淺談山西黃土隧道進洞的技術措施(完稿)

淺談山西黃土隧道進洞的技術措施—·—山西呂梁環(huán)城高速公路項目部杜樂樂摘要：結合山西呂梁環(huán)城高速公路磨灣1#、2#隧道施工經驗，重點闡述了特殊地形條件下，黃土隧道進洞的施工工藝及具體施工流程，較好地解決了特殊地形條件下黃土隧道進洞施工中的諸多難題，探尋一種在確保安全質量、保障施工工期的前提下，將工程利潤最大化的“三結合”技術措施思路。關鍵詞：特殊地形條件黃土隧道“三結合”技術措施工程概況呂梁環(huán)城高速公路磨灣1#、2#隧道位于山西省呂梁市離石區(qū)信義鎮(zhèn)磨灣村，隧址位于黃土殘垣丘陵區(qū)，微地貌為黃土沖溝、陡坡，地形起伏較大，“V”型谷發(fā)育，相對高差在60m左右；植被稀疏，只生長少量灌木。圍巖為離石組黃土，巖性為粉質粘土，堅硬狀態(tài)塊狀整體結構，洞口段垂直、柱狀節(jié)理較發(fā)育，易受大氣降水的沖蝕而滑坡，邊坡穩(wěn)定性較差。隧道采用分離式斷面，凈寬10.25米，凈高5.0米，兩側設檢修道，內輪廓考慮結構受力有利及便于施工，一般襯砌斷面內輪廓采用三心圓。洞門形式采用端墻式，明洞段設置偏壓擋墻。施工方法磨灣1#、2#隧道采用臺階分部弧形開挖法施工，嚴格執(zhí)行“先探測、管超前、短進尺、弱擾動、強支護、快封閉、勤量測”的原則。⑴先探測洞口段垂直、柱狀節(jié)理較發(fā)育，易受大氣降水的沖蝕而滑坡，邊坡穩(wěn)定性較差，且可能存在黃土陷穴、落水洞等，開挖前必須先進行探測，探明是否存在不利的地質因素，為洞口段施工方案的確定，提供依據。探測可結合管棚施工進行，以節(jié)約成本，磨灣隧道洞口段采用30米的管棚，施工時，可以根據探測需要在開挖面布設三個及以上探測孔，利用潛孔鉆進行超前探孔，做好探孔掘進記錄，進行合理的數據分析，判斷是否存在不良地質情況。磨灣1#隧道右線出口段，用此方法探到地表排查處理未發(fā)現的落水洞一個，施工時制定了預案，有效的保證了施工安全。⑵管超前超前管棚、超前小導管對于隧道施工安全尤為重要，在黃土隧道施工中更加凸顯其重要意義?，F在人類對環(huán)境保護提出了新的要求，以及人們文化素質和環(huán)境美學意識的提高，提倡減少邊仰坡開挖，甚至提倡在開挖安全基礎上的“零開挖”進洞，為尊重設計，踐行黃土高原施工環(huán)水保工作重心的承諾，我們提出了“親嘴進洞，甜吻自然”的施工口號，這就對我們的管棚施工提供了更高的要求，混凝土套拱作為長管棚的導向墻，套拱在洞口外廓線以外施做，套拱采用掏槽開挖，以保證與黃土圍巖密貼。套拱采用雙層鋼筋并埋設4榀工字鋼鋼拱架，拱架與管棚導向管焊成整體。管棚導向管安設的平面位置、傾角、外插角的準確度直接影響管棚的質量，用全站儀以坐標法在工字鋼架上定出其平面位置，用地質羅盤設定導向管的外插角，并采用“疊加箍圈法”固定導向管，施工中要根據施工經驗充分的考慮鉆孔設備鉆進過程中的“低頭現象”。待套拱模板加固穩(wěn)定后，澆注套拱混凝土。管棚施工中，我們采用了履帶式潛孔鉆鉆孔，保證了施工效率，為了防止塌孔，影響管棚安裝，管棚4~6個孔安裝一次，為保證管棚強度，鋼管采用絲扣連接，套拱和管棚施工完成后，進行洞內上斷面的開挖支護。