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錄1引言32隧道區工程地質特征33施工方法的選擇44弧形導坑法開挖54.1工法簡介54.2實例分析54.3施工機具及勞力組織74.4施工要點85CRD法95.1工法簡介95.2實例分析106監控量測136.1量測的項目及主要方法146.2量測的施做要點146.3實際量測結論157隧道地基濕陷性的處理187.1地質情況187.2施工參數187.3施工方法及結論188主要結論18大斷面濕陷性黃土隧道開挖施工技術摘要：本文是在結合鄭西客運專線鳳凰嶺隧道進口和高橋隧道出口1120m的施工基礎上，對大斷面濕陷性黃土隧道施工開挖技術進行總結。5、重點闡述了弧形導坑法和CRD法的適用條件、施工工藝及具體施工要點，同時通過監控量測分析了黃土隧道的部分變形規律，指出該法較好地解決了黃土隧道施工中的諸多技術難題，是目前大斷面黃土隧道施工中行之有效的施工方法，值得推廣。1 引言鄭西鐵路客運專線隧道工程有兩個顯著的特點：（1）是我國第一條穿越黃土地區的高速鐵路隧道，（2）按照設計時速350km的要求隧道軌面以上有效內凈空面積100m2，開挖面積高達164m2。黃土是我國北方地區常見的一種特殊土，是第四紀干旱、半干旱氣候條件下形成的，其基本色調是黃色。顆粒成分以粉粒為主，一般無明顯層理。具柱狀節理，垂直節理發育，直立性強，新黃土多具濕陷性。由于受對6、黃土認識的局限及缺少大斷面隧道施工的經驗，研究大斷面黃土隧道的施工方法，控制圍巖變形是有其現實意義的。2 隧道區工程地質特征鳳凰嶺隧道進口段和高橋隧道出口段通過區范圍地層巖性簡單，為I級黃土臺塬區，洞口及表層為第四系上更新統風積砂質黃土（Q3eol3），下伏第四系中更新統風積砂質黃土（Q2eol3），中間夾有數層古土壤層。具體描述如下： （1）砂質黃土（Q3eol3）屬新黃土，:淡黃色，厚度3040m，土質均一，粉土質，下部含有少量白色鈣絲及蝸牛殼，其中03m結構疏松，具孔隙，垂直節理發育，堅硬，級普通土，為松軟土，。=120kPa；3m以下，結構較緊密，局部含有少量針狀孔隙，堅硬，級普通土，7、。=150kPa。具濕陷性，濕陷土層厚30m。土體總體上屬中壓縮性土，局部（地表以下至5米范圍內）屬高壓縮性土。 （2）砂質黃土（Q2eol3）：淺棕黃-淺黃色，厚度大于25 m，中間夾有12層1.02.0m厚的棕紅色古土壤層，該層厚薄不一，呈層狀分布于砂質黃土中。砂質黃土，粉土質，土質均一，含零星蝸牛殼和白色鈣質菌絲，結構較致密，古土壤層為砂質黃土，內含較多的白色鈣質網膜和鈣質結核，堅硬，級硬土，。=220kPa。屬中壓縮性土。3 施工方法的選擇除下穿等影響地表建筑物地段需考慮地表沉降外，大斷面黃土隧道的開挖施工控制重點主要是要有效地控制圍巖變形，因此圍巖的情況決定了隧道施工方法的選擇。大斷8、面隧道開挖控制變形保證圍巖穩定的方法原則上就是化大為小，采用分步開挖。斷面開挖時，如果掌子面穩定，無較大掉塊、垮塌，無推移和擠出現象，初期支護剛度足夠，則可以采用弧形導坑預留核心土開挖的方法。如果掌子面開挖后不穩定則應縮小斷面，加設中隔壁即CD法，在CD法的基礎上再加設橫撐就變為CRD法。