大跨度黃土隧道偏心CD環(huán)形開挖施工工法

大跨度黃土土隧道偏心心CD環(huán)形開挖施施工工法杜松中鐵十一局局集團(tuán)第五五工程有限限公司五一一路項(xiàng)目部部一、工法背背景平陽(yáng)高速公公路陽(yáng)曲1號(hào)隧道為一一座上、下下行分離雙雙向六車道道高速公路路特長(zhǎng)隧道道，隧道左左線長(zhǎng)4685米，右線長(zhǎng)長(zhǎng)4711米；其中隧隧道進(jìn)口濕濕陷性黃土土段左、右右線長(zhǎng)約2000余米，黃土土段埋深在在2.0m～34.0m，開挖跨度度為17.23m～19.87m。該隧道為為山西省首首例大跨度度、超淺埋埋濕陷性黃黃土特長(zhǎng)公公路隧道。。隧址土體體主要以上上覆馬蘭組組黃土、下下覆離石組組黃土為主主。馬蘭組組黃土土體體疏松，質(zhì)質(zhì)純，大孔孔隙，垂直直節(jié)理發(fā)育育。乏水狀態(tài)下下馬蘭組黃黃土凍融狀態(tài)下下馬蘭組黃黃土離石組黃土土以棕黃色色亞粘土為為主，中間間夾鈣質(zhì)結(jié)結(jié)核層，與與馬蘭組黃黃土相比，，土體密實(shí)實(shí)，穩(wěn)定性性好。富含鈣質(zhì)結(jié)結(jié)核層離石石組黃土由于業(yè)主工工期要求，，陽(yáng)曲1號(hào)隧道進(jìn)口口黃土段進(jìn)進(jìn)洞施工未未避開濕陷陷性黃土春春融期，于于2010年初率先進(jìn)進(jìn)洞施工。。但在隨后后的兩個(gè)月月時(shí)間里，，采用傳統(tǒng)統(tǒng)的雙側(cè)壁壁導(dǎo)坑法掘掘進(jìn)施工，，左、右線單洞掘進(jìn)進(jìn)平均僅15m/月；由于春春融影響，，隧道拱頂頂沉降和周周邊收斂較較大，局部部地段侵入入二襯凈空空，無(wú)法滿滿足設(shè)計(jì)和和工期要求求。雙側(cè)壁導(dǎo)坑坑法施工，，拱部馬蘭蘭組黃土經(jīng)經(jīng)常失穩(wěn)溜溜塌鑒于此，項(xiàng)項(xiàng)目部依托托公司技術(shù)術(shù)力量和社社會(huì)資源，，邀請(qǐng)鐵道道部第三勘勘察設(shè)計(jì)院院、同濟(jì)大大學(xué)、重慶慶大學(xué)、西西安科技大大學(xué)、石家家莊鐵道大大學(xué)、解放放軍后勤工工程學(xué)院、、重慶交通通大學(xué)等單單位的業(yè)界界專家、學(xué)學(xué)者共同對(duì)對(duì)黃土隧道道施工工藝藝進(jìn)行改良良。首先，采用用“三臺(tái)臺(tái)階法”，，施工過(guò)程程中，由于于三車道黃黃土隧道呈呈扁平橢圓圓形，開挖挖跨度較大大，達(dá)17.23m；分臺(tái)階開開挖，不利利于初期支支護(hù)及時(shí)封封閉成環(huán)，，且結(jié)構(gòu)矢矢跨比較小小，結(jié)構(gòu)受受力較薄弱弱，最后該該工藝以掌掌子面冒頂頂宣告失敗敗。三臺(tái)階施工工隧道冒頂頂其次，采用用“CD法”，采用用CD法施工，先先小導(dǎo)坑掘掘進(jìn)，釋放放黃土應(yīng)力力，采用側(cè)側(cè)壁臨時(shí)支支護(hù)和臨時(shí)時(shí)仰拱及時(shí)時(shí)封閉成環(huán)環(huán)，初期支支護(hù)受力體體系較好，，但該工藝藝施工步序序繁瑣，洞洞內(nèi)施工組組織復(fù)雜，，月進(jìn)尺仍仍不能滿足足工期要求求，該工藝藝被迫“流流產(chǎn)”。