黄秋山隧道施工技术总结

PAGEPAGE13黄秋山隧道双侧壁导坑法施工技术总结王栋中铁十七局武广客专一工区项目部摘要：本文通过我单位施工的黄秋山隧道，介绍了大跨径隧道富水地段和软弱围岩地段开挖的双侧壁导坑法施工经验。关键词：大跨径不良地质隧道双侧壁导坑法开挖施工技术1.前言客运专线是一条以客运为主的双线电气化快速铁路，由于其特有的优越性，发挥着其他运输方式不可替代的作用。而客运专线隧道是客运专线工程结构的重要组成部分之一，随着我国社会主义市场经济的发展，西部大开发战略的实施，客运专线已从沿海地区向西南、西北山岭区延伸，隧道建筑规模也越来越大，原来的单线道隧道已远远不能满足行车要求，隧道规模逐渐扩大，技术也相应复杂，因此，与过去一般铁路隧道在设计、施工和运营管理方面均有质的差别，这带给我们客运专线隧道建设者的是机遇也是挑战，是学习与提高的机会，同时它也挑战我们的观念、我们的技术和管理水平。面临这些挑战，中国工程技术人员在总结自己的经验，同时学习借鉴国外经验的基础上，也取得了一些成绩，即在勘察设计、施工控制以及运营管理方面的水平都有了不少成熟成果，现就黄秋山隧道施工技术方面的关键环节总结如下。2.工程概况及主要工程数量2.1.工程概况2.1.1.工程范围黄秋山隧道长4237m，起讫里程DK2005+433～DK2009+670，分进出口和斜井三个洞口施工，进口施工里程为DK2005+433～DK2005+600，斜井施工里程为DK2005+600～DK2005+830，出口施工里程为DK2007+830～DK2009+670。其中Ⅴ级围岩长度507m,Ⅳ级围岩80m,Ⅲ级围岩670m,Ⅱ级围岩2915m,两洞口斜切段明挖36m,DK2005+762-DK2005+791明挖29m。最大埋深约256m。本隧为客运专线双线隧道，设计行车速度350km/h2.1.2.主要技术标准铁路等级：客运专线；设计速度目标值：基础设施350km/h；正线数目：双线；曲线半径：一般地段9000m，困难地段7000m；最大坡度：3‰；机车类型：电动车组；轨道类型：无碴轨道；隧道防水等级：一级；工程主体结构设计基准期：100年。2.1.3.气象特征隧道区域内属热带、亚热带季风气候，春季阴雨，雨日较多；夏季高温湿热，水气含量大，暴雨集中；秋季常有雷雨和台风雨；冬季低温，雨量稀少，北部则有短暂寒冷期。年平均气温19.1℃，极端最低温度-4.3℃，极端最高气温42℃，年平均降水量1537.4mm，平均相对湿度76%，日最大降水量208.8mm；韶关地区降雨集中月份6月，雨季月份3～8月。2.1.4.工程地质及水文地质隧区为丘陵地貌，地表起伏较大，相对高差小于300m,隧道最大埋深为256m,隧道进口处覆盖层较薄。基岩为燕山岩浆旋回燕山侵入岩，岩性为花岗岩;该段放射性强度偏强，对公众的辐射剂量比正常情况略有增加，但仍在可接受水平之内，在接触带等局部地区可能富集；隧道出口附近覆盖层相对较厚，为第四系全新统坡残积层，下伏基岩为石炭系下统大塘阶测水段(C1dc)页岩夹砂岩，洞身基岩出露较好，节理发育，岩体较破碎,并且页岩遇水易软化崩解；花岗岩差异风化大，全强风化层厚8～40m不等，遇水易软化崩解，全风化层呈土状，部分为散粒砂状，施工中易坍塌，甚至冒顶。