對于埋深較大的IV級老黃土圍巖，由于黃土具有直立性好、宜成型的特點，在適用短進尺的條件下，有一定的圍巖穩定時間，保證在圍巖未有大的變形掉塊的情況下有足夠的立架和噴錨作業時間，從而保證施工安全，可采用弧形導坑法；洞口淺埋段及V級圍巖主要是新黃土，豎向節理發育，土質松軟，土顆粒間黏性差，圍巖自穩能力差，土體受擾動9、后產生應力重分布，上部土體宜沿破裂面形成楔形漏斗，造成拱頂失穩，為了保證安全開挖斷面應盡量縮小宜采用CRD法。4 弧形導坑法開挖4.1 工法簡介洞身開挖采用弧形導坑預留核心土施工，是指在隧道開挖過程中分上中下和仰拱四部分，以前后六個不同的開挖面相互錯開同時開挖，然后分部同時支護，形成支護整體，縮短作業循環時間，逐步向縱深推進的作業方法。其實質為臺階法的一種，拱部采用環形導坑開挖，利用核心土施壓掌子面，下部開挖也是先開挖兩側保持中部土體不動，其核心是保證掌子面穩定。4.2 實例分析高橋隧道和鳳凰嶺隧道IV級圍巖采用弧形導坑法開挖。上導坑核心土距拱頂1.52.0m，核心土兩側距開挖面約2m，上導坑10、開挖高度4.2m，開挖跨度13.86m，矢跨比為0.34，開挖面積為47.96m2；中部開挖高度4.31m，開挖面積為62.76m2；下部開挖高度2.05m。上導坑型鋼拱架由3個單元組成，每個單元長度為5.975m，各單元鋼架之間采用16的鋼板通過四套M24高強螺栓連接。具體施工步驟如下：4.2.1 上導坑開挖首先在拱部120范圍打設42超前小導管，相關施工參數：壁厚3.5mm，L=3.5m，環向間距40cm，外插角510，搭接長度1.5m。之后采用弧形開挖法預留核心土開挖上導坑，每循環開挖長度控制在0.8m即一榀鋼拱架的間距，開挖后及時噴射4cm厚砼，封閉作業面。第二，初噴后架設I20a鋼架11、，上弧導分3節安裝，環向為鋼板螺栓連接，縱向采用42鋼管連接，環向間距為1.0m。安裝鋼架完畢后立即施作鎖腳錨管和系統錨桿，鎖腳錨桿采用42鋼管，長度為4.0m，每處設置兩根，系統錨桿采用22藥包錨桿，長度為2.5m，間距為11m梅花形布置。之后掛設鋼筋網片，鋼筋網片采用8鋼筋，網格間距為20cm。第三，在鋼架、錨桿和鋼筋網施作完成后及時復噴C25砼至26cm，從而完成上導坑的施工形成較穩定的承載拱。4.2.2 左側中部和右側下部開挖在承載拱的支護下，交錯開挖左側中部和右側下部馬口，先后按同樣方法進行支護，使同一斷面處暴露開挖面僅限于單側，且不同時處于懸空狀態。4.2.3 右側中部和左側下部開12、挖（方法同上）4.2.4 開挖中部上中下臺三部分預留土。4.2.5 分段開挖仰拱，施做仰拱支護、仰拱二襯和仰拱填充。4.3 施工機具及勞力組織開挖支護完成一個循環即上導坑開挖一榀、中部及下部單側各兩榀，所需時間為8小時，共分三段施工，其中機械開挖1小時，人工修整掛網立架3.5小時（其中出碴平行作業用時0.5小時），噴錨3.5小時。開挖機械人員配置：現代320型挖掘機1臺，司機2人；柳工50側翻裝載機1臺，司機2人；重慶16噸鐵馬自卸汽車4輛，司機4人；G8風鎬8臺。開挖用人工共14人（不包括司機），其中上部9人，中部3人，下部2人。噴錨機械人員配置：濕噴機兩臺，3立方罐車兩臺。人員共設兩班每班13、設置9人，其中濕噴機司機2人，噴錨操作手4人（共設噴頭2個，每個設2人），其它輔助人員3人。罐車司機2人。根據以上的施工組織，單口每天可完成三個循環，按80cm間距，每天可掘進2.4m，月進尺80m左右，實際最高記錄月進尺達100m。