最后，采用用我今天所所講的施工工工藝（即即：淺埋大大跨度黃土土隧道采用用偏心CD環(huán)形開挖施施工工法））施工，該該工法類似似CD法，但我們們從中省略略了臨時(shí)仰仰拱工序，，簡(jiǎn)化施工工步序，化繁為簡(jiǎn)，為為洞內(nèi)施工工組織提供供便利，提提高機(jī)械利利用率。同同時(shí)采用小小導(dǎo)坑掘進(jìn)進(jìn)釋放土體體應(yīng)力，環(huán)環(huán)形導(dǎo)坑緊緊跟施工，，利于初期期支護(hù)及時(shí)時(shí)閉合成環(huán)環(huán)，初期支支護(hù)結(jié)構(gòu)受受力體系完完整。采用用該工藝施施工平均月月進(jìn)尺50m/月左右，最最高紀(jì)錄為為單洞掘進(jìn)進(jìn)93m/月；且安全全、質(zhì)量、、進(jìn)度平穩(wěn)穩(wěn)可控，滿滿足各方要要求。偏心CD環(huán)形開挖施施工，小導(dǎo)導(dǎo)坑先行，，環(huán)形導(dǎo)坑坑緊跟。二、偏心CD環(huán)形導(dǎo)坑開開挖工法特特點(diǎn)2.1與普通土質(zhì)質(zhì)隧道開挖挖相比，陽(yáng)陽(yáng)曲1號(hào)隧道由于于受隧址埋埋深，結(jié)構(gòu)構(gòu)物跨度，，以及大斷斷面的限制制，本工法法采用分部部開挖可以以劃分圍巖巖斷面，促促使圍巖應(yīng)應(yīng)力從新分分布，先掘掘進(jìn)小導(dǎo)坑坑可以提前前釋放圍巖巖應(yīng)力，預(yù)預(yù)知前方掌掌子面土體體情況，降降低圍巖冒冒頂、塌方方的發(fā)生概概率；其次次環(huán)形導(dǎo)坑坑緊跟，初初期支護(hù)及及時(shí)封閉成成環(huán)，利于于支護(hù)體系系整體受力力。2.2超淺埋大跨跨度黃土隧隧道采用偏偏心CD環(huán)形開挖施施工，較設(shè)設(shè)計(jì)雙側(cè)壁壁導(dǎo)坑施工工，工序簡(jiǎn)簡(jiǎn)潔，便于于施工組織織管理，可可加快施工工進(jìn)度，縮縮短工期；；提高機(jī)機(jī)械利用率率，節(jié)約人人工和材料料。三、工法原原理淺埋地層大大跨度黃土土隧道采用用偏心CD環(huán)形開挖法法施工是根根據(jù)“預(yù)加加固、短進(jìn)進(jìn)尺、強(qiáng)支支護(hù)、早封封閉、勤測(cè)測(cè)量”的原原理，通過(guò)過(guò)監(jiān)測(cè)隧道道拱頂沉降降及周邊收收斂等數(shù)值值，不斷優(yōu)優(yōu)化開挖方方案，采用用分部開挖挖形式、合合理選擇開開挖進(jìn)尺、、縮短各工工序銜接時(shí)時(shí)間、嚴(yán)格格控制襯砌砌安全距離離等方法，，避免因開開挖方法不不當(dāng)和仰拱拱、二次襯襯砌滯后導(dǎo)導(dǎo)致隧道拱拱頂下沉、、掌子面崩崩塌等病害害的發(fā)生，，以保證黃黃土隧道在在淺埋地段段的施工安安全。根據(jù)隧隧道拱拱頂沉沉降監(jiān)監(jiān)測(cè)和和周邊邊收斂斂數(shù)據(jù)據(jù)，確確定合合理的的分部部開挖挖形式式和襯襯砌安安全距距離，，偏心心CD環(huán)形開開挖施施工采采用偏偏心導(dǎo)導(dǎo)坑+環(huán)形開開挖法法分部部前后后錯(cuò)開開開挖挖，開開挖過(guò)過(guò)程中中,左側(cè)小小導(dǎo)坑坑超前前開挖挖支護(hù)護(hù)，降降低隧隧道相相對(duì)圍圍巖級(jí)級(jí)別，，提前前釋放放圍巖巖應(yīng)力力，右右導(dǎo)坑坑結(jié)合合拱部部環(huán)形形同步步跟進(jìn)進(jìn)施工工，快快速閉閉合支支護(hù)結(jié)結(jié)構(gòu)，，減少少對(duì)圍圍巖的的擾動(dòng)動(dòng)，分分部支支護(hù)，，形成成支護(hù)護(hù)整體體；縮縮短作作業(yè)循循環(huán)時(shí)時(shí)間，，逐步步向縱縱深推推進(jìn)，，形成成開挖挖及施施作初初期支支護(hù)，，混凝凝土仰仰拱緊緊跟掌掌子面面及時(shí)時(shí)施作作構(gòu)成成穩(wěn)固固的支支護(hù)體體系。。