超前小導管采用Ф42的無縫鋼管制成小導管。每根小導管3.5m，管頭呈30°的錐形體，端頭花管長2.5m，花管部分鉆有Ф8mm的孔眼，為保證鋼管強度，杜絕燒孔，必須鉆孔，交叉排列。施工中要注意以下幾點要求：1、采用超細水泥制作漿液，漿液中添加適量的膨脹劑，必要時添加速凝劑；2、嚴格的控制注漿壓力，應根據地質條件、工程所需加固范圍等，通過現場試驗確定，一般控制在l.0MPa~1.5MPa之間；3、注漿必須安裝止?jié){閥，順序本著“先兩邊，后中間，先下后上”的原則逐次對小導管進行注漿，然后等待一段時間才可以進行弧形開挖；4、拱頂適當縮短小導管間距，以保證拱部注漿效果，即確保了施工安全，也有效的減少掉塊、坍塌，保護了“自然拱”，最大限度的發(fā)揮圍巖的自承能力，減少了噴射混凝土的浪費，有效的控制了成本，縮短了工序循環(huán)時間；5、嚴格的控制鉆孔、注漿等環(huán)節(jié)，最大限度的保護小導管的剛度，使其達到梁的作用，開挖過程中對拱頂上部起到較大的約束作用；6、在小導管超前支護的施工過程中，適當安排施工工序，合理選擇小導管的直徑、長度、外插角等參數，控制好影響施工進度、施工質量的關鍵。同時，根據實踐經驗對小導管布置參數進行一系列優(yōu)化，在保證施工質量的前提下減少循環(huán)次數。⑶短進尺黃土隧道開挖綜合考慮施工安全、質量、可操作性，根據實際施工情況和地質條件，我們制定了臺階分部弧形開挖法。臺階分部弧形開挖法的實施必須牢牢的堅持短進尺的原則，臺階長度控制在4-6米，開挖進尺為1榀拱架間距，盡量縮短上下臺階施工間隔時間。施工過程中，上臺階開挖10-12m，下臺階開挖5-8m，安排仰拱施工，仰拱與掌子面的距離不大于30m，二次襯砌距離掌子面不大于50m，并盡量縮短仰拱、二次襯砌與掌子面的距離。根據監(jiān)控量測情況，磨灣隧道的施工中，洞口段仰拱與掌子面的距離需控制在15-20m，才有效的控制了洞口段的沉降，確保了施工安全。為了保證二次襯砌距離掌子面不大于⑷弱擾動上臺階輪廓線內采用挖機配合環(huán)刀開挖，輪廓線范圍內人工開挖，避免機械開挖對土體的擾動。為了保證掌子面穩(wěn)定，減少擾動，核心土必須嚴格按要求預留，不小于開挖面的50%，厚度不小于2m（核心土預留成“凸”字形，便于噴射手施工，保證噴射混凝土局部平整度）。拱腳預留50cm，人工開挖，保證地基承載力，仰拱中部采用機械開挖，基底、兩端采用人工開挖，盡量減少對圍巖的擾動。⑸強支護拱架制作嚴禁使用扭、彎等變形失去應有剛度的工字鋼，嚴格控制拱架間距，保證支護參數，注意螺栓松緊程度。保證連接筋的連續(xù)性、搭接長度、焊接質量，連接筋與鋼拱架、鋼筋網經緯交錯，縱橫交織，使初期支護形成整體，發(fā)揮其最佳的支護效果，有效地的克服偏壓、沉降給隧道安全帶來的隱患，保證工程質量，確保施工安全。噴射混凝土源頭控制，嚴格執(zhí)行配合比，嚴格控制噴射砼表面平整度，避免應力集中，上下臺階連接處，噴射砼時，必須用高壓風或水，將表面的粘結土清除干凈，保證上下臺階噴射砼的良好連接。根據黃土隧道的特點，適當的調整錨桿數量，增加鎖腳的數量，控制好鎖腳與拱架的焊接質量，避免開挖時，機械對初支面的碰損。特殊地段根據實際情況，進行初襯背后注漿，增強支護強度。