复杂地质长大黄土隧道施工技术研究[全面]

1、复杂地质长大 黄土隧道施工技术研究以西平铁路1标黄土隧道施工为例,探讨长大 黄土隧道的 施工技术.从洞口开挖及边仰坡临时防护、洞身开挖及初期支护、通风防尘及施工运输等几方面进行了 论述复杂地质条件下黄土隧道的 施工技术.1工程概况西平铁路1标位于陕西省咸阳市境内,黄土隧道大 小 共3座, 其中丁家山隧道长5774米,为西平铁路1标最长的 黄土隧道,隧道在洞身中部设斜井一座.丁家山隧道地貌上属于黄土残塬区,主要地层为第四系全新统冲积黏质黄土、上更新统风积黏质黄土、中更新统风积黏质黄土.黏质黄土以黏粒为主,多孔隙,直立性强,上部具有湿陷性.柱状节理发育,易坍塌、掉块,成洞性差. 2具体施工技术2.

2、 1洞口开挖及边仰坡临时防护黄土隧道施工首先要考虑确保进洞施工的 安全,因此,洞口开挖边仰坡坡度 的 选择、临时防护及超前支护参数的 选定相当重要.以丁家山隧道出口为例,丁家山隧道出口位于一突出黄土梁咀上.洞口里程为DK55679,洞口仰坡坡率为1：1,采用分级开挖,每级边坡高8米.经现场核实地形情况,洞门挖方作业场地狭小 ,且高陡,洞口段隧道线路左侧覆盖土体较薄,局部有松散堆积土,且存在偏压,影响洞门及洞口段隧道结构安全.依据实际地形条件,洞口里程变更为DK55657,即洞口里程向小 里程方向移22米,洞口仰坡高,仰坡坡率变更为1：1.25,采用分级开挖,每级边坡高8米,边仰坡采用骨架护坡防

3、护.2. 2超前支护超前支护参数根据黄土类别的 不同进行选定,洞口土质为松散的 新黄土,采用超前大 管棚进行支护,洞身地段超前支护采用42超前小 导管,而且注浆固结效果好,其参数:水泥浆水灰比11,最大 注浆压力均为1.0米Pa , 试验发现新黄土中浆液扩散半径大 于50厘米,老黄土中仅为2厘米.超前大 管棚施工时,其联结部位必须确保有足够强度 及刚度 ,施工中优先考虑丝扣连接,也可以套管焊接,不允许两钢管直接对焊使用.2. 3洞身开挖丁家山隧道原设计为单一黄土隧道,施工中出现了 灰岩地层,并存在大 量的 土石分界地层.考虑到黄土隧道的 特殊性,结合现场施工实际情况,从黄土隧道过度 至石质隧道

4、围岩共出现四种情况：纯黄土断面;土石分界断面;灰岩断面(拱顶灰岩厚度 小 于10米);灰岩断面(拱顶灰岩厚度 大 于10米).根据以上四种情况开挖方法对应四种方法：上下台阶预留核心土法;土石分界施工法;台阶爆破法;全断面爆破法.2.3.1纯黄土断面由于黄土隧道属于软质围岩,多为、级围岩,最忌扰动,尤其围岩柱状节理发育时,极易坍塌、掉块,成洞性差,故严禁爆破开挖,施工中一般采取短台阶法、弧形导坑预留核心土的 方式进行,核心土的 留设可对掌子面土体处于三向应力状态,从而对掌子面土体起加固作用,如图所示,以丁家山隧道为例,开挖中先以挖掘机挖除核心土周边的 土体,然后人工修整轮廓线周边2030厘米土体

5、,以避免出现大 的 超欠挖,当局部夹含少量钙质结构、土质较为坚硬时,以风镐辅助作业.2.3.2土石分界施工法土石分界施工法主要适用于隧道断面上部为黄土,下部为灰岩地段.上部采用人工配合挖掘机的 方法开挖.下部施工时采用弱爆破的 方法,下部左右两侧分开爆破,最大 程度 减小 爆破震动.上台阶控制在5米左右.下部左右两侧分开爆破的 间距控制在2榀拱架间距以内.为保证拱顶不易产生失稳、坍塌现象,爆破时严格控制好炮眼的 深度 、数目以及装药量等.2.3.3台阶爆破法 台阶爆破法适用于拱部覆盖层小 于10米的 全断面灰岩地段. 因受强风化灰岩地层影响,拱部灰岩覆盖层稳定性较差,采用台阶法爆破.开挖时先爆

