軟弱圍巖偏壓淺埋隧道出洞施工工法

軟弱圍巖偏壓淺埋隧道出洞施工工法撰稿人：付華永中鐵十一局五公司云南麻昭高速公路C2工區(qū)項(xiàng)目部2015年02月20日1前言近年來，隨著我國對(duì)西南部山區(qū)公路建設(shè)的投入及快速發(fā)展，越來越多的長(zhǎng)大隧道、特長(zhǎng)山嶺隧道都在修建當(dāng)中，而山嶺隧道往往施工地質(zhì)條件艱難復(fù)雜、環(huán)境惡劣，有的隧道進(jìn)出口位于懸崖峭壁或陡坡之上，溝谷深處，地質(zhì)構(gòu)造破碎等因素增加了施工難度。若盲目施工，特別是對(duì)洞口位于懸崖峭壁之上的淺埋偏壓隧道洞口的開挖，必定會(huì)改變地表形態(tài)導(dǎo)致圍巖失穩(wěn)而誘發(fā)滑坡、洞口坍塌等地質(zhì)病害。處理這些病害不僅影響施工進(jìn)度而且施工困難費(fèi)用較高，即使及時(shí)處理了而因?yàn)槠茐牧藝鷰r結(jié)構(gòu)導(dǎo)致圍巖形態(tài)變化增加了很多不確定因素。隨著越來越多的專家、學(xué)者對(duì)隧道安全施工的研究，很多地質(zhì)條件惡劣、隧道淺埋偏壓進(jìn)出洞的施工方法也越來越多的得到驗(yàn)證，提高了施工安全性。云南省麻柳灣至昭通高速公路上高橋隧道進(jìn)口右洞洞口偏壓淺埋（洞口與山體關(guān)系如圖1），位于垂直的懸崖峭壁之上，洞口上方約20m為妥上線二級(jí)公路，下方約40m是V形沖溝，沖溝內(nèi)常年流水，且在V形沖溝下方存在一座二級(jí)公路石拱橋。中鐵十一局五公司C2項(xiàng)目部結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)施工實(shí)際情況，采取地表加固處理、邊仰坡防護(hù)，由左洞增加臨時(shí)車行洞開挖至右洞，輔助小導(dǎo)洞單向掘進(jìn)保證隧道安全出洞。在項(xiàng)目領(lǐng)導(dǎo)及技術(shù)人員的共同努力下，在施工中不斷總結(jié)與提高，形成本工法。圖1洞口與山體關(guān)系圖2工法特點(diǎn)2.1減少對(duì)洞口軟弱圍巖的干擾洞口圍巖穩(wěn)定性差，巖質(zhì)軟弱。洞口巖體風(fēng)化嚴(yán)重，較為破碎。冒然進(jìn)洞對(duì)圍巖干擾較大增加施工不確定因素。2.2保證施工安全隧道洞口位于懸崖之上，施工難度大、危險(xiǎn)系數(shù)高、施工場(chǎng)地有限，洞內(nèi)小導(dǎo)洞出洞技術(shù)成熟，提高施工安全性。2.3減少對(duì)生態(tài)環(huán)境的破壞。3施工范圍本工法適用于隧道洞口施工條件局限、地理位置復(fù)雜、圍巖軟弱破碎、巖體風(fēng)化、進(jìn)出洞困難等隧道工程。4工藝原理小導(dǎo)洞開挖支護(hù)出洞，主洞三臺(tái)階七步擴(kuò)挖是本工法的理論核心。4.1小導(dǎo)洞開挖支護(hù)出洞：小導(dǎo)洞由距離洞口30m處開始施工，即在隧道斷面中部先開挖一個(gè)3m×4.5m高的弧形輔助導(dǎo)坑，保證施工機(jī)械通行。小導(dǎo)洞采用全斷面開挖，遵循“短進(jìn)尺、弱爆破、緊封閉、勤測(cè)量”的原則，每循環(huán)開挖進(jìn)尺不大于2m，并及時(shí)進(jìn)行臨時(shí)支護(hù)封閉。