隧道浅埋及露顶段施工方案比选

隧道浅埋及露顶段施工方案比选 目 录 1 工程概况 . 1 1.1工程简介 . 1 1.2 地质概况 . 1 1.3 主要技术标准 . 1 1.4水文地质 . 1 1.5不良地质 . 2 1.6 气象特征 . 2 1.7 地震动参数 . 2 2 浅埋、偏压施工 . 2 2.1 浅埋、偏压施工要点 . 2 2.2 浅埋、偏压施工技术 . 2 2.2.1 地表处理 . 3 2.2.2 施作预加固桩 . 3 2.2.3 超前大管棚支护 . 3 2.2.4 暗洞开挖及初期支护 . 3 2.2.5 监控量测 . 5 3 露顶处施工 . 6 3.1 施工方案比选 . 7 3.1.1 方案一：明挖法 . 7 3.1.2 方案二：回填贫砼反压法 . 8 3.1.3 方案三：套拱法 . 9 3.2 结论 . 11 4 施工环保措施 . 12 5 施工安全措施 . 12 I xx隧道浅埋段施工方案 1 工程概况 1.1工程简介 xx隧道位于xx铁路安徽段xx县境内，起讫里程DK111+050DK111+300。本隧为双线隧道，全长250m。主要围岩为级160m，级90m。纵坡为单面上坡，坡度为15。该隧道一侧山势较高，另一侧山势较低，两侧覆盖分布不均匀，线路左侧明显存在顺层偏压，隧道最大埋深40m，最小埋深在DK111+184.2DK111+201段拱顶外露，无覆盖层，为半明半暗挖隧道。岩体软弱破碎，自稳性差。 1.2 地质概况 表层为Qel+dl/碎石土。下伏基岩为1h炭质板岩、炭质灰岩，强风化呈碎块状，弱风化节理裂隙发育，岩体较为破碎。 1.3 主要技术标准 铁路等级：客运专线； 正线数目：双线； 速度目标值：250km/h，预留进一步提速条件； 最小曲线半径：4000m； 正线线间距：5m； 最大坡度：20 ； 到发线有效长度：650m； 牵引种类：电力； 机车类型：电动车组； 列车运行方式：自动控制； 行车指挥方式：调度集中； 建筑限界：新建时速300350公里客运专线建筑限界。 1.4水文地质 隧道区地表水以近南北向山脊为分水岭，向东、西两侧排泄。在DK111+190处有一冲沟，三方汇水，并与村民进山道路相接。地下水主要为孔隙潜水、岩溶水及基岩裂隙水，预测全隧道最大涌水量为535m3/d，为中等富水区。 1 1.5不良地质 经勘察该区域可能存在顺层、有害气体、突水突泥等主要地质灾害。 有害气体：主要为煤层瓦斯。 1.6 气象特征 该隧道所处热带季风气候区，年平均气温15.916.5，极端最高气温41.5，极端最低气温-14.1；年平均降水量1585.31630.3mm，年最大降水量2308.2mm,年最小降水量987.7mm；年平均相对湿度76%。 1.7 地震动参数 地震动峰值加速度： <0.05g；地震动反应谱特征周期值： 0.35s。 2 浅埋、偏压施工 2.1 浅埋、偏压施工要点 （1）浅埋、偏压隧道施工中对开挖方案的选择尤为重要，做到“短进尺、强支护、早封闭“，并且监控量测是重要环节，及时分析围岩及初期支护的变形情况，合理指导施工。 （2）浅埋偏压隧道的防治先从工程地质入手，了解围岩结构力学变化规律和自承能力的特点，采取超前加固措施，提高岩体本身结构承载力和控制其变形，对初期支护进行加强，对受力结构进行完善，确保变形量在可控的范围之内，遵循“早进洞，晚出洞的隧道设计原则，尽可能的减少对山体的破坏和扰动。 （3）雨季施工对隧道影响很大。围岩层间充水逐步松散软化，扩大松弛圈，造成支护体系破坏，同时孔隙水压力对初期支护产生新的附加应力，严重影响到隧道施工安全。尽量避免在雨季施工，施工中考虑加强初期支护的强度并利用辅助措施及时封闭。 （4）通过对隧道洞口地段的加固措施，合理的施工组织安排，为隧道的安全、高效施工打下了坚实的基础，为按期、保质完成本隧道的施工任务营造了良好的施工环境。 