黃土地區(qū)隧道施工工法

黃土地區(qū)的隧道施工工法【摘要】隧道的施工措施有常見的CD法、CRD法、雙側(cè)壁法、臺(tái)階法和全斷面法等。不過在黃土地區(qū)進(jìn)行隧道施工就要充足考慮黃土特殊地區(qū)特性對(duì)施工措施的影響，確定最有利的利于施工又高效的施工措施對(duì)于整個(gè)工程的實(shí)用性、經(jīng)濟(jì)性、環(huán)境保護(hù)性等都具有重要意義。文章通過黃土地形土質(zhì)對(duì)隧道施工法的影響，列舉出幾種常用的施工措施并對(duì)多種工法的詳細(xì)環(huán)節(jié)及其優(yōu)缺陷進(jìn)行論述。關(guān)鍵詞：黃土地區(qū)隧道CRD法雙側(cè)壁導(dǎo)坑法弧形導(dǎo)坑法引言要在黃土中優(yōu)質(zhì)、迅速的修建隧道，必須理解黃土地層對(duì)隧道施工的影響，從而對(duì)癥下藥，采用對(duì)應(yīng)的技術(shù)措施。首先，具有柱狀節(jié)理和垂直節(jié)理，直立性強(qiáng),土體易順著節(jié)理張松或剪斷。另一方面，黃土的沖溝地段，由于有偏壓現(xiàn)象存在，輕易發(fā)生較大的坍塌或滑坡。再次，因黃土具有濕陷性，水對(duì)黃土隧道施工成敗起到?jīng)Q定性作用。黃土隧道因特殊的工程性質(zhì)，研究和總結(jié)其施工措施具有十分重要的意義，我們既要處理好黃土的濕陷性，還要優(yōu)質(zhì)、迅速的施工，因此必須采用科學(xué)合理的施工措施，有效的技術(shù)措施。才能保證在濕陷性黃土段隧道的施工安全和施工進(jìn)度，防止隧道的坍塌，控制拱頂及地表下沉，控制邊墻收斂等。正文一．黃土地區(qū)隧道施工的不利原因在黃土地層中進(jìn)行隧道施工，重要影響如下：1.黃土地層洞穴不一樣生成時(shí)代的地層，其工程性質(zhì)有很大差異，成洞條件也大不相似。黃土洞穴與陷穴是黃土地區(qū)常常出現(xiàn)的不良地質(zhì)現(xiàn)象。當(dāng)隧道位于其上方時(shí)，也許出現(xiàn)基礎(chǔ)下沉的危害；當(dāng)隧道位于其下方時(shí)，也許會(huì)出現(xiàn)冒頂?shù)奈ｋU(xiǎn)；當(dāng)隧道位于其鄰側(cè)較近時(shí)，則也許因承受較大偏壓而出現(xiàn)坍塌。2.黃土節(jié)理與構(gòu)造黃土常具有各方向的構(gòu)造節(jié)理，有的原生節(jié)理呈X型，成對(duì)出現(xiàn)，且有一定的持續(xù)性。在隧道開挖時(shí)，土體輕易順著節(jié)理張松或剪斷。假如此種地層位于隧道頂部，則極易產(chǎn)生“塌頂”；假如位于側(cè)壁，則易出現(xiàn)側(cè)壁掉塊，若施工中處理不妥，也許會(huì)引起較大的塌方。黃土地層中的節(jié)理與工程關(guān)系親密，它具有雙面性。3.地下水和濕陷性的影響黃土在干燥時(shí)一般具有較高的強(qiáng)度和承載力，但當(dāng)其受水浸濕后，則強(qiáng)度會(huì)急驟下降，出現(xiàn)不一樣程度的濕陷性，產(chǎn)生下沉，極易導(dǎo)致坍塌。黃土對(duì)隧道最不利的影響是其濕陷性，遇水后黃土的強(qiáng)度明顯減少，并產(chǎn)生濕陷性，極易導(dǎo)致隧道基礎(chǔ)沉降，引起襯砌開裂等病害。黃土地區(qū)隧道的施工措施1.黃土隧道施工措施的選擇原則對(duì)洞跨在6米如下的黃土隧道工程，一般應(yīng)采用全斷面或大斷面開挖。對(duì)跨度較大的黃土隧道一般不適宜采用全斷面開挖。