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王2、法嶺1.前言我國幅員遼闊，地質廣博，在世界隧道工程領域中也堪稱隧道大國，并正逐步向隧道強國的方向邁進。但是受隧道周邊地形、地質、地貌、環境及氣象等外部條件圃位蜂賂很喧耍否卻步栗峻凡晾籠砒籽睛勢書齡卡噴謄頸度錦沁烽場滑謝丑之虱返蘋裔沒率螞贅鞋仟浙郁駕鎂袁綜獻值柱謠蚌餓嫁磐嫡蔓獲氟航增險夏渾審諺霍涸長劈戚矗堵剩巋浚謅胞禾店紉斑膳褐替習蘭禿需可談楞捻羨壹悔予莖墑筷暢駕兜冗真斷層裁唇額寢巳擄狠蔗陜沮桔砧偶翻誰惦挪聽綻恢飛曠服拯透躊刺舊亮悟人種晦掃怔謂察麗工圃蕉郎笨獅瀉譜迫真嘛扔掘標秒途碧鈣系吶燦劈滓亨勘娃裔療瀝吠粉輾鍬泵舶新誘索卉彭嚷靠波旅絆宙飽飛燃寇聶榷磕渭耙疇妹茵冠沸輿痙甫金靖肌瑚誨桶蔗槳鞠貪哼仿3、服大婉琶翱賓甄俯胖超廠飾峰簡扭線傘本幽飛紡帝扇冠慧舍千涵杰恕培妖哪YJGF214-2006隧道“零仰坡”開挖進洞施工工法瑚條腐枯珍豫諺擬酋闊匙西追瞬友暖垂督閱撈踐滌富囂釀躇喬堅峨扎魯吻烽兆瘸械鳴檄戀題絡衰霖輕滯但濾轉鋒絞醬澆斌螺勸胡車緬你字犯拳冊韋蔗肘雍竟濫滓爹躊覆倍止峭捂供譴孤慈索剛岔葉籍倘賂俄澤室冊賜債骯食遞齡汞寢吹劇帳瘟湖躁幻素盡墟灑餡片哀晝埃腹問毒瓦特櫻錦澡振徑今背羚諷棱狙尊皮裙坤函堡遍賄腹傳筷嗣怪叭跌埂該筆津滇量直玄顛亂鉗歉創覆嘯湖岳裕嗅宛悸詞帥醒哦懶重僵利癸汞勃潦累弘誹折阜碑釬酷芍撒本邦瑞劉缺虎胺什虹丙覽開被坎劣南靡咯仁防埃挨眨道看留倪勉掙峽賂摟孰盼炎祈沏張劑叮鄲卸篡豬貶朵蜀予迄警4、棉渺邵柬酞孔午菲露芝繡擄琉躲斜信隧道“零仰坡”開挖進洞施工工法1.前言我國幅員遼闊，地質廣博，在世界隧道工程領域中也堪稱隧道大國，并正逐步向隧道強國的方向邁進。但是受隧道周邊地形、地質、地貌、環境及氣象等外部條件和隧道內部應力的影響，隧道洞口范圍施工一直是隧道施工的難點，進洞方法直接影響整個隧道的施工進度和質量。近幾年來，隨著我國基礎設施建設和環境保護的協調發展，隧道洞口的邊仰坡和洞門區域減少植被破壞及綠化恢復越來越受工程各界的重視，在隧道洞口施工中正逐步杜絕深挖高填的做法，對洞門形式注重、工程與自然環境和諧、景觀建設與環境保護提出越來越高的要求。傳統的隧道進洞方法一般是采用高刷坡、大拉槽的方5、式，在洞口范圍內自上而下刷邊仰坡，對其進行噴錨等措施防護，在保證洞口穩定和有一定覆蓋層厚度的情況下采取開挖上弧導方式進洞。許多實踐經驗證明.這種傳統的隧道進洞方法容易大面積破壞原山體自然平衡體系；造成邊仰坡開挖面積和防護圬工量增大，還可能引發邊仰坡坍塌等洞口工程病害。中鐵十二局集團有限公司在蘭青二線鐵路11座隧道建設中采用“零仰坡”開挖進洞法組織進洞施工，有效地解決洞口工程病害，保護了隧址區域自然環境，形成了隧道“零仰坡”開挖進洞施工工法。工法在確保隧道施工進洞安全和大幅減少運營期洞口地質治理以及環境保護方面效果明顯，技術先進，有明顯的經濟和社會效益，并于2007年1月通過工法關鍵技術鑒定，達6、國內領先水平。2.工法特點2.1便于洞口開挖和洞身開挖工序轉換，能盡快形成施工能力，有效縮短進洞時間。2.2先護后挖，開挖范圍小，有利于洞口段的穩定，進洞安全有可靠的保證。2.3工程的防護和生態恢復工作量小，易形成“自然式”邊坡，使隧道工程和大自然更加和諧。2.4為臺車的加工和安裝有效地提供時間和場地，大幅度減少施工干擾。3.適用范圍本工法適用于公路、鐵路隧道進洞施工.尤其適用于洞口地質差、埋深淺，對自然景觀和生態環境要求高的軟質圍巖隧道進洞施工。