4.2主洞三臺(tái)階七步擴(kuò)挖步驟:（l）上部弧形導(dǎo)坑環(huán)向開挖，施做拱部初期支護(hù)；（2）中、下臺(tái)階左右錯(cuò)開開挖，施做墻部初期支護(hù)：（3）中心預(yù)留土開挖、隧底開挖，施做隧底初期支護(hù)。每部開挖后均應(yīng)及時(shí)支護(hù)，隧底初期支護(hù)后應(yīng)及時(shí)施做仰拱，盡早封閉成環(huán)。5施工工藝流程及操作要點(diǎn)5.1施工工藝流程：總體施工工藝流程見圖2：施工準(zhǔn)備邊仰坡防護(hù)臨時(shí)車通開挖小導(dǎo)洞開挖支護(hù)洞口偏壓墻施工主洞三臺(tái)階七步擴(kuò)挖圖2總體施工工藝流程圖5.2邊仰坡防護(hù)施工施工之前，先清理洞口邊仰坡危石，對(duì)隧道邊仰坡進(jìn)行支護(hù)，以防雨水沖刷洞口，減少雨水滲透，減緩圍巖風(fēng)化。邊坡防護(hù)采用C20噴射砼厚10cm，鋼筋網(wǎng)采用單層φ8鋼筋，間距25×25cm人工掛網(wǎng)施工。錨桿采用φ22砂漿錨桿L=250cm，間距按1m×1m梅花形布置，錨桿打設(shè)時(shí)需外留10cm，以便掛網(wǎng)施工。噴射混凝土采用C20混凝土，濕噴工藝，分次分層噴射至設(shè)計(jì)厚度。5.3增加臨時(shí)車行橫通道根據(jù)設(shè)計(jì)圖提供的地勘資料，左線開挖70m以后進(jìn)入穩(wěn)定圍巖地段，隧道已穿過上方二級(jí)公路，可進(jìn)行車行橫洞開挖（臨時(shí)車行橫通道見圖2），車行橫通道只施工初期支護(hù)，不施工二襯。車行橫通道開挖至右線正洞后，向洞口方向進(jìn)行開挖施工，為保證洞口段開挖爆破施工的安全，盡可能減少對(duì)圍巖的擾動(dòng)，采取在距離洞口30m范圍內(nèi)采用小導(dǎo)洞出洞的施工方法。新增車行橫通道與左線正洞相交口處安裝3榀I18工字鋼，間距0.6m，并用Φ20鋼架連接，環(huán)向間距1m；與右線正洞相交處采用挑頂方案進(jìn)行施工。具體措施為：橫通道與右線正洞相交口處安裝3榀I18工字鋼，鋼架間距0.6m，并用Φ20鋼筋內(nèi)外交叉連接，環(huán)向間距1m，最后一榀施作成門架。挑頂開挖右洞上臺(tái)階，挑頂高度3.5m，右洞車行洞口初支內(nèi)增設(shè)I16鋼架，鋼架間距80cm，右側(cè)鋼架落在穩(wěn)定基礎(chǔ)上，左側(cè)鋼架落在門架上，噴射砼厚度為25cm。當(dāng)右線洞口具備施工場(chǎng)地后，對(duì)新增車行橫通道兩端進(jìn)行封堵施工；封堵墻采用C30混凝土，厚度1m，封堵墻與初支面接頭處預(yù)埋兩排Φ22鋼筋，預(yù)埋30cm，外漏50cm，環(huán)向間距40cm。封堵墻混凝土不得侵占正洞二襯邊墻空間。圖3臨時(shí)車行橫通道示意圖5.4小導(dǎo)洞開挖支護(hù)1）開挖工藝流程見下圖：測(cè)量放線測(cè)量放線鉆孔起爆爆破效果檢驗(yàn)裝藥圖4小導(dǎo)洞開挖流程圖2）隧道小導(dǎo)洞出洞原理見下圖:圖圖5小導(dǎo)洞出洞原理圖（單位：cm)小導(dǎo)洞由距離洞口30m處開始施工，即在隧道斷面中部先開挖一個(gè)3m×4.5m高的弧形輔助導(dǎo)坑，保證施工機(jī)械通行。