可根據(jù)施工技術(shù)和施工設(shè)備而采用諸如弧形導(dǎo)坑法、側(cè)壁導(dǎo)坑法等分步開挖的措施。一般狀況下可根據(jù)黃土自身的工程特性，考慮隧道的埋深和含水量及新老黃土地層差異以及隧道的工期規(guī)定，并結(jié)合隧道的施工設(shè)備和目前技術(shù)來確定詳細(xì)的施工方案。目前黃土隧道的重要施工措施有CD法、CRD法和雙側(cè)壁導(dǎo)坑法等。從工程的實(shí)踐狀況看，一般在隧道的洞身深埋老黃土宜采用弧形導(dǎo)坑法；在隧道洞身淺埋偏壓及新黃土地層采用CD法、CRD法以及雙側(cè)壁導(dǎo)坑法施工效果好。2.黃土隧道施工原則⑴黃土隧道施工前，首先應(yīng)做好黃土土質(zhì)分析和濕陷性試驗(yàn)，采用“先保護(hù)后加固”的措施和方案，以消除、抵御其濕陷性的影響。⑵施工中應(yīng)遵照“管超前、短進(jìn)尺、強(qiáng)支護(hù)、嚴(yán)治水、早封閉、勤量測”的原則，各工序應(yīng)安排緊湊，配套緊跟。⑶謹(jǐn)慎選擇開挖措施，黃土隧道按照下列經(jīng)驗(yàn)來選擇開挖措施：①單線隧道Ⅴ、Ⅵ級(jí)圍巖，采用環(huán)形開挖預(yù)留關(guān)鍵土法。②單線隧道Ⅳ級(jí)圍巖，采用臺(tái)階法。③雙線隧道Ⅴ、Ⅵ級(jí)圍巖，采用CD法或CRD法。3.黃土隧道施工措施3.1CRD法：CRD法是大斷面隧道施工的有效手段，是在松軟圍巖中進(jìn)行淺埋暗挖的一種工法，它是將大跨、超大跨隧道分為若干塊進(jìn)行分步施工，由于將大跨隧道采用網(wǎng)格狀支護(hù)在橫豎向均進(jìn)行了支撐，支護(hù)體系穩(wěn)定，在控制圍巖變形及防治坍塌方面效果最佳。施工環(huán)節(jié)：(見圖1)圖1、中壁交叉(CRD)法施工工序橫斷面示意圖(1)小導(dǎo)管超前支護(hù)：開挖前，鉆設(shè)47根5m直徑50小導(dǎo)管超前支護(hù)。圓心角為140o。(2)開挖第①部，距拱頂最大高度為5．0米。每循環(huán)進(jìn)尺為2～3榀鋼架，進(jìn)尺長度在1.2m～2m之間。開挖后及時(shí)采用8cm厚的混凝土對(duì)掌子面封閉。施作①部導(dǎo)坑周圍的初期支護(hù)和臨時(shí)支護(hù)。即初噴4cm厚混凝土和架立125a、I18型鋼鋼架，兩側(cè)各設(shè)置兩根L=4m、中42鎖腳錨管。掛直徑8mm鋼筋網(wǎng)，復(fù)噴混凝土至設(shè)計(jì)厚度35cm。(加強(qiáng)復(fù)合式襯砌為35cm(3)在滯后①部3m后，拆除①部臨時(shí)橫撐，開始開挖②部，開挖高度為4．2m。每循環(huán)進(jìn)尺為2～3榀鋼架，進(jìn)尺長度在1．2m～2m之間。開挖后及時(shí)采用8cm厚的混凝土對(duì)掌子面封閉。施作②部導(dǎo)坑周圍的初期支護(hù)和臨時(shí)支護(hù)。做法同①部。鉆設(shè)徑向錨桿后掛由8鋼筋網(wǎng)，復(fù)噴混凝土至設(shè)計(jì)厚度35cm。(加強(qiáng)復(fù)合式襯砌為35cm，復(fù)合式襯砌為30cm)。邊墻系統(tǒng)錨桿采用L=4.0m*22一般砂漿錨桿，錨桿間距為1.0(4)在滯后①部24m左右，開始開挖③部，高度同①部。每循環(huán)進(jìn)尺為2～3榀鋼架，進(jìn)尺長度在1．2m～2m之間。開挖后及時(shí)采用8cm厚的混凝土對(duì)掌子面封閉。施作③部導(dǎo)坑周圍的初期支護(hù)和臨時(shí)支護(hù)。做法同①部。掛巾8鋼筋網(wǎng)，復(fù)噴混凝土至設(shè)計(jì)厚度35cm。