⑹快封閉依據磨灣隧道臺階分部弧形開挖法施工過程中變形測試結果，結合陜西省交通建設集團公司和長安大學黃土隧道支護設計與關鍵施工技術研究的成果，發(fā)現拱部沉降的量值遠大于凈空收斂的量值，根據黃土隧道的變形規(guī)律，提出了“快挖、快支、快封閉，二次襯砌仰拱、邊墻基礎緊跟，二次襯砌適時施作”的黃土隧道施工原則?！翱臁?，快挖、快支、快封閉；“封”，二次襯砌仰拱、邊墻基礎緊跟；“閉”，二次襯砌適時施作，成環(huán)。⑺勤量測1、加密監(jiān)控量測點，尤其是洞口段，要準確的掌握掌子面每一榀拱架，拱頂沉降的數據；2、增加測量頻率，每天三次，及時掌握拱架的沉降情況；3、加強收斂監(jiān)控，及時的發(fā)現拱架變形情況；4、縮短斷面檢查的距離，掌握好拱架的變形情況；5、加強地表觀測，發(fā)現裂縫及時填充；6、加強超前地質預報，及時調整支護參數，制定應急預案，防范未然；7、利用Excel對監(jiān)控數據進行及時、準確、形象的處理，最真實的體現隧道的變形情況；8、根據測量結果，及時調整支護參數，預留量、沉落量。“三結合”技術措施在實際生產管理中，作為技術人員嘗試摸索一種思路，那就是在確保安全質量、保障施工工期的前提下，將工程利潤最大化的“三結合”技術措施。以下是在磨灣隧道施工遇到的幾個實例：⑴偏壓段溝壑的處理磨灣1#隧道左線進口、右線出口、磨灣2#隧道左線出口、右線進口均處于偏壓段，根據“三結合”的思路，為保證工期，減少窩工，磨灣1#隧道左線進口溝壑采用素土夯實回填；磨灣1#隧道右線出口、磨灣2#隧道右線進口偏壓則通過變更增加了偏壓擋墻，通過二次議價，增加了工程利潤，又確保了施工安全質量。⑵監(jiān)控量測結合技術為安全質量、施工工期、工程利潤服務的思想，勤量測，及時真實的反映了隧道的變形情況，最大限度的控制了預留量、沉落量，減少了開挖土方，節(jié)約了拱架、噴射混凝土，也確保了工程的安全質量，縮短了施工工序循環(huán)時間。（3）錨桿數量的節(jié)約依據磨灣隧道臺階分部弧形開挖法施工過程中變形測試結果，結合陜西省交通建設集團公司和長安大學黃土隧道支護設計與關鍵施工技術研究的成果，堅持了“快挖、快支、快封閉，二次襯砌仰拱、邊墻基礎緊跟，二次襯砌適時施作”的黃土隧道施工原則，采用“鋼架+噴射混凝土+鋼筋網+鎖腳錨桿（管）”的黃土隧道初期支護結構型式。通過增加鎖腳、縮短拱架間距、及時緊跟二襯，既保證了施工安全質量，又節(jié)約了錨桿，加速了施工進度，增加了工程利潤。⑶優(yōu)化開挖法通過合理安排，精細管理，貫徹“三結合”的思路，三次優(yōu)化臺階分部開挖法，用“短、緊、快、勤”的模式，通過取消拉中槽、邊挖邊填等措施，確保了臺階分部弧形開挖法的實施，避免了設計的單側壁導坑法的實施，順利的通過了洞口淺埋段，實現了安全、質量、工期、利潤的“多贏”。4主要結論磨灣黃土隧道的施工實踐，證明了堅持“快挖、快支、快封閉，二次襯砌仰拱、邊墻基礎緊跟，二次襯砌適時施作”的黃土隧道施工原則，“鋼架+噴射混凝土+鋼筋網+鎖腳錨桿（管）”的黃土隧道初期支護結構型式是完全可行的，成功的解決了特殊地形條件下黃土隧道進洞難、偏移大、拱頂沉降大、拱架變形嚴重等諸多技術難題，摸索出了在確保安全質量、保障施工工期的前提下，