隧道浅埋段开挖及支护施工技术

隧道浅埋段开挖及支护施工技术中铁十三局集团三公司权国绍内容摘要：介绍隧道浅埋段弧形导坑法开挖及支护方法和台阶法开挖及支护方法。关键词：隧道浅埋开挖及支护1、工程概况：白鹿山隧道地处重庆合川市，是国道212线武胜至合川高速公路上唯一的一座隧道。隧道的里程为K96+710～K97+224（YK96+730～YK97+239），全长514米（右线长509米），属中长隧道。隧道最大埋深58米，围岩全部为Ⅱ、Ⅲ类。隧道进口段地表为填筑土及低液限粘土、卵石土，厚0.5～3.5米，基岩为泥岩、砂岩。强风化带厚4.8～8.0米，网状风化裂隙发育，岩体破碎，呈角碎状松散结构，岩质软，稳定性差。隧道出口段地表覆盖有卵石土及低液限粘土厚1.9～7.5米，基岩为泥岩及泥质粉砂岩，岩层倾角4o。基岩强风化带裂隙发育，岩体破碎，呈角碎状结构，岩质软，地表有水田，雨季含第四系孔隙水及基岩裂隙水，稳定性差。水文地质条件简单，地下水主要呈滴水状。鉴于以上不利的地质因素，加之Ⅱ类围岩开挖跨度大（达12.58米），安全顺利地通过洞口浅埋段成为本隧道的重点、难点，必须采取切实可行、稳定可靠的技术措施，确保施工安全。2、施工方案：由于结构松散，埋深浅，围岩在施工扰动后很难形成自承体系（承载拱），易松弛，产生张裂破坏，加之拱部有一软弱夹层，若施工方法和支护方式处理不当，很容易造成坍方甚至冒顶事故。据此，我们研究确定了“防治水、预加固、强支护、分部挖、短进尺、弱爆破、少扰动、快封闭、勤量测、速反馈”的原则。具体处理方案如下：2.1进洞方案2.1.1、先排水。由于地质松散，围岩裂隙发育，遇水后围岩的强度和稳定性必然降低，故此必须采取有力的排水系统，在洞顶仰坡以外及边坡以外5米处砌筑60cm×60cm的梯形截水沟，使大自然降水不冲刷隧道边仰坡，地表水不渗入地层中。2.1.2、仰坡加固。对边仰坡进行锚喷网加固，参数如下：锚杆：Ф22砂浆锚杆，长3米，铅垂向下，间距1.2米，梅花形布置。钢筋网：Ф6.5钢筋，网格尺寸20cm×20cm。施工时按4.5m×4.5m加工好成网片，钢筋间点焊连接。喷砼：总厚10cm，锚杆锚入后喷5cm，挂网后再喷5cm。仰坡加固侧面图仰坡加固正面图2.1.3、超前支护：利用小导管梁效应来确保拱顶部分的稳定。具体施工参数如下：在拱部设两环小导管，内环间距25cm，外环间距40cm，排距50cm。小导管采用Φ42无缝钢管，管长5米，管头3.5米范围预留Ф6孔，间距20cm，以利水泥浆液能注入松散岩体中，小导管沿拱圈120o范围内布设，外插角5o，注浆以1.0MPa为终压并持续3分钟作为注浆终结控制条件。小导管环向布置图浆液采用水泥―水玻璃浆液，水泥与水玻璃体积比为1：0.4，水泥浆的水灰比为1：1，水玻璃浓度为35玻美度，水玻璃模数2.4。注浆结束后采用锚固剂10cm长充填无缝钢管尾部止浆。2.1.4、安装洞外两榀钢拱架并与小导管焊接，喷射砼覆盖后形成明洞的骨架。喷砼时在拱架外部用铁皮覆盖，然后在拱架内喷砼，直至将钢拱架全部填满覆盖，形成钢筋砼明洞。2.1.5、洞口开挖。由于结构松散，在开挖时，采用不爆破或小爆破。能采用机械开挖的就不采用钻爆开挖，机械开挖后局部有欠挖的就采用风镐开挖或局部小型爆破，尽量减少对围岩的扰动。