矩形大断面浅埋暗挖隧道12框格法开挖及支护施工工法

矩形大断面浅埋暗挖隧道12框格法开挖及支护施工工法1.前言现城市隧道断面常见的一般都为拱形结构，这种结构受力明确，结构容易稳定；但是净宽受到一定限制，随着城市道路的通行要求为满足行车条件，采用矩形大断面可以提高通行量，更加适应通行要求；城市隧道建设影响因素较多，本工法涉及穿越文保区，周边建筑物较多、隧道正上部有道路通行以及埋深较浅杂填土堆积地下水丰富等特点，根据现场条件采用12框格分部开挖和多种辅助措施，通过超前支护，周边围岩和核心土注浆工艺稳定地层结构，发挥围岩自稳能力，及时支护、封闭成环，使其与围岩共同作用形成联合支护体系；在施工过程中应用监控量测、信息反馈和优化设计，实现不塌方、少沉降、安全施工等，并形成多种综合配套技术。2.工法特点2.1适用于大跨度，高度较高的大断面隧道开挖。2.2通过12框格分部开挖，合理组织施工班组循环作业，缩短工期，降低成本。2.3扰动小、注重保护，沿用CRD法组织施工，对地层结构扰动小，对附近环境不产生破坏；2.4应用范围广，可应用于环境复杂，周边建筑物密集及工程地质情况很差的隧道开挖。2.5采用周边围岩注浆和核心土注浆的预加固体系。2.6信息化施工，施工全过程采用监控量测信息化指导施工，使施工全过程均处于可控状态。3.适用范围本工法适用于城市浅埋暗挖隧道工程、围岩自承能力较差以及矩形大断面隧道和需要严格控制洞身变形和地表沉降的类似地下工程；同时该工法特别适用于地表有动荷载或有振动源影响的地区施工。4.工艺原理本隧道采纳的12框格法沿用CRD法，即将正洞断面分为9步12框格法来减小开挖跨度和开挖高度，减少围岩扰动；同时，每个框格间相互错开一定距离掘进，尽量降低对围岩的扰动，同时开挖施工中通过超前注浆小导管、网喷砼使其同管棚形成整体支护体系，临时仰拱、拱顶及洞身部分采纳分段成环及时封闭的原则，使开挖断面环环相扣，形成全断面初期支护封闭结构。5.施工工艺流程及操作要点5.1施工工艺流程矩形大断面浅埋暗挖隧道12框格法开挖及支护施工工法流程如下图5.1-1所示。图5.1-1矩形大断面浅埋暗挖隧道12框格法开挖及支护施工工法流程图5.2操作要点矩形大断面浅埋暗挖隧道12框格法开挖及支护施工工法流程详见图5.1-1，具体操作要点如下：5.2.1超前大管棚施工根据地质条件，为了减小隧道的沉降，设计采用了φ108超前大管棚作为超前预支护隧道暗挖段大管棚在明挖基坑内打设。图5.2-1管棚布设示意图5.2.2超前注浆施工为开挖提供安全的施工条件，周边围岩及核心土采取预注浆加固止水，顶部在进洞口40m长一次打设108大管棚+超前小导管（隧道全长）联合支护，确保施工安全。其中周边围岩注浆采用MC+水玻璃双液浆，核心土采用普通水泥+水玻璃双液浆。5.2.3超前小导管施工超前支护采用φ42mm超前小导管，长3.5m的钢管用顶进钻机打进土体，钢管前端做成尖形，孔口沿开挖轮廓拱顶180度范内布置分为两排，外插角为10度～15度角，纵向间距200cm，且纵向相邻两排超前小导管水平搭接长度不小于1.0m。5.2.4隧道开挖1、施作超前大管棚及注浆小导管对地层预注浆加固止水开挖①部土体，施作超前注浆小导管，安装格栅钢架，格栅钢架，架立竖向临时支撑同格栅钢架连接牢固、安装锁脚锚管，首次喷射临时支撑拱架间混凝土厚度不小于20cm,安装钢筋网片及纵向连接筋，喷射混凝土。2、在滞后②部一定距离后，开挖③部土体，施作周边的初期支护及临时支撑。3、开滞后③部一定距离后，开挖④部土体，施作周边的初期支护及其临时支撑。4、开挖④部一定距离后，施作超前注浆小导管，安装格栅钢架，格栅钢架，架立竖向临时支撑同格栅钢架连接牢固、安装锁脚锚管，首次喷射临时支撑拱架间混凝土厚度不小于20cm,安装钢筋网片及纵向连接筋，喷射混凝土。5、在滞后④部一定距离后，开挖⑤部土体，施作周边的初期支护及其临时支撑。6、在滞后⑤部一定距离后，开挖⑥部土体，施作周边的初期支护及其临时支撑。7、开挖⑦部一定距离后，施作超前注浆小导管，安装格栅钢架，格栅钢架，架立竖向临时支撑同格栅钢架连接牢固、安装锁脚锚管，首次喷射临时支撑拱架间混凝土厚度不小于20cm,安装钢筋网片及纵向连接筋，喷射混凝土。8、在滞后⑦部一定距离后，开挖⑧部土体，施作周边的初期支护及其临时支撑。9、在滞后⑧部一定距离后，开挖⑨部土体，施作周边的初期支护及其临时支撑。