L5富含水黃土質(zhì)隧道施工技術(科技進步論文)

PAGE16富含水黃土質(zhì)隧道綜合施工技術管振祥1劉運平2王愛國2劉全清1田執(zhí)祥1喬春生3(1.中鐵十四局集團三公司山東兗州272100；2.中鐵十四局集團濟南250014；3.北方交通大學北京100076）摘要通過工程事例介紹富含水黃土質(zhì)隧道綜合施工技術，分析了飽和性黃土地質(zhì)對洞室開挖控制的影響因素，確定科學合理的施工方法和先進技術的應用，并對通過量測和計算分析出的飽和性黃土地質(zhì)圍巖開挖后的力學變化規(guī)律進行了總結，為同類地下工程施工提供技術參考。關鍵詞黃土飽和土隧道施工1工程概況新松樹灣隧道是為增建寶（雞）蘭（州）二線的右繞單線電氣化鐵路隧道，全長1726M，該隧道地質(zhì)為Ⅰ、Ⅱ類圍巖，地質(zhì)特征為富含水黃土質(zhì)，地層較單一，為上更新統(tǒng)沖積粘質(zhì)黃土和中、下更新統(tǒng)沖洪積雜色砂粘土（Q1～2），地層土質(zhì)較勻，具Ⅱ級自重濕陷性，土體內(nèi)含有鹽堿成份，地下水豐富，主要為上層滯水及裂隙水和囊狀水，具侵蝕性。地層內(nèi)土體屬強崩解性和弱膨脹性。土層內(nèi)土體天然含水量24%～31%，飽和度100%，液限28%～30.4%,塑限16.6%～19.2%,多為可塑狀（局部為軟塑～流塑狀），自然承載力100～150Kpa，土層內(nèi)不規(guī)則層理發(fā)達，富含裂細水，土體滲透系數(shù)達到了3.98×10-5cm/sec，隧內(nèi)滲透水量22～28M3/d。該隧為典型的富含水純土質(zhì)隧道，土體的穩(wěn)定性極差，開挖后自穩(wěn)能力極弱，對開挖控制極為不利，屬于鐵路隧道中最軟弱、穩(wěn)定性最差的不良地層，施工難度很大。該隧全長采用曲墻有仰拱襯砌斷面，采用模筑砼整體襯砌和復合襯砌，砼中摻WQ防腐劑。洞內(nèi)兩側(cè)設普通高式水溝排水，拱墻設EVA防水板，內(nèi)襯土工布，拱墻設ф50mm環(huán)向和ф100mm縱向軟式透水管。新松樹灣隧道是寶蘭線重、難點控制工程，也是鐵道部“掛號”工程，于2000年12月5日開工，2001年12月25日安全貫通，施工始終未發(fā)生一次塌方事故，創(chuàng)最高月進度140多米，做到了安全無事故，隧道質(zhì)量優(yōu)良，取得了很好社會效益和經(jīng)濟效益。2特殊地質(zhì)及不良地質(zhì)現(xiàn)象分析（1）地下水及黃土節(jié)理。水發(fā)育與否是關系到黃土質(zhì)隧道能否安全施工的關鍵因素。與巖石相比，土體強度低，變形大，自撐能力小，含水量或水的侵蝕對其力學性質(zhì)的影響非常顯著。干的老黃土十分堅硬，整體承載能力較高，但被水浸泡，達到飽和狀態(tài)后，呈軟塑、流塑狀，強度大大降低。該隧穿過地層為砂粘土（Q1～2），土層除上部薄層含水量較少，為半干硬狀態(tài)外，其下多為可塑狀，并富含裂隙水。局部含砂層或裂隙發(fā)育，地下含水量豐富，開挖面常帶“汗露”現(xiàn)象，土體內(nèi)節(jié)理發(fā)達，呈X型，不規(guī)則分布，成對出現(xiàn)，并有一定的延續(xù)性。在水的作用下，土體開挖后會迅速崩解，強度驟然降低，圍巖自穩(wěn)能力極大消減。由于黃土的崩解性、濕陷性和弱膨脹性，隧道開挖后土體容易順著節(jié)理脹松或剪斷，出現(xiàn)片幫和頂部小塌方，施工處理不當甚至引起較大的坍塌。另外，土體滲透性較好，逢雨季和春季解凍消融時期，工作面多出現(xiàn)塑性溜滑，技術預防措施不及時，就有可能釀成大的安全事故。（2）地層內(nèi)土體具強崩解性和弱膨脹性。土體結構緊密，干時堅硬，開挖一經(jīng)暴露表層土體即變松軟，卸荷后有回彈松脹現(xiàn)象，加之水的不良作用，松動圈逐漸變大，極易造成大的塌方事故。（3）黃土具自重濕陷性，遇水后會發(fā)生嚴重下陷，致使突然下沉，使開挖后的圍巖迅速喪失自穩(wěn)能力，如支護措施不能滿足其變化情況，極易造成塌方。（4）土體內(nèi)富含有機質(zhì)和鹽堿成份，地表普遍有白色鹽堿霜，根據(jù)既有松松灣隧道滲漏水洞壁上留下白色鹽堿的痕跡，使砼變得松軟，可用手扳掉，可見其對普通硅酸鹽水泥具有很強侵蝕性。因此做好隧道的防排水至關重要，對砼要采取防腐蝕措施，同時防水效果的好壞也是電氣化鐵路隧道運營安全的重要保障（特別是嚴寒地區(qū)）。（5）黃土溶洞與陷穴、直切沖溝等地質(zhì)病害在黃土地區(qū)較為常見，極大程度影響隧道安全掘進，可能造成基礎下沉、塌方冒頂、承受偏壓等危險。隧道在較長范圍內(nèi)沿沖溝或源邊平行走向，或與其他地下空腔結構臨近，容易造成覆蓋層較薄或偏壓，從而發(fā)生較大塌方和滑坡事故。新松樹灣隧道與既有隧相距30～50M，進口端位于兩深沖溝相夾交匯地帶，兩溝邊坡密布泉眼，常年滲水，呈泥狀。