保留核心土法开挖大跨度黄土隧道施工技术[全面]

1、保留核心土法开挖大 跨度 黄土隧道施工技术1工程概况新庄岭隧道位于谗(口)兰(州)高速公路CL7合同段内,是该线最长的 一座隧道.该隧道分上下行线,上行线长1455米,下行线长1422米,总计全长2877米.设计为单心圆断面,I类围岩开挖宽度 13.2米,高度 9.5米,面积106.7米2;类围岩开挖宽度 13.1米,高度 9.4米,面积101.1米2.衬砌采用复合式,分两次模注砼,一次衬砌为变截面结构,厚度 为5070厘米(I类围岩)、4565厘米(II类围岩);二次衬砌为等截面结构,厚度 均为35厘米,衬砌后内径为555厘米.新庄岭隧道地处黄土山梁,地形起伏大 ,山梁大 致呈南北走向,基本

2、与线路方向正交,梁顶窄长面平缓,两侧为深切沟谷,西安侧山坡较陡,自然坡度 70,兰州侧山坡较缓,自然坡度 50.隧道最大 埋深94米,最小 埋深17米.2开挖方案 隧道开挖遵循“短开挖,强支护,勤量测,紧封闭”的 原则.隧道上下行线进出口共四个工作面同时作业,针对不同地质条件采取不同的 开挖方法.洞口类围岩浅埋段采用矿山法双侧壁导坑先墙后拱法施工.类围岩深埋段及类围岩采用矿山法正台阶先拱后墙法施工,拱部采用开挖1.8米宽环形带保留核心土法开挖,开挖后即施行一次模注衬砌.侧墙马口采用四步跳跃法施工,中间4米宽,修成斜坡道,以保证上半断面同时施工.3施工方法及工艺要点类围岩采用正台阶先拱后墙,拱部

3、采用环形开挖施工的 理由：工作面多,进度 快,拱部环形开挖保留核心土,能保证围岩稳定,避免坍方,便于支撑,施工安全.3.1 上导坑开挖根据黄土地质特性和施工工期要求,为避免塌方,上导坑采用每循环掘进2.4米,并根据土质的 松密程度 ,随时调整为1.2米或1.0米开挖,贯彻短开挖原则.每个掌子面配备10榀钢拱架,640块120厘米30厘米钢模板,一台挖掘机,一台装载机,6台出碴运输车.其工艺要点如下：(1)先开挖拱顶环形I部拱部开挖由开挖工班负责施工,工班人数7人.用羊镐沿开挖轮廓线由上向下依次开挖,配合铁钯将松土扒离掌子面,每次掘进2.4米.拱顶中心处掌子面要向前多掘进0.5米,以备砼一次支护

4、封顶时使用.如果开挖时发现顶部土体有裂纹或疏松现象,应边开挖边支撑,支撑采用杨木背板加40钢管,钢管底部撑在核心土上.(2)管棚超前支护黄土隧道土质比较松散,开挖后易形成分层坍塌,层厚一般为2060厘米之间,故需较强的 初期支护,而且以采用管棚方案 比较适宜,因为钢管与超前注浆锚杆相比较,一是直径大 ,与土体接触面积大 ;二是与土体接触密贴,没有空隙,有利于力的 传递.而注浆锚杆直径和刚性比较小 ,当注浆时,由于水泥浆内的 水份对锚杆周围的 土体侵蚀,使土体湿陷,周围形成空洞,起不到对土体的 有效支撑.在拱顶环形I部开挖完毕后,立即进行管棚施工,这样,便于施工人员不用搭设脚手架即可达到管棚的

5、高度 .管棚采用40钢管,长度 3.4米.先用煤电钻沿开挖轮廓线在掌子面上打眼,孔眼间距35厘米,深度 240厘米.然后用大 锤将钢管沿孔眼打入前方土体中,钢管外倾角为16左右.(3)开挖部超前管棚打完后,紧接着进行部开挖,断面尺寸1.8米4.55米,导坑一次掘进2.4米.开挖方法为人工配合机械.为有效缩短施工循环时间,科学合理安排工序,此时,出碴工序应同步进行.出碴采用无轨式运输,柳州产ZL50装载机装碴,小 松山推PC200挖掘机配合.首先,用挖掘机将一侧部的 土体由上至下开挖1.0米,并将土扒出核心土范围以外,便于装载机装碴.开挖时将掌子面和侧面开挖轮廓线处预留50厘米厚土体,原因是挖掘

6、机开挖时对土体的 振动比较大 ,如果直接按轮廓线开挖势必造成土体坍方,形成超挖.然后,人工用羊镐将予留的 50厘米厚土体沿轮廓线开挖,边开挖边支撑,同时装载机将先前挖掘机扒出的 土装车出碴,而此时,挖掘机则换至另一侧部进行开挖,方法同前.如此左右侧反复交替开挖和出碴,直至开挖到拱脚处为止.这样开挖和出碴可同时完成.注意开挖时,拱脚处至少留20厘米深土用人工开挖,严禁拱脚超挖,防止因拱脚原状土被破坏造成砼衬砌时拱架下沉.(4)开挖部(核心土整形)格栅支撑安设完毕后,用挖掘机将部土挖除,核心土顶面修成平台,平台沿隧道方向纵向宽度 3.6米,并在核心土的 中间高处再修一纵向宽度 约为1.2米的 二级