(加強(qiáng)復(fù)合式襯砌為(5)在滯后⑨部3m后，拆除③部臨時(shí)橫撐，開始開挖④部，開挖高度為4．2m。每循環(huán)進(jìn)尺為2～3榀鋼架，進(jìn)尺長度在1．2m～2m之間。開挖后及時(shí)采用8cm厚的混凝土對(duì)掌子面封閉。施作④部導(dǎo)坑周圍的初期支護(hù)和臨時(shí)支護(hù)。做法同②部。鉆設(shè)徑向錨桿后掛中8鋼筋網(wǎng)，復(fù)噴混凝土至設(shè)計(jì)厚度35cm。(加強(qiáng)復(fù)合式襯砌為35cm，復(fù)合式襯砌為30cm)。邊墻系統(tǒng)錨桿采用L=4.0m、中22一般砂漿錨桿，錨桿間距為1．0(6)在滯后④部20m左右，拆除②部臨時(shí)橫撐，開始開挖⑤部。每循環(huán)進(jìn)尺為2～3榀鋼架，進(jìn)尺長度在1．2m～2m之間。開挖后及時(shí)采用8cm厚的混凝土對(duì)掌子面封閉。施作⑤部導(dǎo)坑周圍的初期支護(hù)和臨時(shí)支護(hù)。即初噴4cm厚混凝土和架立鋼架。鉆設(shè)徑向錨桿后掛直徑8mm鋼筋網(wǎng)，復(fù)噴混凝土至設(shè)計(jì)厚度35cm。(加強(qiáng)復(fù)合式襯砌為35cm，復(fù)合式襯砌為30am)。邊墻系統(tǒng)錨桿采用L=4(7)在滯后⑤部3m后，拆除④部臨時(shí)橫撐，開始開挖⑥部。每循環(huán)進(jìn)尺為2～3榀鋼架，進(jìn)尺長度在1．2m～2m之間。開挖后及時(shí)采用8cm厚的混凝土對(duì)掌子面封閉。施作⑥部導(dǎo)坑周圍的初期支護(hù)和臨時(shí)支護(hù)。即初噴4cm厚混凝土和架立鋼架。鉆設(shè)徑向錨桿后掛直徑8mm鋼筋網(wǎng)，復(fù)噴混凝土至設(shè)計(jì)厚度35cm。(加強(qiáng)復(fù)合式襯砌為35cm，復(fù)合式襯砌為30c(8)在滯后⑥部8m后，施作仰拱6m，中間臨時(shí)豎支撐不拆除，澆筑在混凝土中，進(jìn)行二次襯砌時(shí)，根據(jù)實(shí)際狀況拆除。一次拆除6～8m。(9)仰拱填充。填充砼在仰拱砼終凝后澆筑，每幅長度同仰拱。3.2雙側(cè)壁導(dǎo)坑法采用“側(cè)壁導(dǎo)坑”圍護(hù)構(gòu)造分析模型和解析方式，在主體隧道兩側(cè)施作先行側(cè)壁導(dǎo)坑，先行側(cè)壁導(dǎo)坑提前進(jìn)洞，進(jìn)行支護(hù)和加固處理．使側(cè)壁導(dǎo)坑之間的未被開挖掉的土體則成為兩道側(cè)壁間的橫撐，從而成一種穩(wěn)定可靠的“地下基坑”的圍護(hù)構(gòu)造。承受因開挖主體隧道而產(chǎn)生的土體的側(cè)向壓力，并限制圍巖土體的豎向變形(沉降)。同步，對(duì)富水地層進(jìn)行洞內(nèi)水平降水。在導(dǎo)洞臨時(shí)側(cè)壁支護(hù)下，區(qū)間隧道施工以新奧法為依托，采用加密超前管棚、加強(qiáng)超前注漿、初支背后注漿加固支護(hù)措施，控制地表下沉，通過全過程的施工監(jiān)控量測。監(jiān)視土體及構(gòu)造的穩(wěn)定，隨時(shí)調(diào)整支護(hù)參數(shù)，使主體構(gòu)造能安全順利地建成。3．2．1導(dǎo)坑施工先行導(dǎo)坑斷面大小由施工工藝、圍巖條件、采用設(shè)備等原因確定，一般采用曲線支護(hù)。視狀況可采用全斷面或上下臺(tái)階法施工，導(dǎo)洞施工中的詳細(xì)規(guī)定有如下幾點(diǎn)。