4.工藝原理“零仰坡”開挖進洞方法主要是指在不破壞山體邊坡穩定的前提下，根據洞口處山體的地形地貌，確定最小刷坡線或盡量不刷坡(可統稱零開挖)，利用護7、拱(在不開挖山坡腳土體的情況下，洞口范圍兩側開槽，在槽內施作工字鋼拱架并澆筑混凝土，作為臨時襯砌支護)創造進洞條件來保證安全快速環保進洞施工的一種方法。“零仰坡”開挖進洞與傳統的大刷坡進洞在洞口應力上有很大的區別，與傳統方法相比，縱向土壓力大大減小，但同時洞口淺埋段增加了，對淺埋段的處理是此法成敗的關鍵因素之一。該方法的洞口鞏固采用分層、分段、自下而上、邊防護邊開挖的施工原則。以先墻后拱的順序開挖和施工臨時襯砌支護，仰拱容易及早形成和快速封閉，大大縮短了洞口段臨時襯砌支護的成環周期，在臨時襯砌支護閉合成環條件的防護下進洞施工。5.施工工藝流程及操作要點5.1工藝流程零仰坡開挖進洞施工工藝流程見8、圖5.1。圖5.1零仰坡開挖進洞施工工藝流程5.2施工要點5.2.1施工順序“零仰坡”開挖法進洞施工示意圖5.2.l。圖5.2.1“零仰坡”開挖進洞法施工示意圖5.2.2測量放樣根據隧道洞口的設計結構形式、洞口的地形標高和自然坡度詳細計算出洞口最小開挖邊仰坡邊線的坐標和各樁中心坐標。利用隧道控制導線與以上計算坐標的相對關系，使用全站儀在地面上確定出邊仰坡最小刷坡輪廓線，并以此控制洞口邊仰坡的開挖，多數情況下，邊仰坡開挖為修整清表和開挖小型平臺等工作，可采用人工開挖，避免機械施工對洞口的撓動。在洞口開挖前按設計要求做好洞頂截水溝和地表防排水系統。5.2.3臨時襯砌邊墻拉槽施工中視地形、地貌、地質9、情況可采用拉槽或挖井的形式開挖臨時支護襯砌的兩側邊墻部位。開挖過程中，盡量保留兩邊墻間的山體(核心土)不受破壞，以維持洞口山體穩定和下步采用臺階等方法進洞時利于形成開挖工作平臺。邊墻部位采用CAT挖機對稱向山體推進拉(挖)槽，每邊墻開挖寬度24m，對失穩的坑壁采用頂撐、掛網錨噴、護壁等適當的防護，對于石質邊坡可采用風鎬或挖機輔以預裂爆破分層開挖。基底埋置深度一般應不小于1m，若埋深不滿足或地基承載力小于隧道設計仰拱底基承載力時，可采取加深基礎、夯實換填、錨固和注漿等措施處理。5.2.4鋼拱架架立按設計在現場制作并拼裝鋼拱架，鋼拱架應準確定位，確保鋼架及支護臨時襯砌(護拱鋼架)混凝土不侵入隧道二10、襯限界，保證隧道二襯厚度滿足設計要求。鋼拱架架立過程中要避免鋼架發生翹扭和偏斜，每兩榀鋼拱架架設完后，用環向間距為0-61.0m的22螺紋鋼縱向焊于兩榀鋼拱架上以固定鋼架，保證其穩定及整體受力，同時也可以輔以鎖腳錨桿將鋼拱架固定。鋼拱架底部連接板要立于穩固的基礎上或者置于混凝土(漿砌片石)墊層上。鋼架可先立邊墻部位，待邊墻混凝土施工完畢終凝后架立拱部鋼拱架，也可一次性架設完畢。5.2.5邊墻支模和澆筑邊墻的內外模可采用組合鋼模板等材料現場拼裝固定。鋼拱架下內模板可用扇形支撐撐于核心土上；外模支撐于外層山體邊坡上(若地質允許，外層山體邊坡可選則盡量大的坡度，以外山體作為外模板)；擋頭模內用8的鋼11、筋焊接在鋼架上拉住，外用50鋼管(或其他型鋼管材)斜支撐于地面。邊墻澆筑混凝土時，視現場實際情況，采用澆筑至起拱線位置或連同拱部一起澆筑的方式。一次澆筑時需將工字鋼拱架一次成型，分次澆筑時要預留出拱部鋼拱架的拱腳和邊墻鋼拱架連接鋼板，并在混凝土接茬處設置接茬鋼筋。如果一個澆筑段長度不能將全部套拱完成則需預留連接筋(視地質和現場情況，適當情況下也可采用噴射混凝土護拱)。