花岗岩弱风化岩体较完整，地下水较发育，以基岩裂隙水为主，水质对混凝土具中等溶出性侵蚀及中等硫酸型酸性侵蚀，预测隧道最大涌水量为14100m3/d；隧区未见区域性大断裂。进出口及DK2005+700～+840浅埋段工程地质条件较差。地震动峰值加速度为0.05g，地震动反应谱特征周期为0.35s。（对于这样的地址及水文相对应的施工方法）3.施工方案3.1.施工总体方案Ⅱ级、Ⅲ级围岩采用台阶法施工,采用液压钻孔台车并排钻孔，加快钻孔进度；挖掘机扒碴，出碴采用侧卸式装载机装碴，大吨位自卸汽车运碴；爆破采用光面爆破，非电起爆。Ⅳ级围岩采用CD法开挖，Ⅴ级围岩采用双侧壁导坑法开挖。正洞采用9m为保证施工安全，仰拱混凝土应及时施作，支护尽早闭合成环，整体受力，确保支护结构稳定。在隧道正洞Ⅳ、Ⅴ级围岩中，待喷锚支护全断面施作完成后，根据围岩收敛量测结果，拆除临时支护，开挖并灌筑仰拱及填充混凝土，一次灌筑仰拱混凝土长度6～8m。为保证施工质量，仰拱混凝土进行全幅整体浇筑，同时解决出碴、进料运输与仰拱施工干扰及仰拱混凝土在未达到要求强度之前承受荷载的问题，采用仰拱栈桥进行施工。根据黄秋山隧道总工期的安排，结合该隧道的地质现状，分析当前国内施工平均水平，按进口和出口安排施工，工期缺口近10个月，在规定的时间内全面完成该隧道施工任务，是十分困难的，甚至是不可能的。为确保黄秋山隧道按期完成施工任务，建议采取增设斜井方案。施工方法如下表：表3－１正洞施工方法表序号围岩级别施工方法1Ⅱ、Ⅲ台阶法施工，凿岩台车为主，辅以人工风动凿岩机钻眼，微震动控制爆破和光面爆破。2ⅣCD法，微震动控制爆破和光面爆破。3Ⅴ双侧壁法施工，洋镐、风镐或挖掘机开挖，必要时辅以弱爆破。3.2.开挖施工方案本隧道正洞主要有Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ级围岩，地质情况相对较差，Ⅱ、Ⅲ级围岩采用台阶法施工；Ⅳ级围岩采用CD法施工；Ⅴ级围岩段采用双侧壁导坑法开挖。隧道开挖施工工艺流程详见隧道开挖施工工艺流程图（图3－1）。图3－1隧道开挖施工工艺流程图3.2.1双侧壁导坑法本隧道Ⅴ级围岩段采用双侧壁导坑法施工，锚、网、喷初期支护，拱部双层Ф42小导管注浆超前支护，1.2m或2.4m设一环，每环42根，每根长4.5m，水平小导管及45°斜插小导管交替布置。全环I20a型钢架加强支护，钢架间距0.6m。软弱围岩地段双侧壁导坑法一a、（1）利用上一循环架立的钢架施作隧道超前管棚支护及导坑侧壁φ22水平锚杆超前支护（利用导向墙施作大管棚）。（2）非爆破开挖①部。（3）喷8cm厚混凝土封闭掌子面。（4）施作①部导坑周边的初期支护和临时支护，即初喷4cm厚混凝土，安设钢筋网，架立I20a钢架和I18临时钢架，并设锁脚锚杆，安设I18横撑。（5）I20a钢筋内侧安设第二层钢筋网，钻设径向锚干后复喷混凝土至设计厚度。b、（1）非爆破开挖②部。（2）喷8cm厚混凝土封闭掌子面。（3）导坑周边部分初喷4cm厚混凝土并安设钢筋网。（4）接长I20a钢架和I18临时钢架，并设锁脚锚杆，安设I18横撑。（5）I20a钢架内侧安设第二层钢筋网，钻设径向锚杆后复喷混凝土至设计厚度。