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1、在承壓水軟土地層條件下引水隧洞下穿鐵路施工技術(shù)研究報(bào)告目 錄0 前言21 概述21.1 任務(wù)來源及依據(jù)21.2 工程概況22 研究目的、內(nèi)容及研究方法32.1 研究目的32.2 研究內(nèi)容32.3 研究方法33 施工技術(shù)及研究成果33.1 總體施工方案33.2 地表旋噴樁止水帷幕施工技術(shù)43.2.1 施工環(huán)境43.2.2 施工工藝53.2.3 施工效果73.3 定向超前長大管棚施工技術(shù)73.3.1 施工環(huán)境73.3.2 施工工藝83.3.3 施工效果113.4 洞內(nèi)超前排水施工技術(shù)123.4.1 施工環(huán)境123.4.2 施工工藝123.4.3 施工效果123.5 軟土隧洞開挖支護(hù)施工技術(shù)123.2、5.1 施工方案選定123.5.2 施工工藝123.6 淺埋暗挖隧洞穩(wěn)定性分析153.6.1 監(jiān)控量測設(shè)計(jì)153.6.2 隧洞穩(wěn)定性分析183.6.3 動(dòng)態(tài)施工控制184 施工效益194.1 經(jīng)濟(jì)效益194.2 社會(huì)效益195 總結(jié)190 前言隨著廈門市經(jīng)濟(jì)特區(qū)的發(fā)展，城市對(duì)北溪引水左干渠的水質(zhì)和水量提出了更高要求。為了保證供水的水質(zhì)和水量能夠滿足廈門市經(jīng)濟(jì)特區(qū)發(fā)展需求，針對(duì)北溪引水左干渠進(jìn)行工程改造，并被福建省列為重點(diǎn)工程。大人廟引水隧洞為雙洞下穿鐵路工程，單洞長200m，由于其工期短，地質(zhì)條件差，下穿施工難度大，是整個(gè)改造項(xiàng)目的重點(diǎn)控制工程。大人廟引水隧洞先后下穿新建鷹廈右線、廈深線和既有3、鷹廈線三條鐵路，其中新建鷹廈右線、廈深線路基已成型，待新建鷹廈右線通車后，既有鷹廈下將拆除并在原位重建。由于引水隧洞下穿施工和鐵路施工同時(shí)進(jìn)行，如何保證隧洞施工和鐵路安全是工程當(dāng)中的重中之重。1 概述1.1 任務(wù)來源及依據(jù)“在承壓水軟土地層條件下引水隧洞下穿鐵路施工技術(shù)”研究是集團(tuán)公司2011年科技發(fā)展計(jì)劃項(xiàng)目，項(xiàng)目編號(hào)為K2011-22B，研究起止時(shí)間2011年10月至2012年5月。本科研課題依托XX有限公司承建的大人廟引水隧洞施工進(jìn)行。1.2 工程概況大人廟引水隧洞地處龍海市角美鎮(zhèn)，為雙洞下穿鐵路工程，全長2200米，開挖斷面高5.70米、寬5.94米，呈城門型雙孔獨(dú)立結(jié)構(gòu)，先后穿越新建4、鷹廈右線、廈深線和既有鷹廈線三條鐵路，隧洞頂?shù)杰壍拙嚯x約為12m17m。施工平面位置見圖1 圖1 大人廟隧洞下穿鐵路段平面示意圖大人廟下穿鐵路段地貌屬剝蝕臺(tái)地，地表植被發(fā)育，交通方便，構(gòu)造節(jié)理較發(fā)育。隧洞圍巖以殘積砂質(zhì)粘性土為主，局部含有孤石，設(shè)計(jì)等級(jí)為V級(jí)。殘積礫質(zhì)粘性土呈褐黃、灰白色，硬塑，含少量石英礫石，厚度1020m，容許承載力0 =200KPa，滲透系數(shù)410-4cm/s。隧洞位于地下水位以下，地下水類型以第四系土層中的孔隙水和基巖風(fēng)化裂隙水為主，富水性較弱，受大氣補(bǔ)給強(qiáng)。隧洞所處地層位于透水性地層中，殘積礫質(zhì)粘性土遇水易軟化，開挖后地層多為泥化呈流塑狀，掌子面無自穩(wěn)能力，極易發(fā)生溜5、坍、沉陷。2 研究目的、內(nèi)容及研究方法2.1 研究目的通過研究，采用從地表施作旋噴樁止水帷幕，定向長大管棚超前支護(hù)，新型材料洞內(nèi)超前排水，臺(tái)階法暗挖施工以保證隧洞施工和鐵路安全，并驗(yàn)證支護(hù)體系、加固措施及開挖方法是否科學(xué)。2.2 研究內(nèi)容（1）地表旋噴樁止水帷幕施工技術(shù)；（2）定向超前長大管棚施工技術(shù)；（3）承壓水隧洞超前排水施工技術(shù)；（4）軟土隧洞開挖支護(hù)施工技術(shù)；（5）淺埋暗挖隧洞穩(wěn)定性進(jìn)行分析。2.3 研究方法（1）工程類比調(diào)查國內(nèi)外類似工程施工經(jīng)驗(yàn)和研究成果，通過類比制定科學(xué)的施工方法。（2）動(dòng)態(tài)施工通過開挖時(shí)土體固結(jié)程度來檢查止、排水及注漿效果，改進(jìn)漿液類型及配比；通過監(jiān)控量測指導(dǎo)調(diào)6、整支護(hù)體系強(qiáng)度。