小導(dǎo)洞采用全斷面開挖，遵循“短進(jìn)尺、弱爆破、緊封閉、勤測(cè)量”的原則，每循環(huán)開挖進(jìn)尺不大于2m，并及時(shí)封閉。小導(dǎo)洞每循環(huán)開挖后及時(shí)進(jìn)行初期支護(hù)施工，在噴射砼之前按照施工要求對(duì)開挖斷面進(jìn)行檢驗(yàn)；采用濕噴工藝施工。初噴C20砼厚度2cm，打設(shè)Φ22砂漿錨桿，錨桿長(zhǎng)度為2.5m，施工間距100cm×100cm呈梅花形布置。Φ6鋼筋網(wǎng)片與錨桿連接牢固，網(wǎng)格尺寸為25cm×25cm，單層鋪設(shè)并緊貼巖面施工，網(wǎng)片搭接長(zhǎng)度不小于30d（d為鋼筋直徑）。復(fù)噴砼至10cm（包括2cm初噴）。5.5主洞三臺(tái)階七步擴(kuò)挖擴(kuò)挖遵循“管超前、短進(jìn)尺、少擾動(dòng)、強(qiáng)支護(hù)、快加固、早成環(huán)、勤測(cè)量”的原則，將小導(dǎo)洞擴(kuò)挖至設(shè)計(jì)斷面。三臺(tái)階七步擴(kuò)挖施工作業(yè)如下：⑴根據(jù)隧道的水文地質(zhì)條件，按設(shè)計(jì)要求做好超前支護(hù)，防止圍巖松弛，保證隧道開挖安全。在斷層、破碎帶、淺埋段等自穩(wěn)性較差或富水地層中，超前支護(hù)應(yīng)按設(shè)計(jì)要求進(jìn)行加強(qiáng)。⑵弧形導(dǎo)坑應(yīng)沿開挖輪廓線環(huán)向開挖，以人工開挖為主，機(jī)械開挖為輔，開挖后及時(shí)支護(hù)；其他分步平行開挖，平行施作初期支護(hù)，各分部初期支護(hù)銜接緊密，及時(shí)封閉成環(huán)；仰拱緊跟下臺(tái)階，及時(shí)閉合構(gòu)成穩(wěn)固的支護(hù)體系。⑶施工過程通過監(jiān)控量測(cè)，掌握圍巖和支護(hù)的變形情況，及時(shí)指導(dǎo)調(diào)整支護(hù)參數(shù)和預(yù)留變形量，保證施工安全。⑷三臺(tái)階七步開挖法施工步驟如下：第1步，上部弧形導(dǎo)坑開挖：在拱部超前支護(hù)后進(jìn)行，環(huán)向開挖上部弧形導(dǎo)坑，寬度宜為隧道開挖寬度的1/3～1/2。開挖循環(huán)進(jìn)尺最大不得超過1.5m，開挖后立即初噴3～5cm混凝土。上臺(tái)階開挖矢跨比應(yīng)大于0.3，開挖后應(yīng)及時(shí)進(jìn)行噴、錨、網(wǎng)系統(tǒng)支護(hù)，架設(shè)鋼架，在鋼架拱腳以上30cm高度處，緊貼鋼架兩側(cè)邊沿按下傾角30°打設(shè)鎖腳錨桿，鎖腳錨桿與鋼架牢固焊接，復(fù)噴混凝土至設(shè)計(jì)厚度。第2、3步，左、右側(cè)中臺(tái)階開挖：開挖進(jìn)尺最大不得超過1.5m，開挖高度一般為3～3.5m，左、右側(cè)臺(tái)階錯(cuò)開2～3m，開挖后立即初噴3～5混凝土，及時(shí)進(jìn)行噴、錨、網(wǎng)系統(tǒng)支護(hù)，接長(zhǎng)鋼架，在鋼架墻腳以上30cm高度處，緊貼鋼架兩側(cè)邊沿按下傾角30°打設(shè)鎖腳錨桿，鎖腳錨桿與鋼架牢固焊接，復(fù)噴混凝土至設(shè)計(jì)厚度。