沿隧大致縱向左上部有一深溝，山梁上部地表陷穴與人為井窖密布，松樹灣村現(xiàn)有水井30余個，大多數(shù)水井的水深0.3～0.5M,水位高程位于拱頂40～60M,基本位于隧道正上方。（6）洞內(nèi)排水不良，運輸?shù)缆纺酀?，人為水浸或透涌水不能得到妥善處理，將給施工效率和隧底施工帶來很大困難，底腳泡軟，極易發(fā)生較大收斂，甚至形成事故。3方案選擇對于純土質(zhì)隧道通常采用無爆破冷作業(yè)法施工，針對不同地質(zhì)條件和結構規(guī)模采用不同的開挖掘進方法，黃土隧道宜采用短臺階法或分部開挖法（留核心法），如單側(cè)壁或雙側(cè)壁導坑先墻后拱法、正臺階先拱后墻法等，前者適用于大跨度、地質(zhì)非常軟弱或淺埋段，后者適用于跨度較小或地質(zhì)條件較好段。新松樹灣隧道圍巖地質(zhì)特征為飽和性的黃土質(zhì)砂粘土，地下水含量豐富，屬典型的特殊地質(zhì)和最軟弱圍巖地質(zhì)鐵路隧道，但其為單線隧道，開挖跨度較?。?.5M）,經(jīng)科學論證和工程實踐，該隧更適合于正三短臺階先拱后墻法開挖掘進和初期支護。出碴運輸選用的是無軌方式，應用“仰拱施工防干擾平臺”技術，防水板施工采用懸吊法無釘孔鋪設技術，二次襯砌采取的是全斷面整體鋼模臺車方案，自動計量拌合站拌合，砼運輸車運輸，泵送灌注方法進行施工。整個洞子形成超前支護及開挖支護、出渣運輸、仰拱鋪底、防水板鋪設、二次襯砌和水溝電纜槽施工的六道作業(yè)線平行作業(yè)的局面，如圖1。4開挖掘進4.1地表處理黃土地區(qū)沖溝、黃土溶洞、陷穴較多，施工前應首先做好地表的察勘和異常情況的處理，以減少地表水對隧道周圍土體的浸蝕，降低對隧道施工安全的影響。（1）完善地表排水系統(tǒng)，把地表水疏引至不影響隧道施工的安全處。（2）淺埋段地表采取防滲透封閉措施，集中地表水，統(tǒng)一排放。（3）對隧道上部的沖溝溝底進行封堵硬化，防止流水下滲，對于陷穴、溶洞要進行密實回填和封口處理，對隧道上方的居民蓄水窖、水井等進行改建或防滲處理。（4）對隧道施工影響范圍內(nèi)的安全隱患建筑物進行拆移或重點監(jiān)控保護。（5）加強地表沉降、開裂、附近水井水位變化等異常情況的觀測，經(jīng)常檢查，及時采取處理措施。4.2洞口仰坡支護與進洞（見圖2）（1）根據(jù)設計的仰坡邊線位置，由上及下逐層開挖隧道洞門的仰坡至拱頂位置，坡度不小于1:1.5，刷坡后，采用干法打設Ф42鋼管或Ф22鋼筋錨樁（桿），掛設鋼筋網(wǎng)，噴砼防護，并挖砌好排水溝，疏導水流。若洞口位滑坡堆積體地質(zhì)或泉眼密布，軟～流塑狀極軟弱泥狀坡體，應采用深孔注漿或設抗滑樁等加固措施，以確保進洞安全。（2）進洞施工實施套拱方案。拱部先進洞，進洞前先進行拱部注漿雙排（或多排）φ100mm小管棚超前支護，布置形式與密度設置根據(jù)洞口仰坡土質(zhì)軟弱情況確定，管棚長視進口坡體土質(zhì)穩(wěn)定情況采用4～8M，該隧采用6M。在管棚支護下進行上弧導開挖，環(huán)形開挖，預留核心土以穩(wěn)定掌子面，每次進尺30CM，快速支立剛架，采用P43舊軌彎制，3榀/1M，與管棚鋼管焊聯(lián)，當有局部或少量掉土、流泥時，可插入木板擋護。支護進尺一定距離（一般不超過80CM）后，立即立模灌注砼形成砼套拱，套拱伸出仰坡30～50CM。套拱進尺長1.2M。（3）上弧導開挖進尺4米，最大進尺不大于6M便停止掘進,支護每循環(huán)進尺控制在80cm,下步剩余土方采用大型機械進行雙側(cè)交錯開挖,注意的是一側(cè)支護完畢后再開挖另一側(cè)。支立鋼架后及時在其節(jié)點處各施作4根Ф22鎖腳錨桿,長5m,經(jīng)向或偏角30～45°,其尾端與型鋼焊聯(lián)，同時在邊墻打入的徑向錨桿也與鋼架焊聯(lián)。每側(cè)開挖完成后迅速掛設鋼筋網(wǎng)噴射砼，開挖進尺控制在80CM內(nèi)。暗洞開挖4米后（應控制在6M內(nèi)）即進行洞身襯砌。及早形成洞口安全段。4.3洞身開挖及支護新松樹灣隧道進口334M為Ⅰ類圍巖,其余為Ⅱ類。由于其地質(zhì)均為飽和土，并地下水豐富,土質(zhì)具強崩解性、弱膨脹性的雜色砂粘土，因此對開挖支護要求較高，是安全施工成敗與否的關鍵。4.3.1洞身開挖（施工順序見圖3）（1）按照遵照“管超前、少擾動、嚴注漿、短進尺、嚴治水、強支護、緊封閉、勤量測"的原則進行施工，根據(jù)新奧法原理制定技術方案和組織施工。（2）上臺階開挖前先施作超前導管（Ⅰ類圍巖）或超前錨桿（Ⅱ類圍巖），對圍巖進行預加固，為開挖提供牢固的棚狀支護結構，然后進行分臺階開挖。上臺階開挖宜采用環(huán)形開挖留核心土人工風鎬開挖，充分發(fā)揮掌子面的約束作用，增強開挖后的土體自穩(wěn)能力。