交叉隧洞施工方法(五)

1、交 叉 隧 洞 施 工 工 法中鐵十三局五公司 張新 摘要交叉隧洞分臺(tái)階施工；大拱腳澆筑混凝土加強(qiáng)支護(hù)；先上層后下層隧洞開(kāi)挖支護(hù)。 關(guān)鍵詞先上后下三臺(tái)階 交叉隧洞大拱腳1、工程概況云鵬水電站左岸導(dǎo)流隧洞(上層隧洞)洞身段全長(zhǎng)784.00m，有壓段，斷面形狀為圓形，開(kāi)挖直徑D=12.0m；無(wú)壓段，斷面形狀為城門(mén)洞形，開(kāi)挖尺寸為10m×13m（寬×高），圍巖主要有、；下層隧洞（交通洞）開(kāi)挖斷面尺寸為7.5m×8.4m（寬×高），全長(zhǎng)397m，圍巖主要有、。交通洞與導(dǎo)流洞交叉部位長(zhǎng)度為米，交叉段下層隧洞（交通洞）為類圍巖，由破碎的粉砂質(zhì)泥巖組成；上層隧洞（導(dǎo)流

2、洞）為類圍巖，由破碎的泥質(zhì)粉砂巖組成，屬于斷層破碎帶。下層隧洞頂板開(kāi)挖線與上層隧洞底板開(kāi)挖線高差僅為0.221米，上層隧洞頂板開(kāi)挖線與下層隧洞低板開(kāi)挖線總高差22米。2、開(kāi)挖方法先開(kāi)挖支護(hù)上層隧洞，上層隧洞開(kāi)挖高度為13米，開(kāi)挖采用三臺(tái)階分步法開(kāi)挖，第一臺(tái)階高6米先行，第二臺(tái)階高4米，第三臺(tái)階高3米，第一臺(tái)階開(kāi)挖循環(huán)進(jìn)尺保持在1.0米左右（圍巖破碎防止塌方）；第二、第三臺(tái)階開(kāi)挖循環(huán)進(jìn)尺保持在2米左右（為加快施工進(jìn)度），采用錯(cuò)臺(tái)法開(kāi)挖（防止掉頂）；初期支護(hù)緊跟開(kāi)挖面（防止應(yīng)力釋放較大，破壞原有的圍巖結(jié)合力）。上層隧洞開(kāi)挖支護(hù)完畢后，再進(jìn)行下層隧洞開(kāi)挖支護(hù)。下層隧洞開(kāi)挖采用全斷面開(kāi)挖（結(jié)合圍巖情況

3、而定，IV圍巖可以全斷面開(kāi)挖，同時(shí)加快施工進(jìn)度），光面爆破，循環(huán)進(jìn)尺保持在1米左右（進(jìn)尺太長(zhǎng)對(duì)圍巖擾動(dòng)較大，防止對(duì)上層隧洞支護(hù)的破壞），初期支護(hù)緊跟開(kāi)挖面，先上層隧洞開(kāi)挖支護(hù)，后下層隧洞開(kāi)挖支護(hù)（先上層后下層優(yōu)點(diǎn)：上層開(kāi)挖支護(hù)完畢后，圍巖的壓力幾乎全部轉(zhuǎn)移至大拱腳部位，大拱腳部位采用混凝土澆注；下層開(kāi)挖時(shí)頂部幾乎無(wú)圍巖壓力，施工安全可靠。先下層后上層缺點(diǎn)：先下層開(kāi)挖支護(hù)后，再進(jìn)行上層開(kāi)挖，上層開(kāi)挖破壞了上層隧洞的圍巖結(jié)合力，對(duì)下層隧洞的支護(hù)強(qiáng)度要求較高，需投入更多的資金，加強(qiáng)下層隧洞支護(hù)，一般需下層隧道襯砌后進(jìn)行上層隧道施工，工程造價(jià)高，同時(shí)影響施工進(jìn)度）3 壓力計(jì)算（在開(kāi)挖支護(hù)前應(yīng)進(jìn)行應(yīng)力計(jì)

