交叉隧洞施工方法(五)

1、交 叉 隧 洞 施 工 工 法中铁十三局五公司 张新 摘要交叉隧洞分台阶施工；大拱脚浇筑混凝土加强支护；先上层后下层隧洞开挖支护。 关键词先上后下三台阶 交叉隧洞大拱脚1、工程概况云鹏水电站左岸导流隧洞(上层隧洞)洞身段全长784.00m，有压段，断面形状为圆形，开挖直径D=12.0m；无压段，断面形状为城门洞形，开挖尺寸为10m×13m（宽×高），围岩主要有、；下层隧洞（交通洞）开挖断面尺寸为7.5m×8.4m（宽×高），全长397m，围岩主要有、。交通洞与导流洞交叉部位长度为米，交叉段下层隧洞（交通洞）为类围岩，由破碎的粉砂质泥岩组成；上层隧洞（导流

2、洞）为类围岩，由破碎的泥质粉砂岩组成，属于断层破碎带。下层隧洞顶板开挖线与上层隧洞底板开挖线高差仅为0.221米，上层隧洞顶板开挖线与下层隧洞低板开挖线总高差22米。2、开挖方法先开挖支护上层隧洞，上层隧洞开挖高度为13米，开挖采用三台阶分步法开挖，第一台阶高6米先行，第二台阶高4米，第三台阶高3米，第一台阶开挖循环进尺保持在1.0米左右（围岩破碎防止塌方）；第二、第三台阶开挖循环进尺保持在2米左右（为加快施工进度），采用错台法开挖（防止掉顶）；初期支护紧跟开挖面（防止应力释放较大，破坏原有的围岩结合力）。上层隧洞开挖支护完毕后，再进行下层隧洞开挖支护。下层隧洞开挖采用全断面开挖（结合围岩情况

3、而定，IV围岩可以全断面开挖，同时加快施工进度），光面爆破，循环进尺保持在1米左右（进尺太长对围岩扰动较大，防止对上层隧洞支护的破坏），初期支护紧跟开挖面，先上层隧洞开挖支护，后下层隧洞开挖支护（先上层后下层优点：上层开挖支护完毕后，围岩的压力几乎全部转移至大拱脚部位，大拱脚部位采用混凝土浇注；下层开挖时顶部几乎无围岩压力，施工安全可靠。先下层后上层缺点：先下层开挖支护后，再进行上层开挖，上层开挖破坏了上层隧洞的围岩结合力，对下层隧洞的支护强度要求较高，需投入更多的资金，加强下层隧洞支护，一般需下层隧道衬砌后进行上层隧道施工，工程造价高，同时影响施工进度）3 压力计算（在开挖支护前应进行应力计

4、算，确保施工安全，确定合理的支护方案，减少资金投入）导流洞位于软若破碎岩体中，埋深50米，围岩容重=24KN/m3，内摩擦角=36，岩体抗压强度R=12 Kpa，隧洞宽b=10米，隧洞高ht =13米。岩石坚固性系数fkp=R/10=12/10=1.2(R-岩体抗压强度)压力拱高h=1*b+ht tan2(45°-/2)(b-隧洞宽度, ht-隧洞高度, -内摩擦角)=1*10+13tan2(45°-36°/2)/1.2=11.15m隧洞顶部垂直压力q=h=24×11.15=267.6Kpa(-岩石容重, h-压力拱高)水平压力 e1=h=267.6 t

5、an2(45°-36°/2)=69.6 Kpa e2=(h+ ht) (267.6+24×13)×tan2(45°-36°/2)=150.75 Kpa = tan2(45°-/2)交通洞位于软若破碎岩体中，埋深60米，围岩容重=24KN/m3，内摩擦角=36°，岩体抗压强度R=12 Kpa，隧洞宽b=7.5米，隧洞高ht =8.4米。岩石坚固性系数fkp=R/10=12/10=1.2(R-岩体抗压强度)压力拱高h=1*b+ht tan2(45°-/2)(b-隧洞宽度, ht-隧洞高度, -内摩擦角)=1*