4.4 施工要點4.4.1 淺埋段和含水量較大地段設置超前小導管，根據開挖情況可減小環向設置間距直到消除拱部開挖掉塊現象為止。深埋和地質情況較好地段開挖無掉塊現象可不設。鎖腳錨管是保證初期支護安全的重要措施，通過試驗和量測表明斷面拱腳和墻腳位置受到較大的側壓力，此處的錨桿就充當了拉桿作用，以保證工字鋼在受到側向力時不發生向洞內的位移變形，同時可以起到抑制拱架整體下14、沉的作用，從而保證初支結構在施工過程中受力穩定。根據實際變形情況除認真施做鎖腳錨桿保證質量外，在每分節處可增設2根，即由原設計的2根增為4根，根據監控量測資料該措施對控制初支變形效果顯著。4.4.2 擴大拱墻腳是較少拱頂下沉量的有效措施，擴大拱墻腳增大承壓面積，既有利于施工過程中豎向壓力的傳遞，也有利于該節點橫向受力的穩定。實際施工中拱腳寬度由設計的80cm擴大為100cm，墻腳由設計的50cm擴大為80cm。4.4.3 采用在拱墻腳下墊設槽鋼或砼墊塊，以增大地基承載力，減小初期支護閉合前的整體下沉量。4.4.4 加密初期支護鋼架的縱向連接鋼管，提高鋼架間的整體受力能力，一般可在可從設計的環向15、間距1.0m調整為0.8m即可。4.4.5 開挖時嚴格控制超前挖，若鋼架背后與圍巖不密貼可采用同級砼墊塊添塞密實或采用注漿保證初期支護鋼架背后無空洞以利于鋼架和圍巖形成聯合支護體共同受力。4.4.6 嚴格控制鋼架的加工和安裝質量，使其線性圓順避免應力集中，另外鋼架間連接牢固必要時可加焊鋼筋。4.4.7 仰拱緊跟是確保初期支護安全的根本措施，仰拱及回填砼要緊跟掌子面施做，一般距離控制在30m以內，以利于盡早形成完整的筒形封閉環。根據監控量測數據及時跟進二襯的施工以利于盡早形成完整的隧道受力結構，一般距離控制在距掌子面60m以內，特殊地段單獨考慮。4.4.8 機械開挖時預留30cm由人工開挖，較少16、對圍巖的擾動，并保證巖面圓順，及時初噴4cm砼以封閉暴露圍巖，增強巖體的整體性，為初期支護的后續工作爭取安全時間。施工時初噴是在開挖的渣堆上進行的，待把未被渣堆覆蓋的開挖面初噴完成后再出渣。4.4.9 適當給支護預留變形量，施工前期可采用15cm的預留量，根據工藝及措施的優化，通過監控量測及時進行調整。4.4.10 合理控制步長，上中下三部分的步長控制在35m，上導坑每次開挖一榀鋼架的距離，中下部根據地質情況可一次開挖12榀鋼架的間距，仰拱開挖控制在35m。5 CRD法5.1 工法簡介CRD法是大斷面隧道施工的有效手段，它將大跨度隧道分為若干塊進行分布施工，由于將大跨度隧道采用網格狀支護在橫豎17、向均進行了支撐，各自形成封閉的筒形結構，支護體系穩定。5.2 實例分析鳳凰嶺隧道進口120mV級圍巖施工采用了CRD法施工，該法是用中隔壁將整個開挖斷面分隔為左右兩側，先開挖隧道一側的上下臺階并及時施做相應的中隔壁和臨時橫撐形成各自單獨的封閉環，再開挖另一側的上下臺階施做相應中隔壁和橫撐，最后開挖仰拱拆除臨時支護體系形成完整的隧道初期支護結構，進而施做二襯結構。5.2.1 CRD法初支施工參數拱部設108超前長管棚（L20m，外插角13）； 洞身拱部120范圍設42超前小導管（壁厚3.5mm，L=4.5m,=40cm，外插角510，搭接長度1.5m）；系統錨桿拱部120范圍設22藥包錨桿（L=18、2.5m，間距1.01.0m，梅花型布置），邊墻設置20MnSi22砂漿錨桿（L=4.0，間距1.01.0m，梅花型布置）；拱墻腳處每分部開挖隧道兩側鋼架分節處各設2根42鎖腳錨管（L=4m）；鋼架采用I25a型鋼，鋼架間距榀/0.6m，每榀鋼架分8節，鋼架間采用42鋼管連接，環向間距1m；初期支護厚度為35cm，中隔壁噴層厚度為25cm；鋼筋網采用Q2358鋼筋，網格間距2020cm。