隧道洞口施工技术的应用

分类：论文范文 发表时间：2018-03-21 13:49

　　隧道施工不同于其他项目的施工，本文结合陕北地区黄土隧道施工实例，阐述了浅埋偏压黄土隧道的施工工序、施工工艺，并结合本工程的特点，总结了在陕北地区浅埋偏压黄土隧道洞口施工地表注浆和超大管棚的施工经验。

　　《现代隧道技术》坚持为社会主义服务的方向，坚持以马克思列宁主义、毛泽东思想和邓小平理论为指导，贯彻“百花齐放、百家争鸣”和“古为今用、洋为中用”的方针，坚持实事求是、理论与实际相结合的严谨学风，传播先进的科学文化知识，弘扬民族优秀科学文化，促进国际科学文化交流，探索防灾科技教育、教学及管理诸方面的规律，活跃教学与科研的学术风气，为教学与科研服务。

　　一、工程概况：

　　铁家源隧道穿越地区为黄土塬梁峁工程地区的黄土塬地质亚区，隧址分布的地层有第四系全新统冲洪积黄土状和粉质粘土、第四系上更新统风积黄土、中更新统风积黄土、冲洪积粉质粘土。隧道左洞长510m，起始里程为ZK58+880—ZK59+390。原设计隧道左洞出口明暗交界里程：ZK59+325，洞门里程为ZK59+390，明洞长65m。左线出口位于一山坡体黄土梁，地形坡度较陡，围岩以黄土、粉质粘土、粘土为主，洞室埋深较浅，围岩稳定性差。

　　原设计洞口段采用大管棚超前支护，参数为：拱部设置Φ108大管棚，管棚采用热轧无缝钢管，L=30m，壁厚6mm，环向间距40cm，外插角2°。

　　二、方案选择

　　明挖方案施工简单，直接放坡开挖，施工工艺成熟，山体沉降量较小，但开挖土方量较大，尤其在线路左线右侧山体挖方边坡较高，对山体扰动较大，且线路右侧较多坡积土，放坡开挖对坡积土的稳定性产生破坏，易发生垮塌现象，造成安全隐患(见图一)。

　　采用暗挖法施工则不受场地限制，施工工艺也比较成熟，对山体环境不造成破坏，另外，由于出口段偏压较严重，暗挖施工前对洞顶采取回填反压，减少偏压对洞身二衬的危害。为保证安全，先对山体进行清表处理，然后分层回填压实，再打设注浆管，进行注浆，以增强围岩的整体性和稳定性，使洞顶土体形成一个壳体，然后在壳体的保护下进行暗洞的开挖、支护及二次衬砌。

　　综上，在施工中将明洞里程调整为ZK59+390-ZK59+382，将ZK59+382- ZK59+325段改为暗洞施工。

　　三、明洞暗挖施工

　　1、施工工艺流程

　　隧道施工工艺流程：施作临时边沟→清表处理→挡墙浇筑→碎石土分层回填压实→打设注浆管→注浆→浇筑边沟→CRD法开挖隧道主体→初期支护→监控量测→施工仰拱→施工二衬。

　　2、施工方法

　　1)原地面复测，绘出断面图，地面控制测量定位后，先挖临时排水沟，以便排水。待清除出洞顶表面的植被、腐殖土后，在山体表面分级开挖台阶，台阶高度60cm一层，台阶宽度2m，并且向内设5%的横坡，便于回填的水泥稳定碎石与山体围岩注浆后能紧密结合，防止山体滑坡。回填前碾压夯实，压实度达到90%。在加固区域内最低处浇筑C25混凝土挡墙，挡墙高度5m，顶宽1m，底宽2.5m，内侧垂直，基础厚0.5m，宽3.5m，挡墙外侧设置排水沟，引排山沟汇水，水沟宽2m，深1m，壁厚0.3m ,回填土与坡脚处设置一道截水沟，断面尺寸0.6m*0.6m，壁厚0.3m，水沟混凝土均为C25混凝土。具体尺寸见图二。