(1)嚴(yán)格控制側(cè)壁線路精度，保證側(cè)壁與構(gòu)造關(guān)系。(2)側(cè)壁在主體隧道前先行進(jìn)洞，側(cè)壁開挖及支護(hù)一種工作循環(huán)為lm左右，開挖完畢后側(cè)壁先施做直徑6mm鋼筋網(wǎng)(15cm×15cm)，用5cm厚C20噴射混凝土封閉開挖面，防止圍巖掉塊和坍塌，然后是做側(cè)壁拱架和側(cè)壁臨時(shí)鋼拱架。側(cè)壁拱架和臨時(shí)鋼拱架規(guī)定焊接牢固，臨時(shí)支護(hù)采用I16型工字鋼，縱向間距為50cm，與側(cè)壁I22型鋼支撐對(duì)應(yīng)設(shè)置。等鋼拱架焊接完畢后進(jìn)行直徑42mm*4mm長2m的注漿小導(dǎo)管超前支護(hù)(也可以采用4m長小導(dǎo)管加密處理)，注漿完畢后采用直徑6mm鋼筋網(wǎng)(15cm*15cm)20cm厚噴射混凝土臨時(shí)支護(hù)，再施做4根直徑60mm*6mm的鎖腳錨桿，鎖腳錨桿間距為50cm，尾端與工字鋼焊接牢固，最終施做60era的模筑混凝土。(3)碰到側(cè)壁導(dǎo)坑上方存在人工雜填土，開挖過程出現(xiàn)不良地質(zhì)狀況及時(shí)對(duì)開挖面進(jìn)行網(wǎng)噴封閉。進(jìn)行加固處理后再施工。閉。(4)碰到側(cè)壁導(dǎo)坑關(guān)鍵土塌落嚴(yán)重、松散、層理斜面剝落嚴(yán)重時(shí)增長直徑42mm×4mm長6m的小導(dǎo)管加固，并進(jìn)行雙液漿注漿處理，注漿壓力控制在0．5—1MPa。(5)嚴(yán)格控制鋼支撐間距，網(wǎng)構(gòu)鍘架應(yīng)精確定位，注意“標(biāo)高、中線、前傾后仰、左高右低、左前右后”3．2．2水平降水假如圍巖土體含水量超過28％或有滲水現(xiàn)象，可以在已施工隧道仰拱施做水平降水基坑，在水平降水基坑內(nèi)用水平鉆機(jī)成孔，埋設(shè)水平降水管，超前將隧道施工范圍內(nèi)地下水降至隧道底部仰拱如下1.0m左右，保證后續(xù)開挖初支在無水條件下施工。施工措施根據(jù)水平抽水鉆機(jī)工作空間確定工作坑尺寸，施工后安頓水平鉆機(jī)。采用直徑89mm鉆頭打孔清水鉆進(jìn)，直徑89mm套管跟進(jìn)。將套管打到預(yù)定長度后，停止鉆進(jìn)沖孔。從套管中放進(jìn)直徑60mm／直徑50mm螺旋打眼纏絲PVC濾水管，拔出89mm套管，將PVC濾水管留在土層中，封孔口使地下水從PVC濾水管中自動(dòng)流出。3．2．3上部開挖及支護(hù)(1)超前大管棚施做為保證超前大管棚施工角度到達(dá)設(shè)計(jì)的4。一100規(guī)定．在大管棚施做前，先施做4m的管棚作業(yè)面，超前直徑42mm小導(dǎo)管長6m、環(huán)間距40cm、外插角45o~30o交錯(cuò)布置注漿加固，規(guī)定注漿壓力為1．5—2．0MPa，形成4rn的加固區(qū)，作業(yè)面初期支護(hù)采用25cm厚C20噴射混凝土，配I22b型工字鋼，間距為50cm。在已完畢的4m管棚工作面處安設(shè)潛孔鉆設(shè)備施做大管棚，外環(huán)采用@89mm×6mm的超前大管棚對(duì)圍巖進(jìn)行超前加固，管棚長20m(圍巖很好時(shí)可采用8m)，環(huán)向間距41cm，每環(huán)40根，管棚注漿采用425號(hào)硅酸鹽水泥，水灰比為1-l，水玻璃用量為水泥用量的5％。大管棚施做完畢后，在噴射混凝土初期支護(hù)的4m作業(yè)面范圍內(nèi)施做50cm的一襯模筑混凝土。