6、7.5+8.4tan2(45°-36°/2)/1.2=8.07m隧洞顶部垂直压力q=h=24×8.07=193.69Kpa(-岩石容重, h-压力拱高)水平压力 e1=h=193.69 tan2(45°-36°/2)=50.37 Kpa e2=(h+ ht) (193.69+24×8.4)×tan2(45°-36°/2)=102.77 Kpa = tan2(45°-/2)4、支护方法4.1上层隧洞支护形式上层隧洞初期支护I18工字钢支撑，排距为50cm; 系统锚杆25间排距1.0m×1

7、.0m，L=5m,梅花型布置；25连接筋，间距30cm；喷砼C20厚20cm； 钢筋网 6.5cm×cm。 4.2.下层隧洞支护形式下层隧洞全断面开挖支护拱部：大拱脚C30钢筋混凝土浇注，大拱脚上部采用C30素混凝土回填，钢筋混凝土用双层钢筋绑扎, 环向28，纵向25，间排距15 cm；28架立筋支撑，间排距50 cm；直墙：挂钢筋网6.5 15cm×15cm；喷C20混凝土厚20 cm；系统锚杆251.5m ×1.5m，梅花型布置。先进行下层隧洞衬砌施工，待下层隧洞砼强度达到设计强度时，再可进行上层隧洞衬砌施工上层隧洞衬砌时，要先浇注底板砼，底板砼强度达到设计强

8、度时，方可上衬砌台车。上层隧洞开挖支护到底部时，先进行大拱脚处混凝土施工，再进行下层隧洞开挖支护，最后进行拱部混凝土浇注和上层隧洞底板垫层浇注。4.3下层隧洞支护示意图交通洞双层钢筋网、架立筋示意图5.工艺流程与操作要点5.1 I18工字钢支撑在交叉地段，要求早期支护，必须具有较大的刚度，以阻止围岩过度变形和承受部分松弛荷载。I18工字钢支撑具有这样的力学性能，其整体刚度较大，可以提供较大的早期支护刚度；I18工字钢支撑可很好地与锚杆、钢筋网、喷射混凝土合理组合，构成联合支护，增强支护功能的有效性，且受力条件较好，对隧洞断面变形的适应性好。5.1.1 I18工字钢支撑的制作I18工字钢支撑在现

9、场制造，采用热弯加工焊接而制成。I18工字钢支撑在隧洞施工现场按比例为1：1的胎模热弯加工及焊接而成。I18工字钢支撑加工后要进行试拼，接头连接要求每榀之间可以互换。I18工字钢支撑的截面尺寸，能满足开挖断面为10.1m×13m（宽×高）强度、刚度稳定性的要求。5.1.2 I18工字钢支撑安设与施工I18工字钢支撑应按设计位置安设，钢支撑之间用25纵向连接筋连接（重要，把每榀工字钢连接为一体，通过锚杆与工字钢连接，由把工字钢与围岩连接为一体，要确保焊接质量，作成弯钩增加焊接面积），拱脚或底脚放在坚硬稳固的基岩上，I18工字钢支撑与围岩之间应尽量接近，留2cm3cm间隙作为保

10、护层。当拱脚或底脚标高不准确时，设置钢板调整，使拱脚位于设计标高位置, I18工字钢支撑的拱脚设20 cm的埋置深度，采取加设垫钢板、锁脚锚杆（重要，把工字钢与围岩连接为一体，要确保焊接质量，做成弯钩增加焊接面积）。I18工字钢支撑的安设在开挖后2h内完成，I18工字钢支撑向围岩方向加大接触面积，减小围岩对钢支撑的压强。为方便安设，每榀I18工字钢支撑一般应分为5节，连接部位设在拱腰和直墙部位（不要设置在拱顶，易受剪切，连接部位焊缝开裂，工字钢支撑短裂现象）并保证接头的刚度。5.1.3 I18工字钢支撑施工技术要点、在初喷混凝土5cm后（封闭围岩防止风化、掉石）,再安装钢支撑， I18工字钢支