　　选用稳定性较好的碎石土，掺入10%的水泥，进行分层填筑。回填前，在底层加设φ8的钢筋网进行拉结，网格间距20cm×20cm，钢筋网的搭接长度为一个网格，并采取可靠连接。对每层回填的水泥稳定碎石土均采用夯机进行夯实，压实度控制在95%以上。拱部的埋置深度不少于4.5m，回填后采用C25喷射混凝土封闭，喷射混凝土厚度为20cm，喷射前铺设一层φ8钢筋网片，网格间距20cm×20cm。回填底部的预留钢筋网与顶部的钢筋网焊接，以防止开挖时回填的水泥碎石土坍塌。

　　2)钻孔

　　注浆孔纵横向间距采用1m×1m，呈梅花形布置，测量放样后标出钢管的位置。钻机移动、定位，在标出的位置上使用地质钻机钻入岩土层内至设计深度。

　　3)注浆

　　注浆钢管采用φ108*6mm热轧无缝钢管加工，L=6m～10m，管身钻孔，孔眼直径8mm，间距30cm,按梅花形交错布置，以加大浆液的渗透能力，管头加工成锥形以便于送入土体，为防止加压后的浆液外流，每根钢管尾部均焊止浆板，止浆板采用2cm厚钢板制作，中间钻有20mm的孔，以便注浆时使用。

　　将花钢管插入打好的孔中，钢管口与孔口周围用水泥或锚固剂密封，接上注浆管，用注浆泵把配置好的浆液压入钢管，水泥浆液通过钢花管的孔眼注入孔壁的缝隙内，以固结附近岩土层。

　　4)浆液配比

　　钢管安装完毕后，开始进行双液浆注浆，利用浆液的渗透作用，将周围岩体和水泥稳定碎石土进行二次加固。既能起到超前预支护的作用，又加强了钢管的刚度，施工中严格控制注浆施工质量。注浆采用水泥-水玻璃双液浆。

　　水玻璃是一种粘稠液体,水解后呈碱性。当这种液体压入黄土中,水玻璃可与黄土中的碱土金属发生作用,生成一种碱金属水合硅酸盐和二氧化硅凝胶,具体反应式如下所示：

　　这种二氧化硅凝胶和碱金属水合硅酸盐充填了黄土中的孔隙,增加了土粒间的胶结力,使土体硬化,强度增加。

　　水玻璃能加快水泥的水化作用,其主要原理在于:水玻璃能与水泥浆中的氢氧化钙反应,生成一种具有一定强度的胶凝体—水化硅酸钙，反应原理为：

　　Ca(OH)2+ Na2O·nSiO2+mH2OCaO·nSiO2·mH2O+NaOH

　　水泥中的硅酸三钙与硅酸二钙水化后生成氢氧化钙,由于氢氧化钙在水中的溶解度不高,很快就能达到饱和,从而限制以后的硅酸三钙与硅酸二钙的水化。加入水玻璃后,水玻璃与浆液体系中的氢氧化钙反应,消耗了浆液体系中的氢氧化钙,使溶液中的氢氧化钙含量未达到饱和,从而加快了硅酸二钙与硅酸三钙的水化作用,宏观上表现出水泥浆液初凝时间加快,结石体早期强度增长。

　　注浆配合比：水泥浆水灰比为1:1，水泥浆与水玻璃体积比为1:0.5，水玻璃模数m=3，波美度Be’=40.

　　注浆控制压力：注浆初压0.5-1.0Mpa，，终压2.0Mpa，并持续2min。使注浆的效果达到扩散半径的要求，回填与围岩本身形成一个整体。

　　5)注浆程序：当钢管安装完毕后，用小木楔将钢管与围岩壁楔紧，再用锚固剂将空隙封闭，止浆板与注浆泵之间用管接器相连。同时在钢管尾部预留排气孔，当排气孔有浓浆外溢时关闭阀门，注浆速度从快到慢，注浆结束后将闸阀关闭，卸下进浆管，进入下一循环。

　　6)管棚施工

　　进洞前先施工大管棚，管棚长40m，钢管采用热轧无缝钢管φ108mm，壁厚6mm，节长3m，6m;环向管距为40cm，仰角2°，方向与线路中线平行。施工时采用电动钻机，钻进并顶进长管棚钢管，采用C25混凝土套拱作长管棚导向墙，管棚按照设计位置施工，钻机立轴方向必须准确控制，以保证孔口的孔向间距，每钻完一孔便顶进一根钢管，钻进中应经常采用测斜仪测钢管钻进的偏斜度。长管棚注浆按固结管棚周围有限范围内土体设计，浆液扩散半径不小于0.5m，浆液采用水泥-水玻璃双液浆，水泥浆采用1:1，水玻璃：水泥浆=0.5:1.0，注浆初压力位0.5-1.0MPa,终压为2.0MPa，注浆结束后及时清除管内浆液，并用M30水泥砂浆紧密充填，以增强管棚的刚度和强度。完成长管棚注浆施工后，在管棚支护环的保护下，按设计的施工步骤进行掘进开挖。