3 施工技術(shù)及研究成果3.1 總體施工方案大人廟引水隧洞洞頂?shù)杰壍拙嚯x約為12m17m，圍巖以殘積礫質(zhì)粘性土為主，局部含有孤石。隧洞位于地下水位以下，所處地層位于透水性地層中。殘積礫質(zhì)粘性土在超飽水條件下經(jīng)擾動(dòng)易軟化，開挖后地層多為泥化呈流塑狀，掌子面無自穩(wěn)能力，極易發(fā)生溜坍、沉陷，下穿施工保證隧洞施工及鐵路安全難度極大。針對(duì)以上工程特點(diǎn)，采用先改良、加固土體再開挖的總體方案。首先施作縱橫向高壓旋噴樁止水帷幕；再采用定向長大管棚超前支護(hù)，一次性穿越三條鐵路；新型材料洞內(nèi)超前排水；臺(tái)階法暗挖，及時(shí)全環(huán)閉合支護(hù)；通過監(jiān)控量測數(shù)據(jù)分析，及時(shí)調(diào)整支護(hù)結(jié)構(gòu)，確保隧洞施工和鐵路安全。施工流7、程見圖2圖2 施工流程圖3.2 地表旋噴樁止水帷幕施工技術(shù)3.2.1 施工環(huán)境大人廟引水隧洞位于地下水位以下，所處地層位于透水性地層中，地下水受大氣補(bǔ)給強(qiáng)。隧洞圍巖主要為殘積礫質(zhì)粘性土，其在超飽水條件下經(jīng)擾動(dòng)易軟化，為了保證隧洞施工及鐵路安全，必須采取一定的防排水措施。而新建鷹廈右線、廈深線鐵路路基已成型，若采用深井大面積降水勢必會(huì)造成路基沉降開裂。通過查詢以往類似工程施工資料，并進(jìn)行分析，大人廟引水隧洞確定從地表施作旋噴樁止水帷幕方案。3.2.2 施工工藝采用二重管旋噴工藝，跳孔間隔法施工，在洞身兩側(cè)分別施作單排高壓旋噴樁，每間隔10m設(shè)置一道橫向旋噴樁，樁徑60cm，樁間距50cm，施作范8、圍為洞底以下2m至洞頂以上10m（水位線以上），其中水位線以上部分空鉆。旋噴樁咬合形成閉合帷幕墻，將土體分隔成多個(gè)艙室，能夠有效阻止地下水串流，取得良好的止水防滲效果，并且有效的約束了土體變形，提高了土體穩(wěn)定性改良土體，提高土體穩(wěn)定性，為后續(xù)工序的展開，特別是永久襯砌提供了穩(wěn)定的空間和時(shí)間。旋噴樁止水帷幕布置見圖3圖3 旋噴樁止水帷幕布置圖（1）施工機(jī)具施工機(jī)具主要有高壓泵、MJ-60型樁機(jī)、漿液攪拌器、旋噴管等。（2）注漿材料施工配合比、及其它施工參數(shù)旋噴樁使用的水泥采用新鮮無結(jié)塊P.O32.5級(jí)水泥，施工用水為生活飲用水（自來水），水灰比為1:1，漿液在旋噴1h以內(nèi)配制。根據(jù)試驗(yàn)樁設(shè)定參數(shù)9、：旋轉(zhuǎn)速度10r/min，提升速度10cm/min，壓力為30MP。（3）施工流程測量定位：用全站儀精確定位，樁位、標(biāo)高復(fù)核無誤后進(jìn)行施鉆。樁機(jī)就位：將鉆機(jī)安置在設(shè)計(jì)的孔位上，使鉆桿頭對(duì)準(zhǔn)孔位的中心。對(duì)鉆機(jī)進(jìn)行水平校正，使其鉆桿軸線對(duì)準(zhǔn)鉆孔中心位置，施工時(shí)旋噴管的傾斜度不得大于1.5%。鉆孔：用MJ-60型鉆機(jī)進(jìn)行鉆孔，將噴射注漿管插入到設(shè)計(jì)標(biāo)高位置。插管：將噴射注漿管插入到預(yù)定深度，在插管過程中，為防止泥沙堵塞噴嘴，邊射水邊進(jìn)行插管。漿液配制：在旋噴漿貫入注漿管的同時(shí)，在后臺(tái)嚴(yán)格按設(shè)計(jì)及試驗(yàn)配合比拌制漿液，待壓漿前將漿液倒入集料斗中。旋噴注漿：當(dāng)噴管插入預(yù)定深度后，自下而上進(jìn)行噴射作業(yè)，旋噴10、過程中嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)與試樁參數(shù)進(jìn)行施工，注漿管分段提升的搭接長度不得小于10mm；對(duì)需要擴(kuò)大加固范圍或提高強(qiáng)度的部分采取復(fù)噴的措施，施工樁頂標(biāo)高高于設(shè)計(jì)標(biāo)高0.30.5m。施工中值班技術(shù)人員必須跟班作業(yè)時(shí)刻檢查漿液初凝時(shí)間、注漿風(fēng)量、壓力、旋轉(zhuǎn)提升速度等參數(shù)是否符合設(shè)計(jì)要求，并且隨時(shí)做好記錄，繪制作業(yè)過程曲線。拔管沖洗：當(dāng)噴射升到設(shè)計(jì)標(biāo)高后，旋噴施工完畢，快速拔出注漿管，用清水將管路沖洗干凈，管內(nèi)機(jī)內(nèi)不得殘存水泥漿。樁機(jī)移位：旋噴樁機(jī)注漿管全部提出地面后，關(guān)閉電機(jī)，然后將樁機(jī)移至新的樁位。