上臺階開挖完畢后，首先迅速初噴砼封閉巖面，即刻快速進行型鋼支撐的施作及與管棚的焊接和錨桿施工。（3）中、下臺階的中部拉槽開挖采用機械，進尺控制在3～5M，邊墻兩側(cè)臺階采用人工風鎬雙側(cè)交錯開挖，不得使上部結構同時懸空，每次開挖進尺為一榀型鋼間距，即不大于100CM，然后立即將拱部型鋼接長，局部打錨桿，掛鋼筋網(wǎng)，及時進行噴身砼支護。（4）下臺階邊墻初期支護接續(xù)到底后，在墻腳處提前施作部分仰拱，俗稱“墻趾”，以限制其橫向位移和下沉，及早部分封閉，并為仰拱防干擾提供支撐，先行施作的部分仰拱可采用鋼支撐，以節(jié)省工序時間和免除干擾。（5）施工中發(fā)現(xiàn)不安全因素時，應暫停開挖，加強臨時支護，以便采取適應性的工序安排。4.3.2初期支護（1）Ⅰ類圍巖初期支護形式為噴、錨、網(wǎng)施工支護和超前支護，全斷面含仰拱噴層厚20CM，拱墻掛網(wǎng)并設超前小導管雙液預注漿（l-4m,α拱部0.4m,邊墻0.5m，φ42mm鋼管），拱墻采用自進式D30系統(tǒng)錨桿l-3m，全斷面采用3榀/2m型鋼鋼架。小導管雙液預注漿施工工藝如圖4。自進式D30系統(tǒng)錨桿施工工藝如圖5。（2）Ⅱ類圍巖初期支護形式見表1：Ⅱ類圍巖初期支護形式表1φ22砂漿錨桿（系統(tǒng)錨桿）鋼筋網(wǎng)鋼架超前錨桿φ22位置長度(m）間距（cm）位置間距（cm）位置間距（cm）位置長度(m)環(huán)向間距（cm）拱墻3100×100拱墻20×20拱墻仰拱1拱墻430（3）富含水純土質(zhì)軟弱圍巖隧道的支護方法，按照新奧法原理設計，錨、網(wǎng)、噴支護，剛架全斷面封閉，自進式注漿錨桿和雙液小導管超前支護及流塑段管棚和預注漿加固，打設環(huán)向系統(tǒng)錨桿，掛鋼筋網(wǎng)，噴射砼初期支護。應采取一切可利用手段保證掘進安全。（4）初期支護緊跟開挖施工，快速工序施作，使圍巖與錨噴支護及早共同作用，不產(chǎn)生松弛。（5）支護與開挖同步施工，分臺階支立和下落初期支護。剛架節(jié)點分3層設置，橫向聯(lián)結點分別位于拱腳、邊墻中部及底腳，與仰拱剛架聯(lián)結要及時、牢固。每臺階剛架落基點基底要密實，承載力不夠及時錨桿加固，若懸空脫離，要塞填木板擠實擠緊。下臺階施工時，上臺階初期支護保護襟邊不小于80CM，拉中槽時預留，機械施工嚴禁超挖。（6）鋼筋網(wǎng)掛設應在剛架臨空側(cè)，以保證與壁面足夠空隙。其搭接長度不應小于10CM，與錨桿或剛架點焊要牢固。（7）做好噴前壁面檢查，清除欠挖部位及松動部位，特別是邊幫脹松部位。（8）噴設砼選用潮噴工藝，要嚴格按照其技術法則進行，保證拌合料質(zhì)量，確保強度。噴射機壓力以不大于0.2Mpa為宜，應分層噴設，以保證足夠密實度，每層厚度控制在8CM以內(nèi)，分層間隔時間不宜過短，與水泥品種、速凝劑摻量、施工溫度、水灰比大小等有關，一般摻速凝劑情況下15min左右。噴射砼厚度應嚴格控制，保證設計，既不超厚以免造成二襯厚度不足，也應避免厚度不足，以防造成初期支護支撐力量消弱。（9）超前支護嚴格設計參數(shù)和工藝技術法則，注意桿件數(shù)量，仰角準確，搭接長度，注漿質(zhì)量等問題。以保證超前支護實施效果。（10）充分認識初期支護質(zhì)量保證對安全的重要性，要嚴密檢驗制度，確保支護設計參數(shù)和施作質(zhì)量，要經(jīng)常檢查，及時修補空鼓、剝落部分，應急技術措施要及時跟上，徹底消除安全隱患。4.4避車洞開挖避車洞開挖施工一般在其位置兩側(cè)二次襯砌完成后進行，小避車洞人工風鎬進行，大避車洞或會車洞應遵循正洞開挖與支護方案進行。入洞時，邊緣應先彎制支立2～3榀剛架，間距宜小，不大于30CM，與正洞環(huán)向剛架焊聯(lián)牢固后再向內(nèi)開挖，可分兩臺階或全斷面一次挖夠進行，進尺仍堅持“短”的原則，錨桿支護或超前支護同于正洞。應注意的是正洞掘進不預留避車洞位置，正常施作，待開挖避車洞時才割斷和鑿除邊墻初期支護。4.5仰拱施工與臨時排水4.5.1仰拱施工(1)仰拱開挖認真貫徹新奧法施工“緊封閉”的原則，應緊跟掌子面進行，仰拱緊跟既可保證受力閉合成環(huán)，同時減少水平收斂及沉降幅度，避免底部擠壓隆起，必要時也可實施仰拱超前方案。當拱部及兩側(cè)邊墻初期支護下落至底腳并達到設計強度即實施開挖，要快速施工，一氣呵成，保證及早封閉。(2)在開挖與灌注前，為防止邊墻向內(nèi)位移，宜加設臨時型鋼橫梁頂緊。對于單線鐵路隧道，根據(jù)跨度情況可一次挖成循環(huán)段，每循環(huán)段應控制在6M以內(nèi)。若地質(zhì)流塑軟化嚴重，應進行向下注漿和錨桿加固或噴砼進行初期支護，分段開挖，進尺宜短，2～3榀剛架范圍短循環(huán)段施工。(3)仰拱中間大部機械開挖，嚴禁超挖，墻腳處人工風鎬進行。