陕西过山隧道“零开挖”施工工法

隧道“零开挖”进出洞施工方法的探讨xxxx总承包经营分公司xx摘要：本文以xx公路xx隧道和xx隧道“零开挖”进洞方法为依托，通过洞口施工技术的总结，洞口环境调查，以及实际工程中根据地形、地质条件的不同，所采用的超前支护措施、洞口开挖方法，总结出了隧道洞口“零开挖”的最佳进洞施工方法，采用大管棚技术为基础，监控量测为保障，地质雷达超前预报为指导，保障了安全进洞，环保进洞,也真正实现了“零开挖”进洞.关键词：隧道进洞；零开挖；超前支护；监控量测；地质雷达引言xx隧道进口位于西峪河左岸，地形陡峭，坡面倾角60。零星植被，进口强风化～中风化片岩，山体表部坡残积土发育，洞口发育松散堆积体，岩层风化强烈，岩体破碎，洞口开挖时易产生崩落，崩塌边坡稳定性较差。出口位于东峪河右岸，地形陡峭，坡角50。左右，零星植被，岩层风化强烈，岩体破碎，稳定性一般。隧道洞口偏压及凹槽处隧道洞口偏压及凹槽处图1（图为xx出口洞门偏压凹形地形）变进洞为出洞及进口陡峭地貌进口陡峭地貌变进洞为出洞及进口陡峭地貌进口陡峭地貌图2（xx进口，地势陡峭，旁边有居民，和公路，及17标施工队伍）通过上面的一组图片不难看出进口施工难度大，且右侧洞口覆盖层较薄。根据实际地形条件和比较进出口的进洞条件，所以选择了出口作为进洞的施工方案。针对xx隧道施工环境和地形的限制，在制定施工方案的时候，考虑原始生态环境的保护和响应“早进洞，晚出洞”的施工原则。实施了“零开挖”进洞的施工方案。即单向进洞，单向出洞的施工方案。选择从进洞条件较好的出口一端单向掘进，在进洞条件不利的一端挑开洞口，变进洞为出洞，减少对洞口环境的破坏，同时又能更好的保证进洞的安全，实现“零开挖”。在确定了选择出口作为进洞后，针对xx出口隧道地形条件，出口为偏压地形，形状似凹形状。为了实现“零开挖”进洞。实施了大管棚施工、监控量测、地质雷达超前预报相结合的施工方法。利用监控量测技术和地质雷达超前预报为“零开挖”进洞服务。1“零开挖”进洞原理及施工方案1.1“零开挖”就是在不开挖或者尽量少的开挖仰坡，不破坏洞口周边的原始地貌和生态环境，发挥少量围岩与支护的共同作用自然成拱。在以“不破坏就是最大的保护”的施工观念正在渗入公路建设发展这一潮流，“零开挖”进洞顺应了时代的要求，符合公路建设与生态环境协调发展的需求。成功进洞、安全进洞、环保进洞、绿色进洞、生态进洞，为了保障安全进洞，实现“零开挖”进洞。xx隧道出口的进洞方法是采用了套拱结合超前大管棚施工，即管棚法施工，实现了安全、环保、绿色为一体的“零开挖”。1.2“零开挖”隧道进洞施工一直是隧道施工的难点，其主要原因：(1）“零开挖”隧道进洞要穿越山体表层，而山体表层岩石大都风化极为严重，强度低，稳定性差，所以往往容易产生滑坡病害；(2)“零开挖”隧道洞口处于浅埋地段，覆盖层薄，围岩破碎松散，使得围岩难以成拱，施工中稍有不慎，就会造成坍塌事故；(3)隧道轴线与山体或岩层走向斜交角度较大，山体对洞口形成偏压。1.3“零开挖”进洞施工方案：（1）根据实际地面线确定实际明暗洞交接点，在明暗洞交接点外不开挖仰坡土体的情况下，采用两侧开槽施作钢拱架作为套拱，随着钢拱架推进逐渐“亲吻”山体，逐渐靠向山体明暗洞交接点，拱架间以纵向钢筋连接为整体，并在钢拱架上预设超前管棚导向管，浇注混凝土封闭钢拱架形成套拱衬砌，然后施作超前大管棚作为超前支护，管棚完毕后，再进行进洞开挖施工。（2）“零开挖”进洞位置的确定，对xx隧道洞口段纵断面测量和横断面高程测量确定进洞具体位置，为了做到“零开挖”，根据钢拱架的间距，钢拱架从明暗交接点外6m的位置向内施工。（3）为了保护山体周边的环境，实施“零开挖”进洞的理念，开挖套拱两侧基坑，基底人工整平后浇注25号砼基础。基础沿纵向长度6.5m，混凝土厚度60cm。宽度至开挖基坑边线。这样可以有效的保证隧道洞口基础的稳定，起到防止隧道基础滑移。1.4“零开挖”进出洞施工方法根据洞口隧道的实际情况，采用CD法施工进洞。在洞口段严格遵循“管超前、紧注浆、若爆破、短进尺、强支护、早封闭”的原则进行施工，每段进尺控制在0.6～1米之间。在开挖时候，考虑到xx隧道的偏压情况，选择了首先开挖左侧导洞。