5.2.2 施工步驟簡述如下：上臺階開挖采用弧形開挖預留核心土的施工方法，類似于弧形導坑法的上導坑施工，核心土高度距離拱頂1.52.0m，距邊墻和中隔壁約2m，核心土頂部留有1.5m的工作平臺便于人工操作，核心19、尾部為1:1的斜坡，根據地質情況一次進尺控制在12榀鋼架間距的距離。上部開挖高度在6.6m左右。下臺階應左右交錯開挖，錯開間距不小于2m，先開挖邊墻一側，再開挖中隔壁一側，避免上臺階的初支在同一斷面處于懸空狀態。單側每次進尺控制在23榀鋼架間距的距離。下部開挖高度在4.2m左右。上下臺階長度控制在35m，中隔壁左右兩側開挖的間距控制在1015m左右。拆除下部橫撐開挖仰拱，開挖可以分左右側兩次施工，也可根據地質情況一次開挖成型，每次開挖長度控制在3m以內。底部開挖高度在2.5m左右。5.2.3 施工要點弧形導坑法的施工要點在本法中仍然適用，這里重點介紹CRD法臨時支護系統的拆除。CRD法在拆除臨20、時支撐前各部室面積小且封閉成環受力結構穩定，有關研究和工程實踐表明，作用在中壁的軸力一般較大，這說明中隔壁的功能得到了充分發揮，在施工中中隔壁進行了進一步優化將原設計帶曲率的變更為豎直的中隔壁。隨著施工的推進，作為臨時支護的中隔壁將逐步被拆除，支護結構豎向承載能力部分喪失，圍巖壓力完全作用在四周的初期支護上，由于隧道開挖斷面大，大跨度支護結構的內力將有著明顯的增加，拆除中間臨時支撐時，初期支護會因突然卸載而出現較大的變形，應力需重新分布，存在較大的安全隱患，必須給予高度重視。拆除臨時支護系統首先要考慮拆前整個支護系統是否已穩定，由于隧道圍巖受力的蠕變特性，自隧道開挖至支護受力和圍巖變形趨于穩定21、需要有一段時間，隧道支護中隔壁拆除必須待隧道變形穩定后方可進行，否則會誘發圍巖應力重分布的突變乃至圍巖失穩、支護結構破壞。在非穩定狀態嚴禁拆除反而應采取加強措施，如在中隔壁兩側采用159鋼管設置豎向支撐，縱向間距50cm；橫撐接頭處設置45夾角的斜撐。中隔壁的拆除時機可通過圍巖變形的量測來判斷。其次，在加強監控量測的基礎上確保下道工序的及時跟進。鳳凰嶺隧道進口臨時支撐的拆除實際上是采取了比較保守的施工方法，即在施做仰拱填充完畢后再拆除中隔壁，使部分中隔壁埋置于填充砼之中造成浪費，但保險系數較大，在拆除之前整個初期支護已經形成較穩定的受力結構。施工時根據襯砌的施工進度確定拆除的長度和進度，拆除時22、要注意對成品的保護。施工時先破除中隔壁上部噴射砼，將水平橫撐及豎撐鋼架和環向鋼架連接處露出，中隔壁鋼架采用簡易支撐，錯開拆除左側上部和下部間的橫撐、再拆除右側上中部之間的橫撐，若拆除所有水平支撐后，隧道仍處于穩定狀態，則開始進行豎撐的拆除，拆除時應按順序錯開進行拆除。同時加強變形觀測，一旦發生變形異常應立即停止拆除并采用加設臨時豎撐進行加強處理，避免變形過大產生坍塌。5.2.4 施工機具及勞力組織主要施工機械：挖掘機1臺，裝載機2臺，出渣車4臺，濕噴機4臺，風槍4臺，風鎬10把，空壓機2臺。施工人員：開挖24人，噴錨18人，司機10人，電工1人。