(4)由于單線隧道斷面狹窄，為解決仰拱緊跟或超前施工與開挖出碴運輸相互干擾的問題，引進了我局開發(fā)的“仰拱防干擾平臺”技術，進行合理改進，減少了工序干擾，大大縮短了工序時間，應用效果良好。4.5.2臨時排水臨時排水與仰拱施工和鋪底填充相互照應,仰拱施工完畢后要及時進行填充,兩側(cè)及早形成排水溝,上坡施工時可自行將水排出洞外,下坡時應采取反坡排水溝措施。未施作仰拱和填充段，可采用移動式防滲漏水槽或水管引流至排水溝內(nèi)，也可于工作面挖作防滲漏集水井，統(tǒng)一將施工用水和圍巖滲漏水泵抽至排水溝內(nèi)。4.6裝碴與運輸裝碴采用短臂挖掘機或40B側(cè)翻裝載機，大型自卸車進行棄碴，實行無軌運輸方式。（1）根據(jù)隧道長短、斷面大小、施工方法、機具設備等確定好裝碴與運輸方案，與開挖掘進作業(yè)效率相匹配，提高效率，優(yōu)化工序銜接，縮短工作時間，減少干擾，為保證安全創(chuàng)造良好環(huán)境。（2）隧內(nèi)會車每300米就大避車洞位置設回車點1處。該方案大大提高了工作效率，基本消除了待工現(xiàn)象。（3）洞內(nèi)照明要充分，運輸?shù)缆芳皶r緊跟仰拱硬化，勤清理雜物與廢水，保證道路暢通。機械車輛啟動要鳴笛，運輸車輛嚴禁超載，洞內(nèi)慢速行駛，保證機械設備運轉(zhuǎn)良好。（4）及時通風，免除灰塵、廢氣污染。（5）嚴格遵守機械車輛安全操作規(guī)程，教育司機文明操作駕駛，機械回轉(zhuǎn)提前疏散施工人員，做好線、管路和其他機具材料的防護和躲避，免除機械傷害。4.7施工技術要點（1）為確保隧道開挖輪廓符合設計，應做好預留量的考慮，對于此類圍巖地質(zhì)，根據(jù)開挖后收斂變形情況，拱部沉降不穩(wěn)定可考慮多預留，一般25CM，邊墻每側(cè)15CM。整體模板臺車較設計加大輪廓5CM，以防止跑模侵限。（2）突出“短”的特點，小進尺的原則要牢固堅持，不能圖一時之快，以防釀成大的事故，要穩(wěn)扎穩(wěn)打，工序銜接緊湊，有條不紊，一步一步的施工。臺階長度控制在2～3M，減少每次的開挖面積和土體暴露面積，防止土體塌落，每次開挖進尺要按剛架的分布距離進行控制，一般不要超過80CM，該隧開挖進尺70CM，即及時進行支護作業(yè)。同時，下臺階要緊接上臺階施工，盡量縮短其間隔時間。(3)中部拉槽，采用機械開挖嚴禁兩邊側(cè)超挖，上臺階初期支護下落前保護襟邊不小于80CM，當土體穩(wěn)定性惡化，應適當放大。同時為確保邊墻支護穩(wěn)定，中槽應放坡開挖。（4）馬口開挖要保證上面初期支護向前不小于5M，其布置和長度應結合地質(zhì)情況、收斂變形值分析等因素進行設計，并嚴格掌握。馬口開挖采取跳槽法進行，左右錯開，至少保證3榀剛架錯開距離，嚴禁對開馬口，以避免掉拱事故。開挖利用風鎬人工進行，嚴禁超挖。若片幫嚴重，可由上及下小步距分部開挖，隨挖隨護，及時打錨桿和噴壁面砼，封閉保護。每次馬口開挖寬度一般1～3榀剛架范圍內(nèi)?；仡^馬口必須待相鄰邊墻初期支護穩(wěn)定后進行。（5）施工時要特別注意拱腳與墻腳處斷面，如超挖過大或片幫過多，應采用漿砌片石回填，嚴禁片石干碼。如發(fā)現(xiàn)該處承載力不夠，應立即加設錨桿或其他措施進行加固。（6）如作業(yè)面涌水，采取埋設導水管進行疏導，滴水或滲透水小水流采取塞麻筋或竹片引流。大的涌水應采取預加固技術，進行有效的封堵和疏導。排水應一次性排至臨時排水系統(tǒng)內(nèi)，避免水浸泡土體。（7）錨桿一般采用干打毛桿、砂漿錨桿、自進式錨桿、長錨桿等形式，根據(jù)具體情況選擇使用，長度根據(jù)量測的圍巖松動圈范圍確定。打設系統(tǒng)錨桿前應首先噴設5CM厚砼進行壁面封閉保護。土體圍巖一般情況建議干法施工，可利用風錘干打Ф22螺紋鋼筋，根據(jù)圍巖內(nèi)部應變量測情況，該隧道的松動面位于圍巖開挖面深3M左右，因此錨桿長度采用3.5M，系統(tǒng)錨桿打入土體后具“串葫蘆”效應，增強土體整體性，提高圍巖自撐能力。實踐證明該法較為實用，抗拔力在土體圍巖地質(zhì)較好的情況下滿足安全要求，施工快速，無污染。若土體軟化嚴重，應當采用注漿或砂漿錨桿。鎖腳錨桿也可如此采用，但應注意與剛架焊接要牢固，保證數(shù)量，傾角控制要準確。經(jīng)工程實踐，土體錨桿施工宜選用干法作業(yè)工藝，對于飽和土應采用自進式錨桿和注漿錨桿。（8）洞內(nèi)排水系統(tǒng)應進行鋪砌，防滲防漏，從掌子面及時引出，保持洞內(nèi)干燥、無水或少水，管理好施工用水，不使廢水漫流，必要時可采用井點降水，將地下水降至底襯以下，以保施工順利進行。4.8技術措施變更及其體會施工過程中，在DYK1600+841--+892段發(fā)生了險情，此段初期支護完成后7天左右，兩側(cè)起拱線下2M左右出現(xiàn)收斂突變，水平收斂30～70CM，并發(fā)展為初期支護斷裂，縫寬最大30CM。