旋噴樁施工工藝流程見圖4圖4 旋噴樁施工工藝流程圖由于本地段地層組成主要有殘積礫質(zhì)粘性土和全風(fēng)化輝石閃長巖，11、針對(duì)地層的組成、密實(shí)度、地下水狀態(tài)，及時(shí)調(diào)整噴射施工工藝，以適應(yīng)地質(zhì)變化。旋噴樁止水帷幕樁長約為23 m，穿過殘積礫質(zhì)粘性土、全風(fēng)化輝石閃長巖中，若只采用單一的固定不變旋噴參數(shù)，旋噴深層樁形成固結(jié)體時(shí)，勢必形成直徑不勻的上粗下細(xì)的固結(jié)體，嚴(yán)重影響其止水抗?jié)B或約束土體變形作用。經(jīng)過試樁，并結(jié)合地質(zhì)剖面圖、地下水資料，在不同深度、不同土層應(yīng)適當(dāng)調(diào)整旋噴參數(shù)，在不同的介質(zhì)環(huán)境中有效噴射長度差別很大，重復(fù)噴射有增加固結(jié)體直徑的效果。3.2.3 施工效果通過進(jìn)行開挖檢查，所施工的旋噴樁樁徑及垂直度達(dá)到設(shè)計(jì)要求，有效的阻止了地下水串流，取得了良好的止水防滲效果，同時(shí)約束了土體變形，隧洞收斂得到了有效控制，12、從而為后序工作的展開，特別是永久襯砌提供了充分的時(shí)間和空間。旋噴樁施工質(zhì)量照片見圖5。圖5 旋噴樁施工質(zhì)量照片3.3 定向超前長大管棚施工技術(shù)3.3.1 施工環(huán)境大人廟引水隧洞圍巖為殘積礫質(zhì)粘性土及全風(fēng)化輝石閃長巖，局部含有孤石。為了保證隧洞施工及鐵路安全，采用定向超長大管棚一次性穿過三條鐵路線，注漿加固方案。由于隧洞施工條件復(fù)雜，管棚施工存在以下特點(diǎn)：（1）隧洞開挖斷面為5.70m5.94m，大型鉆機(jī)作業(yè)受限，需先擴(kuò)挖管棚工作室，提供必要的操作空間。（2）管棚施工中要穿過旋噴樁和孤石等不均勻地質(zhì)條件，因此，管棚施工機(jī)械特備牙輪鉆頭，以滿足特殊鉆機(jī)要求。（3）管棚一次性施作長度為70m，仰角不13、大于0.5，要求機(jī)械設(shè)備具有跟管施工及導(dǎo)向的能力。3.3.2 施工工藝 采用有線導(dǎo)向跟管施工技術(shù)，一次性施作超長大管棚70m，下穿三條鐵路，并注漿加固，以增加支護(hù)剛度，保證隧洞施工及鐵路安全。（1）超前管棚主要技術(shù)參數(shù)管棚長度：一次性施作長度為70 m；管棚材料：108（壁厚6mm）熱軋無縫鋼管；鋼管長度：鋼管長度為612 m；管棚連接：鋼管采用絲扣連接；管棚間距：管棚鋼管環(huán)向中心距為300 mm；縱向間距：150mm（管外徑至開挖面距離）；管棚數(shù)量：單洞一環(huán)25根；管棚仰角：0.5；注漿壓力：1.02.0MPa。（2）主要施工設(shè)備HTG-100型水平定向鉆機(jī)1臺(tái)。全液壓驅(qū)動(dòng)，功率：55KW；14、頂進(jìn)/回拖力：150KN；扭矩：6000NM。SE1型水平導(dǎo)向系統(tǒng)2套。包括探頭和監(jiān)視器，導(dǎo)線連接。可測鉆頭傾角及鉆頭斜面的面向角。泥漿系統(tǒng)。包括BW250型泥漿泵1臺(tái)，泥漿攪拌器1臺(tái)，2KW污水泵2臺(tái)。H3移動(dòng)式鉆機(jī)工作臺(tái)架1套。（3）施工流程擴(kuò)挖工作室，施作導(dǎo)向墻由于隧洞開挖斷面小，施工機(jī)具較大，不能滿足跟管作業(yè)要求，需開挖9m管棚工作室，并在隧洞拱部施作導(dǎo)向墻。工作室比原設(shè)計(jì)開挖斷面擴(kuò)挖80cm，擴(kuò)挖前需采用超前小導(dǎo)管注漿加固，保證施工安全。臨時(shí)開挖面采用噴錨防護(hù)，掛設(shè)8鋼筋網(wǎng)，網(wǎng)格間距20cm20cm；42小導(dǎo)管注漿加固，每根長4.5m，間距1m，梅花型布置。導(dǎo)向墻澆筑時(shí)，在管棚位置預(yù)15、留125孔口管，管位采用全站儀和精密水準(zhǔn)儀精確測設(shè)其三維坐標(biāo)定位，以保證管棚鉆孔精度。管棚工作室及導(dǎo)向墻布置見圖6。圖6 管棚工作室及導(dǎo)向墻布置圖鉆機(jī)就位鉆機(jī)對(duì)位正確與否是管棚鉆孔的首要保證，由于H-3型鉆機(jī)工作臺(tái)架可以自由移動(dòng)，調(diào)整孔位就十分方便了，當(dāng)鉆機(jī)對(duì)正孔位后，為保證鉆機(jī)對(duì)位精確可用精密水準(zhǔn)儀和全站儀配合驗(yàn)證。開鉆前，對(duì)鉆機(jī)的位置、鉆桿、滑架傾角及方位都要認(rèn)真核對(duì)。鉆孔施工采用水平有線導(dǎo)向跟管鉆進(jìn)的方法，鋼管安裝和鉆機(jī)進(jìn)尺是同一過程。鉆頭采用與鉆管等徑的楔型鉆頭，楔板回轉(zhuǎn)半徑略大于鉆管半徑，鉆頭前端有810mm的水眼，當(dāng)鉆頭正常回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)時(shí)鉆管沿直線前進(jìn)。