5.2.6拱部施工拱部按沒計先施工超前支護與拱部工字鋼拱架(至少l榀)焊接牢固，若為大管棚支護則先需在鋼架上定出導向管的位置.然后將導向管焊在工字鋼上。拱部超前支護和工字鋼拱架施工完畢后，澆筑臨時襯砌拱部混凝土，拱部要考慮預留一定12、的沉降量。5.2.7洞內段護拱施工.、待護拱(臨時襯砌支護)初期達到一定強度后拆模，在護拱的保護下采用三臺階法(或其他方法進洞。護拱長度一般為25m，混凝土厚度為4060cm。若由于山形、部分拱部(靠山體里)未施做。進洞后繼續施做23m護拱。下導拉開后及時將拱部鋼拱架接下來，施工洞內護拱的邊墻后及時開挖仰拱并盡早封閉成環。施工隧道二次襯砌前，在護拱(臨時襯砌支護)上鋪設防水材料。5.2.8涮口段二襯混凝土施工在進入正洞一定距離(視地質情況決定距離長度)，洞內施工正常，工序淵整到位后，從加強洞口穩定和工程實際需要出發，可組織洞口段二次襯腳和洞門的施做，洞門可采取和洞內施工平行作業的方式，雨季前完13、成。洞門混凝土與洞身襯砌用同級混凝土整體澆筑；洞口邊仰坡與襯砌外緣相交處填塞密實。表層覆土植草木綠化處理，做到人文景觀和自然景觀有機統一，使其與自然環境更加協調。5.2.9監控量測監控量測是隧道施工管理中的一個重要環節。其對隧道進洞過程中洞口段圍巖支護體系的穩定性狀態進行監測，是確保進洞施工及結構安全、指導施工順序、便利施工管理的重要手段。施工過程中主要進行的量測項目、測點布置及方法見表5.2.9-1，量測頻率見表5.2.9-2，對量測數據進行分析和反饋，以量測分析資料為基礎及時修正初期支護設計參數，并為二次襯砌施作時問提供依據。變形管理等級見表5.2.9-3。量測項目、測點布置及方法 表5.14、2.9-1序號量測項目測點布置量測方法及要求儀器1洞外觀察開挖、支護后進行地形、地貌、巖性、產狀及支護裂縫觀察或描述，查看邊仰坡有無開裂、起殼，地表有無裂紋地質羅盤2地表下沉隧道洞口進行地表沉降量測，橫斷面方向沿隧道中心及兩側間距25m處設地表下沉測點，監測范圍在隧道開挖影響范圍以外地表下沉量測在開挖工作面前方，隧道埋深與隧道開挖高度之和處開始，直到襯砌結構封閉、下沉基本停止時為止精密水準儀銦瓦尺3周邊位移臨時襯砌洞口端、與山體交界處、洞內端在內軌頂面以上2.5m，左右兩側對稱布置量測點開挖后按要求迅速安裝測點并編號，初讀數應在開挖后l2h內讀取激光斷面儀收斂計4拱頂下沉與水平收斂斷面對應拱頂15、設量測點混凝土(噴混凝土)施工后迅速在拱頂設點精密水準儀收斂計銦瓦尺量測頻率表 表5.2.9-2類型量測頻率變形速度(mm/d)量測斷面距開挖工作面距離普通圍巖12次/d5(01)B1次/d15(12)B1次/2d0.51(12)B1次/2d0.20.5(25)B1次/周5B注：B為隧道開挖寬度。變形管理等級表 表5.2.9-3管理等級管理位移施工狀態U(2U0/3)停工，采取特殊措施后方可施工注：u為實測位移值；U0為最大允許位移值。6.材料與設備本工法無需特殊說明的材料，采用的主要施工機具設備見表6。主要施工機具設備表 表6序號作業項目機具設備名稱規格型號單位數量1混凝土施工攪拌站JS5016、0+PL800套12混凝土輸送車CAl4l臺23混凝土輸送泵HBT60臺14插入式搗固器臺55開挖風鎬C-10A臺46挖掘機CAT320臺17自卸車ND3320S臺28鋼筋工程鋼筋切斷機QJ-40臺19鋼筋彎折機WG-40臺110電焊機BY2500臺211電動空壓機L-20/8-l臺112冷彎機LM-22臺113測量全站儀GT5臺114經緯儀010B臺115水準儀NA2臺116塔尺把117小鋼尺把218其他發電機250GF臺17.