四、工工法適適用范范圍本工法法適用用于大大跨度度超淺淺埋自自穩(wěn)性性較好好黃土土隧道道施工工。若若隧道道全部部以馬馬蘭組組黃土土為主主，則則不適適宜采采用該該工法法施工工。五、工工法施施工工工藝5.1工藝施施工流流程5.2施工工工藝流流程5.3施工重重點(diǎn)及及注意意事項(xiàng)項(xiàng)5.3.1施工準(zhǔn)準(zhǔn)備做好場(chǎng)場(chǎng)地的的“三三通一一平””工作作，隧隧道洞洞門因因處于于退耕耕還林林區(qū)，，植被被及雜雜草相相對(duì)較較茂密密，本本著““早進(jìn)進(jìn)晚出出”的的原則則，盡盡量少少破壞壞植被被，減減少洞洞口刷刷方工工程和和護(hù)坡坡工程程量。。邊仰仰坡開開挖后后，及及時(shí)進(jìn)進(jìn)行““噴、、錨、、網(wǎng)、、噴””支護(hù)護(hù)，及及時(shí)封封閉土土體，，并做做好邊邊坡防防排水水施工工。同同時(shí)，，濕陷陷性黃黃土隧隧道進(jìn)進(jìn)洞施施工時(shí)時(shí)宜避避開春春融和和雨季季。5.3.2超前支支護(hù)開挖前前，對(duì)對(duì)土體體拱部部和臨臨時(shí)支支護(hù)外外側(cè)拱拱腰以以上部部位采采用Φ42注漿導(dǎo)導(dǎo)管施施工，，注漿漿導(dǎo)管管參數(shù)數(shù)根據(jù)據(jù)實(shí)際際情況況動(dòng)態(tài)態(tài)控制制，確確保開開挖時(shí)時(shí)洞頂頂和側(cè)側(cè)墻土土體穩(wěn)穩(wěn)定。。（陽(yáng)陽(yáng)曲1號(hào)隧道道施工工時(shí)采采用每每環(huán)長(zhǎng)長(zhǎng)2.5m，環(huán)向向40cm間距施施工））5.3.3洞身開開挖及及初支支由于隧隧道開開挖跨跨度大大，為為確保保施工工安全全，開開挖進(jìn)進(jìn)尺每每循環(huán)環(huán)控制制進(jìn)尺尺為50cm（單榀榀工字字鋼進(jìn)進(jìn)尺）），采采用左左小導(dǎo)導(dǎo)坑先先行、、預(yù)留留核心心土環(huán)環(huán)形導(dǎo)導(dǎo)坑緊緊隨兩兩個(gè)工工作面面施工工，洞洞身開開挖采采用人人工風(fēng)風(fēng)鎬修修邊配配合挖挖掘機(jī)機(jī)掘進(jìn)進(jìn)，利利于控控制隧隧道超超欠挖挖。（1）人工工風(fēng)鎬鎬配合合挖掘掘機(jī)沿沿開挖挖輪廓廓線自自上而而下開開挖左左小導(dǎo)導(dǎo)坑，，開挖挖后及及時(shí)噴噴射混混凝土土（噴噴射混混凝土土厚度度和支支護(hù)強(qiáng)強(qiáng)度根根據(jù)掌掌子面面情況況可動(dòng)動(dòng)態(tài)調(diào)調(diào)整）），封封閉作作業(yè)面面，邊邊墻初初支和和臨時(shí)時(shí)初支支作業(yè)業(yè)及時(shí)時(shí)跟上上，避避免側(cè)側(cè)墻向向?qū)Э涌觾?nèi)崩崩塌。。