4、算，確保施工安全，確定合理的支護(hù)方案，減少資金投入）導(dǎo)流洞位于軟若破碎巖體中，埋深50米，圍巖容重=24KN/m3，內(nèi)摩擦角=36，巖體抗壓強(qiáng)度R=12 Kpa，隧洞寬b=10米，隧洞高h(yuǎn)t =13米。巖石堅(jiān)固性系數(shù)fkp=R/10=12/10=1.2(R-巖體抗壓強(qiáng)度)壓力拱高h(yuǎn)=1*b+ht tan2(45°-/2)(b-隧洞寬度, ht-隧洞高度, -內(nèi)摩擦角)=1*10+13tan2(45°-36°/2)/1.2=11.15m隧洞頂部垂直壓力q=h=24×11.15=267.6Kpa(-巖石容重, h-壓力拱高)水平壓力 e1=h=267.6 t

5、an2(45°-36°/2)=69.6 Kpa e2=(h+ ht) (267.6+24×13)×tan2(45°-36°/2)=150.75 Kpa = tan2(45°-/2)交通洞位于軟若破碎巖體中，埋深60米，圍巖容重=24KN/m3，內(nèi)摩擦角=36°，巖體抗壓強(qiáng)度R=12 Kpa，隧洞寬b=7.5米，隧洞高h(yuǎn)t =8.4米。巖石堅(jiān)固性系數(shù)fkp=R/10=12/10=1.2(R-巖體抗壓強(qiáng)度)壓力拱高h(yuǎn)=1*b+ht tan2(45°-/2)(b-隧洞寬度, ht-隧洞高度, -內(nèi)摩擦角)=1*

6、7.5+8.4tan2(45°-36°/2)/1.2=8.07m隧洞頂部垂直壓力q=h=24×8.07=193.69Kpa(-巖石容重, h-壓力拱高)水平壓力 e1=h=193.69 tan2(45°-36°/2)=50.37 Kpa e2=(h+ ht) (193.69+24×8.4)×tan2(45°-36°/2)=102.77 Kpa = tan2(45°-/2)4、支護(hù)方法4.1上層隧洞支護(hù)形式上層隧洞初期支護(hù)I18工字鋼支撐，排距為50cm; 系統(tǒng)錨桿25間排距1.0m×1

7、.0m，L=5m,梅花型布置；25連接筋，間距30cm；噴砼C20厚20cm； 鋼筋網(wǎng) 6.5cm×cm。 4.2.下層隧洞支護(hù)形式下層隧洞全斷面開(kāi)挖支護(hù)拱部：大拱腳C30鋼筋混凝土澆注，大拱腳上部采用C30素混凝土回填，鋼筋混凝土用雙層鋼筋綁扎, 環(huán)向28，縱向25，間排距15 cm；28架立筋支撐，間排距50 cm；直墻：掛鋼筋網(wǎng)6.5 15cm×15cm；噴C20混凝土厚20 cm；系統(tǒng)錨桿251.5m ×1.5m，梅花型布置。先進(jìn)行下層隧洞襯砌施工，待下層隧洞砼強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度時(shí)，再可進(jìn)行上層隧洞襯砌施工上層隧洞襯砌時(shí)，要先澆注底板砼，底板砼強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)

8、度時(shí)，方可上襯砌臺(tái)車。上層隧洞開(kāi)挖支護(hù)到底部時(shí)，先進(jìn)行大拱腳處混凝土施工，再進(jìn)行下層隧洞開(kāi)挖支護(hù)，最后進(jìn)行拱部混凝土澆注和上層隧洞底板墊層澆注。4.3下層隧洞支護(hù)示意圖交通洞雙層鋼筋網(wǎng)、架立筋示意圖5.工藝流程與操作要點(diǎn)5.1 I18工字鋼支撐在交叉地段，要求早期支護(hù)，必須具有較大的剛度，以阻止圍巖過(guò)度變形和承受部分松弛荷載。I18工字鋼支撐具有這樣的力學(xué)性能，其整體剛度較大，可以提供較大的早期支護(hù)剛度；I18工字鋼支撐可很好地與錨桿、鋼筋網(wǎng)、噴射混凝土合理組合，構(gòu)成聯(lián)合支護(hù)，增強(qiáng)支護(hù)功能的有效性，且受力條件較好，對(duì)隧洞斷面變形的適應(yīng)性好。5.1.1 I18工字鋼支撐的制作I18工字鋼支撐在現(xiàn)