图3(xx隧道CD法施工进洞洞口现场)在每一循环爆破开挖完成后，首先要封闭掌子面。防止岩体过度风化，发生坍塌，同时还可以对掌子面形成一薄层临时的支护，保证围岩稳定。初期支护钢拱架才I20a工字钢，且保证工字钢紧贴岩面，喷射混凝土28cm.严格控制超挖，允许局部少量地方欠挖，每次进尺严格控制在0.6～1米之间，尽快喷射完毕。xx隧道由于属于短隧道，为了保障“零开挖”进洞，防止过度开挖仰坡，由于xx隧道进口施工环境的限制，取消了进口大管棚施工方法，采用双排小导管出洞。（1）双排小导管施工时，也相应的采用CD法施做，以最大限度的保证围岩稳定。同时在施工的时候也要注意“弱爆破，短进尺，少扰动”。（2）xx隧道采用单向进洞，在进口挑开洞口，变进洞为出洞，减少对洞口环境的破坏和仰坡的开挖，同时又保证进洞的安全。在出洞的时候，采用CD法出洞，先开挖一个支导洞，再进行扩挖，这样可以最大限度的保证出洞安全和原始生态环境。同时又节约了施工成本。真正的实现“零开挖”出洞。进口“零开挖”图“零开挖”出洞图进口“零开挖”图“零开挖”出洞图从图片看出，CD法施工出洞在最大限度的保障出洞的安全，同时可以看出洞口完全实现了“零开挖”，边仰坡完全没有受到破坏。洞口周边原始生态无破坏，实现了环境、生态与公路协调发展。2采用管棚法配合“零开挖”进洞的优势管棚法是将钢管(导管)安插在已钻好的孔中，沿隧道开挖轮廓外排列形成钢管棚，以支承和加固自稳能力极低的围岩。其特点是支护能力大，适用于含水量大的砂土质地层或破碎带，管棚在土体里面的作用表现为三个方面：横向拱棚作用、纵向梁作用，同时由于管棚需要注浆，注浆又能起到加固围岩，起到粘结、固结岩体的作用，增强了围岩整体性和稳定性的作用。因此具有如下优点：2.1能适用于山体稳定性较差，在xx隧道存在偏压的情况下且xx隧道洞口围岩覆盖层薄，岩体破碎，要成功实现“零开挖”进洞，就必须保证在围岩稳定的条件下配合支护手段，实现进洞。管棚法施工后，能有效阻止仰坡岩体滑移，防止偏压，保证“零开挖”进洞的实现。2.2管棚注浆能有效防止洞口仰坡面失稳，并对松散岩体有固结作用，缩短施工时间，能够有效的控制隧道沉降量，保证隧道仰坡稳定。2.3减少了土石方开挖量，能够有效了保护好原始生态环境和施工安全，促进公路与环境的协调发展。3“零开挖”进洞的监控量测3.1xx隧道洞口岩层风化强烈，岩体破碎，极易塌落，尤其是在xx隧道这种存在偏压且属于3车道大断面隧道的情况下施做“零开挖”法，极大的增加了隧道进洞的难度，稍有不慎，就可能产生塌方，滑坡现象，必须采取一些监控手段，为隧道“零开挖”进洞提供技术和正确的信息支持，方可实现“零开挖”。因此在施工xx隧道进洞的时候，须加强对隧道洞口的监控量测，由于采用“零开挖”进洞施工方法,洞口仰坡未经任何处治,测桩布设和测量都很困难，同时表层浮土较多,测桩容易松动,测量数据往往不可靠。实际上,在大管棚超前支护进洞时,管棚端部的下沉监测比洞顶地表下沉更能快速有效反映洞顶覆盖层的扰动情况。这是因为隧道开挖引起洞顶覆盖层的变形,总是从洞顶管棚处开始的,逐步波及地表。xx隧道属于3车道隧道，零开挖进洞工艺复杂,需要及早评价进洞的安全性,及时发现并消除安全隐患。(1)“零开挖”进洞时套拱内应力和基底压力反应了管棚受力和边仰坡的稳定状态,应加强套拱的监测。(2)在套拱配合大管棚进洞时,管棚端部下沉比地表下沉更敏感,通过监测管棚端部下沉,可以及时地评价隧道开挖洞顶覆盖层的扰动，从而可以更好的指导我们施工。3.2套拱的作用：（1）套拱在隧道进洞开挖时为管棚提供支点;(2)保护洞口仰坡。在洞口段围岩松软和基岩深度很大导致管棚前端无法有效支撑时,套拱的作用尤为突出。在隧道进洞过程中,洞口段山体的竖向荷载通过大管棚传递到套拱,洞口仰坡的纵向滑移和边坡的横向滑移则直接作用于套拱。3.3套拱的受力变形监测项目主要包括:(1)套拱内工字钢骨架的应力(应变)监测及围岩滑移;(2)套拱混凝土的应力(应变)监测及拱顶沉降情况;(3)套拱基底的压力监测及收敛情况。工字钢和混凝土的应力应变监测目的在于掌握管棚整体受力情况,由于xx隧道属于偏压地形，传感器应双侧对称布置,布置了5点。基底压力一般为双侧对称布置,每侧沿隧道纵向布设2个压力盒。图为xx隧道套拱监控布置情况。