經(jīng)分析，主要原因是施工期正值雨季（2001年5、6月），降雨量較大，圍巖軟化，加之設計地質(zhì)勘測探孔只有一個，多依賴既有隧道地質(zhì)情況，結論失準，支護措施薄弱，由設計Ⅰ類圍巖進入Ⅱ類后實際地質(zhì)情況沒有明顯好轉(zhuǎn)，但支護設計發(fā)生了較大消弱變化。出現(xiàn)變形后立即采取了措施，包括鋼木臨時支擋，隔段拆除初噴，侵限段增加自進式錨桿，重新支立加固，變更格柵剛架為型鋼，縮小間距，應急隔段襯砌，加設鋼筋網(wǎng)，變形量測延長時間為15—20天。通過處理和支護措施的變更，未出現(xiàn)塌方等事故，及時控制住了圍巖變形惡化，經(jīng)過1個多月的搶救處理，安全通過了此危險段，以后施工中均按變更后支護措施（主要為變1榀/1m格柵鋼架為3榀/2m型鋼鋼架，增設D30自進式系統(tǒng)錨桿）進行，未出現(xiàn)任何險情與安全事故。由此得出體會：（1）地質(zhì)勘測要詳細、全面，鉆孔個數(shù)滿足施工需要，必要時可在施工前或施工中補測，加強超前地質(zhì)預報技術在指導開挖施工中的應用。（2）雨季施工應加強支護。（3）此類圍巖地質(zhì)隧道建議加強初期支護安全儲備，采用型鋼剛架，發(fā)揮其剛度大、強度生效迅速的特點優(yōu)勢，盡量免除格柵剛架，及早變更。（4）收斂及應力、應變量測頻率加大，觀測時間延長，一般12～15天。（5）提高對水浸危害嚴重性的認識，技術措施緊隨巖性變化，及時采取加強措施或提出變更。5結構防排水系統(tǒng)施工5.1軟式透水盲管的布設根據(jù)漏水情況，分散單個漏水點采用Φ50mm軟式透水管盲溝，大股水采用鋼管引排，大面積滲透采用大幅復合防水板引排。邊墻軟式透水管的布設按設計要求予以布置。軟式透水管外層上部用復合防水板蓋住，兩側(cè)用Φ8的U型鋼釘箍定或繩結在初期支護面上，沿初期支護每6M一道Φ50mm管環(huán)向下鋪設到邊墻底部，接通沿墻腳處縱向設置的Φ100mm軟式透水管盲溝。盲管布設要整齊、緊湊、牢固，避免人為外斜和下彎、扭結、擠死等現(xiàn)象。軟管之間聯(lián)系采用塑料兩通或三通。5.2防水板施工為確保防水板施工質(zhì)量,保證防水效果，應選用無釘孔鋪設防水板施工技術。該隧為嚴寒地區(qū)電氣化鐵路，要求不滲不漏，經(jīng)過方案比選，確定采用懸吊法工藝無釘孔鋪設防水板施工。主要工作流程為：鋪設臺車就位→初期支護面檢查與修飾→投設掛釘→防水板懸掛→防水板爬焊→充氣檢驗與襯前檢查→修補缺陷→合格放行進入下步工序。5.2.1材料選擇及工藝防水板采用EVA復合防水板，廠制幅寬2m，其后設有0.8米間距吊帶。懸掛時，預先在初期支護巖壁上設φ8鋼筋掛環(huán)，利用防水板簡易臺車由頂部向兩邊墻側(cè)始掛，吊帶與掛環(huán)死扣系結，幅間拼搭10CM，每幅兩側(cè)邊緣10CM無襯布，直接于初期支撐面上采用可控溫專業(yè)爬焊機焊接，個別損傷點采用熨焊機熔焊塑料板補丁。5.2.2主要技術參數(shù)(1)松弛系數(shù):邊墻1.1～1.15，拱頂1.15～1.20。（2）吊帶密度：邊墻0.6m，拱頂0.4m。（3）雙焊帶寬2.0cm，焊帶間充氣孔寬4.0cm，檢查充氣壓力不小于0.1mPa。（4）初期支護面平整度<3.0cm,無粗尖銳砼浮碴及鋼筋等尖銳露頭。（5）搭接焊縫方向順序：下部搭上部，下坡搭上坡，以利于順茬排水。5.2.3操作要點（1）焊接質(zhì)量是防水板防水效果好壞的關鍵指標，應采用雙焊帶焊接，充氣檢查壓力不得小于0.1mPa（如圖6）。環(huán)向焊縫下坡搭上坡，盡量避免水平方向焊縫，采用時應下部搭上部，并在防水板被面接縫處加焊一道10cm寬防水板以增強防水效果。焊接部位要清理干凈，無灰塵、油污等雜物，焊接時必須要展平，避免出現(xiàn)焊接褶皺，當初期支護面不平影響焊接質(zhì)量時，可于其被后臨時墊三合板，以保證焊接質(zhì)量。（2）投設U型釘可采用風錘，為避免其扎破防水板，可增設防水板角料襯墊。吊帶綁扎應緊密，吊帶綁扎處應盡可能使土工布與環(huán)釘密貼，以保證與吊帶共同均勻受力。（3）初期支護表面整修，在鋪掛防水板前，首先對初期支護面嚴格檢查，鑿凸補凹，對外露鋼筋及錨桿部分要燒焊抹漿找平，既達到防水板與初期支護面密貼的效果，又防止扎破防水板。（4）由于圍巖含水量大，初期支護滲漏水嚴重，應注意防水板后滲透水的排出，以防出現(xiàn)水囊造成襯砌厚度不夠，或?qū)⒎浪搴缚p擠開，造成襯砌滲水。容易出現(xiàn)的水囊部位為拱部及軌面以下兩側(cè)襯砌施工接縫部，及時排出還能防止吊帶承載力不夠造成防水板塌落。（5）防水板鋪設后，襯砌應緊跟，不要超過3天，防止防水板暴露時間過長造成吊帶強度降低和增加防水板防護工作量，也不利于對初期支護的觀測。