大跨度黃土隧道施工工法

1、大跨度黃土隧道施工工法工法編號(hào)：GZSJGF07-04-07一、前言目前，鐵路單線(xiàn)黃土隧道施工已有工法，而公路大跨度黃土隧道在國(guó)內(nèi)外還沒(méi)有工法。該工法通過(guò)黃延線(xiàn)山神廟隧道的施工，取得了滿(mǎn)意的效果。其工藝合理，經(jīng)濟(jì)高效，安全可靠，該工法適用性較強(qiáng)，可推廣應(yīng)用。二、工法特點(diǎn)1、黃土隧道開(kāi)挖通過(guò)科學(xué)的試驗(yàn)、監(jiān)測(cè)、勘探收集數(shù)據(jù)，對(duì)黃土隧道圍巖的應(yīng)力-應(yīng)變特征及其穩(wěn)定性進(jìn)行分析，作到動(dòng)態(tài)施工。2、正常地段采用臺(tái)階法、環(huán)行開(kāi)挖預(yù)留核心土，以挖掘機(jī)開(kāi)挖為主，人工配合。3、應(yīng)急停車(chē)帶寬度為15.76米，傳統(tǒng)的單側(cè)壁導(dǎo)坑法，工序多且繁雜，本工法予以修正，方案可行。三、適用范圍本工法適用于類(lèi)黃土為主的雙線(xiàn)鐵路隧道

2、工程和大跨度公路隧道工程。四、工藝原理1、正常地段采用臺(tái)階開(kāi)挖法，即環(huán)行開(kāi)挖預(yù)留核心土，人工配合挖掘機(jī)開(kāi)挖，應(yīng)急停車(chē)帶變傳統(tǒng)的單側(cè)壁導(dǎo)坑法為分部開(kāi)挖法。2、以巖體力學(xué)理論為基礎(chǔ)，充分利用黃土自穩(wěn)能力強(qiáng)的特性，以監(jiān)控量測(cè)為依據(jù)，采用新奧法原理組織施工。五、施工工藝（一）、開(kāi)挖施工步驟開(kāi)挖施工步驟見(jiàn)圖一、圖二。圖一：、類(lèi)圍巖施工方法示意圖、超前支護(hù)；、上部弧形導(dǎo)坑開(kāi)挖、初期支護(hù)；、核心土及中槽開(kāi)挖；、下部左右兩側(cè)交錯(cuò)開(kāi)挖落底，邊墻初期支護(hù)，回填至中槽底面；、仰拱及邊墻基礎(chǔ)開(kāi)挖，模筑混凝土，仰拱回填；、全斷面模筑二次混凝土襯砌。隧道中線(xiàn) 、超前支護(hù)；、左側(cè)及拱部弧形導(dǎo)坑開(kāi)挖、初期支護(hù)；、核心土及中槽

3、開(kāi)挖；、右側(cè)拱腰開(kāi)挖、初期支護(hù)；、下部左右兩側(cè)交錯(cuò)開(kāi)挖落底、初期支護(hù)，回填至中槽底面；、仰拱及邊墻基礎(chǔ)開(kāi)挖，模筑混凝土，仰拱回填；、全斷面模筑二次混凝土襯砌。（二）、施工工藝流程（參見(jiàn)圖三） 圖三 施 工 工 藝 流 程 圖（三）、施工重點(diǎn)及注意事項(xiàng)1、施工準(zhǔn)備作好施工場(chǎng)地的“三通一平”工作，隧道洞門(mén)因處于林區(qū)，植被茂密，本著“早進(jìn)晚出”的原則，盡量少破壞植被，減少刷方工程量和護(hù)坡工作量。邊仰坡開(kāi)挖后，及時(shí)進(jìn)行“噴、錨、網(wǎng)、噴”支護(hù)及時(shí)封閉，并提前作好排水溝和截水溝。2、洞口地段加固處理每個(gè)洞口均采用89×8超前管棚，長(zhǎng)20米，環(huán)向間距50厘米，注1：1水泥砂漿進(jìn)行加固處理，確保進(jìn)洞