9、場(chǎng)制造，采用熱彎加工焊接而制成。I18工字鋼支撐在隧洞施工現(xiàn)場(chǎng)按比例為1：1的胎模熱彎加工及焊接而成。I18工字鋼支撐加工后要進(jìn)行試拼，接頭連接要求每榀之間可以互換。I18工字鋼支撐的截面尺寸，能滿足開(kāi)挖斷面為10.1m×13m（寬×高）強(qiáng)度、剛度穩(wěn)定性的要求。5.1.2 I18工字鋼支撐安設(shè)與施工I18工字鋼支撐應(yīng)按設(shè)計(jì)位置安設(shè)，鋼支撐之間用25縱向連接筋連接（重要，把每榀工字鋼連接為一體，通過(guò)錨桿與工字鋼連接，由把工字鋼與圍巖連接為一體，要確保焊接質(zhì)量，作成彎鉤增加焊接面積），拱腳或底腳放在堅(jiān)硬穩(wěn)固的基巖上，I18工字鋼支撐與圍巖之間應(yīng)盡量接近，留2cm3cm間隙作為保

10、護(hù)層。當(dāng)拱腳或底腳標(biāo)高不準(zhǔn)確時(shí)，設(shè)置鋼板調(diào)整，使拱腳位于設(shè)計(jì)標(biāo)高位置, I18工字鋼支撐的拱腳設(shè)20 cm的埋置深度，采取加設(shè)墊鋼板、鎖腳錨桿（重要，把工字鋼與圍巖連接為一體，要確保焊接質(zhì)量，做成彎鉤增加焊接面積）。I18工字鋼支撐的安設(shè)在開(kāi)挖后2h內(nèi)完成，I18工字鋼支撐向圍巖方向加大接觸面積，減小圍巖對(duì)鋼支撐的壓強(qiáng)。為方便安設(shè)，每榀I18工字鋼支撐一般應(yīng)分為5節(jié)，連接部位設(shè)在拱腰和直墻部位（不要設(shè)置在拱頂，易受剪切，連接部位焊縫開(kāi)裂，工字鋼支撐短裂現(xiàn)象）并保證接頭的剛度。5.1.3 I18工字鋼支撐施工技術(shù)要點(diǎn)、在初噴混凝土5cm后（封閉圍巖防止風(fēng)化、掉石）,再安裝鋼支撐， I18工字鋼支

11、撐應(yīng)盡可能多的與錨桿露頭及鋼筋網(wǎng)焊接，以增強(qiáng)其聯(lián)合支護(hù)的效應(yīng)；、噴射混凝土?xí)r，鋼支撐與巖面之間的間隙噴射飽滿，達(dá)到密實(shí)，清除干凈底腳處浮渣，超挖處加設(shè)鋼墊塊，中間段接頭板用砂子埋?。ㄗ饔?，以防噴射混凝土堵塞接頭板螺栓孔）；、巖面與鋼支撐要密貼、牢靠、穩(wěn)固；5.2 噴射混凝土 5.2.1 工藝流程導(dǎo)流洞碎石夾土地層噴射混凝土?xí)r，先低壓，噴射一層水泥砂漿，再按常規(guī)噴射混凝土。速凝劑細(xì)骨料粗骨料噴頭干噴機(jī)攪拌機(jī)水泥水壓縮空氣干噴射混凝土施工工藝流程5.2.2施工技術(shù)要點(diǎn)噴射混凝土作業(yè)采用分段、分塊，先墻后拱、自下而上的順序進(jìn)行；噴射作業(yè)時(shí)，噴嘴做反復(fù)緩慢的螺旋形運(yùn)動(dòng)，螺旋直徑約1015cm，以保證混

