偏压浅埋隧道洞口施工技术

第45卷第4期(总第321期)2008年8月出版 Vol.45,No.4,Total.No.321Aug.2008 现 代 隧 道 技 术 MODERNTUNNELLING TECHNOLOGY 偏压浅埋隧道洞口施工技术 * 刘 会 1,2 (1重庆大学土木 工程 路基工程安全技术交底工程项目施工成本控制工程量增项单年度零星工程技术标正投影法基本原理 学院,重庆 400044;2四川建筑职业技术学院,德阳 618000) 偏压浅埋隧道洞口施工技术 * 摘 要 对于偏压浅埋隧道,由于施工工序的复杂性和围岩应力分布不均匀性,增加了该类隧道的施工技术难 度。某隧道进口段围岩破碎、节理发育,上部最小覆盖土层厚度为4.5m,由于采用了进洞口围岩预加固、台阶法预留 核心土开挖、洞内围岩超前加固等施工技术,使得工程顺利完成。 关键词 偏压浅埋隧道 洞口施工 超前支护 中图分类号:U453.1;U455.4 文献标识码:A 文章编号:1009-6582(2008)04-0044-04 随着经济的快速增长,高等级公路逐步从平原 微丘区向山岭重丘区延伸,为适应地形、克服高差、 缩短里程、保护生态环境等原因而公路线形避免不 了隧道选址在不良地质段,如偏压浅埋破碎软岩地 质条件就是一个方面。其不仅极大地增加了施工难 度,且影响施工安全、延误工期、增加工程造价,影响 隧道工程的运营质量和耐久性。本文将以实际工程 为依托,论述围岩偏压浅埋进洞施工技术。 1 工程概况 某高速公路隧道全长 705m,洞身最大埋深 78 m,涉及的地层主要有第四系冲积层、残坡积,侏罗 纪西山头组凝灰岩、流纹岩、大爽组晶屑熔结凝灰 岩、含角砾玻屑凝灰岩夹钙质页岩,进口端偏压严 重,上部残坡堆积体厚3～7m,隧道中线上部残坡积 体覆盖层仅4.5m,且均为松散的土夹石,属浅埋部 分。隧道按新奥法原理设计[1],采用复合式衬砌,初期 支护为锚喷支护。该段隧道洞口特点为:围岩地质松 散破碎、单侧压力大,经过现场勘察发现地形横向坡 度为60°～70°;隧道穿过强风化流纹岩,围岩呈碎石 状压碎结构,节理、断裂发育,岩体破碎,且存在严重 的偏压,开挖时极易坍塌滑坡。偏压浅埋情况见图1。 图1 隧道进口浅埋偏压地质示意(单位:m) Fig.1 Geologyoftheentranceofashallowand unsymmetricalloadedtunnel 2 进洞 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 偏压浅埋段围岩软弱、破碎、自稳时间极短,如 果施工方法和支护方式不妥当,则极易发生冒顶塌 方或地表有害下沉。对进洞方案从几个方面提出采 取全面性的加固措施:从隧道外边仰坡、覆盖层地表 注浆、偏压部分修筑挡土墙及加载反压,同时在隧道 内部从开挖到支护采用一系列的处理措施来减弱破 碎、偏压及浅埋层对隧道的各种不良影响。该方案从 隧道洞外加固、防护及加载一系列的处理措施来解 决隧道由于偏压、浅埋等带来的危害,以保证其工程 质量、施工安全及通车正常运营等。全面加固方案也 修改稿返回日期:2008-02-18 基金项目:铁道部科技研究开发项目(安工指合(2006)03号). 作者简介:刘 会,女,工学硕士,讲师. 44 第45卷第4期(总第321期)2008年8月出版 Vol.45,No.4,Total.No.321Aug.2008 现 代 隧 道 技 术 MODERNTUNNELLING TECHNOLOGY偏压浅埋隧道洞口施工技术 * 费工费时和增加一些工程造价,但可以保证工程质 量、施工安全及正常运营阶段的安全。 3 进洞施工 3.1 隧道边、仰坡及地表处理 3.1.1 边、仰坡开挖及防护 边坡施工中,将边坡防护参数中的锚杆间距 1.5m×1.5m调整为1.2m×1.2m;锚杆长度4.5m; 设双层钢筋网(2层、!6.5、间距 20cm×20cm钢筋 网片),喷混凝土厚度为15cm(图2)。采用在锚喷支 护的基础上增加小导管注浆加固的处理方法,小导 管长度 3.5m,数量将根据现场实际情况确定,小导 管注浆平面布置如图3。 图2 隧道进口边、仰坡锚喷支护示意 Fig.2 Anchorandshotcretesupportofthesideslopand frontslopofthetunnelentrance 仰坡支护一方面考虑到暗洞开挖过程中的稳定 性,另一方面也考虑到管棚施工钻孔的成孔率,因此 在原设计与边坡相同的防护结构基础上,在隧道开 挖轮廓上(管棚上方)增设五排水平超前注浆小导管 (!42×4mm,间距0.5m×0.5m),长度为5m。 3.1.2 地表注浆 在顺利完成了护拱和导向管的施工后,对管棚 进行试钻孔,管棚成孔长度依旧不理想(管棚设计长 度为20m,实际成孔长度大多在6m左右)。