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大跨度黄土隧道施工技术 作者未知

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龙行天下 发表于 2017-11-11 02:11:51 | 显示全部楼层 |阅读模式 打印 上一主题 下一主题

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大跨度黄土隧道施工技术

   1、概况
    隧道分上下行线,上行线长1455m,下行线长1422m,设计为单心圆断面,VI级围岩开挖宽度为13.2m,高度9.5m,横断面面积106.7m2;V级围岩开挖宽度13.1m,高度9.4m,横断面面积101.1 m2。衬砌采用复合式,分两次模筑混凝土,一次衬砌为变截面结构,厚度为50-70cm(VI级围岩段)、45~65cm(V级围岩段),二次衬砌为等截面结构,厚度为35cm。
    隧道穿越地层为第四系中更新统冲积老黄土,灰黄、褐黄色,为粉质亚粘土,Ip=9.5,土质均匀,局部较疏松,层理和柱状节理发育,含水量为11%-18%。山顶为水浇地,隧道洞身土体含水量较大,结构稳定性较差。洞口浅埋段覆盖层为第四系上更新统风积黄土,层厚4.6-40m,浅黄色,土质较松散,大孔隙、垂直节理发育,其中自重湿陷性黄土层厚24m,黄土陷穴顺沟发育,呈串珠状。
    2、开挖方案
    遵循“短开挖,强支护,勤量测,紧封闭”的原则,上下行线进出口共4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VI级围岩浅埋段采用双侧壁导坑先墙后拱法施工。
    VI级围岩深埋段及V级围岩采用矿山法正台阶先拱后墙法施工,拱部开挖宽1.8m环形带保留核心土,开挖后即施行一次模筑衬砌,侧墙马口采用四步跳跃法施工,中间4m宽修成斜坡道,以保证上半断面同时施工。
    3、V级围岩施工
    采用正台阶先拱墙、拱部环形法开挖,工作面多,进度快,保留核心土便于支撑,能保证围岩稳定,避免塌方,施工安全
    根据黄土地质特性和施工工期要求,为避免塌方,贯彻短开挖原则,上导坑掘进每循环2.4m,并根据围岩状况,随时进行调整。每个掌子面配备10榀钢拱架,640块120cm×30cm钢模板,1台挖掘机,1台装载机,6台出碴运输车。
    3.1先开挖拱顶环形Ⅰ部
    用洋镐沿开挖轮廓线由上向下开挖,配合铁耙将松土扒离掌子面,每次掘进2.4m。拱顶中心处掌子面要向前多掘进0.5m,以备混凝土一次支护封顶。
    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,支撑用杨木背板加φ40钢管,钢管底部撑在核心土上。
    3.2管棚超前支护
    黄土隧道土质比较松散,且层厚一般为20-60cm,开挖后易形成分层坍塌,故需较强的初期支护,采用管棚方案较适宜。钢管直径大,与土体接触面积大,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都较小,当注浆时,由于水泥浆内的水分对锚杆周围的土体侵蚀,使土体湿陷,周围易形成空洞,起不到对土体的有效支撑。
    管棚支护纵向布置如图2所示。棚管用φ40钢管,长3.4m。先用煤电钻沿开挖轮廓线在掌子面上打眼(孔眼间距35cm,深度240cm),然后用大锤将钢管沿孔眼打入前方土体中,钢管外倾角约16°。
    3.3开挖II部
    II部一次掘进2.4m。人工配合机械开挖。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II部的土体由上至下开挖1.0m,并将土扒出核心土范围以外,便于装载机装碴。开挖时侧面开挖轮廓线处预留厚50 cm土体,原因是挖掘机开挖时对土体的振动比较大,如果直接按轮廓线开挖易造成土体坍方,形成超挖。然后人工用洋镐将预留的50 cm土体沿轮廓线开挖,边开挖边支撑,同时出碴,而此时,挖掘机则换至另一侧II部进行开挖,如此左右侧交替。注意开挖时,拱脚处至少留深20 cm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混凝土衬砌时拱架下沉。
    黄土隧道拱腰处土体最易发生坍方,所以在进行II部开挖时,应边开挖边加固,加固方法为简易支撑,即用杨木板紧贴开挖轮廓表面,用φ40钢管支撑在核心上。支撑间距1.0 m,交错布置。待进行一次模筑混凝土支护时边浇筑混凝土边将木板取出。
    3.4格栅支撑
    黄土隧道土体松散,超前管棚打入前方土体中时,需在管棚尾部加设格栅支撑,加强初期支护。格栅采用20cm×20cm断面的钢花拱,分3段组装,通过钢垫板用φ16螺栓将3段连成整体。安装钢花拱时应紧贴开挖轮廓表面,并将管棚的管尾与之焊接,使棚管尾端担在钢花拱上,最大限度地发挥管棚的作用。钢花拱之间每隔1m设1根φ25纵向连接筋。
    3.5开挖III部,核心土整形