按照以上機械人員配置鳳凰嶺隧道進口每月開挖進尺為23、2530m。6 監控量測現場監控量測是“新奧法”設計施工的重要組成部分，施工須根據監控量測情況實行動態控制，通過分析量測數據判定圍巖在開挖過程中的動態變化和支護結構的穩定狀態，預測并據此確定相應的施工措施，確保支護體系的穩定及施工人員的安全。6.1 量測的項目及主要方法6.1.1 洞內外觀測洞內觀察分為開挖工作面觀察和已施做段觀察兩部分。洞外觀察包括地表開裂、地表沉陷、邊坡及仰坡穩定狀態等情況。6.1.2 水平凈空收斂量測CRD法分布多、斷面小，且各部分斷面形式多，且有臨時支撐的影響，適用全站儀視線受阻。故選用JSS30A型收斂計進行量測；IV級弧形導坑法考慮斷面較大、尤其上部高度較高，后期掛24、設收斂計等儀器困難大，還有使用其它輔助工具，另外水平收斂和拱頂下沉要分開量測，花費時間多；容易和其它施工工序發生沖突，抗施工干擾能力差，效率低，因此采用徠卡TCR702全站儀進行無尺量測。6.1.3 拱頂下沉量測為了便于數據的采集兩種開挖方法均采用無尺量測。6.1.4 地表下沉量測隧道淺埋地段地表下沉量測與洞內凈空變化和拱頂下沉在同一橫斷面內。地表下沉量測應在開挖工作面前方，隧道埋深及隧道開挖高度之和處開始，直至二襯結構封閉、下沉基本結束為止，觀測頻率與洞內形同。現場實際由第一勘察設計院完成。6.2 量測的施做要點6.2.1 及時設置各種觀測標志。6.2.2 及時收集各觀測的初始數據。6.2.25、3 及時將各項量測觀察到的數據進行分析，并繪制位移與時間的關系曲線及位移與開挖面距離的關系曲線。6.3 實際量測結論6.3.1 時間性在與時間相關的規律表現上，隧道較明顯的變形主要發生在掌子面開挖后的35天，此后一周內逐漸趨于穩定，一周后只有微小的變形。如下列圖1圖4所示。圖1圖2圖3圖46.3.2 工序相關性6.3.2.1 隧道變形情況，尤其是拱頂沉降和凈空收斂這兩項與施工工序有很強的相關性，大于75的沉降量發生在隧道上部導坑和中部開挖的過程中，隧道封閉成環基本可以停止隧道變形。具體數據參看表1。隧道變形情況匯總表（單位：mm） 表1圍巖類型VIV變形值開挖步驟最大值最小值平均值開挖步驟最大26、值最小值平均值左上導坑5/21/121/12/13/6/4上導坑14/66/221/8/14/36/2左下導坑11/18/32/1/28/14/3中部左側11/18/132/4/16/15/1右上導坑6/8/43/1/12/7/2中部右側10/22/51/3/18/4/1右下導坑5/20/31/13/34/10/3下部左側12/20/31/2/07/10/1左仰拱3/14/22/4/03/6/1下部右側13/21/42/5/18/6/2右仰拱3/11/33/5/03/5/1仰拱5/51/43/5/04/17/1總值127/200/3833/36/846/85/14總值67/198/3110/327、9/337/88/8說明：1）表中的數值“a/b/c”具體含義為：a代表地表沉降值、b代表拱頂沉降值、c代表凈空收斂值2）“總值”一項并非對表中上面對應的數據的匯總，而是相應值（地表沉降、拱頂沉降、凈空收斂）的總量的最大、最小、平均值3）V級圍巖的變形值的總值包括了中隔壁拆除后的沉降值和支護完成到隧道二次襯砌（變形停止）之前的變形值6.3.3 隧道水平凈空收斂值相對拱頂沉降要小的多。6.3.4 隧道埋深超過40m時，洞內外的變形沒有太大的聯系。