浅谈山西黄土隧道进洞的技术措施(完稿)

浅谈山西黄土隧道进洞的技术措施—·—山西吕梁环城高速公路项目部杜乐乐摘要：结合山西吕梁环城高速公路磨湾1#、2#隧道施工经验，重点阐述了特殊地形条件下，黄土隧道进洞的施工工艺及具体施工流程，较好地解决了特殊地形条件下黄土隧道进洞施工中的诸多难题，探寻一种在确保安全质量、保障施工工期的前提下，将工程利润最大化的“三结合”技术措施思路。关键词：特殊地形条件黄土隧道“三结合”技术措施工程概况吕梁环城高速公路磨湾1#、2#隧道位于山西省吕梁市离石区信义镇磨湾村，隧址位于黄土残垣丘陵区，微地貌为黄土冲沟、陡坡，地形起伏较大，“V”型谷发育，相对高差在60m左右；植被稀疏，只生长少量灌木。围岩为离石组黄土，岩性为粉质粘土，坚硬状态块状整体结构，洞口段垂直、柱状节理较发育，易受大气降水的冲蚀而滑坡，边坡稳定性较差。隧道采用分离式断面，净宽10.25米，净高5.0米，两侧设检修道，内轮廓考虑结构受力有利及便于施工，一般衬砌断面内轮廓采用三心圆。洞门形式采用端墙式，明洞段设置偏压挡墙。施工方法磨湾1#、2#隧道采用台阶分部弧形开挖法施工，严格执行“先探测、管超前、短进尺、弱扰动、强支护、快封闭、勤量测”的原则。⑴先探测洞口段垂直、柱状节理较发育，易受大气降水的冲蚀而滑坡，边坡稳定性较差，且可能存在黄土陷穴、落水洞等，开挖前必须先进行探测，探明是否存在不利的地质因素，为洞口段施工方案的确定，提供依据。探测可结合管棚施工进行，以节约成本，磨湾隧道洞口段采用30米的管棚，施工时，可以根据探测需要在开挖面布设三个及以上探测孔，利用潜孔钻进行超前探孔，做好探孔掘进记录，进行合理的数据分析，判断是否存在不良地质情况。磨湾1#隧道右线出口段，用此方法探到地表排查处理未发现的落水洞一个，施工时制定了预案，有效的保证了施工安全。⑵管超前超前管棚、超前小导管对于隧道施工安全尤为重要，在黄土隧道施工中更加凸显其重要意义。现在人类对环境保护提出了新的要求，以及人们文化素质和环境美学意识的提高，提倡减少边仰坡开挖，甚至提倡在开挖安全基础上的“零开挖”进洞，为尊重设计，践行黄土高原施工环水保工作重心的承诺，我们提出了“亲嘴进洞，甜吻自然”的施工口号，这就对我们的管棚施工提供了更高的要求，混凝土套拱作为长管棚的导向墙，套拱在洞口外廓线以外施做，套拱采用掏槽开挖，以保证与黄土围岩密贴。套拱采用双层钢筋并埋设4榀工字钢钢拱架，拱架与管棚导向管焊成整体。管棚导向管安设的平面位置、倾角、外插角的准确度直接影响管棚的质量，用全站仪以坐标法在工字钢架上定出其平面位置，用地质罗盘设定导向管的外插角，并采用“叠加箍圈法”固定导向管，施工中要根据施工经验充分的考虑钻孔设备钻进过程中的“低头现象”。待套拱模板加固稳定后，浇注套拱混凝土。管棚施工中，我们采用了履带式潜孔钻钻孔，保证了施工效率，为了防止塌孔，影响管棚安装，管棚4~6个孔安装一次，为保证管棚强度，钢管采用丝扣连接，套拱和管棚施工完成后，进行洞内上断面的开挖支护。超前小导管采用Ф42的无缝钢管制成小导管。每根小导管3.5m，管头呈30°的锥形体，端头花管长2.5m，花管部分钻有Ф8mm的孔眼，为保证钢管强度，杜绝烧孔，必须钻孔，交叉排列。施工中要注意以下几点要求：1、采用超细水泥制作浆液，浆液中添加适量的膨胀剂，必要时添加速凝剂；2、严格的控制注浆压力，应根据地质条件、工程所需加固范围等，通过现场试验确定，一般控制在l.0MPa~1.5MPa之间；3、注浆必须安装止浆阀，顺序本着“先两边，后中间，先下后上”的原则逐次对小导管进行注浆，然后等待一段时间才可以进行弧形开挖；4、拱顶适当缩短小导管间距，以保证拱部注浆效果，即确保了施工安全，也有效的减少掉块、坍塌，保护了“自然拱”，最大限度的发挥围岩的自承能力，减少了喷射混凝土的浪费，有效的控制了成本，缩短了工序循环时间；5、严格的控制钻孔、注浆等环节，最大限度的保护小导管的刚度，使其达到梁的作用，开挖过程中对拱顶上部起到较大的约束作用；6、在小导管超前支护的施工过程中，适当安排施工工序，合理选择小导管的直径、长度、外插角等参数，控制好影响施工进度、施工质量的关键。同时，根据实践经验对小导管布置参数进行一系列优化，在保证施工质量的前提下减少循环次数。⑶短进尺黄土隧道开挖综合考虑施工安全、质量、可操作性，根据实际施工情况和地质条件，我们制定了台阶分部弧形开挖法。台阶分部弧形开挖法的实施必须牢牢的坚持短进尺的原则，台阶长度控制在4-6米，开挖进尺为1榀拱架间距，尽量缩短上下台阶施工间隔时间。