（6）灌注前二次襯砌砼一定要對防水板的質(zhì)量進行檢查，合格后方可進行砼的灌注。要減少泵送砼對防水板的沖擊，以免造成吊帶扯斷和松馳量不夠。灌注中嚴禁振動棒碰撞防水板。二次襯砌若設有鋼筋，焊接時要在焊接點和防水板間加設擋板，避免燒壞防水板。二襯施工縫應與防水板焊縫錯開至少1米，避免兩處重疊增加防水難度。（7）避車洞輪廓線與防水板接觸處防水難度大，焊縫多，施工時應加強焊縫質(zhì)量的檢查，可在避車洞輪廓線與防水板接觸處加設二道透水軟管以利及時排水。（8）初期支護及其背后的測試儀器導線的接出，通過排水軟管由水溝底接出，禁止在防水板上打孔洞。6二次襯砌施工整體鋼模臺車是隧道襯砌實現(xiàn)機械化施工的重要設備，它與砼灌注設備配套使用，可大大提高作業(yè)效率，減輕工人勞動強度和提高襯砌質(zhì)量。該隧二次襯砌施工選用的是整體鋼模臺車全斷面襯砌工藝，大型拌合站生產(chǎn)砼拌合物，砼輸送車運輸，泵送機入倉，邊墻采用插入式振動器搗固，頂部采用附著式震動器振搗。（施工工藝見圖7）（1）鋼模臺車由臺車、模板及液壓系統(tǒng)三大部分組成，通過液壓裝置立、拆模板。臺車由機械牽引，一次可完成單位隧道全斷面襯砌9M。該臺車采用平移式作業(yè)，即一部臺車只配一套模板，模板與臺車不分離，在一段襯砌砼完成并達到要求強度后才能脫模，整車移至下一襯砌段。（2）曲線上采用更換加寬塊模板的方法以適應襯砌斷面的變化。將模板臺車整體移動到需要變更加寬尺寸而未襯砌的斷面位置，立穩(wěn)于地面，不下降托架，拆除原拱頂加寬塊模板和拱架，用側(cè)向千斤頂（此時側(cè)向油缸處于浮動狀態(tài)）將模板均勻撐開至需要加寬的寬度，由此完成更換加寬塊模板工作。（3）要根據(jù)富含水黃土質(zhì)圍巖特性和量測結論把握合理的施工時機。對于此類地質(zhì)條件，二次襯砌應緊跟，距離掌子面距離應控制在50M以內(nèi)，最大不超過80M，盡量縮短初期支護暴露時間，必要時可隔段進行二襯。一般富含水純黃土質(zhì)地質(zhì)條件下的初期支護7～15天即趨于穩(wěn)定，二襯應在初期支護完成后15～20天內(nèi)完成，最晚不要超過25天。值得注意的是此類圍巖收斂穩(wěn)定一段時間后還有可能發(fā)生一定的收斂變形，由于開挖后，土體內(nèi)地下水豐富，松動區(qū)滲透系數(shù)增大，地下水重新滲集，應力二次重分布，當初期支護支撐能力已不能承受，甚至就會發(fā)生大的突變破壞，因此在初期支護第一次趨于穩(wěn)定后要盡快進行二襯。7量測技術及其結論施工監(jiān)測是新奧法施工的三大支柱之一，對于復雜地質(zhì)隧道的施工，監(jiān)測是不可缺少的一項重要工作。其目的在于隨時掌握和了解圍巖的變形和初期支護的受力狀況，將信息反饋給設計、施工單位，來進行優(yōu)化設計參數(shù)和施工方法，確定二次襯砌的時間，組織信息化施工，采取有效措施，從而降低成本，保證施工的安全、快速。7.1圍巖變形監(jiān)測量測項目包括空收斂的測試和圍巖內(nèi)部位移測試，其方法為：內(nèi)空收斂在開挖后馬上埋設測點，在12小時內(nèi)測取初始讀數(shù)，采用JSS30型數(shù)顯收斂計量測。圍巖內(nèi)部位移采用DW-3A桿式多點位移計進行測量，每個鉆孔點分別測量埋深1M，2M，4M處的圍巖與洞壁之間的相對位移。內(nèi)空收斂及圍巖內(nèi)部位移測點布置如圖7：圖7內(nèi)空收斂及圍巖內(nèi)部位移測點布置圖7.1.1內(nèi)空收斂量測(1)內(nèi)空收斂隨時間變化趨勢(如圖83#面內(nèi)空收斂與時間關系曲線)圖83#面內(nèi)空收斂與時間關系曲線其變形規(guī)律為：①每個監(jiān)測斷面內(nèi)各測線收斂值差別較大，水平測線收斂量明顯大于其他測線，說明側(cè)墻朝向洞內(nèi)變形較大，這是由于隧道仰拱施工前，兩側(cè)墻墻角受到的約束較小所致。②隧道的收斂主要出現(xiàn)在開挖后的短期內(nèi),第一天內(nèi)收斂量占總收斂量很大比重，隧道開挖后的前兩三天之內(nèi)，隧道變形發(fā)展較快，之后收斂仍繼續(xù)增大，沒有穩(wěn)定的趨勢,隧道圍巖具有一定的時間依存性，在外荷載不變情況下，圍巖變形隨時間增加而增大。由于地下水滲透作用,隧道開挖后，地下水重新匯集（經(jīng)觀察，一般初期支護完成后5～7天左右其壁面出現(xiàn)水跡、水珠、滴水甚至水線），使圍巖的應力狀態(tài)和變形隨時間而不斷變化，使隧道周圍可能出現(xiàn)一定范圍的破壞區(qū)（或松動區(qū)），破壞區(qū)內(nèi)圍巖滲透系數(shù)增大，導致圍巖變形增大，因此隧道變形趨于穩(wěn)定需要較長時間,初期支護應盡快進行，以約束變形。③鋼格柵支護段落初期支護向內(nèi)變形較大,以至侵限，據(jù)此變更支護為型鋼拱架支護，以增加支護剛度。