由于进 行管棚钻孔施工,频繁出现塌孔现象,管棚成孔长度 达不到设计长度;施工又逢雨季,暗洞开挖时覆盖层 出现失稳滑坡的可能性很大,无法保证进洞安全。为 了提高管棚成孔率和保证雨季施工中山体的稳定 性,对隧道上部山体进行注浆和对上部山体表面防 护处理。地表注浆的具体布孔范围为[2]:横向宽度为 隧道中心线至左侧拱脚开挖线外1.5m,纵向长度为 30m,根据实际地质情况确定注浆深度为由拱顶向上 2.5～3.0m。钻孔深度由原地面竖直向下至相应拱顶开 挖线0.5m位置,钢管采用 !89mm(壁厚3.5mm)无 缝钢管,间距1.5m×1.5m,呈梅花形布置(图3)。 图3 小导管钻孔平面布置 Fig.3 Planearrangementofgroutingholesdrilling withsmallpipes 由于岩层破碎,为保证成孔率,防止钻孔后暴露 时间过长而造成塌孔,在钻孔每完成一孔后,取出套 筒前即进行钢花管安装。每根钢管的长度为6m,安 装时根据实际深度将钢管进行现场焊接连接,焊接 要保证焊缝饱满、密实,保证不漏浆。地表压注水泥 浆,为保证平行作业、提高工程进度、缩短工期,在完 成一定数量的钢花管安装后,即进行注浆施工。注浆 前先进行注浆现场试验,根据地表钻孔取芯情况确 定每个孔的注浆量,注浆的其它参数通过实际情况 确定。 3.1.3 洞顶地表封闭加固 由于地表松散,为防止地表水渗入隧道围岩, 45 第45卷第4期(总第321期)2008年8月出版 Vol.45,No.4,Total.No.321Aug.2008 现 代 隧 道 技 术 MODERNTUNNELLING TECHNOLOGY 偏压浅埋隧道洞口施工技术 * 破坏围岩的稳定性,必须对山体表面进行防水处 理。采用 7.5#浆砌片石框格作为骨架(框格规格为 3.0m×3.5m),框格断面尺寸40cm×40cm。在框 格的交叉点上采用长度3.0m、!22砂浆锚杆进行加 固。在框架内施作长度1.5m的 !22砂浆锚杆,锚杆 间距2m×2m。网格上部挂 !6.5单层钢筋网,网格 间距20cm×20cm。挂网完成后,喷射15cm厚C20 混凝土进行封闭。在此方案中7.5#浆砌片石框格、长 度为3.0m的 !22砂浆锚杆和地表注浆用 !89mm 无缝钢管构成不可移动的稳定的刚性骨架,长度为 1.5m的 !22砂浆锚杆将 !6.5单层钢筋网和 C20 喷混凝土产生的下滑力进行了均匀的分配(图2)。 3.1.4 反压土石方及反压挡土墙 在进洞口左侧平台上靠近路基左幅路基右侧排 水沟外侧原隧道弃碴堆上砌筑10#浆砌片石挡土墙, 挡土墙高度与隧道拱顶开挖线平齐,在挡土墙与山体 之间进行反压土石方回填(图2)。回填的土石方及原 隧道弃碴均可对隧道的偏压起到反压作用,保证偏压 山体隧道施工过程中和隧道运营过程中的稳定。 3.2 隧道洞内处理方案 3.2.1 管棚施工 由于在洞顶局部进行了注浆处理,管棚全部成 孔,其施工顺利完成。 3.2.2 隧道开挖及支护 台阶法预留核心土开挖施工工艺流程如图4。 图4 正台阶法开挖工艺流程 Fig.4 Flowchartoftheprocedureofbenchexcavation (1)上导洞的开挖及支护 开始进行进洞作业时,在开挖前拱部 138°范围 内采用超前小导管注浆进行超前支护 (在超出管棚 作业面的位置)。超前导管具体施作步骤:风钻钻孔, 超前小导管环向间距30cm,采用5°～30°的仰角打 入,孔深 5m,1.5m一环,搭接不小于 1m;钻孔完 成后,将孔内石碴等清理干净,采用双液压浆机注 浆,压注水泥-水玻璃双液浆。 超前支护做好后进行开挖,开挖采用“台阶法预 留核心土”,每步开挖完成以后,立即进行相应的支 护处理,具体的开挖和支护步骤如图5。 1上导洞部分开挖;2上断面支护;3核心土开挖;4临时 仰拱施工;5下断面单侧边墙导洞开挖;6边墙支护;7下 断面另侧边墙导洞开挖;8边墙支护;9下断面核心土开挖; 10仰拱支护;11二次衬砌混凝土施工;12路面施工. 图5 台阶法预留核心土开挖顺序 Fig.5 Procedureofbenchexcavationwith reservedcoreground (2)下导洞的开挖及支护 在进行下导洞开挖前,在偏压一侧施做超前注 浆小导管;下部开挖后,及时施作下部初期支护[3]。 其施作次序为:初喷3cm厚混凝土、安装钢拱架、设 钢筋网、补喷混凝土将钢架覆盖等。 (3)爆破施工要点 ① 钻孔.要本着“准、齐、平、直”的原则进行钻 孔,严格按测量人员标出的眼位(依据钻爆设计)钻 眼,保证眼位和角度的准确性,是实现理想爆破效果 的关键[2]。周边眼要确保打眼外插角方向和深度,保 证炮眼平行。