黃土隧道開挖施工工藝(8頁).doc
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2024-01-10
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1、黃土隧道開挖施工工藝摘 要:黃土隧道是我國西北地區較為普遍的土質隧道,土質多為濕陷性軟弱土穴新黃土雪,土質軟塑、脆弱,施工方法不同于石質隧道施工。本文對幾種常用的黃土隧道開挖方法及特點以及相關防排水優化作以總結。關鍵詞:黃土隧道 臺階法 新奧法 施工工藝黃土隧道是我國西北地區較為普遍的土質隧道,土質多為濕陷性軟弱土穴新黃土雪,土質軟塑、脆弱,施工方法不同于石質隧道施工, 是難以修建且建成后病害較多的一類隧道。如不采取較為安全、可靠的施工方法,極易出現塌方、掉拱等事故,影響施工工期和造成一定的經濟損失。本文對幾種常用的黃土隧道開挖方法及特點以及相關防排水優化及動態量測要點做以總結:一、臺階法根據2、不同性狀黃土及泥巖的力學特性及穩定性狀況,為適應地質條件差、斷面大以及對初期支護施工的不利影響,減少隧道及地表的下沉量,隧道開挖均選用臺階分部開挖法與側壁導坑法相結合的方式,并輔以超前小導管、大管棚超前支護及鎖腳錨管等措施,按照“管超前、短進尺、少擾動、強支撐、緊封閉、勤量測”的原則,各道工序緊密銜接,環環緊扣,隨挖隨支,保證隧道初期支護的結構穩定與施工安全。1.雙側壁導坑先拱后墻正臺階法對含水量不高的自穩性相對較好的黃土段可采用該法進行施工,泥巖較少的隧道在泥巖段也可參照此方法進行施工。1)施工工序如下:在完成洞口長管棚或洞內小導管施工 開挖上臺階小導坑開挖拱頂 架立支撐拱架,打設鎖腳錨管,3、架立襯砌拱架,完成拱部初次襯砌 開挖中槽 開挖先行馬口 架設先行側墻及部分仰拱拱架,設置鎖腳錨管,安設縱橫向排水管,澆筑側墻及部分仰拱混凝土 開挖后行馬口 架設后行側墻及部分仰拱拱架,設置鎖腳錨管,安設縱橫向排水管,澆筑側墻及部分仰拱混凝土 封閉仰拱拱架,施作中心水溝及橫向排水管,封閉初期支護仰拱混凝土。2)施工優缺點:該施工方法最大的優點為上下臺階及后續防水層、二次襯砌能實現平行作業,生產均衡,施工進度較快,施工安全性好,缺點為隧道初期支護沉降相對較大,該方法不能用于軟弱黃土地質情況的隧道。2.雙側壁導坑先墻后拱反臺階法對于軟弱的飽和黃土及風化軟弱的泥巖段可采用此方法進行施工。1)施工工序如4、下:安設拱部超前管棚 開挖雙側壁導坑 架立側墻及仰拱鋼架,安設鎖腳錨管及縱橫向排水管 架立導坑臨時拱架,噴混凝土封閉 澆筑側墻初次襯砌及仰拱混凝土 上臺階開挖;安設拱部鋼拱支撐 澆筑拱部混凝土 中臺階開挖 下臺階開挖 封閉仰拱拱架,施作中心水溝,安設縱橫向排水管 封閉初期支護仰拱混凝土 拆除側壁臨時支撐。 2)施工優缺點:該施工方法主要針對極不穩定土體所進行設計,優點為控制變形效果好,缺點為各工序間相互干擾大、施工速度慢、工程造價高,在軟弱地基處基底加固可采用先期施作水平旋噴樁、后期加設放射狀樹根樁補強地基及換填水穩定砂礫、鋪設土工格室等形式進行處理。如導坑變形過大,需架設臨時仰拱進行支撐。二5、新奧法施工在膠結較好的老黃土及未風化的紅色泥巖段,圍巖有相對較好的自承能力,可采用新奧法進行施工。對雙車道隧道斷面,可采用單側壁導坑法(CD法)進行施工,對緊急停車帶三車道大斷面坦拱隧道,可采用雙側壁導坑法進行施工。1.單側壁導坑法: 1)施工工序如下:先行導坑上部超前支護安設、開挖 先行導坑上部洞壁及中壁安設鋼拱架,錨噴支護 先行導坑下部開挖 先行導坑下部洞壁、中壁及仰拱底部安設鋼拱架,設置縱橫向排水管及中心水溝,錨噴支護 后行導坑上部超前支護安設、開挖 后行導坑上部洞壁安設鋼拱架,錨噴支護 后行導坑下部開挖 后行導坑下部洞壁及仰拱底部安設鋼拱架,設置縱橫向排水管,錨噴支護 拆除中壁臨時支6、護。2)該施工方法施工安全性好,能有效控制圍巖及支護的變形,施工進度較快,缺點為臨時支護費用較高。如導坑量測變形過大,需在上臺階底部架設臨時仰拱進行支撐。2.雙側壁導坑法:1)施工工序如下:先行上導坑開挖 先行導坑洞壁、臨時壁墻鋼拱架安設、錨噴支護 先行下導坑開挖 先行下導坑洞壁、臨時壁墻、仰拱底部鋼拱架安設、縱橫向排水管安設、錨噴支護 后行上導坑開挖 后行上導坑洞壁、臨時壁墻鋼拱架安設、錨噴支護 后行下導坑開挖; 后行下導坑洞壁、臨時壁墻、仰拱底部鋼拱架安設,縱橫排水管安設,錨噴支護 中央部拱頂超前支護安設、開挖 中央部拱頂鋼架安設,錨噴支護 中央部中部開挖 中央部下部開挖 仰拱下部鋼拱架封7、閉,中心水溝及橫向排水管安設,澆筑拱架間混凝土 拆除導坑臨時支護。