（2）左小小導(dǎo)坑坑超前前施工工后3m～5m后，同同時(shí)開開挖環(huán)環(huán)形導(dǎo)導(dǎo)坑，，預(yù)留留核心心土，，進(jìn)行行環(huán)形形導(dǎo)坑坑支護(hù)護(hù)，使使初期期支護(hù)護(hù)及時(shí)時(shí)與左左小導(dǎo)導(dǎo)坑支支護(hù)體體系閉閉合。。隧址址土體體較穩(wěn)穩(wěn)定情情況下下，可可以兩兩個(gè)作作業(yè)面面平行行推進(jìn)進(jìn)施工工，遇遇不良良地質(zhì)質(zhì)段應(yīng)應(yīng)避免免左、、右側(cè)側(cè)兩個(gè)個(gè)工作作面同同時(shí)施施工。。（3）工藝藝控制制點(diǎn)：：預(yù)留留核心心土處處理。。陽(yáng)曲曲1號(hào)隧道道預(yù)留留核心心土呈呈梯形形狀，，斷面面尺寸寸約4m（高））×4m（底寬寬）；；環(huán)形形導(dǎo)坑坑開挖挖結(jié)束束后，，應(yīng)及及時(shí)對(duì)對(duì)核心心土進(jìn)進(jìn)行封封閉處處理，，防止止核心心土裸裸露時(shí)時(shí)間較較長(zhǎng)失失穩(wěn)、、崩塌塌；核核心土土封閉閉參數(shù)數(shù)可根根據(jù)土土質(zhì)情情況選選擇素素噴或或錨噴噴防護(hù)護(hù)。5.3.4仰拱施施工黃土隧隧道在在開挖挖后受受各種種地質(zhì)質(zhì)和施施工因因素的的影響響，在在施工工前期期圍巖巖變化化較大大，支支護(hù)體體系應(yīng)應(yīng)快速速封閉閉成環(huán)環(huán)；根根據(jù)掌掌子面面的空空間效效應(yīng)，，掌子子面距距仰拱拱最大大距離離以不不超過(guò)過(guò)25米為宜宜，仰仰拱建建議采采用半半幅施施工，，開挖挖長(zhǎng)度度以3～4米最為為安全全，防防止開開挖步步距過(guò)過(guò)大，，邊墻墻拱腳腳處收收斂加加劇，，造成成噴射射混凝凝土開開裂和和拱架架下沉沉。仰仰拱開開挖后后，應(yīng)應(yīng)及時(shí)時(shí)施作作仰拱拱鋼架架及襯襯砌混混凝土土支護(hù)護(hù)。5.3.5防排水水施工工（1）施工工防排排水黃土遇遇水軟軟化，，施工工中選選用煤煤電鉆鉆和礦礦用電電動(dòng)巖巖石鉆鉆機(jī)施施作錨錨桿和和小導(dǎo)導(dǎo)管，，盡量量減少少開挖挖面的的施工工用水水量，，加快快對(duì)開開挖掌掌子面面的封封閉處處理，，縮短短土體體裸露露時(shí)間間。另另外，，對(duì)于于開挖挖后出出現(xiàn)的的滲漏漏水，，宜引引不宜宜堵，，采用用集水水坑形形式集集中處處理，，對(duì)于于土體體含水水量超超過(guò)20%的地段段，仰仰拱開開挖后后，及及時(shí)初初噴混混凝土土予以以封閉閉處理理。（2）結(jié)構(gòu)構(gòu)防排排水防排水水的施施工原原則是是以排排水為為主，，防排排結(jié)合合，綜綜合治治理，，形成成完整整的防防排水水體系系，使使隧道道防水水可靠靠，排排水暢暢通。。復(fù)合合式襯襯砌采采用Φ50雙壁打打孔波波紋管管、防防水板板和土土工布布進(jìn)行行環(huán)向向防水水；采采用Φ116雙壁打打孔波波紋管管、中中心排排水溝溝及排排水邊邊溝進(jìn)進(jìn)行橫橫向、、縱向向排水水。5.3.6襯砌陽(yáng)曲1號(hào)隧道道黃土土段邊邊墻、、拱部部采用用9m可調(diào)式式全自自動(dòng)液液壓臺(tái)臺(tái)車，，混凝凝土采采用洞洞外自自動(dòng)計(jì)計(jì)量拌拌合站站拌制制，混混凝土土罐車車運(yùn)輸輸至洞洞內(nèi)，，經(jīng)輸輸送泵泵泵送送入模模。