采用注浆机将砂浆注入管棚钢管内,初压0.51.0MPa,终压2MPa,持压15min后停止注浆.注浆量一般为钻孔圆柱体的1.5倍,若注浆量超限,未达到压力要求,应调整浆液浓度继续注浆,直至符合注浆质量标准,确保钻孑L周围岩体与钢管周围孑L隙均由浆液充填,方可终止注浆.注浆时先灌注单号孑L,再灌注双号孔,注浆工艺示意于图3.喷射|/f135o钢筋网衬砌厚.,/Jf【寸,.娶一一图2大管棚施工横断面(单位:m)图3注浆工艺示意2.3套拱施工管棚施工结束后,沿管棚轮廓线在其下方安设I25工字钢架.工字钢架与管棚外露部分用钢筋连接牢固,在管棚外轮廓铺设外模,进行混凝土导向墙施工,为暗洞施工创造条件.2.4开挖及初期支护采用三台阶七步流水作业法单工序施工,将开挖断面分为上,中,下及底部四个部分逐级掘进施工.上部宜超前中部35m,中部超前下部35m,下部超前底部10m以内.为方便机械作业,上部开挖高度控制在4.5m,中部台阶高度也控制在4.5m,下部台阶控制在3.38m.严格实行单工序作业,开挖上导时停止中下导及底部施工,开挖中导或下导时每次只进行单侧开挖,同时停止上或中下导另一侧及底部施工,其它工序类似.开挖时每一循环开挖长度控制在0.6m.为保证安全,开挖前拱部施作42mm超前小导管对拟开挖土体进行注浆预加固,待浆液达到一定强度后,采用挖掘机开挖,预留一定厚度由人工持风镐修边到位.每一台阶开挖完成后,及时喷射4em厚微纤维混凝土对围岩进行封闭,施作系统锚杆,设立型钢钢架及锁脚锚杆,最后铺设钢筋网,分层复喷微纤维混凝土到设计厚度,完成一个开挖循环.2.5仰拱施工下导初期支护完成后,根据黄土隧道地表沉降观测及洞内围岩量测数据获知:在仰拱施作之前,拱顶下沉速度与隧道周边变形速率较大,围岩处于不稳定状态;待仰拱初支完成后,拱顶下沉速度与隧道周边变形速率趋于缓和;待仰拱完成后,拱顶下沉与水平收敛基本停止.故仰拱宜尽量紧跟开挖面施工,以有效地控制其变形,洞口段仰拱与掌子面距离控制在1015m以内,一次开挖长度控制在3m以内,可分两次开挖待仰拱初支达到5m长度时,采用栈桥进行全幅一次性施工仰拱填充.2.6二衬施工隧道衬砌要遵循仰拱超前,衬砌紧跟,墙拱整体衬砌的原则,仰拱施作完成后,衬砌与掌子面距离控制在50m以内,利用多功能作业平台人工铺设防水板,绑扎钢筋后,采用液压整体式衬砌台车进行二次衬砌(采用拱墙一次整体灌筑施工).混凝土在洞外采用自动计量拌合站集中拌合,混凝土搅拌运输车运至洞内,混凝土输送泵泵送人模.混凝土浇筑要左右对称进行,防止钢模台车偏移.3施工中出现的问题及对策3.1施工中出现的问题隧道套拱施工完毕后,即开始进行上导掘进,当上导掘进5m时,发现地表开始出现5mm左右环向裂缝,当上导掘进至10m时,中导跟进至5m,地表裂缝进一步扩展至2em,同时在洞顶线路方向右侧距中线46m范围出现3条纵向裂缝,裂缝最大宽度达到3cm.同时监控量测数据显示,地表沉降最大值为106mm,拱顶沉降最大值为228mm.根据观测到的数据显示,施工段地表裂缝扩展与拱顶下沉具有加剧的趋势,因此决定立即停止掌子面掘进.3.2原因分析初步分析引起该段沉降及裂缝较大的原因主要有:1)该段覆盖层厚度为36m,全部为第四系粉质黄土,地质条件较差,对大跨度隧道难以形成成拱效应,虽然施作了大管棚,但初期支护难以完全承受上部荷载;2010年第5期偏压超浅埋大断面黄土隧道施工技术612)山体存在严重偏压,致使洞身存在偏压现象;3)施工时未严格按照单工序施工,施工中导时未按照单边开挖的原则,而是交错开挖了两侧中导;4)施工中仰拱未能及时闭合;5)施工过程因下雨造成部分雨水下渗.3.3采取的主要对策1)进一步减小拱架间距,将拱架间距由原设计0.6m缩小至0.4m,同时针对拱顶下沉量较大,采取抬高钢架,预留沉降量调整为25cm的措施,确保二次衬砌厚度.2)增加锁脚锚管数量与长度,数量由原设计4根增加为8根,长度由4m增加至6m,以增加初期支护的刚度.3)扩大拱脚基础,增设支撑垫板来增强拱脚承载力,减小拱顶下沉,提高钢架支承能力.4)对洞顶部分土方进行减载,对线路右侧进行反压回填,防止洞顶山体向右侧位移.5)对洞顶裂缝进行注浆及堵塞处理,并在洞顶覆盖彩条布,以防止雨水下渗.6)严格按照单工序作业,停止掌子面施工,将开挖掌子面采用挂网喷射混凝土封闭,立即进行封闭仰拱施工.7)必要时增设临时仰拱进行封闭,根据量测值加设工字钢横撑.采取上述处理措施后,洞内及地表沉降变形趋于稳定,确保了隧道的安全与正常施工.4体会通过该偏压超浅埋大断面黄土隧道洞口段的施工,主要体会及结论如下:1)洞口段虽然设计有大管棚,具有良好的拱梁效应,但对超浅埋偏压隧道作用有限,对沉降与变形仍要引起高度重视.2)地表沉降观测与围岩量测是隧道施工的重要工序,也是施工现场判定围岩是否稳定的依据之一,应根据监测资料采取相应的工程措施.从洞口段隧道监测资料发现,洞内沉降值远大于地表沉降值,洞内沉降值上导开挖时较小,随着中下导的开挖数值逐渐变大,到仰拱初支封闭后沉降值变小,仰拱填充施作完毕后,沉降趋于停止.所以尽早进行仰拱封闭是控制变形的一道关键工序.3)浅埋隧道围岩及初期支护变形过大或变形不收敛,又难以及时补强时,可提前施作二次衬砌,以改善施工阶段结构的受力状态,此时二次衬砌应予以加强.4)三台阶七步流水作业法应用于大断面浅埋黄土隧道有其独特之处,始终要坚持先预报,管超前,弱爆破,短进尺,强支护,早封闭,勤量测的原则.对浅埋洞口段一定要坚持单工序作业,根据地质变化合理选择预留沉落量,增加锁脚锚管,扩大拱脚基础,增设支撑垫板,同时以仰拱初喷混凝土增强地基承载力来减小围岩松弛,收敛变形.5)对浅埋黄土隧道,要特别注意地表水下渗,影响隧道结构稳定.采取回填夯实,封闭等改变地表水径流条件等工程措施,避免地表水下渗影响结构安全.6)对浅埋,偏压,黄土等特殊地质隧道,施工方案的确定一定要邀请专家进行可行性论证,以确保方案的安全性与有效性.参考文献1中华人民共和国铁道部.TZ2l42o05客用专线铁