軟弱地層大斷面隧道施工方案優(yōu)化與施工技術(shù)研究

1、    軟弱地層大斷面隧道施工方案優(yōu)化與施工技術(shù)研究    鄭文印【摘要】當(dāng)前，在軟弱地層中修建的隧道數(shù)量不斷增加，特別是大斷面隧道，這就對(duì)其施工流程以及施工技術(shù)和施工管理等要求逐漸提升?？墒菍?shí)際上當(dāng)前的設(shè)計(jì)和施工能夠進(jìn)行參考的還很少，管理人員經(jīng)驗(yàn)比較少，因此，要對(duì)其施工技術(shù)進(jìn)行深入分析?！娟P(guān)鍵詞】軟弱地層；大斷面隧道；方案優(yōu)化；三臺(tái)階七步法一、軟弱地層大斷面隧道的基本力學(xué)特征軟弱大斷面隧道的基本力學(xué)特征應(yīng)該從以下幾個(gè)方面說起：第一，因?yàn)榇髷嗝嫠淼赖目缍仍黾?，主要呈現(xiàn)"扁平"的拱形結(jié)構(gòu)，因?yàn)檫@種結(jié)構(gòu)近似于橢圓形，受到的承載力比較小，所

2、以隧道開挖時(shí)會(huì)引起一系列的圍巖應(yīng)力，這些圍巖應(yīng)力在分布過程中是非常不利的，拱腳處的圍巖應(yīng)力相對(duì)較大，難以對(duì)隧道變形進(jìn)行控制，對(duì)地基的承載能力提出相對(duì)較大的要求。第二，拱頂部位會(huì)相應(yīng)的產(chǎn)生比較大的松弛圍巖壓力，這就導(dǎo)致了圍巖穩(wěn)定性的不斷降低。因?yàn)樗淼篱_挖的寬度和高度越來越大，對(duì)隧道底部的埋深提出一定的要求，如果在埋深較小、地層條件差、圍巖成拱的作用得不到有效發(fā)揮時(shí)，圍巖開始不斷的松散下落，這樣就會(huì)產(chǎn)生相對(duì)較大的松弛圍巖壓力。所以，軟弱地層大斷面隧道拱頂部位會(huì)產(chǎn)生較大的松弛圍巖壓力。二、工程概況某工程的隧道埋深為20m，最大埋深為50m，工程的地質(zhì)條件較差，埋深較淺。該隧道上被全新的殘積粉質(zhì)粘土覆

3、蓋，基巖主要為炭質(zhì)頁巖、砂巖、灰?guī)r等，該區(qū)域中的巖層性質(zhì)相對(duì)復(fù)雜，為泥質(zhì)灰?guī)r或偶夾灰?guī)r。隧道穿越的巖層主要為軟質(zhì)巖，大部分為強(qiáng)風(fēng)化層，巖體的穩(wěn)定性和強(qiáng)度都比較差。該工程的地下水具有弱酸型酸性，開挖過程中遇到的地下水相對(duì)較少，地表水的來源主要為大氣降水。隧道設(shè)計(jì)中的圍巖條件較差，開挖高度為13.5m，跨度為16m，開挖的斷面比較大。隧道設(shè)計(jì)中一般會(huì)采用小導(dǎo)管超前支護(hù)，具體的設(shè)計(jì)斷面如下圖所示。三、軟弱地層大斷面隧道施工方案優(yōu)化及施工技術(shù)（一）施工方案優(yōu)化本工程在設(shè)計(jì)的時(shí)候本來要選擇 crd 法對(duì)其進(jìn)行開挖，施工方結(jié)合相關(guān)經(jīng)驗(yàn)和實(shí)際狀況，在這一過程中要充分對(duì)工程工期和成本加以考慮，因此，將三臺(tái)階七