4、安全。3、正常段開(kāi)挖每循環(huán)進(jìn)尺，類(lèi)0.5米，類(lèi)0.75米，采用正臺(tái)階留核心土法。臺(tái)階長(zhǎng)度控制在11.5倍設(shè)計(jì)斷面寬度內(nèi)。預(yù)留核心土，有利于及時(shí)施作拱部初期支護(hù)，可支擋工作面，以增加開(kāi)挖工作面的穩(wěn)定，核心土長(zhǎng)約35米，距兩邊開(kāi)挖輪廓2.5米，拱部1.9米?？紤]挖掘機(jī)作業(yè)，上臺(tái)階開(kāi)挖高度宜為5.2米左右。下部利用挖掘機(jī)沿兩側(cè)交錯(cuò)開(kāi)挖（禁止鋼拱架懸空和對(duì)開(kāi)），及時(shí)接腿、封閉。開(kāi)挖長(zhǎng)度類(lèi)1米，類(lèi)1.5米。下部開(kāi)挖至基底，中間開(kāi)挖時(shí)預(yù)留3050厘米作為保護(hù)層。4、應(yīng)急停車(chē)帶開(kāi)挖應(yīng)急停車(chē)帶因跨度較大，圍巖含水量在1822%之間，每循環(huán)進(jìn)尺0.5米。原設(shè)計(jì)為單側(cè)壁導(dǎo)坑法施工，經(jīng)方案優(yōu)化后按圖二所示進(jìn)行分部開(kāi)

5、挖，左側(cè)及拱部弧形導(dǎo)坑開(kāi)挖后，架立鋼支撐（由兩節(jié)不等長(zhǎng)組成），要求隔一榀接頭應(yīng)錯(cuò)開(kāi)，防止接頭處形成受力薄弱區(qū)。右側(cè)拱腰開(kāi)挖要求采用跳挖法，下部左右兩側(cè)交錯(cuò)開(kāi)挖，開(kāi)挖長(zhǎng)度控制在1.0m 。5、初期支護(hù)黃土隧道初期支護(hù)一般由超前支護(hù)、鋼支撐、錨桿、鋼筋網(wǎng)及噴射混凝土組成。施工時(shí)，應(yīng)嚴(yán)格按照“初噴、施作鋼拱架、超前支護(hù)、安裝錨桿、鋪設(shè)鋼筋網(wǎng)、復(fù)噴”的工序進(jìn)行。初期支護(hù)參數(shù)詳見(jiàn)表1。表1 初 期 支 護(hù) 參 數(shù) 表 黃土隧道錨桿孔鉆孔較困難，經(jīng)過(guò)多次選型，采用洛陽(yáng)風(fēng)動(dòng)工具廠生產(chǎn)的KHYD75A 型礦用電動(dòng)巖石鉆，由電動(dòng)機(jī)、減速箱和跑道等組成，螺旋葉片鉆桿、干式排粉，主機(jī)重75Kg ，額定輸出功率3KW

6、 ，鉆孔速度320mm/min，鉆桿推進(jìn)力10KN 。鉆一個(gè)孔約需1015分鐘，效率提高一倍以上，解決了鉆孔難的問(wèn)題。6、仰拱及填充施工仰拱應(yīng)及時(shí)施作，盡早封閉成環(huán)。仰拱開(kāi)挖采用挖掘機(jī)開(kāi)挖，預(yù)留30厘米人工清底的方法。初期采用過(guò)車(chē)梁全斷面開(kāi)挖，因速度太慢，干擾大，后期改為半幅（3/5、2/5為界）開(kāi)挖，加速施工進(jìn)度。填充施工縫應(yīng)與仰拱施工縫錯(cuò)開(kāi)50cm 以上，防止地下水上滲。7、防排水施工 （1）施工防排水黃土遇水軟化，施工中選用煤電鉆和礦用電動(dòng)巖石鉆機(jī)，減少了開(kāi)挖面的施工用水，加強(qiáng)對(duì)噴射砼用水的管理。另外，對(duì)于開(kāi)挖后出現(xiàn)的滲漏水，采用挖集水坑集中抽取，對(duì)于含水量超過(guò)20%的地段，在仰拱開(kāi)挖后