全部炮眼(除掏槽眼外)眼底要在同一 平面上;掏槽眼深度要深于其它炮眼 20cm,以保证 掏槽效果。控制钻孔首先必须保证进钻位置的准确, 尤其对周边眼和掏槽眼进钻位置精度要求比其它眼 高,开眼误差要控制在3～5cm以内。周边眼开钻时, 开眼定位在轮廓线上,钻杆保持水平,并平行于隧道 轴线,稍微外插3°角,开挖台阶控制在10cm以内。 掏槽眼钻孔精度要高,严格控制炮眼间距、深度和角 46 第45卷第4期(总第321期)2008年8月出版 Vol.45,No.4,Total.No.321Aug.2008 现 代 隧 道 技 术 MODERNTUNNELLING TECHNOLOGY偏压浅埋隧道洞口施工技术 * 度,严禁炮眼打穿、相交或眼底位置左右不对称。其 它辅助眼要按钻爆设计要求均匀分布,为便于孔内 排水,钻孔可略微向上倾斜(倾角不大于 1°),孔眼 间保持互相平行。底眼应向下倾斜,但眼底不得超过 开挖底轮廓线10cm。 ② 装药.采用光面控制爆破技术,严格按钻爆 设计药量控制装药量,尽量减少对围岩的扰动。周 边眼采用不偶合间隔装药结构,其他炮眼采取连续 装药结构,全部炮孔均采取反向起爆方式。堵塞长度 不小于20cm,以保证爆破效果。起爆雷管采用非电 毫秒延时雷管,严格按钻爆设计段数跳段使用。非电 雷管分片成束连接,每簇 10根左右,管束间用同段 即发(或1段)雷管连结。起爆网络为复式网络(每簇 间交叉连接),以保证起爆的可靠性,避免出现瞎炮。 引爆使用双火雷管,将引爆火雷管用黑胶布包扎在 离一束导爆管自由端10cm以上处。爆破施工作业 流程见图6。 图6 光爆层爆破作业流程 Fig.6 Flowchartofsmoothblasting 3.2.3 监控量测 现场监控量测工作在地下工程施工中越来越受 到重视,现场监控量测及信息反馈在修正设计、指导 施工、确保施工安全等方面也发挥着越来越重要的 作用。尤其是在不良地质、偏压、浅埋等情况下,监控 量测工作就显得更为重要。文献[2]中规定,对进洞 口位置围岩周边位移、拱顶下沉、锚杆内力及拉拔 力、地表下沉、围岩体内位移、围岩压力及两层支护 间压力、钢拱架内力、支护、衬砌内力等项目要求进 行监测。本项目对地表变形、洞内拱顶下沉进行了监 测,测点布置如图1,监测结果如图7、图8所示。在 图7中第2点的变化量比第1、3点的小,这是由于 偏压力的作用,使得拱顶1测点值相对于2、3测点 有上抬的趋势;在图8中坡体地表变形在开挖中变 化量约为10mm,表现为整体下滑趋势,当拱架、钢 筋网片和喷混凝土等初期支护封闭好围岩后,坡体 变形稳定。 图7 进口某断面拱顶下沉监测结果 Fig.7 Monitoredcrownsettlementsinacross-section oftheentrance 图8 地表变形监测结果 Fig.8 Monitoredsurfacedeformations 4 结束语 “进洞难”在浅埋隧道中体现得尤为明显,此时 更应注意加强超前支护,坚持短进尺、弱爆破、强支 护、尽早闭合成环,并且加大监控量测的密度和力 度,随时关注围岩位移发展的最新动态。在该隧道偏 压、浅埋段处理方案的选择中,结合现场条件,经过 分析论证,选出最优的处理方案。实践证明,采用砂 浆锚杆配合小导管注浆加固边仰坡、偏压处反压回 填、地表注浆配合管棚成型、台阶法预留核心土开 挖、洞内拱部超前注浆小导管、径向注浆小导管、锁 脚小导管注浆及临时仰拱支护等项技术,在浅埋、偏 压、围岩严重破碎的不利地质条件下,实现了安全进 洞,保证了施工的安全,确保了工期,同时也节约了 项目开支。 (下转第60页) 47 第45卷第4期(总第321期)2008年8月出版 Vol.45,No.4,Total.No.321Aug.2008 现 代 隧 道 技 术 MODERNTUNNELLING TECHNOLOGY 防排水技术在海底隧道中的应用 参考文献 [1]杨会军,李丰果.深埋长大隧道地下水处理技术[J]岩土工程界,2006,(3):63~65 [2]韩忠存.隧道及地下工程结构防排水技术的发展和应用[J]现代隧道技术,2001,38(4):6~8 [3]李兴高,刘维宁.公路隧道防排水的安全型综合解决方案[J].中国公路学报,2003,(1):68~73 [4]王梦恕,皇甫明.海底隧道修建中的关键问 题 快递公司问题件快递公司问题件货款处理关于圆的周长面积重点题型关于解方程组的题及答案关于南海问题 [J].