第4、5步，左、右側(cè)下臺(tái)階開挖：開挖進(jìn)尺最大不得超過1.5m，開挖高度一般為3～3.5m，左、右側(cè)臺(tái)階錯(cuò)開2～3m，開挖后立即初噴3～5混凝土，及時(shí)進(jìn)行噴、錨、網(wǎng)系統(tǒng)支護(hù)，接長(zhǎng)鋼架，在鋼架墻腳以上30cm高度處，緊貼鋼架兩側(cè)邊沿按下傾角30°打設(shè)鎖腳錨桿，鎖腳錨桿與鋼架牢固焊接，復(fù)噴混凝土至設(shè)計(jì)厚度。第6步，上、中、下臺(tái)階預(yù)留核心土：各臺(tái)階分別開挖預(yù)留的核心土，開挖進(jìn)尺與各臺(tái)階循環(huán)進(jìn)尺相一致。第7步，隧底開挖：每循環(huán)開挖長(zhǎng)度為2～3m，開挖后及時(shí)施作仰拱初期支護(hù)，完成兩個(gè)隧底開挖、支護(hù)循環(huán)后，及時(shí)施作仰拱，仰拱分段長(zhǎng)度為3～5m。⑸三臺(tái)階七步擴(kuò)挖法的初期支護(hù)由噴射混凝土、錨桿、鋼筋網(wǎng)和鋼架等組成，各部分聯(lián)合受力。初期支護(hù)應(yīng)在開挖后立即施作，以保護(hù)圍巖的自然承載力，并及時(shí)施工二次襯砌。5.6洞口偏壓墻施工為保證隧道洞口穩(wěn)定性，在洞口二次襯砌施工完畢以后施工C20混凝土偏壓墻。偏壓墻控制要點(diǎn)如下：1）偏壓墻基礎(chǔ)應(yīng)設(shè)置在符合圖紙要求且穩(wěn)固的地基上，采用現(xiàn)場(chǎng)石料對(duì)基礎(chǔ)進(jìn)行換填加固，地基承載力不小于250kpa為止；基坑的渣體雜物、風(fēng)化軟層和積水應(yīng)清除干凈。嚴(yán)禁超挖回填虛土。3）偏壓墻基底，在垂直路線方向應(yīng)按設(shè)計(jì)要求挖成一定坡度的向內(nèi)的斜坡，以提高基底的抗滑力，如基底松軟，應(yīng)采取措施增加基底承載力。4）基礎(chǔ)施工完成后應(yīng)及時(shí)回填，避免雨水等侵蝕地基。5）偏壓墻泄水孔采用Ф100PVC管，200cm×200cm梅花形布置。洞口偏壓墻施工如下圖：圖6洞口偏壓墻施工圖（單位：cm）5.7施工注意事項(xiàng)（1）測(cè)量監(jiān)控：及時(shí)觀測(cè)洞內(nèi)的拱頂下沉、周邊收斂并整理結(jié)果分析，確保指導(dǎo)隧道出洞施工。在隧道洞口位置設(shè)置地表下沉觀測(cè)點(diǎn)，若發(fā)現(xiàn)地表有下沉或位移趨勢(shì)，及時(shí)暫停施工，采取措施加強(qiáng)支護(hù)強(qiáng)度。（2）在軟弱地層中，開挖循環(huán)進(jìn)尺恪守短進(jìn)尺的原則。（3）開挖過程中嚴(yán)格按設(shè)計(jì)控制開挖斷面，勤測(cè)量，不得欠挖，平均線性超挖應(yīng)小于15cm，當(dāng)出現(xiàn)超挖，采用噴錨支護(hù)永久支護(hù)體系時(shí)，多次復(fù)噴，直至平順。（4）嚴(yán)控噴射混凝土、錨桿、鋼筋網(wǎng)、鋼架施工，確保按照設(shè)計(jì)要求施工，（5）加強(qiáng)對(duì)員工的安全教育，增強(qiáng)安全意識(shí)，提高防范能力。