11、撑应尽可能多的与锚杆露头及钢筋网焊接，以增强其联合支护的效应；、喷射混凝土时，钢支撑与岩面之间的间隙喷射饱满，达到密实，清除干净底脚处浮渣，超挖处加设钢垫块，中间段接头板用砂子埋住（作用，以防喷射混凝土堵塞接头板螺栓孔）；、岩面与钢支撑要密贴、牢靠、稳固；5.2 喷射混凝土 5.2.1 工艺流程导流洞碎石夹土地层喷射混凝土时，先低压，喷射一层水泥砂浆，再按常规喷射混凝土。速凝剂细骨料粗骨料喷头干喷机搅拌机水泥水压缩空气干喷射混凝土施工工艺流程5.2.2施工技术要点喷射混凝土作业采用分段、分块，先墙后拱、自下而上的顺序进行；喷射作业时，喷嘴做反复缓慢的螺旋形运动，螺旋直径约1015cm，以保证混

12、凝土喷射密实。同时掌握风压、水压及喷射距离控制再1米左右，喷射角度控制在8085度，以减少混凝土的回弹量；先初喷射混凝土5cm时，在分两次喷射砼。每次喷射砼厚度控制在7 cm左右；喷射混凝土终凝2小时后，进行喷水养护。5.3 固体锚固剂锚杆（固体锚固剂锚杆优点：施工操作简单、适用于不同角度的锚杆施工，垂直于拱顶锚杆施工较为方便，能更好的保证质量要求。缺点：比砂浆锚杆造价高。砂浆锚杆的缺点：垂直于拱顶锚杆，注浆达到饱满较难，漏浆严重，施工操作时间长）5.3.1施工工艺流程：放锚固剂清孔钻孔布点质量检查打入锚杆锚固剂锚杆施工工艺流程图5.3.2施工方法：、布点：按要求测量进行布点定位。、钻孔：手风

13、钻就位后，钻孔方向尽量与岩石节理方向垂直，孔径大于锚杆直径1520mm。孔钻好后，用高压水将孔眼冲洗干净，然后用高压风吹净孔内残留水，并用塞子塞紧孔口，以防止石碴或泥土掉入孔内。、置放锚固剂：锚固剂在水中浸泡达到符合要求时，迅速的用竹杆送到孔洞底部，锚固剂的饱满程度不小于孔深的2/3。、打入锚杆：用高压风枪顶进锚杆。6.技术难点和要点6.1技术难点：开挖方法的确定，要根据围岩的性质、隧道的开挖断面、合理确定开挖台阶的高度，开挖进尺（台阶太高、进尺太长易造成塌方；台阶太矮、进尺太短，进度太慢，影响工期）。支护方法的确定，要根据地质资料数据，计算围岩应力，结合施工经验合理确定支护方式。（计算数据要

14、准确，要考虑合理的安全系数，合理确定支护方式。安全系数考虑太大，支护造价高，安全系数考虑太小，可能出现质量和安全事故）。6.2技术要点先开挖支护上层隧道后开挖支护下层隧道；开挖支护下层隧道前要先施工大拱脚混凝土浇注；严格控制下层隧道的开挖进尺防止下层隧洞爆破对上层隧道支护的破坏；严格控制连接筋、锚杆和钢支撑的焊接质量，确保钢支撑、锚杆与围岩组成联合支护体系；钢支撑连接段设立在直墙和拱腰处，不得设立在拱顶；分台阶开挖要采用错台法；7.结束语云鹏水电站左岸交叉隧洞施工技术取得了一定经验，隧洞施工方法在稳步提高。交叉段隧洞，在施工中未出现塌方、围岩变形等质量和安全事故，同时提前完成了交叉部位施工。证明了交叉隧洞，采用三台阶，先上后下开挖，大拱脚加强支护能满足施工进度和质量要求，同时减少工程造价。但隧洞施工中各种施工方法需进一步探讨和试验。施工方法是影响施工进度和质量的主要因素之一，同时也影响工程的造价。在隧洞施工中不同的地质情况需要选择相应的施工方法，采取新工艺、新设备、新材料、新