图3-2双线隧道Ⅴ级围岩双侧壁导坑法一施工工序图c、非爆破开挖③部并施作导坑周边的初期支护和临时支护，步骤及工序同2。d、非爆破开挖④部并施作导坑周边的初期支护和临时支护，步骤及工序同1。e、非爆破开挖⑤部并施作导坑周边的初期支护和临时支护，步骤及工序同2。f、非爆破开挖⑥部并施作导坑周边的初期支护和临时支护，步骤及工序同2。g、（1）利用上一循环架立的钢架施作隧道超前管棚支护（利用导向墙施作大管棚）。（2）非爆破开挖⑦部。（3）喷8cm厚混凝土封闭掌子面。（4）施作⑦部导坑周边的初期支护，即初喷4cm厚混凝土，安设钢筋网，架立I20a钢架，安设第二层钢筋网。h、非爆破开挖⑧部。i、非爆破开挖⑨部。j、（1）在滞后于③部一段距离，非爆破开挖⑩部。（2）隧底周边初喷4cm混凝土。（3）接长I20a钢架和I18临时钢架。（4）复喷混凝土至设计厚度。k、（1）在滞后于⑥部一段距离后，非爆破开挖11部。（2）隧底周边初喷4cm混凝土。（3）接长I20a钢架和I18临时钢架。（4）复喷混凝土至设计厚度。l、（1）非爆破开挖12部。（2）隧底周边初喷4cm混凝土，安设I20a钢架使钢架封闭成环（3）复喷混凝土至设计厚度。（4）拆除原两侧壁I18临时钢架最下一个单元，并使上部钢架基底移至Ⅷ部或XIV部填充顶面。m、灌注Ⅷ部仰拱部分及XIV部隧底填充部分（仰拱与隧底填充部分应分次施作）。n、（1）根据监控量测量结果分析，待初期支护收敛后（与仰拱间距25-30m），拆除I18临时钢架及临时支撑。（2）利用衬砌模板台车一次性灌注XV部衬砌（拱墙衬砌同时施作）详见双线隧道Ⅴ级围岩双侧壁导坑法施工工序图（图3-2）。软弱围岩地段双侧壁导坑法二a、利用上一循环架立的钢架施作隧道侧壁φ42小导管及导坑侧壁φ22水平锚杆超前支护；弱爆破开挖①部；喷8cm厚混凝土封闭掌子面，施作①部导坑周边的初期支护和临时支护，即初喷4cm厚混凝土，架立I20a钢架和I18临时钢架，并设锁脚锚杆，安设I18横撑；钻设径向锚杆后复喷混凝土至设计厚度。b、弱爆破开挖2'部；喷射8cm厚混凝土封闭掌子面,导坑周边部分初喷4cm厚混凝土；接长120a钢架并设锁脚锚杆,钻设径向锚干后复喷射混凝土至设计厚度；弱爆破开挖②部；接长I18临时钢架，安设I18横撑,复喷混凝土c、开挖③部并施作导坑周边的初期支护和临时支护，步骤及工序同1。d、开挖④部并施作导坑周边的初期支护和临时支护，步骤及工序同2。e、在滞后于②部一段距离后，弱爆破开挖⑤部；隧道周边部分初喷4cm厚混凝土；接长I20a钢架和I18临时钢架，复喷射混凝土至设计厚度。f、在滞后于④部一段距离后，弱爆破开挖⑥部；隧道周边部分初喷4cm厚混凝土；接长I20a钢架和I18临时钢架，复喷射混凝土至设计厚度。g、利用上一循环架立的钢架施作φ42小导管超前支护；开挖⑦部；喷8cm厚混凝土封闭掌子面；导坑周边初喷4cm厚混凝土，架设拱部I20a钢架，钻设径向锚干后复喷混凝土至设计厚度。h、开挖⑧部；喷8cm厚混凝土封闭掌子面。i、开挖⑨部；喷8cm厚混凝土封闭掌子面。j、开挖⑩部；导坑底部初喷4cm厚混凝土，安设I20a钢架使钢架封闭成环，复喷混凝土至设计厚度。