7、平台,以备一次模注砼人工上料时使用.这样核心土沿隧道纵向方向长度 约为5.0米,对前方掌子面土体起到了 有效的 支撑作用.(5)测量放样和立钢拱架拱部开挖完毕后,由测量班进行一交衬砌宽度 和拱脚标高放样.然后由立模工班按放样点位将钢拱架立好.钢拱架应用不小 于20a的 工字钢制作,否则施工中易变形,钢拱架分两节拼装,在拱顶处设间隔铁,通过夹板连接成一整体.模板采用120厘米30厘米钢模.挡头模板用木模制作.如果采用建筑模板,应将模板边缘的 横肋改成坡角形式,以防模板与模板之间密贴不严,发生漏浆,影响砼质量(6)模注砼一次衬砌初期支护黄土隧道在开挖后30小 时内围岩变形比较大 ,如不及时支护,极

8、易发生塌方.故开挖结束后,应立即进行砼初期支护.砼施工采用机械拌合,运输车运输,人工上料,插入式振动棒捣固的 施工方法,左右交替浇注.每个洞口外设置一台JS500型强制式自动计量拌合机一台,通过运输车将搅制好的 砼运至掌子面,用人工浇注.砼封顶时应注意将顶部捣固密实,并用自制小 铲从挡头模板处将砼填塞密实.砼养生采用高压水枪,将水雾化洒至砼表面,进行洒水养生.3.2 下导坑开挖下导坑边墙施工与上导坑之间的 距离保持为6080米为宜,距离过短影响上导坑机械作业,距离过长,致使已施工的 拱部下沉和收敛量偏大 ,造成二次衬砌厚度 不够,影响下步工序施工.下导坑边墙施工采用四步跳跃法.使左、右边墙错开

9、,每个马口开挖长度 为2.4米.先用挖掘机挖中槽,中槽宽度 4.0米,长度 20米,不易过宽、过长,宽度 原则上能保证上导坑施工机械通过即可,否则左、右拱脚下的 土体由于受到拱圈的 挤压,向中槽处靠拢,容易使拱圈下沉,严重者可使拱圈砼产生裂缝,中槽挖成斜坡形式,使上、下导坑连接.然后用人工左、右错开开挖马口.边墙的 格栅支撑应与拱部格栅上、下对正,并按施工规范要求进行焊接.格栅安设完毕后,对拱脚表面的 砼进行凿毛,并用钢刷清理干净,最后模注砼一次衬砌.封口用干硬性砼人工分次填满捣实.4I类围岩浅埋段矿山法双侧壁导坑先墙后拱法施工采用此法施工的 理由：洞口浅埋段土体软弱,易坍塌,用此法施工可以保

10、证施工安全和避免拱部下沉.新庄岭隧道上行进口、下行出口洞口段各10米,均采用此法施工.施工工艺如下：(1)挖两个侧壁导坑,导坑断面尺寸4.0米3.0米(宽高),成拱形,导坑一次掘进2.0米,采用人工开挖.(2)架立边墙格栅支撑,立模浇筑一次衬砌.(3)人工开挖拱部环形部位,宽度 1.8米留核心土.并打40超前管棚,管棚长3.0米,间距35厘米.(4)打40超前管棚,钢管长3.0米,间距35厘米.(5)架立格栅支撑.格栅采用20厘米20厘米钢花拱,每米1榀.设纵向连接筋.(6)立模浇筑一次砼衬砌.5主要技术对策5.1 拱部沉降和拱脚收敛的 控制黄土隧道与石质隧道的 最大 不同点之一就是拱部沉降和

11、拱脚收敛比较大 .针对这种情况采取了 以下措施.(1)监控量测在隧道施工过程中,从第一组衬砌开始,一个断面内在拱顶和两个拱脚处用膨胀螺栓埋设三个观测点.用收敛计和水平仪分别观测拱脚水平收敛值和拱顶下沉值.随着隧道施工的 前进,每隔10米做一个观测断面,最前端的 一个断面紧跟掌子面.观测时间为：前7天每天观测,以后1个月内3天观测一次,最后每月观测一次.通过观测发现在拱部一次衬砌施工完毕至边墙开挖前,拱顶下沉为68厘米,拱脚收敛为12厘米.在边墙开挖后拱部发生第二次下沉,下沉量为68厘米,收敛量基本不变.根据观测结果及时反馈至施工中去,将原有预留沉降量15厘米变为17厘米.有效地保证了 二次衬砌的 厚度 .(2)及时封闭仰拱据施工中量测数据表明,在一次砼初期支护完成后,隧道拱顶下沉约1216厘米.为避免继续变形,应及时对砼初期支护实行仰拱砼封闭.(3)及时封闭二次衬砌永久支护在一次衬砌封顶时,由于受工作面的 限制和人工操作因素影响,可能造成封顶砼不密实.而两侧拱腰处的 向内挤压力很大 ,如果二次砼永久支护不及时,容易在拱顶造成裂缝.(4)加设锁脚锚杆在拱脚处每侧加设2根锁脚锚杆,锚杆