說明鋼格柵支護不太適應飽和性黃土地質(zhì)。（2）內(nèi)空收斂與開挖面距離的關系（如圖97#面內(nèi)空收斂與掌子面距離關系曲線圖）圖97#面內(nèi)空收斂與掌子面距離關系曲線其規(guī)律為：①掌子面的約束隨離開距離的增大逐漸減小，觀測面與掌子面距離越遠，收斂越大，當掌子面離開一定距離（約30m），收斂變化幅度趨緩而不穩(wěn)定，圍巖仍產(chǎn)生緩慢變形。②每天開挖進尺增大，收斂開挖面距離曲線斜率增大，測線收斂有增大的趨勢。說明開挖進尺對圍巖變形有一定影響。③掌子面開挖及其支護過程中，未支護部分臨空時間短，變形較小；反之變形較大。④核心土對拱腳等位置的變形影響較大。⑤掌子面對觀測面的影響還體現(xiàn)在測線收斂的不均勻性，測線收斂較大值向開挖馬口方向略微傾斜。因此應左右邊墻馬口交錯開挖，同側(cè)馬口宜跳段開挖，先開馬口長度不能太長，并及時施做邊墻襯砌，后開馬口應待相臨邊墻墻頂與拱腳混凝土達到一定強度后方可開挖，以防止變形過大。（3）收斂速度與時間關系隧道開挖初期收斂速度較快，隨著時間的增長，收斂速度逐漸變得穩(wěn)定。各測線收斂速度逐漸接近，隧道變形均勻。7.1.2圍巖內(nèi)部位移量測（如圖107圖107#面2#、3#點圍巖內(nèi)部位移與時間關系曲線圍巖內(nèi)部位移隨時間變化趨勢為：①圍巖內(nèi)部變形較小。②同一處點圍巖內(nèi)部4m處的變形值>2m處的變形值>1處的變形值。③各部位變形值順序基本為墻趾變形>拱腳變形>拱頂變形。7.1.3圍巖變形結論(1)隧道開挖后，圍巖土及孔隙裂隙水失去支撐環(huán)境，形成新的水力坡度，造成滲流，帶走部分土顆粒，使黃土產(chǎn)生崩解破壞作用。隨著水力坡度變小，變形速度減小，即收斂先快后慢。隧道開挖后，圍巖土體失去平衡狀態(tài)，應力重新調(diào)整，改變土體顆粒流動方向，引起開挖面周圍一定范圍內(nèi)土體產(chǎn)生移動，即為松動圈。(2)隧道開挖后各方向收斂量差別較大，水平收斂量明顯大于其他方向，兩個側(cè)墻朝洞內(nèi)變形較大。(3)開挖后一周或更長時間后，隧道收斂仍無穩(wěn)定趨勢，但緩慢發(fā)展，這應與洞壁面上地下水滲透引起圍巖應力變化有關，或者隧道圍巖具有一定的時間依存性，即圍巖的蠕變特性。對此應采取相應的工程措施。7.2應力應變測試與研究應力應變測試監(jiān)測內(nèi)容包括：（1）初期支護與圍巖之間徑向接觸壓力；（2）初期支護噴射混凝土的內(nèi)部應變；（3）襯砌與初期支護間的徑向接觸壓力；（4）襯砌混凝土的內(nèi)部應變。其方法為：接觸壓力采用盒式壓力傳感器（壓力盒）量測，將JXY-4型鋼弦式壓力盒埋設于圍巖及初期支護表面，則壓力盒所受壓力即為該部位支護所受的壓力。每個量測面初襯、襯砌各埋設7個，埋設位置如圖11。應變量測，于每個監(jiān)測斷面上在噴射混凝土和襯砌的內(nèi)部埋設一系列XJH-2型混凝土應變計，沿量測斷面的切線方向布置，每個量斷面埋設14個應變計，埋設方位同壓力盒。圖11應力應變測點布置圖7.2.1徑向壓力(1)徑向壓力分布規(guī)律(如作用于7#面初期支護結構上的徑向圍巖壓力分布圖12)圖12作用于初期支護上的徑向壓力分布圖其基本分布規(guī)律是：①作用于隧道初期支護兩側(cè)的圍巖壓力并非對稱分布，左側(cè)壓力較大，這說明左側(cè)既有線對隧道有一定影響。②實測圍巖壓力較理論值小，說明隧道上方土體有一定的整體性，具有一定自承能力。③初期支護與土體的接觸壓力在拱頂較大。④在土質(zhì)隧道中，圍巖自身強度較低，在初期支護完成后圍巖仍在繼續(xù)變形中并經(jīng)歷較長時間，這種變形被后筑襯砌所阻止，從而產(chǎn)生了作用于襯砌的徑向壓力。由此可見，襯砌不只作為安全儲備，而且要承擔后續(xù)變形引起的荷載。(2)圍巖壓力隨時間變化規(guī)律(如圖137#面圍巖壓力與時間關系曲線圖)圖137#面圍巖壓力與時間關系曲線變化規(guī)律及施工建議為:①初期支護施作后，除個別點外，圍巖壓力基本上呈上升趨勢，上升到一定程度后，又出現(xiàn)回落，接著再次呈現(xiàn)上升趨勢，當經(jīng)過一定時間以后，逐漸趨于平穩(wěn).②拱部壓力在噴混凝土施做的最初幾天里，混凝土強度較小，變形較大，使作用于初期支護結構上的圍巖壓力不會有明顯的增大；隨著時間的增長，噴混凝土強度逐漸增加，支護反力會逐漸增大，圍巖徑向壓力則隨之增大，體現(xiàn)了新奧法“先剛后柔”特點。③經(jīng)過一定時間后，圍巖壓力逐漸趨于穩(wěn)定表明圍巖中的破壞區(qū)已不再繼續(xù)擴大，圍巖逐漸趨于穩(wěn)定。④邊墻開挖后尚未進行初期支護之前或初期支護的強度還未達到設計值之前，上半斷面支護承受著全部的圍巖壓力。但隨著下半斷面?zhèn)葔χёo剛度的逐漸提高，拱部壓力會逐漸下降。