（（可調(diào)調(diào)式全全自動(dòng)動(dòng)液壓壓臺(tái)車車的模模度系系數(shù)可可根據(jù)據(jù)實(shí)際際情況況作調(diào)調(diào)整））5.3.7監(jiān)控量量測(cè)技技術(shù)監(jiān)控量量測(cè)是是地下下工程程尤其其是軟軟弱段段圍巖巖施工工中的的重要要內(nèi)容容，是是監(jiān)視視圍巖巖和支支護(hù)穩(wěn)穩(wěn)定性性的重重要手手段，，它能能指導(dǎo)導(dǎo)施工工、預(yù)預(yù)報(bào)險(xiǎn)險(xiǎn)情、、確保保安全全。根根據(jù)測(cè)測(cè)量結(jié)結(jié)果，，繪制制位移移-時(shí)間曲曲線，，進(jìn)行行回歸歸分析析，判判斷圍圍巖及及支護(hù)護(hù)穩(wěn)定定情況況，及及時(shí)反反饋，，以指指導(dǎo)施施工。。監(jiān)控量量測(cè)項(xiàng)項(xiàng)目一一覽表表監(jiān)測(cè)項(xiàng)目方法及儀器設(shè)備監(jiān)測(cè)布設(shè)原則監(jiān)測(cè)頻率備注地質(zhì)及支護(hù)狀況觀察巖性、結(jié)構(gòu)面產(chǎn)狀及支護(hù)裂縫觀察和描述、地質(zhì)羅盤儀等。掌子面及初期支護(hù)后的地段進(jìn)行觀察每次開挖及初期支護(hù)后周邊位移收斂?jī)x每10m～50m一個(gè)斷面，每個(gè)斷面2～3對(duì)測(cè)點(diǎn)1d～15d，1～2次/d；16d～30d，1次/2d；1～3月，1～2次/周；3月以上，2次/月開挖后及時(shí)埋設(shè)測(cè)點(diǎn)拱頂下沉水平儀、水準(zhǔn)尺或測(cè)桿每10m～50m一個(gè)斷面，每個(gè)斷面2～3對(duì)測(cè)點(diǎn)1d～15d，1～2次/d；16d～30d，1次/2d；1～3月，1～2次/周；3月以上，2次/月開挖后及時(shí)埋設(shè)測(cè)點(diǎn)超前地質(zhì)預(yù)報(bào)TSP202間隔50m～100m一個(gè)斷面地表沉降精密水準(zhǔn)儀、鋼尺淺埋段沿隧道中線，每隔5m～10m布設(shè)一組測(cè)點(diǎn)開挖初期1～2次/d；開挖后期1次/2～3d開挖前提前埋設(shè)測(cè)點(diǎn)5.3.8注意事事項(xiàng)（1）大跨跨度黃黃土隧隧道施施工應(yīng)應(yīng)嚴(yán)格格遵循循“管管超前前、短短開挖挖、勤勤測(cè)量量、強(qiáng)強(qiáng)支護(hù)護(hù)、快快封閉閉、早早成環(huán)環(huán)、穩(wěn)穩(wěn)中求求快””的原原則。。（2）黃土土遇水水，力力學(xué)效效應(yīng)發(fā)發(fā)生顯顯著變變化，，施工工中應(yīng)應(yīng)加強(qiáng)強(qiáng)對(duì)水水的管管理，，可采采取集集中排排水的的辦法法。（3）仰拱拱應(yīng)及及時(shí)緊緊跟導(dǎo)導(dǎo)坑開開挖，，即可可以保保護(hù)地地基，，防止止翻漿漿冒泥泥，也也有利利于車車輛行行駛及及文明明施工工的加加強(qiáng)。。（4）左右右側(cè)兩兩個(gè)工工作面面前后后距離離不宜宜過(guò)大大，開開挖過(guò)過(guò)程中中應(yīng)注注意將將核心心土保保留完完好，，導(dǎo)坑坑開挖挖后根根據(jù)圍圍巖情情況噴噴射混混凝土土封閉閉開挖挖面和和側(cè)壁壁墻。。