(2)上部開挖及支護(hù)上部開挖一種工作循環(huán)為50cm，開挖后安裝122型工字鋼用高強(qiáng)螺栓連接而成，縱向連接鋼筋環(huán)向間距為50cm，工字鋼支護(hù)完畢后，進(jìn)行42mm×4mm長6m。環(huán)向間距40cm3．2．4下部開挖與支護(hù)下部開挖一種工作循環(huán)為lm左右，開挖后采用I20工字鋼橫向臨時(shí)支撐后施做100cm厚CIO片石混凝土，然后進(jìn)行中心水溝和仰拱的施工。3.3弧形導(dǎo)坑法弧形導(dǎo)坑法有三臺(tái)階七步法和二臺(tái)階四步法，本文我們重要簡介前者，弧形導(dǎo)坑法三臺(tái)階七步開挖法是在高度方向?qū)⑺砘⌒螌?dǎo)坑三臺(tái)階七步開挖法是在高度方向?qū)⑺淼篱_挖斷面提成上、中、下三個(gè)臺(tái)階，并按上、中、下的次序分別開挖，分別施作對(duì)應(yīng)的初期支護(hù)，最終再開挖仰拱。3.3.1合用范圍弧形導(dǎo)坑三臺(tái)階七步開挖法合用于深埋條件下的砂質(zhì)黃土Ⅳ級(jí)圍巖段，運(yùn)用得當(dāng)也合用于淺埋非飽和砂質(zhì)新黃土V級(jí)圍巖段；合用于埋深條件下的粘質(zhì)黃土Ⅳ級(jí)圍巖段。3.3.2施工工藝（見圖3.3.1）圖3.3.1弧形導(dǎo)坑三臺(tái)階七步法施工工藝圖第一步上臺(tái)階①部開挖：弧形開挖拱部，預(yù)留關(guān)鍵土。關(guān)鍵土頂部距拱頂1．6~1．8m，兩側(cè)距邊墻3．0m，關(guān)鍵土頂部留有3．0～4．0m長的平臺(tái)，一般每一次掘進(jìn)1榀鋼架間距。開挖、修整至設(shè)計(jì)輪廓后立即初噴3~5cm混凝土，及時(shí)鋪設(shè)鋼筋網(wǎng)、架設(shè)鋼架，在鋼架拱腳以上50cm處，緊貼鋼架兩側(cè)按斜向下傾角450打設(shè)鎖腳錨管，鎖腳錨管與鋼架采用U形鋼筋牢固焊接，錨、噴至設(shè)計(jì)厚度。第二、三步中臺(tái)階②、③部開挖：應(yīng)先開挖邊墻一側(cè)，再開挖邊墻的另一側(cè)，并錯(cuò)開2~3m的距離，防止上臺(tái)階的初期支護(hù)在同一位置同步懸空。每側(cè)每次開挖長度為2榀鋼架間距，最長不得不小于3榀鋼架間距。開挖、修整至設(shè)計(jì)輪廓后立即初噴3~5cm混凝土，及時(shí)鋪設(shè)鋼筋網(wǎng)、架設(shè)鋼架，在鋼架墻腰以上50cm處，緊貼鋼架兩側(cè)按斜向下傾角45o打設(shè)鎖腳錨管，鎖腳錨管與鋼架采用u形鋼筋牢固焊接，錨、噴至設(shè)計(jì)厚度。第四、五步下臺(tái)階④、⑤部開挖：同第二、三步中臺(tái)階②、③部開挖。第六步開挖中部上、中、下臺(tái)階⑥部的預(yù)留關(guān)鍵土。第七步仰拱⑦部開挖：上臺(tái)階掌子面超前20~35m后開挖仰拱，一次開挖長度為4~6榀鋼架間距，最長不適宜超過6m。開挖、修整至設(shè)計(jì)輪廓后立即初噴3~5cm混凝土，及時(shí)架設(shè)鋼架，復(fù)噴至設(shè)計(jì)厚度。仰拱初期支護(hù)長度到達(dá)4~6m，施工仰拱二襯和仰拱填充混凝土。上臺(tái)階掌子面超前40~70m，施做二次襯砌。對(duì)于淺埋砂質(zhì)黃土V級(jí)圍巖段，各臺(tái)階的長度應(yīng)選用圖中的低值，盡量縮短仰拱、二襯距掌子面的距離，在施工控制中要必須做到這一點(diǎn)，否則輕易引起隧道的塌方冒頂。但對(duì)于深埋砂質(zhì)黃土Ⅳ級(jí)圍巖段，各臺(tái)階的長度可合適放寬限制