2)該施工方法最大特點為安全性好,能有效控制支護及圍巖變形。缺點為施工工序較多,工序間干擾較大,施工進度較慢,工程臨時支護費用較高。在完成初期支護后,應加強初期支護變形量測,并針對軟弱圍巖地質條件下變形發展快、變形量大的特點,立即施作仰拱及填充層,鋪設防排水板,澆筑模筑混凝土二次襯砌。三、開挖過程中的防排水優化 黃土隧道防排水設計遵循“以排為主,防、排、截、堵相結合,因地制宜,綜合治理”的原則,達到排水通暢、防水可靠、經濟合理、不留后患的目的。對地表水、地下水及運營廢水均采用獨立的系統進行處理,使洞內外形成一個完整的排水系統。施8、工時要切實處理好排水構造物的銜接,確保隧道安全,加大防排水力度,為減少防排水設施的施工與襯砌間存在相互干擾的問題,需對依托工程防排水設計進行優化。主要有:1.墻腳縱向排水系統方面,以往設計均布設于墻腳外側,在馬口施工中由于空間狹窄并向外擴挖,受支撐拱架阻擋,施工不便且安全性差,實施難度大。由于墻腳與仰拱的連接由平接改為小半徑曲線連接,使隧道結構的受力條件得到了很好的改善,隧道墻腳處的縱向排水管及袋裝砂礫可置于初期支護(或混凝土襯砌)底部,施工將更加方便。 2.防排水布設:以往設計在二次襯砌拱圈及側墻外側布設防水層,防水層阻隔的滲水不能通過管道很快排入中心水溝,只能沿仰拱底部逐漸滲流至中心水溝,9、造成仰拱下土體軟化及濕陷而引起隧道發生變形。優化后防水層將沿二次襯砌外側全斷面鋪設封閉成環,杜絕以往由于施工排水不暢而引起的路面跑水及路面破壞現象。且防水層施作方便,與二次襯砌施工干擾少。四、圍巖變形監控量測為了掌握施工中圍巖穩定程度與初期支護受力、變形的力學動態及信息,以判斷設計、施工的安全與經濟性,圍繞量測資料反饋信息,開展對施工進行動態管理,必須將現場監控量測列入施工組織計劃,并由專人負責實施與資料管理,進行回歸分析,以達到合理安排施工程序,確保施工安全,及時調整設計支護參數,進行日常施工管理和積累資料的目的。1.量測布置對黃土隧道,由于圍巖軟弱,穩定性差,變形產生及發展速度快,如不能及10、時發現并采取措施,將導致隧道結構出現嚴重損害,并嚴重影響到施工人員的生命財產安全。因此,黃土隧道應在公路隧道施工技術規范對量測要求的基礎上,加大量測頻率,增加量測部位及量測項目。2.量測數據處理與施工參數、施工方法調整地下工程測試數據通常是隨時間、空間變化的,通過整理數據繪制時態曲線,并根據與后期工序之間距離的關系,判斷初期支護隨時間變化的變形規律,從而確定初期支護的穩定狀態及是否需進行加固處理,后期支護參數是否需要調整,并為隧道二次襯砌最佳施作時間提供依據。五、黃土隧道開挖施工要點1.整個施工過程中要貫穿一個思想:快速和干燥。即:循環快,進尺快;干燥就是要保證隧道內部無水狀態下施工。濕陷性黃11、土最大的優點是:在干燥的狀態下,粘滯性好,整體穩定性好,不容易掉塊,不易在短時間內產生坍塌。2.在上臺階開挖時保證預留核心土弧形開挖,機械為主,人工為輔。3.在下臺階開挖過程中,單洞左右邊墻一定要錯開開挖。4.不同類圍巖交接處,嚴格控制水,開挖后立即進行支護,切寧強勿弱。5.左右洞錯開開挖,其各自開挖斷面相距應不小于30 m。綜上所述,黃土隧道,特別是小徑距的土質隧道,雖然有不用爆破的有利條件,但也存在著圍巖自穩能力嚴重不足且抵抗施工破壞能力弱的缺點,因此必須針對這些特點,施工前制定可靠、可行的施工組織計劃,切實做好開挖方案的選擇及工序的嚴格執行,目的就是要充分利用圍巖有限的自穩能力,盡量減少破壞干擾,開挖后及時緊跟支護體系,形成巖體與支護結構盡快整體受力的效果。參考文獻:1. 中華人民共和國交通部.公路隧道設計規范( JTG D70一 2004) S.北京:人民交通出版社,20042. 甘肅省高等級公路建設開發有限公司.黃土地區隧道的修筑技術研究總報告R.蘭州:甘肅省高等級公路建設開發有限公司,2005: 1-2003. 袁永新.甘肅黃土公路隧道設計與施工技術研究R. 西安:長安大字,2007:60-674. 王國強.甘肅黃土公路隧道防排水適用技術和結構型式研究R.西安:長安大字, 2002:1-70