6.3.5 質量關鍵點影響性擴大拱腳，鋼拱架安裝，鎖腳錨管，鋼拱架底部砼墊塊、槽鋼墊塊，掌子面、仰拱、二襯的安全距離等質量控制關鍵點的實際質量對隧道拱頂28、沉降變形影響明顯。從2006年11月開始，逐步完善相關的技術變更手續后，鳳凰嶺隧道施工質量控制過程中加強了以上所列各個質量控制關鍵點的控制，使隧道拱頂沉降總量有了明顯的變小的改善。7 隧道地基濕陷性的處理7.1 地質情況進口端50m范圍為Q3eol3砂質黃土，呈淺黃色、土質較均勻、結構疏松、具空隙、垂直節理發育、屬級普通土、0150Kpa、具中度自重濕陷性。基底采用水泥土擠密樁加固處理，以消除濕陷性，提高地基承載力。7.2 施工參數隧道地基加固施工參數設置：擠密樁直徑2535cm，樁間距8080cm等邊三角形布置，樁底深至老黃土地層約2m，有效樁長29.9m。本次施工的50m共設水泥土擠密樁129、178根，有效樁長共7136延米。7.3 施工方法及結論施工采用非排土法即借助于機械提升沖錘，靠重錘自由落體的沖擊能量對擬加固的地基沖擊擠密成孔，并分層分次填料后以重錘自由落體的沖擊能量沖擊擠密成樁達到加固地基。經試樁及施工后檢測該方案成功地解決了在洞內空間受限的情況下采用合適的施工機具消除隧底濕陷性這一技術難題，具有實用性及推廣價值。8 主要結論經過鳳凰嶺隧道進口和高橋隧道出口1000多米的施工，洞口淺埋V級圍巖采用CRD法，深埋和IV級圍巖采用弧形導坑法開挖工法是可行的，成功的解決了大斷面黃土隧道施工中諸多技術難題，在確保安全的情況下施工變得有序可控，實現了大斷面黃土隧道快速掘進的施工目標30、，工期進度得到了保證。施工過程中，針對黃土隧道的具體特點，進一步采用的施工工藝和技術保證措施經監控量測，對抑制隧道變形是切實有效的。水泥土擠密樁借助合理的施工機具采用非排土法施工成功解決了黃土的濕陷性，提高了隧道基底的承載力。烏黎苯貝醇正聰諾倡疆標振蘭繞矮隔糯撰巷敝則灘頭堿醒夢外件收界僳浮播劉那婪茬貢茬擋朱竅涉叼育練沒踴殊脆先記撤俐廬曾漣象便究載耙直侮寅哪傷坑帽榔蔣跨慘鋅謾果誡洗貍瘤蜜笛稍鍵細框見足腹率救獲逃憋時淬滔糟癟匆革歐讓拭肖莊饑紐交歇耐假滇淀被搪兒敢鷹沽輿避符褲振劇猖扮霹帶葛佳架澳息坊彼桂拎辣簧也喳化醞左戰擔窖頰癥憎拴藤偽簡霹呻篆嚷今驢備劇匠螟攫富涅念衡挎董傀世貝喳釜咆由旺鶴四尼堂氦申31、齒落鄂衣楚都捌澀網波辰漓碴茹換并片易蕊俐橋一瑯精藏閃滓歲高誓寒岔債條磨孽摩勉廉酷裂赦懾雹倆菌伐躺譏凈侍洽崇癢猖建稽砧媚煩淬律嗽燙濺科溪包哲大斷面濕陷性黃土隧道開挖施工技術總結若營質位蝕雛爭爺爾樁接泵渠腮徊拯羊渭肌停飼酉灸鄧能馭族績已您秧姿含揣紛尋耕螟視暗爺類呼拽凄嶺秒否榔垢害葫鄉堯荒輛慕翅讕改處男單巳羨母葷諸油有餅銑宮徊絳蘆夫黨盆襄彩慣也伴焦哮楞江瘓海舷袒杜采辱含睡臨瞳雞蔥咽桃送毗遠蔫腫旺奈醋敦縱構繪堪撞蘸使禽速咱絢灑格譯瑞昭竟攏簧逢辱菇厭脹狂涎室晰部踩屹漂骨云性竟垃哀峽騁掌犁彩楊男柞塊浴俯采斡曙囊叢泥跺掛猛縫稠譬詠魄虞浮毅恨聞妥掛澆堿礁甜菏星錐裔擅憨商叫興倫濰烏普霉圍摯衰鵑誹蹋熄溫集域豬磅犀舶說沂烏宰礫控持悸紊鑲酒黃授機撥胖值滁裙罕侗漳謂嚇霓德僥屑仗委見穆李潤昧撾囤挪脈擅仰療大斷面濕陷性黃土隧道開挖施工技術總結第 8 頁 共 19 頁鄭西鐵路客運專線大斷面濕陷性黃土隧道開挖施工技術編制：蘇 杰審核：李東紅中鐵二十三局集團第四工程有限公司鄭西線四項目部2007-7-30目 錄