當(dāng)鉆頭由于某種原因偏離預(yù)定軌跡偏16、向某一方向時(shí)，把鉆頭楔面調(diào)至已經(jīng)偏斜的方向，鉆機(jī)停止回轉(zhuǎn)加力頂進(jìn)，鉆頭由于斜面的作用就會(huì)向相反的方向偏斜，以此調(diào)整鉆進(jìn)的方向。面向角的朝向和鉆頭的偏斜方位都是由裝在鉆頭后部的導(dǎo)向探頭監(jiān)測的，通過穿過鉆管的導(dǎo)線連接到位于鉆機(jī)操作臺(tái)的顯示屏，機(jī)手可以方便的調(diào)整鉆進(jìn)方向。這樣終孔偏差可以控制在5以內(nèi)。鉆頭示意圖見圖7。 圖7 超長管棚鉆頭示意圖如圖所示：鉆頭內(nèi)裝有特制的傳感器，傳感器直接由15V直流供電。顯示屏顯示鉆頭的傾角(水平角度)、面向角(導(dǎo)向板的方向： 導(dǎo)向板朝上即為12點(diǎn)，如同鐘面)。打設(shè)角度如果偏下，可以把鉆頭調(diào)到12點(diǎn)，即導(dǎo)向板朝上，直接頂進(jìn)，此時(shí)由于導(dǎo)向板底板斜面面積大，受到一個(gè)向上17、的力，鉆頭軌跡就會(huì)朝上運(yùn)動(dòng)。同理在6點(diǎn)糾偏可以使鉆頭軌跡朝下，9點(diǎn)、3點(diǎn)分別是為左、右糾偏方向。如果角度合適，鉆機(jī)會(huì)勻速旋轉(zhuǎn)鉆進(jìn)，此時(shí)鉆桿軌跡一般是平直的。所以導(dǎo)向鉆頭是上下糾偏的關(guān)鍵。至于左右偏差根據(jù)傳感器尾端的發(fā)光裝置來定，通過儀器測量參數(shù)來糾偏。根據(jù)所鉆地層情況選擇鉆進(jìn)工藝參數(shù)，給進(jìn)壓力根據(jù)所鉆地層軟硬程度而定，不宜過大或過小，過大的給進(jìn)壓力會(huì)造成孔斜；過小的給進(jìn)壓力易產(chǎn)生重復(fù)破碎影響鉆進(jìn)速度及鉆頭壽命。鉆進(jìn)壓力控制在1040 kN，遇到大的孤石時(shí)鉆進(jìn)應(yīng)平穩(wěn)但速度減緩，此時(shí)可將給進(jìn)壓力適當(dāng)調(diào)高到3040kN，如遇到破碎地層，鉆桿跳動(dòng)劇烈，宜將給進(jìn)壓力降低至1020 kN，轉(zhuǎn)速為90 r 18、/min。循環(huán)泵流量要控制適當(dāng)，過大容易引發(fā)塌孔，過小則對(duì)排渣及鉆頭冷卻都不利，實(shí)際鉆進(jìn)中調(diào)整在2050 L /min，保持中低壓力，勻速中速鉆進(jìn)。管棚安裝管棚采用1086mm熱軋無縫鋼管，長度612m，其中雙號(hào)孔采用鋼管，單號(hào)孔采用鋼花管，壁設(shè)1016注漿孔，注漿孔環(huán)向間距15mm，縱向間距15cm，尾部預(yù)留不小于150cm的不鉆孔止?jié){段。每段鋼管采用絲扣套接，連接長度30cm，同一斷面內(nèi)接頭數(shù)量不得超過總鋼管數(shù)的50%。從鉆機(jī)動(dòng)力頭通孔后端推入第二根鋼管與第一根絲扣連接，鉆機(jī)正轉(zhuǎn)，管棚跟進(jìn)。每根管棚安裝前必須進(jìn)行質(zhì)量檢查，管材不得有彎曲，絲扣四周壁厚均勻，絲扣完整合格。鋼管內(nèi)的鐵屑、臟物及19、銹皮必須清理干凈，安裝時(shí)鋼管抬放動(dòng)作不應(yīng)過于劇烈，避免損失管扣。管棚鋼管注漿孔布置形式見圖8。圖8 超前大管棚注漿孔布置圖封孔鋼管推入到設(shè)計(jì)深度后按要求將多余部分用氣割切除，即可封口。采用強(qiáng)度為C15的水泥砂漿封堵鋼管與鉆孔間隙，用6mm厚鋼板將鋼管端頭焊接封死，同時(shí)在鋼板中間焊25 mm注漿鋼管(長300mm)。注漿注漿采用1：1水泥漿液，先注單號(hào)孔（鋼花管），待單號(hào)孔注漿完成后再鉆雙號(hào)孔并安設(shè)鋼管，以檢查鋼花管的注漿質(zhì)量。注漿的順序原則上由底向高依次進(jìn)行，先低壓、大流量注入，注漿過程壓力逐漸升高，注漿流量逐漸減少，注漿壓力一般為1.02.0MPa。以單孔設(shè)計(jì)注漿量和注漿壓力作為注漿結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)20、，其中應(yīng)以單孔注漿量控制為主，注漿壓力控制為輔。注漿時(shí)要注意對(duì)地表以及四周進(jìn)行觀察，如壓力一直不上升，應(yīng)采取間隙注漿方法，以控制注漿范圍。注漿時(shí)，應(yīng)對(duì)注漿管進(jìn)行編號(hào)，每個(gè)注漿孔的注漿量、注漿時(shí)間、注漿壓力作出記錄，以保證注漿質(zhì)量。