2.2 浅埋、偏压施工技术 浅埋偏压隧道进洞施工技术以新奥法原理为依据，通过人工配合机械开挖或控制爆破，减少对土体的扰动。在进洞前完成洞口段地表处理、超前支护、锚喷钢架支护、二次衬砌受力体系转换。 2 2.2.1 地表处理 (1)做好天沟排水设施，开挖过程避开雨季进行，保证排水通畅，防止仰坡不受雨水冲刷，使洞门结构稳定。 (2)尽可能在少破坏植被的情况下刷边仰坡，除去地表杂草后进行边仰坡防护，永久性边坡采用锚杆框架梁的形式进行防护加固。 2.2.2 施作预加固桩 隧道线路左侧由于地形偏压，在明洞段施作锚固桩加固桩13根，桩间距5m(中-中)，桩长分三种，分别为16m、18m、21m，桩分别有1根、1根、3根，桩截面均为2.25m2.5m。锚固桩采用C30、C35钢筋砼现浇，主筋设置在靠山体一侧。加固桩是作为抗压抗偏的一种有效措施，通过施作左侧加固桩来抵抗左侧山体的侧压力，为确保安全，施工时采用隔桩开挖施工。 2.2.3 超前大管棚支护 超前大管棚作为洞口浅埋加强段的辅助施工措施，通过管棚和注浆来稳固地层，防止隧道开挖爆破时造成的拱部坍塌。超前大管棚采用长20m，型号为1086mm的热轧无缝钢管，注浆孔采用钢花管，钢花管上钻浆孔，孔径10-16mm，孔距11cm，呈梅花型布置，尾部留不钻孔止浆段110cm，检查孔采用无缝钢管。钢花管两端均预加工成外丝扣连接，同一断面内接头数量不超过总钢管数的50%。管距：环向间距40cm。钢管加工前端呈锥形，管壁四周钻设16mm的注浆孔，孔间距20cm，呈梅花形布置，尾部预留不小于1m的不钻孔止浆段。 2.2.4 暗洞开挖及初期支护 开挖施工过程中严格按照管超前、严注浆、短进尺、弱爆破、强支护、勤量测、早成环的原则。在软弱围岩的地质条件下，采用三台阶临时仰拱法。 .三台阶临时仰拱法施工工序说明： （1）a、利用上一循环架立的钢架施作隧道超前支护；b、开挖1台阶阶；c、施作1部洞身结构的初期支护，即初喷4cm厚混凝土，架立钢架，并设锁脚锚（管）杆；d、钻设系统锚杆后复喷混凝土至设计厚度，底部架立临时钢架封闭，则在掌子面喷10cm混凝土封闭。 （2）上台阶施工至适当距离后，开挖2部台阶，接长钢架，施作洞身结构的初期支护及封底，参照工序进行。 3 （3）a、开挖3部台阶，及时封闭衬期支护。参照工序进行；b、灌注该段仰拱；c、灌注该段隧底填充。 （4）根据量测结果分析，待初期支护收敛后，利用衬砌模板台车一次性灌筑二次衬砌（拱墙衬砌一次施作）。 . 三台阶临时仰拱法施工要求 （1）隧道施工应坚持“弱爆破、短进尺、强支护、早封闭、勤量测”的原则。 （2）如有超前支护等辅助施工措施，应首先利用上一循环架立的钢架施作完毕，再开挖。 （3）开挖方式采用弱爆破，爆破时严格控制炮眼深度及装药量。 （4）锁脚小导管可根据需要设置，以确保下台阶施工的安全。 （5）各步台阶一次开挖长度宜控制在2m3m之间，第 3 部台阶开挖后仰拱应紧跟。 （6）施工中，应按有关规范及标准图的要求，进行监控量测，及时反馈结果，分析洞身结构的稳定，为支护参数的调整、灌筑二次衬砌的时机提供依据。 拱墙一 隧底 610151015三台阶临时仰拱工法工序平面 4 三台阶临时仰拱工法工序纵断面隧底 拱墙一隧底填充三台阶临时仰拱工法工序平面 2.2.5 监控量测 监控量测是新奥法的重要内容，也应将监控量测纳入施工工序，它所测得有关变形量的数据是反应工程稳定状态的综合指标，是确定经济、安全支护结构参数及合理施工方法的重要依据。 处于浅埋偏压地段，在开挖前在洞顶埋设地表沉降观测点，进洞支护后立即埋设净空变化观测点，为彼此进行验证，地表沉降与洞内净空变化断面设在同一断面上。观测断面间距根据围岩级别控制在510m，观测点埋设要牢固，易于识别并妥为保护。 每次量测后立即对量测数据进行回归分析，生成位移时态曲线，掌握岩体和支护变形的动态变化规律。