即作用于整個支護結構上的圍巖壓力會隨著各個部位支護結構剛度的變化自行調(diào)整，拱部壓力重新緩慢增長直至穩(wěn)定，邊墻壓力隨時間緩慢增長。因此在分步開挖施工中，上半斷面和下半斷面的開挖間隔時間不宜過長，應盡量縮短，并及時施作仰拱，形成封閉的支護體系，達到整體受力的目的。⑤在富水黃土隧道中，在剛開挖后圍巖承載能力較高，隨著時間增長，圍巖受水浸濕，由于黃土的崩解性和內(nèi)部天然裂隙的存在，圍巖會發(fā)生下沉，要及時施作仰拱，封閉底板圍巖，避免作用于支護結構上的圍巖壓力增大，保證受力穩(wěn)定。應將仰拱超前，封閉基巖，避免地下水和施工用水侵入基底，減弱行走機械的擾動，避免基底濕陷和軟塑層的形成。初期支護要及時封閉巖面，加固和支護圍巖，使圍巖在變形過程中逐漸達到穩(wěn)定。(3)襯砌壓力隨時間變化規(guī)律(如圖147#面襯砌壓力與時間關系曲線圖)圖147#面襯砌壓力與時間關系曲線變化規(guī)律與施工分析:①襯砌澆筑后，由于其限制了初期支護的徑向變形，二次襯砌會收到來自初期支護的擠壓作用，同時隨著時間的增加，襯砌砼的強度逐漸增大，對初期支護變形的約束也就越大，因而徑向擠壓力隨著時間的增加緩慢增大，大約經(jīng)過5天左右，基本上趨于穩(wěn)定。若二襯待初期支護的變形穩(wěn)定以后再施作，這種擠壓力將不會出現(xiàn)，或者很小。②晚施作二襯，可以讓土體及初期支護產(chǎn)生一定的變形，釋放一定的荷載，將有利于隧道穩(wěn)定和施工安全及減少隧道運營隱患。但前提是必須保證在此期間內(nèi)初期支護的安全和隧道變形能夠控制在允許的范圍之內(nèi)。因此，把握合適的二襯施作時機對于減小襯砌結構的荷載，保證襯砌的安全十分重要。③作用于襯砌外側(cè)的擠壓力分布不均，數(shù)值較小，對襯砌結構的安全不會有大的影響。④隧道從開挖到圍巖重新穩(wěn)定經(jīng)歷了比較復雜的應力調(diào)整過程，從襯砌開始到襯砌壓力基本上達到穩(wěn)定需要15天左右。（4）壓力隨開挖面距離變化趨勢（如圖15-1，15-28#面圍巖壓力，襯砌壓力與掌子面距離關系曲線圖）圖15-18#面圍巖壓力與掌子面距離關系曲線圖15-28#面襯砌壓力與掌子面距離關系曲線變化趨勢及施工建議：①在掌子面推進過程中，起初圍巖壓力呈遞增趨勢，當掌子面距觀測斷面離開足夠遠以后，圍巖壓力的增幅逐漸較小，大部分趨于穩(wěn)定。②作用于襯砌上的徑向擠壓力也呈現(xiàn)出類似特征，但壓力趨于穩(wěn)定的速度更快，掌子面的推進影響遠小于初期支護。③從襯砌的施工時機來看，開挖后掌子面推進50~60m時進行二次襯砌是比較合適的。7.2.2初期支護、襯砌的內(nèi)部應變(1)支護結構切向內(nèi)力應變分布(如圖16-1，16-2)圖16-1初期支護內(nèi)部切向應變分布圖16-2襯砌內(nèi)部切向應變分布圖初期支護和襯砌的內(nèi)部切向應變分布分析：①初期支護和襯砌內(nèi)會產(chǎn)生應變以及應力，其內(nèi)部應變是由來自與圍巖變形引起的圍巖壓力和初期支護變形引起的擠壓力所引起的，表明支護結構確實起到了一定的支護作用。②從背部應變的分布形式和大小看，監(jiān)測斷面間差別較大，但與圍巖壓力的監(jiān)測結果相一致。③襯砌的內(nèi)部應變都較小，說明襯砌結構的應力和變形都很小，結構本身比較安全。7.2.3應力應變測試指導施工結論通過現(xiàn)場監(jiān)測與分析，基本上掌握了支護結構的工作狀態(tài)，監(jiān)測結果對隧道施工具有一定的指導作用，為今后類似隧道的設計與施工提供了有益的工程經(jīng)驗。（1）土質(zhì)隧道圍巖具有一定自承能力，應加以利用，但開挖后必須及時進行初期支護，以減小圍巖中的破壞區(qū)（或松動區(qū)）大小，減小圍巖變形壓力。（2）模筑襯砌應按承載和安全儲備設計，并不可施作過早，以釋放變形壓力。對于新松樹灣隧道而言，掌子面推進50～60m以后進行襯砌施工為宜，既能保證圍巖穩(wěn)定，又能減小支護壓力，保證結構安全。（3）初期支護應從上向下支護，在分步開挖中，上下臺階開挖時間應盡量縮短，并盡可能提前施工仰拱，防止施工用水或隧道滲水進入隧道未支護底板中。（4）襯砌和初期支護受變形壓力作用后都產(chǎn)生了一定的內(nèi)部應變，但數(shù)值較小，說明支護結構確實起到了支護作用，而且比較安全。8勞動力配置（如表2）勞動力配置表2序號專業(yè)分工人數(shù)主要職責管理與服務機構（30人）1指揮組3全面管理，決策、組織、協(xié)調(diào)、指揮2技術攻關組4開展技術攻關活動，對課題進行實驗量測研究和總結，制定技術方案，提出重大技術措施變更3技術指導與質(zhì)量監(jiān)控8編制技術交底，組織技術培訓，指導現(xiàn)場施工，進行質(zhì)量監(jiān)