3.3.3 施工效果通過對(duì)施工完成的管棚進(jìn)行開挖檢查，所施工的50根長管棚的豎向下垂量最大為0.3%，水平位移量最大控制在0.15%以內(nèi)，較好地滿足了大管棚施工的精度要求，保證了隧洞施工和鐵路安全。大人廟引水隧洞大管棚設(shè)計(jì)與施工均取得良好的效果，受到左干渠改造建設(shè)指揮部和監(jiān)理單位的一致好評(píng)。超前長管棚施工質(zhì)量見圖9。圖9 超前長大管棚施工質(zhì)量照片3.4 洞內(nèi)超前排水施21、工技術(shù)3.4.1 施工環(huán)境大人廟引水隧洞位于地下水位以下，所處地層位于透水性地層中，殘積礫質(zhì)粘性土在超飽水條件下經(jīng)擾動(dòng)易軟化，失自穩(wěn)能力。采用超前排水措施使土體相對(duì)干燥，為開挖支護(hù)提供一定的穩(wěn)定時(shí)間，保證隧洞施工和鐵路安全。3.4.2 施工工藝由于粘性土中水土結(jié)合，如何將水土有效分離才是關(guān)鍵。采用臺(tái)灣進(jìn)口新型材料毛細(xì)透排水帶，利用產(chǎn)品本身所具有的“毛細(xì)力”作用，主動(dòng)將土中過飽和水倒吸進(jìn)入排水帶毛細(xì)孔槽內(nèi)，“毛細(xì)力”及“虹吸力”在毛細(xì)管孔內(nèi)產(chǎn)生負(fù)壓，促使排水帶主動(dòng)吸水排水，自動(dòng)水土分離。（1）超前造孔采用空氣潛孔錘在掌子面造孔，孔徑100mm，孔深4.5m，根據(jù)圍巖含水量確定孔數(shù)；（2）安裝毛細(xì)22、透在打有滲水孔的PVC管內(nèi)塞入毛細(xì)透排水帶，插入長子面土體內(nèi)，利用“毛細(xì)力”作用，將土體內(nèi)過飽和水吸出；（3）集水井將水流匯入集水井，集中抽排。3.4.3 施工效果毛細(xì)透排水措施簡單易操作，此次排水試驗(yàn)的成功，為隧洞開挖支護(hù)提供了一定的穩(wěn)定時(shí)間，保證了隧洞施工和鐵路安全。3.5 軟土隧洞開挖支護(hù)施工技術(shù)3.5.1 施工方案選定結(jié)下穿施工風(fēng)險(xiǎn)大、隧洞地質(zhì)條件差、結(jié)構(gòu)淺埋、隧洞斷面小等工程特點(diǎn)，經(jīng)方案比較和安全性論證，要求施工中采用短臺(tái)階法暗挖，全環(huán)鋼拱架閉合支護(hù)，遵循短進(jìn)尺、緊封閉、快成環(huán)的原則。施工中通過隧洞水平凈空收斂、拱頂下沉和地表下沉量測數(shù)據(jù)處理分析，采取各種有效措施調(diào)整支護(hù)參數(shù)，確保隧23、洞施工和鐵路安全。3.5.2 施工工藝采用短臺(tái)階法暗挖，預(yù)留核心土體，上臺(tái)階環(huán)形導(dǎo)坑人工開挖，核心土及下臺(tái)階采用挖掘機(jī)開挖，臺(tái)階長度46m。上臺(tái)階開挖進(jìn)尺控制在1榀鋼架距離，即06m，開挖后立即噴射混凝土封閉周邊輪廓和開挖掌子面，之后及時(shí)施工支護(hù)結(jié)構(gòu)。下臺(tái)階開挖進(jìn)尺同上臺(tái)階，中間挖掘機(jī)開挖，兩側(cè)邊墻輪廓人工刷邊，減少對(duì)土體的擾動(dòng)。開挖完成后及時(shí)噴射混凝土封閉開挖面，之后及時(shí)完成支護(hù)結(jié)構(gòu)。在施工中加強(qiáng)監(jiān)控量測，依靠量測數(shù)據(jù)調(diào)整施工參數(shù)。3.5.2.1 支護(hù)結(jié)構(gòu)參數(shù)（1）超前支護(hù)108定向長大管棚超前注漿加固，25根，70m/根；拱部42超前小導(dǎo)管，每環(huán)25根，每根3.5m（局部補(bǔ)強(qiáng)）； （2）初24、期支護(hù)全環(huán)I20a工字鋼架，間距0.6m；8鋼筋網(wǎng)，2020cm；噴C25鋼纖維混凝土27cm；42系統(tǒng)錨管注漿加固，長3.5m，間距1m；（3）臨時(shí)支護(hù)I18工字鋼臨時(shí)仰拱，縱向間距0.6m；玻璃纖維錨桿（掌子面局部超前加固）；開挖面噴C20混凝土4cm；（4）加強(qiáng)措施42鋼管樁注漿固結(jié)仰拱，以提高基底承載力，避免隧洞整體或不均勻沉降。（5）襯砌結(jié)構(gòu)二次襯砌C35P8鋼筋混凝土，底板70cm，邊墻及拱部60cm。支護(hù)結(jié)構(gòu)見圖10。圖10 支護(hù)結(jié)構(gòu)圖3.5.2.2 施工工序短臺(tái)階法施工工序見圖11。圖11 開挖工序縱斷面圖（1）利用上一循環(huán)架立的鋼架與超前支護(hù)開挖上臺(tái)階，并噴射混凝土封閉掌子面25、；初噴4cm噴射混凝土、安設(shè)鋼筋網(wǎng)、架立上邊墻鋼架、拱部鋼架和臨時(shí)仰拱鋼架，并設(shè)鎖腳錨桿；鉆設(shè)徑向小導(dǎo)管，與鋼拱架焊接鎖牢，并注水泥漿，后復(fù)噴混凝土至設(shè)計(jì)厚度。