通过对套拱沉降量的观测更加有效的指导了我们施工。通过对xx隧道套拱的监控量测，根据隧道管棚沉降数据显示，管棚在施工9天后，拱顶沉降率≤0.1。周边收敛为≤0.15.数据显示说明管棚的基脚出的围岩已经稳定且在设计沉降范围内。如表1；表2.表1xx隧道套拱周边收敛观测监测日期开挖里程钢尺读数(cmm)微读数(mm))单次水平收敛((mm)累计水平收敛((mm)备注2010-5--1K81+80661670.519.3400水平收敛在可控控范围2010-5--3K81+80661670.514.325.025.022010-5--5K81+80661670.510.044.289.302010-5--7K81+80661670.56.243.813.12010-5--9K81+80661670.55.161.0814.182010-5--11K81+80661670.54.750.4114.592010-5--13K81+80661670.54.480.2714.862010-5--15K81+80661670.54.260.2215.08表2xx隧道套拱沉降观测监测日期布点里程基准点(cm))测量点(cm)高差(cm)单次下沉量(mmm)累计下沉量(mmm)备注2010-5--1K81+806629.224561.7866532.562200.00沉降量在可控范范围2010-5--3K81+806629.224561.0866531.8622332010-5--5K81+806629.224560.7866531.5622362010-5--7K81+806629.224560.5866531.3622282010-5--9K81+806629.224560.5466531.32220.48.42010-5--11K81+806629.224560.5266531.30220.28.62010-5--13K81+806629.224560.5100531.28660.168.762010-5--15K81+806629.224560.4966531.27220.148.9图5套拱测点布置3.4洞口的监控量测xx隧道洞口属于V级围岩，岩体破碎，设计沉降量为15cm。为了进洞安全，必须在进洞后，在初支岩面上及时的实施监控量测，观测围岩的稳定状况，围岩稳定了，以便指导我们在洞口的施工及进尺度的大小。隧道沉降测线隧道周边收敛测线隧道沉降测线隧道周边收敛测线图6(xx隧道洞口拱顶沉降与周边收敛观测）4“零开挖”进洞地质超前预报4.1为了实现“零开挖”进洞，就必须对隧道前方的地质条件有把握，有掌控，采用TSP超前地质预报技术，及时、准确的采集围岩变化数据，并用于修正设计和指导“零开挖”进洞施工，然后结合实际的地质条件，和采用不同的支护手段，方可实现“零开挖”进洞，保障安全施工和环保施工。为了实现“零开挖”进洞，确保施工进洞的安全，采用地质雷达测设隧道洞口掌子面，利用地质雷达仪在隧道开挖轮廓线内测设隧道前方围岩情况。通过反射波的情况来判断隧道前方10～15米范围内的围岩情况，从而指导我们隧道的进洞施工方法。图7传感器成图表3超前预报推断序号名称里程长度围岩情况级别1右线K81+806～～K81+79412岩体完整性较好好，节理发发育，以强强风化片岩岩和灰岩为为主。V级4.2隧道超前探孔，在xx隧道实行“零开挖”进洞的时，还采用了钻孔超前地质预报，在xx隧道进口采用钻取芯样来判断隧道洞口前方10米的围岩情况，根据取的芯样情况，判断是否有断层，及围岩破碎情况。图8探孔布置图芯样钻机钻取芯样芯样钻机钻取芯样图9钻机取芯4.3钻孔岩屑、速度、水流量分析表4现场钻孔的岩屑、钻进速度、水流量范围钻孔岩屑钻进速度水流量结论围岩级别K81+8066～K81+794（12m）岩屑为灰色，大大小不均匀匀、表面粗粗糙、湿润润，有少量量夹层13.5m/hh50ml/s该段为片岩岩，节理裂隙较发育育V级通过以上两种探测很好的为我项目部在施工“零开挖”进洞提供了很好的指导作用，让我们很好的知道了前方围岩的状况，指导我们在什么位置可以采用相应的施工技术手段和方法，以规避可能出现的问题。5结束语本人通过对xx隧道洞口“零开挖”施工技术的总结，认为“零开挖”进出洞方法可以在以