7、，噴射5cm 混凝土，予以封閉處理。（2）結(jié)構(gòu)防排水防排水設(shè)計(jì)的原則是以排水為主，防排結(jié)合，綜合治理，形成完整的防排水體系，使隧道防水可靠，排水暢通。暗洞復(fù)合式襯砌采用100排水半管、LDPE 防水板和土工布進(jìn)行環(huán)向防排水，明洞段采用LDPE 防水板和土工布進(jìn)行環(huán)向防排水；二次襯砌墻角底部縱向設(shè)160PVC 排水管，并用160PVC 管將其與中央排水溝連通，引水至洞外。為保證縱向排水管暢通，在隧道兩側(cè)墻角，沿縱向每隔50m 設(shè)檢查井一對(duì)，以便對(duì)縱向排水管進(jìn)行疏通和清理。防水層設(shè)計(jì)為防水板與土工布兩部分，采用無(wú)釘鋪設(shè)工藝。施工時(shí)在土工布上貼上襯墊，然后用射釘槍釘上水泥釘，隨后鋪設(shè)防水板，用熱合機(jī)

8、焊接形成雙焊縫，每條焊縫寬25，防水板搭接寬度不小于10。防水板用專(zhuān)用融接器熱融在襯墊上，不能將防水板繃得太緊，以免拉裂。8、襯砌邊拱襯砌采用9m 可調(diào)式自制襯砌模板臺(tái)車(chē)，砼采用洞外自動(dòng)計(jì)量拌合站拌制，砼運(yùn)輸車(chē)運(yùn)至洞內(nèi)，經(jīng)輸送泵泵送入模。9、監(jiān)控量測(cè)技術(shù)監(jiān)控量測(cè)是地下工程尤其是軟弱段圍巖施工中的重要內(nèi)容，是監(jiān)視圍巖和支護(hù)穩(wěn)定性的重要手段，它能指導(dǎo)施工、預(yù)報(bào)險(xiǎn)情、確保安全。需進(jìn)行的監(jiān)控量測(cè)項(xiàng)目見(jiàn)表2。表2 監(jiān) 控 量 測(cè) 項(xiàng) 目 一 覽 表 根據(jù)量測(cè)結(jié)果，繪制位移-時(shí)間曲線(xiàn)，進(jìn)行回歸分析，判斷圍巖及支護(hù)穩(wěn)定情況，及時(shí)反饋，以指導(dǎo)施工。10、注意事項(xiàng) （1）、大跨度黃土隧道施工應(yīng)嚴(yán)格遵循“管超前、

9、短開(kāi)挖、勤量測(cè)、強(qiáng)支護(hù)、快封閉、早成環(huán)、穩(wěn)中求快”的原則。（2）、黃土遇水，力學(xué)效應(yīng)發(fā)生顯著變化，施工中應(yīng)加強(qiáng)對(duì)水的管理，可采取挖集水坑抽水的辦法。（3）、仰拱要及時(shí)緊跟下部開(kāi)挖，既可以保護(hù)地基，防止翻漿冒泥，也有利于車(chē)輛行駛、文明施工的加強(qiáng)。（4）、要作到防排水系統(tǒng)的完善性、連通性，真正作到不滲、不滴、不漏。六、機(jī)具設(shè)備主要施工機(jī)械配備參見(jiàn)表3。表3 主 要 施 工 機(jī) 械 配 備 表 注：以上機(jī)械配備是同一作業(yè)工區(qū)兩個(gè)口的機(jī)械配置情況。七、勞動(dòng)力組織主要作業(yè)工序勞動(dòng)力配備參見(jiàn)表4。表4 主 要 作 業(yè) 工 序 勞 動(dòng) 力 配 備 表 注：以上是同一作業(yè)工區(qū)兩個(gè)口直接施工人員的配置情況。八、