6、破上台阶,之后再爆破下台阶.上下台阶错开5米左右.为控制隧道断面爆破掏槽时产生的 垂直震动速度 ,选择先引爆掏槽眼,再进行上半断面爆破的 方法.下部施工时采用弱爆破的 方法,左右两侧分开爆破.2.3.4全断面爆破法 全断面爆破法适用于拱顶覆盖层大 于10米的 灰岩地段.全断面爆破法是整个断面按设计爆破参数同时爆破的 方法.爆破完成后为消除围岩应力集中和掉块现象,及时初喷.严格按照设计参数安装药包锚杆.不需要安装超前支护和初支钢架.2. 4初期支护黄土隧道拱部土体自稳性差,易坍塌及掉块,故支护必须紧跟.根据“短进尺、强支护、勤量测、早成环”的 施工原则,每循环开挖后应立即施作锚喷挂网联合支护,认

7、真进行初喷作业,初喷厚度 为4厘米,特别对于黄土隧道施工而言,初喷混凝土能迅速封闭岩面,减少围岩暴露时间,又能增强拱圈的 自承能力.喷射混凝土时,分多次复喷至设计厚度 ,这样可以保证喷射混凝土的 施工质量,又能减少回弹,节约施工成本.施工中在拱架底部增设混凝土垫块塞实,以避免拱架及初期支护不必要的 沉降;拱架连接螺栓必须上齐并拧紧,骑缝焊接饱满,并且考虑预留沉落量及二衬净空扩大 量应加大 拱架圆弧半径,以确保二衬施工前初期支护净空满足规范要求.2. 5落底成环当掘进施工进尺达到510米,必须进行落底成环施工.落底成环施工要谨慎、科学组织,左右侧错开一定距离分别落底,避免两侧同时落底,造成拱架悬

8、空引起大 的 沉降,拱架落底时拱架底部要支立牢靠并及时回填.每次拱架落底不宜太长,洞口段每次12榀,其他段则按23榀进行控制.以丁家山隧道为例,上导坑、落底成环及仰拱施工均保持1215米的 间距.2.6仰拱及二衬施工控制仰拱采用挖掘机开挖,仰拱开挖时要随时注意初支变形情况,距拱脚50厘米左右处采用人工开挖,防止机械碰撞初支钢架.仰拱开挖后关键环节是“及早闭合成环”.仰拱混凝土采用全幅整体灌筑,利用移动栈桥解决洞内出土进料与仰拱施工之间的 干扰问题.在仰拱填充施工完毕后,立即施作拱墙防水和钢筋绑扎,防水与钢筋采用移动平台进行,平台长度 10米.钢筋绑扎完毕,检查合格后,台车就位,立设堵头模板,灌

9、注砼.二次衬砌台车距离掌子面距离不得超过70米.2. 7通风防尘通风防尘的 作用是稀释和排出洞内空气中的 粉尘,隧道施工通风主要采用长管路独头压入式通风方案 .在隧道进出口每个工点洞口外设255KW轴流通风机,施工初期采用单机通风,后期采用双机通风.风筒采用1500米米柔性风筒.由于丁家山隧道斜井进入正洞后分别向两个方向施工,在洞口设2台255KW轴流通风机,风筒采用1300米米柔性风筒,前期斜井施工时采用一台255KW轴流通风机,进入正洞后两台风机分别向两个方向进行送风.同时采取综合防尘技术,洞内每天喷雾洒水,可显著的 减少产尘量和防止尘土飞扬.实践证明,坚持适量的 洒水,可减少粉尘,确保洞

10、内空气清新,创造良好的 劳动环境.2. 8施工运输丁家山隧道施工采用无轨运输方案 .开挖施工采用挖掘机或装载机配合装碴,由自卸汽车运输至弃碴场;隧道砼衬砌施工采用砼搅拌运输车向洞内运送砼.为了 加快施工进度 ,保证隧道工期,在隧道内每300米将大 避车洞加宽、加大 ,在避车洞内错车,解决了 长大 单线隧道在洞内的 错车问题.此处大 避车洞及两侧正洞二衬待开挖贯通后统一施工.3 施工中的 监控措施监控量测工作紧跟开挖、支护作业.丁家山隧道每组监控点共布设5个监控点,其中拱顶一个沉降观测点,拱腰与拱脚各设一对收敛观测点.布点采用22钢筋,钢筋埋入围岩深度 不小 于1米,穿过初期支护时用塑料套筒隔绝与初期支护的 所有联系.施工中技术人员每天根据监测结果及监控点与掌子面关系,确定监控频率.4 确保黄土隧道施工安全关健要点施工安全是隧道施工的 灵魂,长大 黄土隧道地质条件复杂,工期压力大 ,确保旗安全的 压力更加巨大 .快速度 、高质量完成初期支护和二次衬砌,严格控制步长关系,确保施工安全,是加快施工进度 的 关键.仰拱距掌子面距离不超过40米,二衬距掌子面距离不超过70米,作为