建筑科学与工程学报,2005,(4):1~4 ApplicationofWaterproofingandDrainageTechnology inaSubseaTunnel JianLei1 FanXiaojun1 GaiYingzhi1 HuangRende1 ZhaoDongping2 (1ChinaRailwayFourthSurvey&DesignInstitute;Wuhan430063; 2SchoolofCivilEngineering,SouthwestJiaotongUniversity,Chengdu610031) AbstractTherearetwomajoraspectsinwhichasubseatunnelisdifferentfromamountaintunnel.Ononehand, thesubseatunnelliningwillsustainrockpressuretogetherwithhighhydraulicpressuresincewater-stopping measuresaretakenformostpartofthetunnel.Ontheotherhand,sincethesubseatunnelfeaturesa'V'shape longitudinalgradient,sothewaterproofinganddrainagemeasuresareveryimportantduringconstructionand operation.Thispaperintroducesthe designoptionofwaterproofinganddrainageforXiamenXiangansubsea tunnel,andmakesanevaluationfortheapplicationeffectoftheoption,presentssuggestionsforgroutingbehind primarysupportandimprovinggroutingmaterials,pointsoutthatwaterproofinganddrainageconstitutethecore problemconcerningthesuccessorfailureofsubseatunnelconstruction. Keywords Waterproofinganddrainage;Subseatunnel;Option;Effect (上接第47页) !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! 参考文献 [1]中华人民共和国行业标准.JTJ026-90公路隧道设计规范[S].北京:人民交通出版社,1990 [2]中华人民共和国行业标准.JTJ042-94公路隧道施工技术规范[S].北京:人民交通出版社,1994 [3]王毅才.隧道工程[M].北京:人民交通出版社,2000 ConstructionTechnologyoftheEntranceSectionofaShallowand UnsymmetricalLoadedTunnel LiuHui1,2 (1CollegeofCivilEngineering,ChongqingUniversity,Chongqing400044; 2SichuanCollegeofArchitectureTechnology,Deyang618000) Abstract Owingtothecomplexityofconstructionprocessandthenon-uniformstressdistributioninsurrounding rocksofshallowtunnels,theconstructiontechnologyoftheminvolvesdifficulties.Theentrancesectionofatunnel featuresfracturedsurroundingrockswithdevelopedjoints,theminimumthicknessofcoveris4.5m.Construction ofthetunnelwassuccessfullyaccomplishedbyadoptingaseriesoftechniquesincludingadvancestrengtheningof surroundingrocksontheentrancesectionbeforeboring,excavationbyusingbenchmethodwiththecoreground reserved,advancesupportingofsurroundingrocksfortheexcavationofmaintunnel. Keywords Shallowandunsymmetricalloadedtunnel;Constructionoftunnelentrance;Advancesupporting 60