隧道淺埋段施工工法

隧道淺埋段施工工法1、工法形成過(guò)程某部負(fù)責(zé)施工的×××鐵路ZQⅦ標(biāo)××隧道改DK254+300～改DK259+385段的施工任務(wù)，4#斜井工區(qū)段承擔(dān)的改DK258+908～改DK259+135段227米為黃土Ⅵ圍巖，其中改DK258+970～DK259+110段140米為淺埋段，覆蓋層最薄處僅3米，最厚的也只有20多米。2007年6月份，4#斜井××方向工作面當(dāng)石質(zhì)圍巖開(kāi)挖到改DK258+908，機(jī)械排險(xiǎn)時(shí)，拱頂石質(zhì)層到頂終結(jié)，出現(xiàn)大面積、大方量坍塌，坍塌體所揭露地質(zhì)情況為結(jié)構(gòu)松散的細(xì)砂，較潮濕,根據(jù)坍塌處周?chē)刭|(zhì)顯示，已受開(kāi)挖爆破強(qiáng)烈擾動(dòng)，沒(méi)有自穩(wěn)能力,地表覆層為黃土，自穩(wěn)性好。根據(jù)地質(zhì)鉆孔資料顯示，該段內(nèi)隧道開(kāi)挖輪廓斷面范圍內(nèi)下部為細(xì)砂層，拱部為新黃土層。在以后的時(shí)間內(nèi)，進(jìn)行過(guò)以下不同施工開(kāi)挖方法：①、按照設(shè)計(jì)要求，在開(kāi)挖拱部120度范圍開(kāi)挖9米長(zhǎng)超前大管棚孔、孔環(huán)向間距3個(gè)/米，間隔開(kāi)挖鉆孔，由于先前砂質(zhì)受開(kāi)挖爆破嚴(yán)重?cái)_動(dòng)，出現(xiàn)無(wú)法成孔，該法施工受阻；②、采用4米長(zhǎng)超前小導(dǎo)管和徑向小導(dǎo)管打入，小導(dǎo)管開(kāi)間距15cm、梅花型布置注漿孔、1.0×1.0米梅花型布置打入，注漿加固地質(zhì)，本循環(huán)工序多且復(fù)雜，由于工作空間有限，而且只能流水作業(yè)，進(jìn)尺緩慢；在開(kāi)挖支護(hù)段改DK258+908～+923段內(nèi)，出現(xiàn)水泥漿順向塌方空腔內(nèi)和地外陡坡砂質(zhì)流走，無(wú)法起效，在開(kāi)挖支護(hù)過(guò)程中，多次出現(xiàn)小規(guī)模的坍塌，致使洞頂空腔擴(kuò)大，在改DK258+908～917處出現(xiàn)鋼架變形嚴(yán)重，沉降過(guò)大，支護(hù)混凝土面開(kāi)裂，采用上導(dǎo)坑橫向鋼架支撐和中隔壁鋼架支撐，這樣空間狹小，施工不便，在2008年兩個(gè)多月內(nèi)共計(jì)進(jìn)尺15米，嚴(yán)重影響工程工期；按本方案施工，不能保證施工的安全及工程進(jìn)度。經(jīng)該項(xiàng)目部主要領(lǐng)導(dǎo)和4#斜井工地技術(shù)人員多次現(xiàn)場(chǎng)水文、地質(zhì)和實(shí)際地形勘查后，發(fā)現(xiàn):Ⅵ圍巖改DK258+970～DK259+110段140米為淺埋段，覆蓋層最薄處僅3m，最厚的也只有20多米，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)垂直鉆孔地質(zhì)資料顯示，該段內(nèi)隧道開(kāi)挖輪廓斷面范圍下部為細(xì)砂層，拱部為新黃土層，邊墻至拱部處全部為坡積土，地表為為黃土梁峁地貌，隧道斷面方向洞身及開(kāi)挖邊坡范圍呈右左走向，左側(cè)洞身邊坡范圍為黃土堆積區(qū)，平坦，開(kāi)闊，與4#斜井工地路程僅300米，而工地經(jīng)斜井去洞身掌子面600米。對(duì)比出，對(duì)于該段處理，提出拱部明挖明作初期支護(hù)形成護(hù)拱而后洞挖的施工方案。