　　7)洞内开挖及支护

　　考虑到洞顶为坡积土和冲积土，围岩的自承能力极差，同时为了减少对围岩的扰动，尽量避免开挖时造成拱部大面积的塌方，ZK59+382- ZK59+325段采用CRD法开挖。

　　机械开挖①部，人工配合整修。必要时喷5cm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，架立初期支护型钢钢架、I18型钢钢架和I16临时仰拱钢架，并设锁脚锚杆。安装径向锚杆后复喷混凝土至设计厚度。在滞后于①部一段距离后，机械开挖②部，人工配合整修，必要时喷5cm厚混凝土封闭掌子面，导坑周边部分初喷4cm厚混凝土，接长初期支护型钢钢架和I16临时仰拱钢架，安装锁脚锚杆，钻设径向锚杆后复喷混凝土至设计厚度。在滞后于②部一段距离后，机械开挖③部，人工配合整修，并施作导坑周边的初期支护，即初喷4cm厚混凝土，接长初期支护型钢钢架及安装隧底钢架、I18型钢钢架。在滞后于③部一段距离后，机械开挖④部，人工配合整修，并施作导坑周边的初期支护，即初喷4cm厚混凝土，接长初期支护型钢钢架及隧底钢架使之封闭成环。

　　开挖进尺控制在50cm以内，在开挖线边缘位置人工进行修边，必要时采用风镐。管棚段落内(ZK59+382—ZK59+342)初期支护采用I25b工字钢，间距40cm，Ф22早强砂浆锚杆，L=4m，¢8@20*20cm钢筋网片，30cm喷射混凝土，ZK59+342—ZK59+295段落内采用超前小导管，超前小导管¢50*4mm，环向间距40cm，L=450cm，纵向排距2.8m，初期支护采用I25b工字钢，间距40cm，Ф22早强砂浆锚杆，L=4m，¢8@20*20cm钢筋网片，30cm喷射混凝土。

　　施工中用地表沉降控制的数据来指导暗洞开挖，ZK59+375—ZK59+295每隔5m按一个断面设置3个地表沉降观测点(即中线处1个，洞身边线各1个)。并且随着洞内开挖的进展，每次开挖后均要对隧道的拱顶下沉及周边收敛进行观测，第一时间掌握围岩和支护的动态信息，随时指导洞内的施工方案，及时调整，保证通过浅埋段的施工安全。开挖后仰拱先行，及早封闭，以利于衬砌的整体受力，确保洞身安全。

　　四、结语

　　(1)地表注浆增强了拱顶土体的整体性，为暗洞的施工提供了保护，增强了安全性。

　　(2)长大管棚在黄土隧道洞口段的运用，充分发挥了管棚的超前支护作用，增加了施工的安全度，并进一步提高了隧道的长期稳定性。

　　(3)管棚钻孔也可作为地质预探预报，地质资料可作为指导洞内开挖的依据，在钻孔时要记录钻进速度及地质情况，作为后期暗洞施工的依据。

　　参考文献：

　　[1]中华人民共和国交通运输部.公路隧道设计规范(JTG D70-2009).北京：人民交通出版社,2009.8

　　[2]中华人民共和国交通运输部.公路隧道施工规范(JTG F60-2009).北京：人民交通出版社,2009.8

　　[3]《中国公路学报》2004第2期《水泥—水玻璃双液注浆在黄土隧道施工中的应用》杨晓华,俞永华著(长安大学 桥梁与隧道陕西省重点实验室 ,陕西 西安710064)

　　[4] 《西部探矿工程》2005第9期《浅谈黄土隧道洞口段施工技术要点》张忠刚(中铁隧道集团二处有限公司 ,河北 燕郊 065201)

上一篇：娱乐体验对空间设计有何影响 下一篇：电气接地装置维护措施