10、同断面开挖完成后及时封闭成环状体系。图5.2-3隧道开挖纵断面图5.2.5格栅拱架制安及网喷砼测量人员根据钢格栅设计图和操作工人的要求在钢平台上放样，画出1:1的钢格栅大样图，包括各连接点的法线方向。操作者先复核格栅截面设计模具，模具材料钢板，做好模具可按大样线直接焊在钢平台上，必须保证焊接牢固和竖向垂直。1、初期支护为250mm格栅钢架，临时支护采用I22b工字钢钢支撑。2、格栅钢架在工地加工场内提前进行预加工，将场地平整后，平铺钢板，制成固定模具。3、焊制好的格栅钢架使用前在加工场内进行试拼，将整个通道轮廓各节拱架进行整体试拼，以检查连接部位是否吻合，加工误差符合规范要求的拱架方可使用。4、临时支护采用I22b钢支撑在加工场定点加工，加工完后集中堆放才材料堆放场，按规格堆放。5、钢支撑由钢筋加工场采用冷弯法统一集中制作，使用时由运输车辆运送到施工现场。首榀钢支撑架加工后必须进行试拼检查，周边拼装允许偏差为±30mm，平面翘曲应小于20mm。当各部尺寸满足设计要求时，方可批量生产，严禁不合格品进场。6、喷射砼采用湿喷施工工艺，按照配合比，用砼搅拌机JS1000搅拌机拌和，使用前需经地方计量局标定验收后进行生产，拌合均匀后由运输车运输至施工现场。喷射混凝土为C25喷射混凝土。图5.2-4格栅钢架布置图5.2.6施工监测及地质预报为确保隧道工程安全开挖掘进，降低灾害风险，修正指导设计文件，隧道开挖期间应进行超前地质预报，设计建议使用的方法为地质素描法、物探法，包括地质雷达、红外探水、地震反射波法（TSP），超前水平钻探。超前预报的实施应以工程地质复杂程度为基础，根据各种预报方法的优缺点及特点，选择不同的预报方法进行组合预报，以相互指导验证，提高预报的精度和准确性。为掌握围岩和支护动态，了解支护构件的作用和效果，进行日常设计、施工管理，掌握衬砌施作的合理时机，应对开挖隧道进行监控量测。必测项目：①洞内、外观察；②周边位移；③拱顶下沉；④地表沉降；⑤拱脚下沉；选测项目：①围岩内部位移；②围岩压力；③两层支护间压力；④钢架内力及外力；⑤渗水压力、水流量；选测项目应该结合隧道围岩性质、开挖方式有选择进行；量测频率开始应与同一段面的变形量量测频率相同，当量测值变化不大时可适当降低量测频率。6.材料与设备6.1设备本工法中使用的主要设备及劳动力组织情况见表6.1-1、表6.2-1。表6.1-1主要机械设备表序号设备名称规格型号数量（台）备注1空压机VFY-12/7根据需要隧道开挖2风钻YT-28根据需要隧道开挖3风镐G25根据需要隧道开挖4锚杆机PH150根据需要超前支护5湿喷机ZSP-5根据需要支护6液压钻机MK-5根据需要超前支护7注浆泵SYB50/50根据需要超前支护8小型挖掘机6m根据需要隧道开挖9电焊机BX1-630A根据需要焊机，加工10装载机根据需要运输11混凝土运输车12方根据需要混凝土运输表6.1-2主要测量器具表序号设备名称规格型号数量（台）备注1地质罗盘/根据需要2全站仪/根据需要3水准仪/根据需要4铟钢尺/根据需要5位移计/根据需要6压力盒/根据需要7测力计/根据需要8流量计/根据需要6.2劳动力组织施工人员配备按照两班作业制进行组织安排。表6.2-1劳动力组织表序号工种人数（名）主要工作内容备注1测量人员3测量放样2质检人员3现场质检工作3机械司机若干推土机、挖掘机司机根据开挖强度配置4开挖班10自卸汽车司机根据运输强度配置5支护班10技术指导、旁站6喷砼班10试验检测7普工若干各类人工辅助性工作根据实际需要配置7.质量控制7.1必须严格控制小导管的角度、间距和注浆参数，确保其施工质量，确保施工安全。7.2格栅钢架的安装质量决定了初期支护的受力条件及形位尺寸，需要逐榀控制其节点的焊接质量。焊缝须饱满，不得点焊。钢格栅加工时，钢筋弯曲、焊接均应按规范要求施作。钢格栅必须检验合格后方可投入使用，其各项指标均需满足规范要求。钢格栅安装严格按照设计及规范要求操作。钢格栅安装应精确定位，注意标高、中线、倾斜度同步，防止出现“前倾后仰、左高右低、左前右后”等各个方位的位置偏差。7.3加强喷射混凝土的质量控制，严格控制喷射混凝土的配合比及厚度；开挖完成后及时初喷封闭、安装初支拱架，喷射混凝土按照先仰拱再拱墙，先底部再上部的原则进行。