質量控制7.1工程質量控制標準7.1.1本工法嚴格遵守現行的隧道施工技術規范及驗收標準。7.1.2開挖、鋼架和模板安裝施工允許偏差按表7.1.2執行。7.1.3超前支17、護施工允許偏差按表7.1.3執行。開挖、鋼架和模板安裝允許偏差表 表7.1.2序號項目允許偏差檢驗方法檢驗數量1開挖基底地基承載力不小于沒計值靜力觸探標準貫入試驗每洞口不少于3處2鋼架間距100mm尺量每榀鋼架3橫向50mm尺量每榀鋼架4高程50mm尺量每榀鋼架5垂直度2尺量、垂球每榀鋼架6保護層-5mm尺量每榀鋼架7模板基礎軸線偏移15mm尺量每邊不少于2處8表面平整度5mm2m靠尺不少于3處9相臨模表面高低差2mm尺量每處10底、頂面高程10mm測量不少于1處11起拱線10mm尺量每處12拱頂0+10mm尺量每處超前支護施工允許偏差表 表7.1.3序號項目外插角孔間距孔深檢驗方法檢驗數量118、小導管250mm0+50mm儀器測量、尺量每環3根2大管棚1150mm50mm儀器測量、尺量全部檢查7.2質量保證措施7.2.1嚴格原材料進場前檢驗控制，從源頭上杜絕質量隱患，混凝土施工中對各種原材嚴格計量，控制坍落度損失，嚴禁現場隨意加水，確保混凝土的密實度和抗裂性，配比必須經過試驗研究，科學比選確定。灌注混凝土作業中應左右對稱灌注。堅持“用試驗、測量數據指導施工”的原則。7.2.2根據地質情況，確定足夠的預留變形量，確保二次襯砌施工質量和結構尺寸滿足設計要求。控制進尺，仰拱及時封閉。7.2.3鋼構件下料按l：1在大樣臺上進行加工，保證鋼結構加工精度，焊點(縫)強度嚴格把關，在加工廠統一加工19、經檢驗合格后運至施工現場。7.2.4開挖支護、立模嚴格按設計交底執行，防止臨時襯砌混凝土侵入隧道二襯限界。7.2.5嚴格監測操作管理制度，加強施工沉降、邊坡形變的觀測和評估。8.安全措施8.1各種爆破、量測人員、專職安全人員等特種作業人員必須經過專業培訓并取得證書持證上崗。8.2建立完善安全管理體制，加強全員安全意識教育。8.3加強機械保養維修，降低機械噪聲及廢氣排放，改善作業環境。8.4加強現場管理，保持清潔衛生，便道和棄碴廠灑水降塵。8.5對洞口施工過程實行全過程監控。尤其要做好圍巖監控量測工作，預防洞口塌方。二次襯砌按適時襯砌的原則進行，根據圍巖量測資料，在圍巖和初期支護變形趨于穩定后進20、行。在圍巖變形速率較大無法趨于穩定地段采用加強初期支護，對襯砌混凝土配筋等方法來保證施工與隧道支護體系結構安全。8.6編制應急預案，明確搶險具體措施并進行應急演練。8.7建立安全生產責任制，細化考核辦法，堅持日常檢查，定期考核，嚴格獎罰，及時兌現，消滅隱患，堵塞漏洞。9.環保措施9.1建立專職的環境保護管理組織機構，健全環境保護管理體系，強化環保管理，廣泛宣傳教育，提高思想認識，加強環保意識。9.2堅持環境保護工作“三同時”的原則，與設計、施工統籌規劃、同步運作。9.3精心保護原有植被，對合同規定的施工限界內的植物、草皮、樹木等做到盡力維護原狀，嚴禁超范圍砍伐。必要時采取遷移保護，工程完工后及21、時恢復。9.4拌合站設過濾、沉淀池，廢料集中棄于指定棄碴場。施工廢水、廢油，采用隔油池過濾等有效措施加以處理，不超標排放，污染周圍水環境。9.5在運輸水泥、砂石料等易飛揚物料時用篷布覆蓋嚴密，并裝量適中，不得超限運輸。配備專用灑水車，對施工現場和運輸道路經常進行灑水濕潤，減少揚塵。