10、質(zhì)量控制1、質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)本工法執(zhí)行施工設(shè)計(jì)圖紙、公路隧道施工規(guī)范、公路隧道質(zhì)量評(píng)定與驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)。 2、質(zhì)量措施 （1）、人工手持風(fēng)鎬，環(huán)行開(kāi)挖時(shí)，要預(yù)留2030人工修整，避免超欠挖。 （2）、上部鋼支撐的鎖腳錨桿應(yīng)向下以40°45°的角度斜插，以起到承載拱擴(kuò)大拱腳的作用。 （3）、鋼拱架的安設(shè)精度要從間距、垂直度等嚴(yán)格控制，避免侵入二次襯砌，噴射砼要以先噴鋼拱架兩側(cè)，包裹鋼拱架，噴射時(shí)要注意鋼拱架背后不能有空洞。（4）、仰拱分開(kāi)施作，分開(kāi)部在2/5、3/5處斷開(kāi)，仰拱與填充施工縫錯(cuò)開(kāi)50以上，防止地下水冒出。（5）、襯砌防水板的鋪設(shè)要防止防水板與土工布連接部位破損（破損后應(yīng)補(bǔ)焊）

11、，影響防水效果。（6）、預(yù)留、預(yù)埋件的安設(shè)應(yīng)位置的準(zhǔn)確性，避免傾斜現(xiàn)象出現(xiàn)。 （7）、加強(qiáng)二次襯砌混凝土的振搗，防止出現(xiàn)蜂窩、麻面現(xiàn)象。九、安全技術(shù)措施1、洞口段施工，首先要做好邊、仰坡的防護(hù)，以及截水溝、排水溝的施作。2、開(kāi)挖根據(jù)圍巖類(lèi)別、圍巖含水量、埋藏深度等情況，確定每次進(jìn)尺，避免冒進(jìn)坍塌；下部開(kāi)挖避免對(duì)開(kāi)，造成鋼拱架懸空。3、初期支護(hù)要及時(shí)施作，及早封閉，達(dá)到圍巖與支護(hù)共同受力。 4、施工中應(yīng)加強(qiáng)對(duì)水的整治與處理，避免軟化圍巖。 5、嚴(yán)格控制上部開(kāi)挖、下部開(kāi)挖、仰拱、襯砌各工序之間的合理距離，力爭(zhēng)各工序有序化作 業(yè)。 十、技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析 1、施工進(jìn)度加快：山神廟隧道下行線(xiàn) 1124m，共

12、用 9 個(gè)月就實(shí)現(xiàn)了貫通。 2、應(yīng)急停車(chē)帶三處，共計(jì) 125m，由于方案優(yōu)化，節(jié)約投資 98.66 萬(wàn)元。 3、根據(jù)安全、質(zhì)量管理，從未出現(xiàn)過(guò)安全、質(zhì)量事故，且創(chuàng)下了黃延線(xiàn)超千米黃土隧道第一 個(gè)貫通，贏得了較好的社會(huì)效益。 十一、 十一、工程實(shí)例 黃延線(xiàn)山神廟隧道，位于陜西省甘泉縣與延安市寶塔區(qū)之間，全長(zhǎng) 2468 米，其中上行線(xiàn) 1344 米，下行線(xiàn) 1124 米，是本標(biāo)段的重點(diǎn)控制工程，其主要工程特點(diǎn)有： 1、跨度大： 3 隧道最大開(kāi)挖跨度為 15.76m，每斷面開(kāi)挖 140.2m 。 2、淺埋： 隧道最小埋深 4.7 米，且洞頂有一條寬約 60m 的大沖溝，沖溝最小埋深 16.45 米。 3、地質(zhì)條件差，不良地質(zhì)發(fā)育： 均為黃土隧道， 洞身通過(guò)處主要為第四系全新統(tǒng)黃土狀土 dl+c ） 第四系上更新統(tǒng)新黃土 2eol ） （Q4 、 （Q3 。不良地質(zhì)發(fā)育，如崩塌、滑塌、落水洞等。 和第四系中更新統(tǒng)老黃土（Qeol ） 2 4、圍巖含水量大： 上部開(kāi)挖，圍巖含水量在 1825%之間，下部及仰拱開(kāi)挖后，圍巖含水量在 2230%之間。 由于采用了大跨度黃土隧道施工工法，使得山神廟隧道下行線(xiàn)僅用了