（2）開挖下臺(tái)階側(cè)壁并噴射混凝土封閉掌子面；初噴4cm噴射混凝土、安設(shè)鋼筋網(wǎng)、接長邊墻鋼架，并設(shè)鎖腳錨桿；鉆設(shè)徑向小導(dǎo)管，與鋼拱架焊接鎖牢，并注水泥漿，后復(fù)噴混凝土至設(shè)計(jì)厚度。（3）開挖底部仰拱并噴射混凝土封閉掌子面；初噴4cm噴射混凝土，安設(shè)仰拱鋼架全環(huán)閉合，邊墻鋼架腳底墊I25槽鋼；梅花型布設(shè)鋼管樁并注水泥漿，并預(yù)留管頭，復(fù)噴至設(shè)計(jì)厚度。（4）澆筑底板及邊墻二襯混凝土。（5）澆筑拱部二襯混凝土。3.5.2.3 短臺(tái)階法開挖工藝要求（26、1）施工時(shí)應(yīng)要嚴(yán)格堅(jiān)持“弱開挖、短進(jìn)尺、強(qiáng)支護(hù)、早封閉、勤量測”的施工原則，避免對(duì)圍巖產(chǎn)生較大的擾動(dòng)，及時(shí)支護(hù)和量測。（2）隧洞采用人工開挖為主，挖掘機(jī)配合，農(nóng)用車出碴，隧洞內(nèi)嚴(yán)禁違規(guī)作業(yè)，確保施工安全。（3）上下臺(tái)階開挖長度L一般宜在46m，先行導(dǎo)坑需設(shè)置臨時(shí)仰拱及時(shí)閉合成環(huán)。鋼架封閉成環(huán)段大于5m，立即組織襯砌混凝土的澆筑，以確保施工安全。（4）工序變化處隧洞周邊鋼架基腳應(yīng)設(shè)42鎖腳錨管，及時(shí)施作鋼架間的縱向連接筋并連接牢固。為防止鋼架拱腳下沉，可采取在拱腳增設(shè)槽鋼、鋼管樁注漿加固仰拱等措施，保證鋼架穩(wěn)定。（5）由于初期支護(hù)、二次襯砌分塊施作，應(yīng)嚴(yán)格控制各部鋼架加工質(zhì)量，采用螺栓連接牢固，27、確保整環(huán)受力均勻。襯砌預(yù)留鋼筋接頭錯(cuò)開35d（主筋直徑）長度，并采用單面焊縫幫條焊，避免“同一截面”問題。（6）襯砌施工縫處設(shè)止水條，伸縮縫處設(shè)止水銅片，防止?jié)B漏水。3.6 淺埋暗挖隧洞穩(wěn)定性分析大人廟引水隧洞埋深淺、地質(zhì)條件極差，下穿鐵路施工安全風(fēng)險(xiǎn)大。在地表旋噴止水帷幕后，施做定向超前大管棚，采用短臺(tái)階法暗挖施工，施工方案及工藝是否得當(dāng)直接關(guān)系隧洞穩(wěn)定性狀態(tài)，進(jìn)而影響到鐵路安全。施工中通過監(jiān)控量測數(shù)據(jù)處理，分析隧洞穩(wěn)定性和鐵路狀況，必要時(shí)調(diào)整施工方案和支護(hù)結(jié)構(gòu)，確保鐵路行車安全。3.6.1 監(jiān)控量測設(shè)計(jì)3.6.1.1 監(jiān)控量測的目的通過監(jiān)控量測了解隧洞各施工階段地層與支護(hù)結(jié)構(gòu)的動(dòng)態(tài)變化，把28、握施工過程中地層和支護(hù)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性狀態(tài)；用現(xiàn)場實(shí)測的結(jié)果彌補(bǔ)理論分析過程中存在的不足，并以監(jiān)測結(jié)果反饋設(shè)計(jì)、指導(dǎo)施工；通過監(jiān)控量測了解該工程條件下所表現(xiàn)、反映出來的一些地下工程規(guī)律和特點(diǎn)，為今后類似工程提供借鑒、依據(jù)指導(dǎo)作用。3.6.1.2 監(jiān)控量測項(xiàng)目的選擇確定根據(jù)大人廟引水隧洞埋深淺、地質(zhì)條件差、下穿鐵路等工程特點(diǎn)，確定的監(jiān)測項(xiàng)目有：地質(zhì)及支護(hù)狀態(tài)觀察、地表沉降監(jiān)測、鐵路路基下沉、隧洞拱頂下沉監(jiān)測、凈空水平收斂變形監(jiān)測、二次襯砌沉降。詳見表1。表1 監(jiān)測項(xiàng)目一覽表項(xiàng)目名稱方法及工具布置量測頻率1地質(zhì)和初期支護(hù)狀況觀察巖性、結(jié)構(gòu)面產(chǎn)狀及支護(hù)裂隙觀察和描述，地質(zhì)羅盤等開挖后及初期支護(hù)后進(jìn)行每天29、開挖后進(jìn)行2水平收斂收斂計(jì)每2m一個(gè)斷面，每斷面2對(duì)測點(diǎn)4次/天3拱頂下沉水準(zhǔn)測量的方法，水準(zhǔn)儀、鋼卷尺等每2m一個(gè)斷面，每斷面1個(gè)測點(diǎn)4次/天4二次襯砌沉降水準(zhǔn)測量的方法，水準(zhǔn)儀、鋼卷尺等在二次襯砌上每5m一個(gè)斷面2次/天5地表沉降水準(zhǔn)測量的方法，水準(zhǔn)儀、鋼卷尺等每5m一個(gè)斷面同上6鐵路路基沉降水準(zhǔn)測量的方法，水準(zhǔn)儀、鋼卷尺等在鐵路線兩側(cè)路肩布置一個(gè)斷面（延伸至隧洞影響范圍外30m）同上地表沉降、拱頂下沉、水平收斂布置在同一斷面，以使監(jiān)測結(jié)果相互對(duì)照，相互印證。