2、工法特點(diǎn)拱部明作護(hù)拱暗挖施工介紹：先對(duì)淺埋段土體以1：0.25放坡開(kāi)挖至拱頂上2m，在開(kāi)挖的同時(shí)，將開(kāi)挖坡面進(jìn)行錨噴支護(hù)。錨噴支護(hù)采用的支護(hù)參數(shù)：10cm厚C20素噴砼+長(zhǎng)2mφ22砂漿錨桿（梅花狀布置），錨桿間距150cm×150cm。拱頂上2m以下，每5m分段跳槽直立開(kāi)挖，利用土模施作拱部護(hù)拱，護(hù)拱按照原計(jì)設(shè)計(jì)初期支護(hù)參數(shù)進(jìn)行施工，即：I20a型鋼拱架0.6m/榀，拱架間滿鋪20×20cm間距φ8鋼筋網(wǎng)片，27cm厚C20現(xiàn)澆混凝土護(hù)拱。護(hù)拱完成后，按原設(shè)計(jì)施作防水設(shè)施，回填素土并夯實(shí)，回填土預(yù)留2%的橫向排水坡。洞身開(kāi)挖采用暗挖法施工，變更原CRD開(kāi)挖方法為三臺(tái)階開(kāi)挖，墻部及隧底支護(hù)按原設(shè)計(jì)施工，墻部拱架與護(hù)拱型鋼拱架相連。施工方法上，由于淺埋段場(chǎng)地開(kāi)闊，露天施工，與洞內(nèi)施工無(wú)干擾，主要工作在黃土開(kāi)挖部分，施工安全，可平行施工，機(jī)械和人工利用率高，工序少，循環(huán)時(shí)間短，示意圖附后。圖2.1與原方案比較如下：2.1、優(yōu)缺點(diǎn)比較此種方案有如下優(yōu)缺點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)①施工方法比較簡(jiǎn)單，施工難度低，不需要大型機(jī)械設(shè)備。②施工工序少，進(jìn)度快，在進(jìn)行該淺埋段處理的同時(shí)，可同時(shí)進(jìn)行隧道其它部分洞身的施工，減少各專(zhuān)業(yè)交叉作業(yè)，降低相互干擾，總工期受影響較小。③開(kāi)挖后，坡面的錨噴支護(hù)和洞身的回填夯實(shí)，施工安全性高。④洞挖時(shí)減少超前大管棚及小導(dǎo)管支護(hù)部分工程措施，降低成本。2.1.2、缺點(diǎn)①由于地層自穩(wěn)性差，最大挖深達(dá)20多米，在進(jìn)行巖體開(kāi)挖時(shí)，如坡體采用較陡的坡率，采用錨噴支護(hù)，難以保證坡面巖體的穩(wěn)定，如采用較緩的坡率，巖體開(kāi)挖土石方工作量大。②不易雨季施工，如施工組織不合理或施工進(jìn)度計(jì)劃不緊湊，很難快速完成坡體的開(kāi)挖和錨噴防護(hù)，可能會(huì)拖延工期。③目前勞動(dòng)及施工機(jī)具配備需成本投入。2．2、原設(shè)計(jì)管棚法此方案的施工方法：垂直隧道洞身軸線方向打設(shè)φ108mm管棚，并輔以φ42mm小導(dǎo)管超前支護(hù)，架立I20a鋼拱架，并掛網(wǎng)錨噴砼，每次掘進(jìn)長(zhǎng)度0.6m。此種方案有如下優(yōu)缺點(diǎn)：2.2.1、優(yōu)點(diǎn)①不需要對(duì)山體開(kāi)挖，確保山坡土體的整體性，有利于山體自身的穩(wěn)定。②由于先施工順著隧道軸向的超前管棚及垂直于隧道軸線走向的橫向小導(dǎo)管，在隧道開(kāi)挖過(guò)程中，洞頂覆蓋層薄弱地方的圍巖安全系數(shù)得以提高。2.2.2、缺點(diǎn)①施工工序多，工序較復(fù)雜，工期較長(zhǎng)。②管棚及超前小導(dǎo)管施工工藝較復(fù)雜，細(xì)砂層注漿固漿效果不理想，對(duì)圍巖的注漿固結(jié)效果不能保證，開(kāi)挖時(shí)仍易塌落。③施工采用管棚，造價(jià)相對(duì)比較高。