k、根据监控量测结果分析，待初期支护收敛后，拆除I18临时钢架及临时横撑；灌注Ⅺ部仰拱及隧底填充（仰拱与隧底填充分次施作）。l、利用衬砌模板台车一次性灌注Ⅻ部衬砌（拱墙衬砌砼同时施作）详见双线隧道Ⅴ级围岩双侧壁导坑法施工工序图（图3-3）。注意事项：a、双侧壁法施工遵循“弱爆破、短进尺、强支护、早封闭、勤量测”的原则。b、双侧壁导坑法施工地段均以土质为主，含少量土夹石，土质地段人工用铁锹、镐开挖，遇少量土夹石时，采用风镐开挖。c、各部台阶长度控制在3～5m，确保机械设备能在底横撑上正常走行，减少对封闭结构扰动。d、侧壁导坑中每层开挖内外侧支护钢拱架底部均设锁脚锚杆。e、根据施工要求进行超前地质预报。f、加强现场监控量测工作，及时进行数据处理并上报。g、由于本施工方法把断面分为十二个小部分施工，作业面相当狭小，故需特别注意施工安全，洞内设值班人员统一调度指挥。图3-3双线隧道Ⅴ级围岩双侧壁导坑法二施工工序3.2.本隧道Ⅳ级围岩采用中隔壁法（CD法）施工。拱部采用φ25中空注浆锚杆进行超前支护，注浆锚杆2m一环，每环42根，每根长3.5m，锚杆施工时搭接长度不小于１m。拱墙四肢φ22格栅钢架加强支护，钢架间距为１m。CD法工艺开挖顺序图见图3-4。a、利用上一循环架立的钢架施做Ф42超前小导管及侧壁Ф22超前锚杆（每根长度为3.5m,纵向间距2.4m一环，环向间距0.4m，每环12根）,开挖①部，必要时喷射8cm厚混凝土封闭掌子面；按设计和规范要求施做①部导坑周边的初期支护和临时支护，即初喷4cm混凝土，安设Ф20×20cm钢筋网，架立型钢钢架和I18临时钢架及横撑A，于横撑处喷射砼（临时仰拱喷砼12cm厚）封闭形成临时仰拱，设置锁脚锚杆和锁脚斜向锚管；钻孔设置系统锚杆后复喷混凝土至设计厚度（侧壁喷砼20cm厚）。b、开挖②部，导坑周边部分初喷4cm厚混凝土，安设钢筋网；接长型钢钢架和I18临时钢架B，并设锁脚锚杆，必要时安设I18横撑B’并喷射砼封闭；钻孔设置系统锚杆后复喷混凝土至设计厚度。c、开挖③部并施做导坑周边的初期支护和临时支护，步骤同工序a.图3-4CD法工艺流程图及开挖顺序图d、开挖④部并施做导坑周边的初期支护和临时支护，步骤同工序b.e、在滞后于④部一段距离后，开挖⑤部；隧底周边部分初喷4cm厚混凝土；接长I18临时钢架D，复喷混凝土至设计厚度；拆除下部横撑B’、C’，安设仰拱型钢钢架，使钢架封闭成环。f、根据监控量测结果分析，按D、B、C、A的顺序依次拆除I18临时钢架及上部临时横撑；灌筑Ⅵ部边墙基础与仰拱，仰拱要整幅灌筑。g、待仰拱砼初凝后灌筑佯攻填充Ⅶ部至设计高度。h、清理好初期支护基面，初期支护与二次衬砌之间拱墙铺设塑料防水板加土工布。二次衬砌背后设环、纵向透水盲沟。根据监控量测结果分析，待围岩和初期支护变形基本稳定后，利用衬砌模板台车一次性灌筑Ⅷ部衬砌（拱墙衬砌一次施做），并于拱顶预埋PVC注浆管，待混凝土达到涉及强度后，进行充填注浆。3.2.3本隧道Ⅱ、Ⅲ级围岩采用台阶法开挖，开挖采用光面爆破。a、钻爆作业Ⅱ、Ⅲ级围岩采用人工手扶YT28风动凿岩机钻孔，Ⅳ、Ⅴ级围岩利用钻孔台车钻孔。人工装药起爆。钻爆作业严格按照爆破设计进行钻眼、装药、接线和引爆。