鐵路路基下沉觀測斷面應(yīng)延伸至隧洞影響范圍外30m，每10m設(shè)置一個(gè)觀測點(diǎn)作為路基沉降觀測的參照點(diǎn)。測點(diǎn)布置見圖12、13。圖12 地30、表沉降觀測點(diǎn)布置示意圖開挖工序縱斷面圖圖13 臺(tái)階法開挖洞內(nèi)拱頂下沉及周邊收斂測點(diǎn)布置示意圖3.6.1.3 監(jiān)控量測基準(zhǔn)值為了正確利用監(jiān)測數(shù)據(jù)及時(shí)調(diào)整施工方案，確保隧洞施工及鐵路的安全，需對(duì)各項(xiàng)目制定監(jiān)控量測的管理基準(zhǔn)值，基準(zhǔn)值參考鐵路隧道施工規(guī)范、地下鐵道工程施工及驗(yàn)收規(guī)范等制定，具體值可參照表2。表2 施工監(jiān)控量測基準(zhǔn)值量測項(xiàng)目地表下沉鐵路路基沉降二次襯砌沉降拱頂下沉凈空收斂基準(zhǔn)值30mm20mm10mm60mm1.00%預(yù)警值20mm10mm5mm30mm0.5%凈空收斂基準(zhǔn)值是指允許相對(duì)位移值，即實(shí)測位移值與兩測點(diǎn)間距離之比。3.6.1.4 管理等級(jí) 根據(jù)實(shí)測位移值Uo與最大容許位移值31、Un的比值劃分管理等級(jí)實(shí)施相應(yīng)對(duì)策。本暗挖隧洞按三級(jí)管理考慮對(duì)策。見表3。表3 變形管理等級(jí)表管理等級(jí)地表沉降施工狀態(tài)IIIUoUn/3可正常施工IIUn/3Uo2 Un/3應(yīng)加強(qiáng)支護(hù)I2Un/3Uo應(yīng)采取特殊措施注：Uo-實(shí)測位移值 Un-最大允許位移（1） 根據(jù)位移速率管理 當(dāng)日位移速率大于5mm/d時(shí)，表明圍巖處于急劇變形階段，應(yīng)密切關(guān)注圍巖動(dòng)態(tài)；當(dāng)日位移速率在15mm/d之間時(shí)，表明圍巖處于急劇變形階段；當(dāng)日位移速率在10.2mm/d之間時(shí)，表明圍巖處于緩慢變形階段；當(dāng)日位移速率小于0.2mm/d時(shí)，表明圍巖已達(dá)到基本穩(wěn)定。（2） 根據(jù)位移時(shí)態(tài)管理 每次量測后應(yīng)及時(shí)整理數(shù)據(jù)，繪制時(shí)態(tài)曲32、線；當(dāng)時(shí)態(tài)曲線位移速率逐漸變小，即d2u/dt20時(shí)態(tài)曲線趨于平緩，表示圍巖變形趨于穩(wěn)定，可正常施工；當(dāng)時(shí)態(tài)曲線位移速率不變，即d2u/dt2=0時(shí)態(tài)曲線趨于上升，表示圍巖變形急劇增長，無穩(wěn)定趨勢，應(yīng)及時(shí)加強(qiáng)支護(hù)，必要時(shí)暫停掘進(jìn)；當(dāng)時(shí)態(tài)曲線出現(xiàn)反彎點(diǎn)，即d2u/dt20表明位移速度逐步增大，表明圍巖已處于不穩(wěn)定狀態(tài)，應(yīng)停止掘進(jìn)，及時(shí)采取相關(guān)措施、啟動(dòng)應(yīng)急預(yù)案。3.6.2 隧洞穩(wěn)定性分析大人廟引水隧洞采用短臺(tái)階法開挖時(shí)，通過量測數(shù)據(jù)處理、分析，地層及支護(hù)結(jié)構(gòu)主要經(jīng)歷了3個(gè)主要變形階段，如圖14。圖14 s-t曲線圖3.6.2.1 上導(dǎo)坑開挖引起的變形超前管棚注漿加固后，地層參數(shù)得到提高，減小了開33、挖過程中的地層損失，且采用人工開挖，對(duì)上覆土體的擾動(dòng)也較小，故上導(dǎo)坑開挖引起的拱頂及地表沉量也較小，此階段變形量占總變形量的25%。3.6.2.2 下導(dǎo)坑開挖引起的變形由于上導(dǎo)坑及邊墻施工時(shí)的擾動(dòng)，下導(dǎo)坑地勢低洼匯水，圍巖自穩(wěn)能力差，易溜方滑塌，施工過程中上部拱架有整體下沉現(xiàn)象，此階段為施工中的主要下沉階段，此階段變形量占總變形量的55%左右。當(dāng)采用徑向小導(dǎo)管、鋼管樁注漿固結(jié)后，隧洞變形得到了有效控制，變形速率明顯減緩。3.6.2.3 初期支護(hù)成環(huán)后的緩慢變形初期支護(hù)封閉成環(huán)后，結(jié)構(gòu)受力條件得到改善，變形速率減緩，二次襯砌底板澆筑后，支護(hù)結(jié)構(gòu)進(jìn)一步增強(qiáng)，變形量基本消除，此階段變形量占總變形量的34、20%。