    格栅支撑安设完毕后,用挖掘机将III部土挖除,核心土顶面修成平台,平台沿隧道纵向宽度3.6m,并在核心土的中间高度处再修一纵向宽度约为1.2m的二级平台,以备一次模筑混凝土时人工上料使用。这样核心土纵向长度约4.8m,可对前方掌子面土体起支撑作用。
    3.6立钢拱架和模板
    拱部开挖完毕后,进行衬砌宽度和拱脚高程放样,然后立模工班按放样点位将钢拱架立好。钢拱架用工字钢制作。模板用120cm×30cm钢模。档头模板用木模。
    3.7初期支护
    黄土隧道在开挖后30h内围岩变形较大,如不及时支护,极易发生塌方。故开挖结束后,应立即进行混凝土初期支护。混凝土施工采用拌合站拌合,运输车运输,人工上料,插入式振动棒捣固,左右侧交替浇筑。混凝土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混凝土填塞密实。
    3.8开挖下导坑
    下导坑边墙施工与上导坑之间的距离保持60~80m为宜,距离过短影响上导坑机械作业,距离过长,会使已施工的拱部下沉,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部跳跃法,左、右边墙错开,每个马口开挖长度为2.4m。先用挖掘机挖中槽,中槽宽4.0m,长20m,不宜过宽、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,严重者可使拱圈混凝土产生裂缝。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,并焊接牢。格栅安设完毕后,将拱脚表面的混凝土凿毛,用钢刷清理干净,之后模筑衬砌一次混凝土。封口用干硬性混凝土人工分次填满捣实。
    4、V级围岩浅埋段施工要点
    隧道上行进口、下行出口段各10m均采用双侧壁导坑先墙后拱法施工顺序施工。
    (1)人工挖2个侧壁导坑,导坑宽4.0m,高3.0m拱形,导坑一次掘进2.0m。
    (2)架立边墙格栅支撑,立模浇筑一次混凝土衬砌。
    (3)人工开挖拱部环行部位,宽度1.8m,留核心土。
    (4)施作φ40超前管棚,钢管长3 m,间距35cm。
    (5)架立格栅支撑。格栅用20cm×20cm钢花拱,间隔1m,设纵向连接筋。
    (6)立模浇筑拱部一次混凝土衬砌。
    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就是拱部沉降和拱脚收敛较大,针对这种情况我们采取了以下措施。
    5.1.1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2个拱脚处埋设3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10m作一个观测断面,最前端的一个断面紧跟掌子面。前7d每天观测1次,以后1个月内3d观测1次,之后每月观测1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6-8cm,拱脚收敛1-2cm。在边墙开挖后拱部发生第二次下沉,下沉量为6-8cm,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15cm变为17cm。有效地保证了二次衬砌的厚度。
    5.1.2及时封闭仰拱
    据量测,在一次混凝土初期支护完成后,隧道拱顶下沉约12-16cm。为避免继续变形,应及时封闭仰拱混凝土。仰拱与马口之间的距离保持20cm为宜,不能偏大。仰拱采用半幅施工法,保证上下导坑作业的进行。当半幅施工30cm左右,再换至另外半幅。
    5.1.3及时封闭二次衬砌永久支护
    一次衬砌封顶时,受工作面的限制,可能造成封顶混凝土不密实。而两侧拱腰处向内挤的压力很大。如果不及时施作二次衬砌永久支护,容易在拱顶造成裂缝。针对以上情况我们在施工中每个洞口配备了1台边顶拱式混凝土衬砌钢模台车,二次衬砌施工与上下洞口同时作业。
    5.1.4加设锁脚锚杆
    在拱脚处每侧加设2根锁脚锚杆,锚杆为φ40钢管,长2m,垂直于拱脚外侧面打入土中1.5m。剩余0.5m与一次衬砌混凝土浇筑在一起。
    5.2预防塌方
    在开挖过程中,应遵循短开挖、强支护的原则,随时观察土质情况,发现土质疏松、节理发育时,加设调整循环进尺,同时加密管棚钢管数量,及时跟进一次衬砌,缩短开挖与衬砌之间时间间隔。如发生塌方,必须用同强度等级的混凝土填塞密实。
    6、结论
    黄土隧道采用正台阶先拱后墙、拱部环形、保留核心土法开挖有以下优点:
    (1)与锚喷法施工比较,有施工速度快,安全,节约投资的优点。单口平均月进尺90m,最高单口月进尺120m。
    (2)可以有效控制塌方、拱部沉降与收敛,使隧道各部的尺寸达到设计要求,保证永久支护混凝土厚度。


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