4、步法的這種方案提出來，和 crd 法進(jìn)行比較。1、對(duì)crd法進(jìn)行介紹對(duì)于大斷面隧道來說，利用這種方法進(jìn)行開挖，主要從上中下部分還有左側(cè)和右側(cè)等部位進(jìn)行開挖，在本工程中，如果利用這一方法，那么其工序主要包括：第一，對(duì)上部左側(cè)進(jìn)行施工，開挖單循環(huán)50厘米，利用混凝土進(jìn)行噴射，其厚度為4厘米，對(duì)工字鋼架進(jìn)行架設(shè)，并利用混凝土進(jìn)行噴射，厚度為24厘米。第二，等到上部左側(cè)開挖長(zhǎng)度達(dá)到了3米到5米之間的時(shí)候，對(duì)中部左側(cè)進(jìn)行開挖，工序和第一點(diǎn)相同。之后分別對(duì)上部右側(cè)、中部右側(cè)、下部左側(cè)、下部右側(cè)進(jìn)行施工，工序都是相同的。仰拱開挖采用棧橋施工，長(zhǎng)度控制在4米以內(nèi)，并進(jìn)行跳躍間隔開挖施工，施工完初期支護(hù)后立即進(jìn)

5、行仰拱回填施工。最后，在工程中利用襯砌模板臺(tái)車澆筑二次襯砌結(jié)構(gòu)。2、對(duì)三臺(tái)階七步法進(jìn)行介紹工程施工時(shí)，開挖面主要分為七個(gè)，這種作業(yè)方法就是分別在各個(gè)位置一起進(jìn)行開挖，分別做好支護(hù)工作，確保支護(hù)整體的形成，減少作業(yè)時(shí)間。利用這種方法進(jìn)行開挖時(shí)，主要分上部以及中部還有下部和底部四部分進(jìn)行施工，利用錯(cuò)臺(tái)臺(tái)階形式。這一過程中，需要注意上部和中部之間有5米以內(nèi)的差距，上部要超前35米，中部與下部、下部和底部之間同樣如此，之后逐級(jí)進(jìn)行開挖。對(duì)于這種方法，在初期將平行進(jìn)行初期支護(hù)，并在下臺(tái)階確保支護(hù)體系的形成，這種支護(hù)體系必須具有封閉性和穩(wěn)定性。一般情況下，利用這種方法對(duì)大斷面隧道進(jìn)行施工，為了方便工程施工

6、，要對(duì)各個(gè)臺(tái)階高度進(jìn)行控制，比如，對(duì)于上臺(tái)階來說，要保持在3到5米之間，而對(duì)于中臺(tái)階來說，其高度一般為3米到4米之間，下臺(tái)階與中臺(tái)階的高度相同。與此同時(shí)，在輪廓線里面，要事先留出一定的厚度，大約為 30厘米，利用鐵鎬這種工具采用人力方式對(duì)其開挖。3、方案分析我們對(duì)上面的兩種方案進(jìn)行比較。對(duì)于crd法來說，它的優(yōu)點(diǎn)是可以控制變形，并對(duì)大斷面進(jìn)行改正，使之成為小斷面。其缺點(diǎn)是工程質(zhì)量以及進(jìn)度和安全性都不盡如人意。而對(duì)于三臺(tái)階七步法來說，其施工進(jìn)度要快得多，在確保工程質(zhì)量還有工期和安全性的基礎(chǔ)上，三臺(tái)階七步法是crd法的一個(gè)重要必選施工方案。（二）施工技術(shù)分析1、邊、仰坡施工相關(guān)人員嚴(yán)格按照施工要求