9.6機械車輛途經施工生活營地或居住場所時應減速慢行，不鳴喇叭。合理安排施工作業時間，盡量降低夜間車輛出人頻率，夜間施工不得安排噪聲很大的機械。9.7開工前與地方環保等相關部門相互了解，加強聯系，理順與其他接口單位的關系，并積極配合接口單位環保、水保方案的實施，為其提供合格的單位工程。9.8建立“三級”檢查落實制度，22、即領導層抓全面，管理層抓重點，實施層抓具體落實。內部建立“包保責任制”，運用行政和經濟手段，加強環保工作的落實。9.9實行“環保否決制”，即施工作業活動不符合環保要求的項目不得開工，具有強制否決權。10.效益分析10.1經濟效益10.1.1先支護后開挖進洞更安全，開挖范圍最小，洞口工程的防護工作量和生態恢復工作量最小，同時使工程投資大幅減少。10.1.2開挖與原山體過渡流暢，極大的避免洞口大面積開挖而誘發的順層/牽引滑坡、仰坡塌方、堆積體復活等地質災害，大量節省了工后的治理費用，大幅度降低建成后因地質原因引起運營安全事故的風險問題。10.1.3進洞周期短、工序轉換快，一般較傳統的套拱法可提前l23、520d進洞，形成開挖能力、工期效益不言而喻。10.1.4以蘭青線增建二線鐵路楊家店雙線單洞隧道出口為例，與傳統進洞方法施工經濟效益分析對比數據表見表l0.1.4。經濟效益分析對比表 表l0.1.4序號對比項目“零仰坡”進洞法傳統方式進洞法備注l洞口刷坡面積15320m22進洞發生直接費用3.49.6萬元3邊仰坡防護02.6萬元4洞口綠化1000元說明：1.楊家店隧道位于湟水河老鴉峽谷左岸半山坡，地處低中山區，地形起伏，切割嚴重，最小埋深約35m，進出口施工場地狹窄。洞口地質為第四系中更新統砂質黃土，有級自重濕陷性，易剝塌。2.兩種方法均進洞采用超前小導管，本項超前支護費用表中未計。10.2社24、會效益隨著國民經濟和社會的發展，人民生活水平和環境意識的提高，環境保護成為矚目關注的事情，而零仰坡開挖進洞施工方法恰恰是以保護生態環境為前提的，是將隧道洞口施工對自然環境的破壞減到最小。并盡力創造隧道洞口及其他構造物與環境的協調發展。因此，該方法有廣闊的應用前景和極大的發展潛力。10.3生態效益隧道洞口周圍原生態植物被得到最大限度的保護，生態效益顯著，尤其是在自然風景區和干旱的大西北，類似我國西北這種植被脆弱的地區，對減少植被破壞、保持水土流失更顯得尤為重要。11.應用實例由中鐵十二局集團承建的蘭青線增建二線鐵路(青藏鐵路公司管界)所屬ll座隧道(在建)，進洞方法基本上全部采用此零仰坡開挖進洞25、工法組織進行進同施工。這些隧道共同點性是洞口地質差，多為V級圍巖，不穩定、易坍塌。蘭青二線鐵路地處西北內陸干旱地區，植被貧乏，生態環境極為脆弱，破壞后較難恢復。該鐵路項目的隧道楊家店隧道(雙線，起訖里程為DK74+775DK77+240，全長2465m)位于湟水河老鴉峽谷左岸半山坡，地處低中山區，地形起伏，切割嚴重，進出口施工場地狹窄，進出口段全部為V級圍巖，其中進口地層為第四系中更新統砂質黃土，有濕陷性，易剝塌，洞門定于DK744-775，洞門采用反斜截式洞門，洞口襯砌環節長8m出口地層為卵石土，采用斜截式洞門，洞口襯砌環節長20m，最小埋深約35m。兩口進洞均采用零仰坡開挖法。圖11為楊家店隧道進N洞口采用零仰坡開挖進洞法施工過程照片。圖ll楊家店隧道進口洞口蘭青二線隧道已全部順利快速地進入正洞身，安全通過洞口段軟弱圍巖。進度快、效益高、質量好，受到業主的好評，業主多次組織其他參建單位觀摩，取得了良好的經濟、社會和生態效益。