喷射砼施工过程中采取相应措施增强初支砼密实度，并确保初支砼与开挖围岩面密贴。7.4施工的同时进行监测工作，作好信息反馈，及时了解土体稳定、支护结构变形情况，及时修正施工参数及支护参数，切实保证施工安全。8.安全措施8.1负责认真贯彻“安全第一，预防为主，谁施工，谁负责”的方针。8.2经常性地认真开展三级安全教育和技术培训，保证特殊工种人员持证上岗。8.3严格现场安全管理。各现场施工点设有专职安全员，负责整个现场施工全过程的安全管理。做好安全检查，及时整改安全隐患，不断完善和规范安全防护设施。8.4认真贯彻执行国家颁布的《劳动保护法》，进入施工现场必须配戴好所必需的安全防护用品。8.5做好电器设备和建筑物的防雷、接地设计与安装工作，并定期进行检查，确保系统防雷安全；针对系统用电设备的特点，制订系统用电设备的操作、运行、维护、保养规程和安全规程。8.6隧道拱顶覆土为杂填土承载力弱、自稳性较差，遇水流失；为防止隧道开挖时土体坍塌及地面、管线沉降，危及施工人员生命安全，在施工过程中必须严格按设计施工、加强监测。8.7对于危险作业或操作，设立专门安全监督岗，在危险地点附近设置醒目的标志，提醒工作人员注意。8.8有害气体是直接影响地下隧道工程建设、危及施工安全的重大危险因素之一。若发生灾害性事故，将导致大量的人员伤亡，严重者甚至会摧毁已建工程。因此，隧道施工穿越含有害气体地层时，最关键的问题是加强对有害气体的监测，用监测信息指导通道施工，同时对有害气体进行综合治理。9.环保措施9.1对施工场地内需拆除的现在建筑物，其拆除物应尽可能地直接作为建筑材料再利用或分类回收利用，不能利用的废弃物应按照管理部门的要求运往指定的消纳场所，含有害物质拆除物的处置经相关部门认可。9.2贯彻“以人为本，安全第一，综合治理”的思想，做好施工过程中的施工安全保障工作；一旦出现安全事故，及时采取有效措施进行处理。9.3弃碴运至指定的弃碴场，严禁任意弃碴。9.4施工场地及道路进行硬化及绿化，并适时洒水，做到不泥泞、不扬尘。土、石、砂、水泥等材料运输和堆放进行遮盖，减少对空气、环境的污染。9.5在工程开工前完成工地排水和废水处理设施的建设，保证工地排水和废水处理设施在整个施工过程的有效性，做到现场无积水、排水不外溢、不堵塞、水质达标。9.6临时碴场：堆放稳定，要有较规则的形状。在上坡一侧连续而不中断，并在弃土堆前设置截水沟，以利排水。9.7场地出口设洗车槽，并设专人对所有出场地的车辆进行冲洗，严禁遗洒，运碴车辆，碴土应低于槽梆10cm并用苫布等覆盖，严防落土掉碴污染道路，影响环境。9.8制定泥浆和废渣的处理、处置方案，废泥浆和淤泥使用专门的车辆运输，防止遗洒、污染路面。9.9加强建筑材料的存放管理，各类建材及混凝土拌合处应定点定位，禁止水泥露天堆放，并采取防尘措施，如在大猛天气对散料堆放采用水喷淋防尘。9.10运输车辆进出的主干道应定期洒水清扫，保持车辆出入口路面清洁，以减少由于车辆行驶引起的地面扬尘污染。9.11由于施工产生的扬尘可能影响周围正常居民生活、道路交通安全的，设置防护网，以减少扬尘及施工渣土的影响，如防护网发生破裂损，及时对其进行修补。9.12施工现场的建筑垃圾、工程渣土临时储运场地四周设置1m以上且不低于堆土高度的遮挡围栏，并有防尘、灭蝇和防污水外流等防污染措施。10.效益分析博奥路浅埋暗挖隧道工程周边施工环境复杂，隧道开挖地质条件差，采用12框格法进行洞身施工，经周边类似工程调研，常规开挖采用人工开挖，人工开挖工效低，由于浅埋暗挖安全无法保证，经过充分了解市场及行业动态，对本工程进行详细踏勘，计划采用人工配合机械的综合开挖方式，开挖工效综合分析提高8%-10%，同时降低了项目安全管控风险。表10.1-1全人工与人机配合开挖对比表全人工开挖费用测算部位开挖班组人数工资工期（月）人工费合计（万元）备注左洞4611000123168000633.612框格法，每天按照8小时倒班制，开挖一个循环2h,计算得一个洞需4个班组右洞4611000123168000人机配合开挖费用测算部位开挖班组设备购置费工人人工费人机费合计（万元）左洞4220000056600002860000572右洞4220000056600002860000节约成本（万元）61.611.应用实例11.1博奥路南伸（湘西路-潘水路）工程浅埋暗挖隧道11.1.1工程概况分离式隧道浅埋暗挖段左线起点位于ZK2+