施工过程中，上台阶开挖10-12m，下台阶开挖5-8m，安排仰拱施工，仰拱与掌子面的距离不大于30m，二次衬砌距离掌子面不大于50m，并尽量缩短仰拱、二次衬砌与掌子面的距离。根据监控量测情况，磨湾隧道的施工中，洞口段仰拱与掌子面的距离需控制在15-20m，才有效的控制了洞口段的沉降，确保了施工安全。为了保证二次衬砌距离掌子面不大于⑷弱扰动上台阶轮廓线内采用挖机配合环刀开挖，轮廓线范围内人工开挖，避免机械开挖对土体的扰动。为了保证掌子面稳定，减少扰动，核心土必须严格按要求预留，不小于开挖面的50%，厚度不小于2m（核心土预留成“凸”字形，便于喷射手施工，保证喷射混凝土局部平整度）。拱脚预留50cm，人工开挖，保证地基承载力，仰拱中部采用机械开挖，基底、两端采用人工开挖，尽量减少对围岩的扰动。⑸强支护拱架制作严禁使用扭、弯等变形失去应有刚度的工字钢，严格控制拱架间距，保证支护参数，注意螺栓松紧程度。保证连接筋的连续性、搭接长度、焊接质量，连接筋与钢拱架、钢筋网经纬交错，纵横交织，使初期支护形成整体，发挥其最佳的支护效果，有效地的克服偏压、沉降给隧道安全带来的隐患，保证工程质量，确保施工安全。喷射混凝土源头控制，严格执行配合比，严格控制喷射砼表面平整度，避免应力集中，上下台阶连接处，喷射砼时，必须用高压风或水，将表面的粘结土清除干净，保证上下台阶喷射砼的良好连接。根据黄土隧道的特点，适当的调整锚杆数量，增加锁脚的数量，控制好锁脚与拱架的焊接质量，避免开挖时，机械对初支面的碰损。特殊地段根据实际情况，进行初衬背后注浆，增强支护强度。⑹快封闭依据磨湾隧道台阶分部弧形开挖法施工过程中变形测试结果，结合陕西省交通建设集团公司和长安大学黄土隧道支护设计与关键施工技术研究的成果，发现拱部沉降的量值远大于净空收敛的量值，根据黄土隧道的变形规律，提出了“快挖、快支、快封闭，二次衬砌仰拱、边墙基础紧跟，二次衬砌适时施作”的黄土隧道施工原则。“快”，快挖、快支、快封闭；“封”，二次衬砌仰拱、边墙基础紧跟；“闭”，二次衬砌适时施作，成环。⑺勤量测1、加密监控量测点，尤其是洞口段，要准确的掌握掌子面每一榀拱架，拱顶沉降的数据；2、增加测量频率，每天三次，及时掌握拱架的沉降情况；3、加强收敛监控，及时的发现拱架变形情况；4、缩短断面检查的距离，掌握好拱架的变形情况；5、加强地表观测，发现裂缝及时填充；6、加强超前地质预报，及时调整支护参数，制定应急预案，防范未然；7、利用Excel对监控数据进行及时、准确、形象的处理，最真实的体现隧道的变形情况；8、根据测量结果，及时调整支护参数，预留量、沉落量。“三结合”技术措施在实际生产管理中，作为技术人员尝试摸索一种思路，那就是在确保安全质量、保障施工工期的前提下，将工程利润最大化的“三结合”技术措施。以下是在磨湾隧道施工遇到的几个实例：⑴偏压段沟壑的处理磨湾1#隧道左线进口、右线出口、磨湾2#隧道左线出口、右线进口均处于偏压段，根据“三结合”的思路，为保证工期，减少窝工，磨湾1#隧道左线进口沟壑采用素土夯实回填；磨湾1#隧道右线出口、磨湾2#隧道右线进口偏压则通过变更增加了偏压挡墙，通过二次议价，增加了工程利润，又确保了施工安全质量。⑵监控量测结合技术为安全质量、施工工期、工程利润服务的思想，勤量测，及时真实的反映了隧道的变形情况，最大限度的控制了预留量、沉落量，减少了开挖土方，节约了拱架、喷射混凝土，也确保了工程的安全质量，缩短了施工工序循环时间。（3）锚杆数量的节约依据磨湾隧道台阶分部弧形开挖法施工过程中变形测试结果，结合陕西省交通建设集团公司和长安大学黄土隧道支护设计与关键施工技术研究的成果，坚持了“快挖、快支、快封闭，二次衬砌仰拱、边墙基础紧跟，二次衬砌适时施作”的黄土隧道施工原则，采用“钢架+喷射混凝土+钢筋网+锁脚锚杆（管）”的黄土隧道初期支护结构型式。通过增加锁脚、缩短拱架间距、及时紧跟二衬，既保证了施工安全质量，又节约了锚杆，加速了施工进度，增加了工程利润。⑶优化开挖法通过合理安排，精细管理，贯彻“三结合”的思路，三次优化台阶分部开挖法，用“短、紧、快、勤”的模式，通过取消拉中槽、边挖边填等措施，确保了台阶分部弧形开挖法的实施，避免了设计的单侧壁导坑法的实施，顺利的通过了洞口浅埋段，实现了安全、质量、工期、利润的“多赢”。4主要结论磨湾黄土隧道的施工实践，证明了坚持“快挖、快支、快封闭，二次衬砌仰拱、边墙基础紧跟，二次衬砌适时施作”的黄土隧道施工原则，“钢架+喷射混凝土+钢筋网+锁脚锚杆（管）”的黄土隧道初期支护结构型式是完全可行的，成功的解决了特殊地形条件下黄土隧道进洞难、偏移大、拱顶沉降大、拱架变形严重等诸多技术难题，摸索出了在确保安全质量、保障施工工期的前提下，