按照变形等级管理确定三阶段的指导施工，当处于1/32/3范围内需加强量测，密切关注，采取适宜的加强措施；当超过2/3，暂停施工，分析原因， 5 采取特殊处理措施。 3 露顶处施工 xx隧道在DK111+184.2DK111+201段拱顶外露，无覆盖层，为半明半暗挖隧道。埋深深度见下表，纵断面图及典型横断面图如下所示。 xx隧道浅埋段埋深数据表如下 浅埋段埋深数据表 -2.94-1.26-1.64纵断面图 典型横断面图 6 14712 标高 -6057 8.61 露顶处原地貌照片 远景 近景 3.1 施工方案比选 3.1.1 方案一：明挖法 总体思路 DK111+184.2DK111+201段露顶处施作明洞。 施工方案 土石方采用明挖法，用机械自上而下分层开挖土方，反铲挖掘机配合自卸汽车装、运渣，及时进行边坡稳定支护，随时监测、检查山坡稳定情况。边仰坡按照1：0.75进行刷坡，边仰坡防护采用?50注浆小导管、钢筋网、喷射砼进行防护；小导管长4.0m，间距1.5*1.5m，梅花形布置；钢筋网采用?6钢筋网，网格20*20cm。 露顶洞口位置取导向墙（套拱）配合大管棚进洞的形式边仰坡开挖到位后，先施作套拱的施工，作为长管棚的导向墙，采用C20混凝土套拱作为管棚的导向墙，套拱在明洞的外轮廓线以外，紧贴洞口仰坡面，护拱内设3榀I18制作的钢拱架为横向支撑，管棚的导向管固定在钢拱架上并焊成整体，导向管采用140mm无缝钢管，壁厚5mm。在洞口施工放样后进行搭设支撑体系和内、外模安装，按设计布置工字钢、孔口管的位置和角度准确，然后进行护拱混凝土的浇筑，待护拱混凝土强度达到85%时开始长管棚的施工。由于进出口地质条件差异较大，为了保证施工安全，导向墙厚度1m，纵向长度 3.5m，导向墙两侧基础根据地质条件分别进行加固处理。 优缺分析 优点：造价低；施工工艺简单。 7 缺点：露顶出地处冲沟三方汇水点，冲沟坡度大，开挖后难以防护。加之，时值多雨季节，对施工影响较大；土石方开挖量大，对山体破坏较大，易造成后期工程隐患。 3.1.2 方案二：回填贫砼反压法 总体思路 DK111+184.2DK111+201段露顶处采用C20素混凝土回填，待混凝土强度达到强度后，再开始掘进，并按双线复合式衬砌b进行支护。 施工方案 通过施工放样，定出水泥土回填工区后，挖除不小于30cm保护土层，清除地表耕植土、植被草皮、淤泥等杂质，当原始地面坡度陡于1：5时，地表应开挖台阶，台阶宽度不得小于1m。 露顶处回填混凝土高度至少高出隧道拱顶3m，由于冲沟坡度大，坡长较长，且坡脚位置连接村民进山道路，露顶位置回填混凝土前，线路左侧需砌筑一段长18m，墙高13m的挡墙，挡墙基础埋深2.5m。混凝土回填高度及挡墙设置图如下。 混凝土回填高度及挡墙设置示意图 当掘进里程距露顶处5m时，停止掘进，待回填混凝土强度达到要求时，再开始掘进。掘进过程中，遵循新奥法原理，采用三台阶临时仰拱法，按双线复合式衬砌b支混凝土挡土墙1:751.客土植生回填土截水沟C20混凝土回填原地面线 8 护形式进行支护。仰拱二衬紧跟，并做好超前支护及监控量测。 优缺分析 优点：操作简单，安全性高，对原山体几乎无破坏，且挡墙和回填砼对山体有反压作用；开挖量小，可有效控制临时边坡高度。 缺点：混凝土回填方量大，挡墙圬工量较大；施工工期长。 3.1.3 方案三：套拱法 总体思路 DK111+184.2DK111+201段整体施作护拱，并按双线复合式衬砌b进行支护。 施工方案 在距离露顶处5.0m范围内，采用双线复合衬砌b进行支护，径向锚杆改为?50注浆小导管，长4.0m。边仰坡按照1：0.75进行刷坡，边仰坡防护采用?50注浆小导管、钢筋网、喷射砼进行防护；小导管长4.0m，间距1.5*1.5m，梅花形布置；钢筋网采用?6钢筋网，网格20*20cm。 