6材料與設(shè)備施工機(jī)械設(shè)備表1編號(hào)機(jī)械設(shè)備名稱及類類型單位數(shù)量生產(chǎn)廠家1鑿巖臺(tái)車臺(tái)1自制2管棚鉆機(jī)KR50412--3，1144kW臺(tái)1德國科萊姆工廠3裝載機(jī)ZL60B，1994kW，33.4m3臺(tái)2山推工程機(jī)械股份份有限公司4挖掘機(jī)SK310-3，1169kW,,1.6m33臺(tái)2成都工程機(jī)械5自卸汽車2629，20tt，210kkW臺(tái)4內(nèi)蒙古北方重汽6灑水車8102，80000L臺(tái)1東風(fēng)專用汽車廠7砼攪拌運(yùn)輸車JC8，8m3臺(tái)3鄭州中工8濕式砼噴射機(jī)TK-961，55.5kW、55m3/h臺(tái)1成都巖峰機(jī)械廠9砼輸送泵HBT60，600m3/h臺(tái)1湖北工程機(jī)械廠10軸流風(fēng)機(jī)SDF(B)-NNo11，555×2kWW，19885m3/min臺(tái)1山西省侯馬市鑫豐豐康風(fēng)機(jī)11空壓機(jī)4L-20/8,,20m3臺(tái)3成都空壓機(jī)廠12注漿機(jī)2UB6，5.55kW，66m3/h臺(tái)2河北吳橋13發(fā)電機(jī)組400GF,4000kW臺(tái)2揚(yáng)州發(fā)電機(jī)廠14鑿巖機(jī)、YT288臺(tái)40天水風(fēng)動(dòng)機(jī)械有限限責(zé)任公司15地質(zhì)鉆機(jī)、XU--100臺(tái)2山東蒙陰沂蒙鉆探探機(jī)械廠7質(zhì)量控制7.1超欠挖控制隧道施工中開挖是最關(guān)鍵的工序，施工中超、欠挖的控制直接關(guān)系到隧道出渣、錨桿安裝、鋼筋網(wǎng)鋪設(shè)以及二次襯砌中的防水層、止水帶、預(yù)埋件、排水管、混凝土施工等一系列工序，與施工進(jìn)度，項(xiàng)目效益息息相關(guān)，超挖對(duì)后期混凝土施工成本控制不利，欠挖在安裝鋼拱架、錨桿、鋼筋網(wǎng)時(shí)必須補(bǔ)炮，在初支噴射混凝土?xí)r增加回彈量值，嚴(yán)重影響施工進(jìn)度及成本。本項(xiàng)目部對(duì)隧道超欠挖制定以下方針：（1）明確分工：根據(jù)施工中開挖臺(tái)車的劃分，定位定人定孔，不斷變化適應(yīng)，直到合適為止。（2）增加責(zé)任心：加強(qiáng)組織紀(jì)律教育，獎(jiǎng)罰分明，質(zhì)量責(zé)任落實(shí)到每個(gè)人。明確要求作業(yè)人員及管理人員對(duì)現(xiàn)場(chǎng)負(fù)責(zé)制。（3）知識(shí)培訓(xùn)：定期對(duì)開挖工班進(jìn)行知識(shí)教育，學(xué)習(xí)操作規(guī)程。做好技術(shù)交底指導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)施工。（4）嚴(yán)控測(cè)量放線：對(duì)每循環(huán)進(jìn)行測(cè)量放行，標(biāo)出開挖輪廓線。打設(shè)開挖定位孔以提供開挖參考方向。（5）調(diào)整爆破參數(shù)：制定合理的爆破參數(shù)，施工技術(shù)人員根據(jù)不同圍巖進(jìn)行調(diào)整。8安全措施貫徹“安全第一，預(yù)防為主”的方針，嚴(yán)格執(zhí)行各項(xiàng)技術(shù)組織措施，切實(shí)做到安全施工，保證工人施工安全和機(jī)械設(shè)備不受損壞。