（5）超前前小導(dǎo)導(dǎo)管支支護(hù)較較一般般設(shè)計(jì)計(jì)應(yīng)加加密，，可每每循環(huán)環(huán)施作作超前前管棚棚支護(hù)護(hù)，消消除掉掉塊及及小型型冒頂頂?shù)裙肮绊斆撁摽詹〔『?。。?）初支支鋼架架拱腳腳處加加墊混混凝土土預(yù)制制塊或或鋼板板，拱拱架背背后噴噴填密密實(shí)，，鎖腳腳鋼管管及邊邊墻錨錨桿視視圍巖巖情況況適當(dāng)當(dāng)加密密布設(shè)設(shè)，拱拱部錨錨桿可可適當(dāng)當(dāng)減少少。（7）通過(guò)過(guò)監(jiān)控控量測(cè)測(cè)及時(shí)時(shí)取得得實(shí)測(cè)測(cè)數(shù)據(jù)據(jù)分析析反饋饋用以以修正正設(shè)計(jì)計(jì)參數(shù)數(shù)和調(diào)調(diào)整施施工作作業(yè)方方法。。（8）及時(shí)時(shí)閉合合初支支結(jié)構(gòu)構(gòu)并施施作仰仰拱襯襯砌，，嚴(yán)格格控制制二襯襯與掌掌子面面距離離。六、資資源配配置主要施施工機(jī)機(jī)械配配置表表序號(hào)機(jī)械名稱規(guī)格型號(hào)單位雙側(cè)壁導(dǎo)坑法偏心CD法序號(hào)機(jī)械名稱規(guī)格型號(hào)單位雙側(cè)壁導(dǎo)坑法偏心CD法1挖掘機(jī)PC200-6臺(tái)329裝載機(jī)ZLC50C臺(tái)212風(fēng)鎬G10把201010裝載機(jī)ZLC50D臺(tái)213濕噴機(jī)PZ-5-1臺(tái)6411空壓機(jī)L-22/7臺(tái)444煤電鉆K3Y-2.5-380臺(tái)281412碴車15m3輛865鉆機(jī)KHYD75A臺(tái)8413通風(fēng)機(jī)SDFN10臺(tái)226拌和機(jī)JS750臺(tái)2214輸送泵HBT60臺(tái)227注漿機(jī)KBY-50/70臺(tái)2215罐車HJT-3A輛338裝載機(jī)ZL40B臺(tái)1116臺(tái)車9米臺(tái)22雙側(cè)壁壁導(dǎo)坑坑與偏偏心CD環(huán)形導(dǎo)導(dǎo)坑工工藝施施工主要機(jī)機(jī)具對(duì)對(duì)比表表主要作作業(yè)工工序勞勞動(dòng)力力配備備表工序工作內(nèi)容雙側(cè)壁導(dǎo)坑偏心CD備注人數(shù)×班次人數(shù)×班次開挖開挖、出碴18×2=3613×2=26開挖班初期支護(hù)初噴、掛網(wǎng)、立鋼支撐、錨桿、復(fù)噴25×2=5016×2=32初支班二次襯砌仰拱開挖、立模、澆筑混凝土6×2=126×2=12二襯班鋪設(shè)防水板、防水管道安設(shè)4×2=84×2=8臺(tái)車定位、預(yù)埋件安設(shè)、澆筑混凝土、脫模、養(yǎng)生9×2=189×2=18雙側(cè)壁導(dǎo)導(dǎo)坑與偏偏心CD環(huán)形導(dǎo)坑坑工藝施施工主要人員員配置對(duì)對(duì)比表七、質(zhì)量量控制7.1質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)本工法執(zhí)執(zhí)行施工工設(shè)計(jì)圖圖紙、《公路隧道道施工技技術(shù)規(guī)范范》（JTGF60-2009）、《公路工程程質(zhì)量檢檢驗(yàn)評(píng)定定標(biāo)準(zhǔn)》（JTGF80/1-2004）。7.2