露顶处洞口位置施作护拱（-断面），护拱长度2.0m，厚度1.0m。内设四榀I22a工字钢间距为50cm，纵向采用?22钢筋连接，环向间距为100cm。在拱部140范围内设置注浆小导管，小导管共设置两排，第一排共计55根，长6.0m，环向间距30cm；第二排共计56根，环向间距30cm，长6.0m，衔入山体4.0m，小导管尾端与钢拱架腹部焊接牢固。第一排与第二排小导管错开安装，错开间距为环向15cm。拱脚处设置锁脚导管，并注浆。 露顶处护拱（-断面）厚度1.0m，内设I22a钢拱架作为横向支撑，每榀间距50cm，纵向采用?22钢筋连接，环向间距为100cm。在拱部范围内设置双层22钢筋网，钢筋间距20cm。拱脚处设置锁脚导管，并注浆钢筋网与工字钢布置见图。 由于露顶段线路左侧岩层破碎，地质条件差，套拱基础需在线路左侧端加大尺寸，嵌入基岩不小于0.5m，确保稳定性。露顶处存在冲沟，且在线路左侧处与村民进山道路相接，考虑到施工完成后回填土方，需在线路左侧设置长18m，高8m的挡土墙。布置位置及尺寸见图。 护拱设置位置及布置形式如下图所示。 9 DK262+201.44 DK262+209.44 DK262+185.70 护拱 护拱设置图 注浆小导管 C25砼护拱 隧道中 1# 心线 O -护拱断面图 -护拱断面图 10 DK262+183.70 客土植生 截水沟 1:1.75回填土挡土墙与护拱布置图 C25混凝土C25混凝土小导管?50mmI22a型钢工字钢与钢筋布置图 工字钢与小导管布置图 优缺分析 优点：施工简便，风险小；对山体破坏很小，植被易于恢复。 缺点：施工周期较明挖长，造价亦比其高。 3.2 结论 采用明挖方案容易造成边仰坡过高，尤其是在傍山偏压地段，山内侧边仰坡过高。边仰坡的开挖破坏原山体的自然平衡状态，再加上防护不及时、降水等原因的影响，可能导致边仰坡坍塌、顺层滑坡等工程病害。虽然明挖方案造价低，施工工艺简单，但后期潜在的病害处理对工程的影响远远超过其节约成本的优点。 回填贫砼反压法开挖量小，对山体破坏小，可有效控制临时边坡高度，保证山体稳定性；挡墙和回填砼对山体有反压作用，有利于减小山体偏压；但回填砼量及挡墙圬工量较大，施工周期长。 套拱法也具有开挖量小，对山体破坏小的特点，避免了大面积开挖带来的水土流失 11 和喷射混凝土防护对周围环境的污染；只需施作临时排水系统，能解决冲沟排水的难题；回填土有利于减小山体偏压，隧道的永久性安全得到有效保障。 从施工的安全性，质量的可控性，以及防排水、环境保护、施工周期、工程造价等多方面因素综合考虑，套拱法具有安全、易行、经济的特点，对缩短工期、保证质量、保护环境又都有积极的作用，故xx隧道确定采用套拱法对露顶段进行施工。 4 施工环保措施 （1）、由于本地区为生态敏感区，因此，施工界限外的植被、植物树木等不得随意破坏，必须维持原状并加以保护；施工用地界限范围内的树木、草皮和其他植物，移植利用，不得破坏。 （2）、永久用地范围内的裸露地表用植被加以覆盖。 （3）、充分做好开挖边仰坡、弃碴场地的植被恢复与绿化工作。 （4）、在堆弃过程中需先修好挡墙并作好地表水的引排疏导，其坡脚采用浆砌片石防护，不得向河流和设计范围外的场地弃碴，堵塞沟壑、河道。弃碴堆弃前，将地表熟土推至一旁，待弃碴完毕后将碴顶整平，并填保存的熟土进行复垦。 （5）、及早施作防护工程、排水工程和裸露地表的植被覆盖，防止水土流失。 （6）、工程完工后，及时进行现场彻底清理。 （7）、防护弃土场，防止造成新的水土流失源。 （8）、加强设备养护，减少设备漏油施工机械的废油废水，采用隔油池等有效措施加以处理，不得超标排放。 （9）、注意保护自然水流形态，做到不淤、不堵、不留施工隐患，不阻塞河道。 5 施工安全措施 （1）、洞内、外施工时，都必须配备专职安全人员；专职安全人员上岗必须佩戴安全人员袖标，凡进洞人员必须