故此我们采用了弧形导坑留核心土的方法进行半断面开挖。开挖分部《洞口段分部开挖示意图》。2.1.5.1、I部开挖每循环进尺80cm，先用风镐开挖一个直径为20cm的孔，然后以局部弱爆破的方法扩大开挖，开挖后立即支立钢拱架、挂网、喷砼。特别注意在拱脚处设锁脚锚杆，锁脚锚杆长3.5米，因岩层平行于隧道走向，故锁脚锚杆向下俯1002.1.5.2、II部核心土保留3m，Ⅱ部开挖完处马上施工16工字钢反拱，间距与钢拱架相同，并与钢拱架锁在一起。工字钢安装要施加一定的预拱度。2.1.5.3在半断面进尺35m后，开始开挖下半断面。下半断面采用先挖中槽再开挖马口，马口开挖利用挖掘机挖除，进尺严格控制为80cm，开挖Ⅳ部立即接长格栅，进行锚喷网支护，施工完Ⅳ部后按Ⅳ部同样的方法施工Ⅴ部。2.1.5.4、及时施工仰拱及回填：由于围岩稳定性差，长时间达不到稳定状态，喷射混凝土出现了大面积的开裂掉块，而支护能力又难以加强，这时及时施工仰拱及回填混凝土，使拱圈形成封闭状态，以改变围岩变形条件，通过监控量测，发现仰拱施工后，无论隧道拱顶下沉还是隧道围岩收敛变化趋势明显减弱。洞身段分部开挖示意图2.1.5.5二次衬砌参与受力：按新奥法原理，隧道二此衬砌基本不参与受力，故二次衬砌施工时间一般在初期支护基本稳定后施工。在仰拱施工后，初期支护变形明显减弱，但仍呈递增趋势，隧道内喷混凝土开裂，掉块仍有发生。故此，我们及时施工二次衬砌，以防初期支护变形由量变到质变，最后发生坍塌甚至冒顶。2.2、浅埋段洞身施工方案2.2.1、超前支护：Φ42注浆小导管长5.0m，环向间距40cm，外插角5o，搭接长度1m，拱部120o范围布置。小导管布置图2.2.2、初期支护：2.2.2.1系统锚杆为CD25中空注浆锚杆，长350cm，外径25mm，壁厚5mm，垂直于开挖轮廓线布设。灌浆的砂浆配合比：水泥：砂：水＝1：0.75：（0.40～0.45），砂粒粒径不大于1mm，掺加早强剂，砂浆强度为C20（12h龄期抗压强度大于15MPa），砂浆强度达到5MPa后立即上紧垫板螺帽。2.2.2.2钢筋网：Ф6.5钢筋，间距20cm×20cm，钢筋网事先在钢筋加工房按4.5m×4.5m和3m×3m两种规格加工好，再拿到隧道内安装。2.2.2.3喷射砼：喷射厚度20cm，分三次喷射。锚杆平面布置图Φ6.5钢筋网平面布置图2.2.2.4钢拱架：在设计的基础上适当改进钢拱架。设计上共7个单元，根据现场实际，我们改进成上断面3个单元，下断面2个单元，不仅节省了钢材（2个标准接头），而且优化了施工工艺（施工过程中安装时间缩短）。2.2.3、掌子面正面喷砼：开挖后根据掌子面的自稳性情况，若自稳性差则喷射3～5cm的砼，覆盖掌子面，这样被封闭的围岩和开挖面前方岩土体的含水量不变，使岩土体的强度和稳定性保持稳定。而且新开挖的工作面经封闭后不与洞内潮湿气体接触，可以减缓对岩土体风化作用的影响从而防止掌子面的自稳性。另外通过目视喷射表面是否有龟裂发生可以获得有无崩塌发生的信息，以便及时采用有效措施，避免崩塌发生。掌子面支护图2.2.4、开挖：采用上下台阶开挖。开挖分部见下图2.2.4.1、Ⅰ部每循环进尺100cm。开挖后立即支立钢拱架、挂网、喷砼。拱脚处设锁脚锚杆，锁脚锚杆参数与洞口段相同。2.2.4.2、在上半断面进尺35cm后，开挖下半断面。下半断面采