施工程序如下：b、测量放样在钻眼前先由测量人员利用全站仪对隧道中心进行定位，标出隧道轮廓线及炮眼位置。c、钻眼钻爆Ⅱ、Ⅲ级围岩采用凿岩台车,其他围岩采用人工风枪打眼。人工风枪打眼作业:测量、布孔、打眼、移位。凿岩台车钻孔作业：固定人员司钻，固定部位孔眼，凿岩台车1#臂进行拱部周边眼及辅助眼钻孔，严格控制外插角和周边眼间距；2#臂司钻中部炮眼；3#臂司钻下部炮眼。在拱部周边眼钻孔完毕后，利用装药平台进行装药联线作业。整个钻孔过程，可分为：准备、定位、开口、拔杆、移位五步。保证钻孔质量措施：光爆钻孔时，由爆破设计技术员统一指挥协调行动，认真实行定人、定位、定机、定标准、定量的“五定”岗位责任制；分区按顺序钻孔，避免相互干扰、碰撞、拥挤；固定钻孔班，以便熟练技术，掌握规律，提高钻孔的速度和准确性。d、清孔钻眼完毕后必须用小于孔眼直径的高压风管输入高压风将炮孔内的石屑及粉尘清理干净。e、装药按各断面炮孔爆破设计装药量装药联线，周边眼采用φ25mm小直径药卷不连续装药方式，其余炮眼采用连续装药，富水地段采用乳化防水炸药，掏槽眼采用=5\*ROMANV形掏槽。爆破材料采用1～17段非电毫秒雷管和塑料导爆管起爆，周边眼采用低爆速、低密度、高爆力、传爆性好的小直径2号岩石硝铵炸药（φ25mm直径），富水地段采用乳化炸药。装药分片分组负责，严格按照设计规定的装药量、雷管段号“对号入座”。爆破网路连接、检查及起爆，按照爆破设计要求和GB6722-86《爆破安全规程》执行。f、堵塞所有炮孔均以炮泥进行堵塞，堵塞长度不小于20cm。g、起爆爆破采用非电毫秒微差雷管配合导爆管按复式网路联接进行孔内延期起爆。h、钻爆设计钻爆设计参见以下图3-5，图3-6，图3-7，表3-2，表3-3，表3-4，表3－5。全断面炮眼布置上半断面炮眼布置下半断面炮眼布置图3-5图3-6图3-7表3-2双线Ⅱ级围岩正台阶光面爆破炮眼药量分配表序号上下台阶炮眼分类炮眼数雷管段数炮眼长度炮眼装药量每孔药卷数单孔装药量合计药量个段m卷/孔Kg/孔Kg1上台阶掏槽眼212.3510.751.63.232233.012.751.93.833253.513.52.04.054辅助眼673.2121.810.851393.2111.721.45615113.2101.522.57内圈眼23133.291.431.058周边眼3139.509底板眼21153.513.52.042.5310合计115178.9411下半断面掘进眼1323.3132.025.35121343.2132.025.35131363.2132.025.35141183.2132.021.4515周边眼1620.816底眼22123.513.52.044.5517合计88162.8518总计203341.79表3-3双线Ⅱ级围岩正台阶光面爆破主要经济技术指标序号项目单位数量1开挖断面积m2128.052预计每循环进尺m3.03每循环爆破石方m3384.154炮眼总数个2035钻孔总数m576.96雷管用量发2247炸药用量Kg341.798比钻眼数个/m21.599比钻眼量m/m31.5010比装药量Kg/m30.8911单位体积岩体耗雷管量发/m30.5812预计炮眼利用率%93表3-4