12、凝土噴射密實(shí)。同時(shí)掌握風(fēng)壓、水壓及噴射距離控制再1米左右，噴射角度控制在8085度，以減少混凝土的回彈量；先初噴射混凝土5cm時(shí)，在分兩次噴射砼。每次噴射砼厚度控制在7 cm左右；噴射混凝土終凝2小時(shí)后，進(jìn)行噴水養(yǎng)護(hù)。5.3 固體錨固劑錨桿（固體錨固劑錨桿優(yōu)點(diǎn)：施工操作簡(jiǎn)單、適用于不同角度的錨桿施工，垂直于拱頂錨桿施工較為方便，能更好的保證質(zhì)量要求。缺點(diǎn)：比砂漿錨桿造價(jià)高。砂漿錨桿的缺點(diǎn)：垂直于拱頂錨桿，注漿達(dá)到飽滿較難，漏漿嚴(yán)重，施工操作時(shí)間長(zhǎng)）5.3.1施工工藝流程：放錨固劑清孔鉆孔布點(diǎn)質(zhì)量檢查打入錨桿錨固劑錨桿施工工藝流程圖5.3.2施工方法：、布點(diǎn)：按要求測(cè)量進(jìn)行布點(diǎn)定位。、鉆孔：手風(fēng)

13、鉆就位后，鉆孔方向盡量與巖石節(jié)理方向垂直，孔徑大于錨桿直徑1520mm?？足@好后，用高壓水將孔眼沖洗干凈，然后用高壓風(fēng)吹凈孔內(nèi)殘留水，并用塞子塞緊孔口，以防止石碴或泥土掉入孔內(nèi)。、置放錨固劑：錨固劑在水中浸泡達(dá)到符合要求時(shí)，迅速的用竹桿送到孔洞底部，錨固劑的飽滿程度不小于孔深的2/3。、打入錨桿：用高壓風(fēng)槍頂進(jìn)錨桿。6.技術(shù)難點(diǎn)和要點(diǎn)6.1技術(shù)難點(diǎn)：開(kāi)挖方法的確定，要根據(jù)圍巖的性質(zhì)、隧道的開(kāi)挖斷面、合理確定開(kāi)挖臺(tái)階的高度，開(kāi)挖進(jìn)尺（臺(tái)階太高、進(jìn)尺太長(zhǎng)易造成塌方；臺(tái)階太矮、進(jìn)尺太短，進(jìn)度太慢，影響工期）。支護(hù)方法的確定，要根據(jù)地質(zhì)資料數(shù)據(jù)，計(jì)算圍巖應(yīng)力，結(jié)合施工經(jīng)驗(yàn)合理確定支護(hù)方式。（計(jì)算數(shù)據(jù)要

14、準(zhǔn)確，要考慮合理的安全系數(shù)，合理確定支護(hù)方式。安全系數(shù)考慮太大，支護(hù)造價(jià)高，安全系數(shù)考慮太小，可能出現(xiàn)質(zhì)量和安全事故）。6.2技術(shù)要點(diǎn)先開(kāi)挖支護(hù)上層隧道后開(kāi)挖支護(hù)下層隧道；開(kāi)挖支護(hù)下層隧道前要先施工大拱腳混凝土澆注；嚴(yán)格控制下層隧道的開(kāi)挖進(jìn)尺防止下層隧洞爆破對(duì)上層隧道支護(hù)的破壞；嚴(yán)格控制連接筋、錨桿和鋼支撐的焊接質(zhì)量，確保鋼支撐、錨桿與圍巖組成聯(lián)合支護(hù)體系；鋼支撐連接段設(shè)立在直墻和拱腰處，不得設(shè)立在拱頂；分臺(tái)階開(kāi)挖要采用錯(cuò)臺(tái)法；7.結(jié)束語(yǔ)云鵬水電站左岸交叉隧洞施工技術(shù)取得了一定經(jīng)驗(yàn)，隧洞施工方法在穩(wěn)步提高。交叉段隧洞，在施工中未出現(xiàn)塌方、圍巖變形等質(zhì)量和安全事故，同時(shí)提前完成了交叉部位施工。證明了交叉隧洞，采用三臺(tái)階，先上后下開(kāi)挖，大拱腳加強(qiáng)支護(hù)能滿足施工進(jìn)度和質(zhì)量要求，同時(shí)減少工程造價(jià)。但隧洞施工中各種施工方法需進(jìn)一步探討和試驗(yàn)。施工方法是影響施工進(jìn)度和質(zhì)量的主要因素之一，同時(shí)也影響工程的造價(jià)。在隧洞施工中不同的地質(zhì)情況需要選擇相應(yīng)的施工方法，采取新工藝、新設(shè)備、新材料、新