7、，采用crd法進(jìn)行施工，并視隧道洞口的邊、仰坡情況，及時(shí)更改施工方案。在進(jìn)行邊、仰坡開挖前，相關(guān)人員應(yīng)設(shè)置好開挖邊線，并重新規(guī)劃設(shè)計(jì)中的中線樁。根據(jù)這種情況，監(jiān)理工程師要重新進(jìn)行測(cè)試，通過這種方式，保證放樣準(zhǔn)確。監(jiān)理工程師要檢查地形與設(shè)計(jì)情況，如果兩者的差異較大，需要變更坡率甚至改變洞門位置時(shí)，通知設(shè)計(jì)單位進(jìn)行變更。如果采用crd法開挖，那么其月進(jìn)尺一般在2530之間，所以即使通過兩頭同時(shí)掘進(jìn)，也無法在短時(shí)間內(nèi)達(dá)到施工要求。根據(jù)隧道的具體情況，可以改變施工技術(shù)方式。例如使用三臺(tái)階七步開挖法進(jìn)行后半段的隧道施工。施工人員自上而下逐段開挖，并盡量減少原地層的擾動(dòng)，不得掏底或上下重疊的危險(xiǎn)方式開挖邊

8、仰坡。相關(guān)人員要注意采用合理的爆破方法，盡量降低山體對(duì)地層的穩(wěn)定影響，可以采用松動(dòng)爆破的方式。如果按照設(shè)計(jì)斷面及坡度開挖，應(yīng)定期檢查開挖段的地質(zhì)情況，及時(shí)調(diào)整，如果有滑動(dòng)現(xiàn)象或是開裂現(xiàn)象，相關(guān)人員應(yīng)盡量放緩坡度，采取其他支護(hù)方式，保證邊坡的穩(wěn)定，增加施工的安全性。2、測(cè)量地表沉降施工人員應(yīng)使用精密的儀器測(cè)量地表沉降的數(shù)值，并選取視線和視野都較好的地方進(jìn)行測(cè)量，地面的測(cè)量點(diǎn)最好設(shè)置在隧道的軸線兩側(cè)，每個(gè)斷面都要保證7個(gè)以上的測(cè)點(diǎn)，并保證其間距為3m。隧道開挖時(shí)，要在測(cè)量點(diǎn)前30m處進(jìn)行測(cè)量，等到沉降穩(wěn)定后，停止測(cè)量。3、洞身施工在本次施工中，相關(guān)人員應(yīng)根據(jù)軟弱地層的具體情況，由承包人向監(jiān)理工程師

9、提交分項(xiàng)工程開工申請(qǐng)，如本分項(xiàng)工程基本情況，相關(guān)人員要根據(jù)不同的圍巖路段，選取合適的開挖方式。在洞身施工中，合理的掘進(jìn)方式和開挖方式是很重要的，施工人員要設(shè)定合理的時(shí)間，做好開挖過程中的臨時(shí)支護(hù)措施，通過這種做法，輔助施工的順利進(jìn)行。施工人員應(yīng)選取穩(wěn)定的洞內(nèi)導(dǎo)線點(diǎn)、水準(zhǔn)點(diǎn)的樁點(diǎn)，并保證通視良好。洞內(nèi)導(dǎo)線的引測(cè)，要保證這些線路能夠按照一定順序設(shè)置，其中導(dǎo)線邊長(zhǎng)應(yīng)在合理的范圍內(nèi)，如其直線不能短于200m，曲線不能短于70m。洞內(nèi)導(dǎo)線應(yīng)根據(jù)洞口投點(diǎn)向洞內(nèi)作引伸測(cè)量，后視方向的長(zhǎng)度不宜小于300m，這些做法使誤差滿足測(cè)量的相關(guān)需求。4、開挖支護(hù)措施施工人員可以采用三臺(tái)階七步開挖法進(jìn)行該項(xiàng)施工。這種方式主要是通過七個(gè)開挖面，從不同的角度開挖，然后進(jìn)行支護(hù)，最后形成一個(gè)支護(hù)整體。這種方法的運(yùn)用能夠有效縮短施工時(shí)間，在下臺(tái)階形成一個(gè)穩(wěn)定且封閉的支護(hù)體系。結(jié)語綜上，本文通過兩種方案的初級(jí)比選，得出的結(jié)論是兩種方法在具體應(yīng)用中各有優(yōu)點(diǎn)與缺點(diǎn)，其中三臺(tái)階七步開挖法在進(jìn)度等方面具有