小導(dǎo)洞開挖支護(hù)作業(yè)平臺(tái)制作安全，各種安全標(biāo)示標(biāo)牌齊全。（3）加強(qiáng)對(duì)員工的安全教育，增強(qiáng)安全意識(shí)，提高防范能力。（4）開挖嚴(yán)格遵循“短進(jìn)尺、弱爆破、緊封閉、勤測(cè)量”的原則，每循環(huán)開挖進(jìn)尺不大于2m，并及時(shí)封閉。（5）所有員工上崗前做到按規(guī)定進(jìn)行崗前培訓(xùn)，持證上崗，遵章守紀(jì)，嚴(yán)格按照操作規(guī)程、規(guī)則作業(yè)，嚴(yán)禁違章指揮、違章作業(yè)。（6）所有作業(yè)人員崗前不許飲酒，酒后不準(zhǔn)上崗。（7）所有施工人員必須遵守安全用電規(guī)定，不允許私自亂拉亂接電線。（8）各種機(jī)械、機(jī)具的使用必須符合安全規(guī)定，每個(gè)工作班開工前都要對(duì)機(jī)械、機(jī)具的完好率進(jìn)行檢查，確認(rèn)可以安全使用后方可開工操作。（9）進(jìn)入施工現(xiàn)場(chǎng)必須戴安全帽，加強(qiáng)安全生產(chǎn)教育，提高施工人員的安全生產(chǎn)意識(shí)，杜絕安全事故的發(fā)生。（10）施工期間做到零傷亡的安全控制目標(biāo)。9環(huán)保措施根據(jù)國家“全面規(guī)劃、合理布局、綜合利用、化害為利、依靠群眾、大家動(dòng)手、保護(hù)環(huán)境、造福人民”的環(huán)境保護(hù)工作方針，施工期間遵守國家和地方所有關(guān)于控制環(huán)境污染的法律、法規(guī)，采取有效措施防止施工中的燃料、廢水、垃圾等有害物質(zhì)照成對(duì)環(huán)境的污染。防止揚(yáng)塵、噪音、有害氣體對(duì)人體的傷害。制定如下環(huán)境保護(hù)措施：（1）注意現(xiàn)場(chǎng)文明施工，保持施工場(chǎng)地衛(wèi)生、整潔、有序。（2）成立環(huán)境保護(hù)領(lǐng)導(dǎo)機(jī)構(gòu)，全面負(fù)責(zé)該施工期間的環(huán)境保護(hù)工作。制定環(huán)保計(jì)劃，檢查監(jiān)督和考核考評(píng)，嚴(yán)禁將清理的地表物隨意堆放。（3）設(shè)置垃圾固定堆放點(diǎn)，經(jīng)常對(duì)垃圾堆放點(diǎn)及周圍進(jìn)行消毒。定期清理施工場(chǎng)地垃圾，將其運(yùn)至固定垃圾處理站進(jìn)行處理。（4）加強(qiáng)施工機(jī)械設(shè)備的維護(hù)與保養(yǎng)，減少噪聲污染。（5）建立學(xué)習(xí)制度。提高廣大職工的環(huán)保意識(shí)，做到自覺主動(dòng)的保護(hù)環(huán)境。10效益分析10.1技術(shù)效益在如此復(fù)雜的地質(zhì)條件、工程環(huán)境下修建隧道，如若按照傳統(tǒng)方法，必定增加施工風(fēng)險(xiǎn)及施工難度。本工程以暗挖形式采取小導(dǎo)洞出洞組織施工，在工程建設(shè)過程中，通過對(duì)隧道出洞方案的科學(xué)比選、嚴(yán)格施工及科技攻關(guān)，保證了隧道施工的又好又快的出洞。