3.6.3 動(dòng)態(tài)施工控制隧洞開挖時(shí)，拱頂下沉最大值為89mm，后通過增加超前小導(dǎo)管、徑向小導(dǎo)管等措施調(diào)整支護(hù)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度；通過地表旋噴、超前管棚注漿等措施固結(jié)地層，增強(qiáng)其自穩(wěn)能力和承載能力。后續(xù)開挖施工中，隧洞穩(wěn)定性顯著增強(qiáng)，變形量基本控制在5mm之內(nèi)，取得了較好的效果，有力的保證了隧洞施工安全和鐵路安全。4 施工效益4.1 經(jīng)濟(jì)效益大人廟引水隧洞下穿鐵路工程，通過優(yōu)化施工方案、比選施工設(shè)備、動(dòng)態(tài)施工等各項(xiàng)措施，既保證了施工安全，又節(jié)約了投資，經(jīng)濟(jì)效益顯著。（1）下穿鐵路施工中，采用地表旋噴樁止水帷幕施工技術(shù)、定向長大管棚施工技術(shù)、承壓水隧洞排水施工技術(shù)、軟土隧洞開挖支護(hù)施工技術(shù)等施工工藝35、，在三條鐵路線高風(fēng)險(xiǎn)的施工條件下成效顯著，安全就是最大的效益，在這里得到了充分論證。（2）大人廟引水隧洞在大管棚施工前，通過廣泛的市場調(diào)查，若采用小型機(jī)械施工，管棚工期在兩個(gè)月左右，僅工費(fèi)一項(xiàng)成本近百萬，且管棚施作質(zhì)量難以達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)；最終決定租用大型管棚鉆機(jī)，月租金30萬，機(jī)械到位后不到一個(gè)月管棚全部施工完成，管棚施作精度、長度等各項(xiàng)指標(biāo)完全滿足設(shè)計(jì)要求，只此一項(xiàng)就節(jié)約工程投資70萬元。（3）隧洞開挖過程中，通過監(jiān)控量測數(shù)據(jù)分析及時(shí)調(diào)整施工方案，采用超前小導(dǎo)管注漿、徑向小導(dǎo)管注漿等簡易措施，有效的增強(qiáng)了圍巖自穩(wěn)能力和承載能力，降低了隧洞支護(hù)結(jié)構(gòu)的壓力，保證了隧洞施工和鐵路行車雙安全，用“小投36、資”換來了“大效益”。4.2 社會(huì)效益大人廟引水隧洞下穿鐵路工程，隧洞淺埋、土體富水軟弱、施工進(jìn)展及鐵路安全一直受到業(yè)主單位、設(shè)計(jì)單位、鐵路建管單位及社會(huì)各界的高度重視，從地表旋噴樁帷幕、超前大管棚施工到臺(tái)階法暗挖進(jìn)洞，每步施工都經(jīng)各方專家現(xiàn)場論證，專家一致認(rèn)為大人廟隧洞下穿鐵路是“新工藝、強(qiáng)措施、高保障”，對(duì)工程的質(zhì)量、進(jìn)度給予了充分肯定，取得了良好的社會(huì)效益。5 總結(jié)大人廟引水隧洞下穿鐵路工程，隧洞淺埋，圍巖為軟土且含水量大，施工風(fēng)險(xiǎn)性極高。通過現(xiàn)場認(rèn)真研究，在施工方案及工藝上有了新的突破：（1）施工中采取從地表施作縱橫向高壓旋噴樁止水帷幕方案，有效阻止了地下水串流，取得了良好的止水防滲效37、果，并約束了土體變形，保證了隧洞施工和鐵路安全。（2）掌握了復(fù)雜地質(zhì)條件下定向超前長大管棚施工技術(shù)，通過對(duì)施工完成的管棚進(jìn)行開挖檢查，所施工的50根長管棚的豎向下垂量最大為0.3%，水平位移量最大控制在0.15%以內(nèi)，較好地滿足了大管棚施工的精度要求，保證了施工安全。（3）采用新型材料毛細(xì)透排水帶超前排水，利用材料本身所具有的“毛細(xì)力”作用，主動(dòng)將土體中過飽和水倒吸進(jìn)入排水帶內(nèi)，并使土水自動(dòng)分離，再利用集水井集中抽排水，保持掌子面土體相對(duì)干燥穩(wěn)定，為隧洞施工創(chuàng)造了有力條件。（4）采用臺(tái)階法暗挖施工，預(yù)留核心土，上臺(tái)階增設(shè)臨時(shí)仰拱，使上導(dǎo)坑鋼架獨(dú)立成環(huán)閉合，達(dá)到盡快穩(wěn)定、收斂的目的。隧洞支護(hù)采用I20a型工字鋼架全環(huán)閉合設(shè)置，0.6m/榀；采用抗裂性好、吸收變形能力強(qiáng)的C25鋼纖維混凝土網(wǎng)噴；采用42注漿小導(dǎo)管徑向布置，管尾與鋼拱架焊接在一起，對(duì)鋼拱架進(jìn)行鎖定，保證隧洞的穩(wěn)定安全。全斷面初期支護(hù)封閉成環(huán)后，利用襯砌臺(tái)車及時(shí)澆筑二次襯砌混凝土，整個(gè)結(jié)構(gòu)體系受力達(dá)到了平衡。（5）施工中通過監(jiān)控量測數(shù)據(jù)處理，分析隧洞穩(wěn)定性和鐵路沉降狀況，及時(shí)調(diào)整施工方案和支護(hù)結(jié)構(gòu)，取得了較好的效果，確保了隧洞施工和鐵路安全。