2.3、各方案經(jīng)濟(jì)性比較根據(jù)投標(biāo)單價(jià)，如按原設(shè)計(jì)管棚施工，處理需351萬(wàn)元（不包括隧道洞身施工）；如按暗洞明挖法施工，需增加開(kāi)挖費(fèi)用50萬(wàn)元（不包括隧道洞身施工），減少拱部支護(hù)費(fèi)用及超前支護(hù)費(fèi)用共計(jì)350萬(wàn)元，比原方案節(jié)藥投資301萬(wàn)元。3、適用范圍明挖明作初期支護(hù)形成護(hù)拱而后洞挖的施工方法適用于淺埋隧道工程，地質(zhì)差，暗挖施工受阻，地層干旱，土地利用率低的環(huán)境下。4、工藝原理本施工方法采用明挖，明作大塊初期支護(hù)后，再洞內(nèi)暗挖、暗進(jìn)的方法，減少因局部支撐強(qiáng)度不夠造成沉陷，增加結(jié)構(gòu)整體受力的結(jié)構(gòu)原理；采用加大淺埋段隧道洞身覆蓋層厚度，提高隧道洞身周?chē)貙咏Y(jié)構(gòu)內(nèi)力，減弱結(jié)構(gòu)重力作用在隧道洞身所占比例的基本原理；5、施工工藝流程5.1施工方法采用如下工藝流程：淺埋段施工工藝流程圖5.1地質(zhì)調(diào)查及環(huán)境調(diào)查地質(zhì)調(diào)查及環(huán)境調(diào)查工程施工方案測(cè)量及施工準(zhǔn)備（機(jī)械調(diào)用、高壓風(fēng)、電的接入）土方開(kāi)挖、運(yùn)輸及堆放支護(hù)鋼架安設(shè)支護(hù)混凝土澆筑鋼架、網(wǎng)片和連接筋加工拌合站混凝土拌制支護(hù)層開(kāi)挖土層覆蓋、碾實(shí)穩(wěn)定性安全判別拌合站噴混凝土拌制邊坡錨、網(wǎng)、噴支護(hù)錨桿和網(wǎng)片加工5.2基本工藝過(guò)程和操作要點(diǎn)：地質(zhì)調(diào)查和環(huán)境調(diào)查在該方案提出之前，首先要調(diào)查隧道淺埋段的環(huán)境要求，淺埋地表不得有重要的結(jié)構(gòu)物、或不得改變或破壞的地物地貌，降雨稀少或有旱季施工的時(shí)間，或其他不能采用本方法的因素；地質(zhì)條件要求是土質(zhì)或砂質(zhì)覆蓋層，覆蓋層淺于20米的地段，易于開(kāi)挖和開(kāi)挖成本較低的先決條件；應(yīng)先作兩側(cè)邊墻垂直鉆孔地層取樣或其他地質(zhì)調(diào)查方法，以便準(zhǔn)確了解地層結(jié)構(gòu)。②工程施工方案根據(jù)地質(zhì)調(diào)查，分析地層結(jié)構(gòu)關(guān)系，確定邊坡開(kāi)挖坡率，穩(wěn)固平臺(tái)寬度和邊坡分層高度；確定護(hù)拱施做比例和范圍，土方開(kāi)挖工程量的預(yù)算前，應(yīng)沿隧道軸線方向每隔5米距離測(cè)量一個(gè)刷坡范圍內(nèi)斷面面積（地表變化處必須有斷面），確定土方開(kāi)挖工程量和刷坡支護(hù)工程量，支護(hù)澆筑混凝土工程量進(jìn)行綜合成本預(yù)算，與原洞內(nèi)施工方法成本進(jìn)行比較，采用低成本方案施工；施工準(zhǔn)備首先要根據(jù)工程量大小確定挖掘機(jī)和運(yùn)輸車(chē)數(shù)量；為較快的展開(kāi)局面，剛開(kāi)始一般準(zhǔn)備足夠的機(jī)械設(shè)備，參與土方開(kāi)挖和運(yùn)輸，在開(kāi)挖的同時(shí)，保證在第一層臺(tái)階刷坡支護(hù)施做前，將電力設(shè)施安裝到位，高壓風(fēng)可采用內(nèi)燃空壓機(jī)送風(fēng)，為噴混凝土施工使用；④土方開(kāi)挖和運(yùn)輸及堆放土方堆放在距離刷破線10米外地方，應(yīng)沿隧道兩側(cè)就近堆放，或在回填覆蓋時(shí)易于利用，首先依據(jù)邊坡高度和開(kāi)挖坡率進(jìn)行測(cè)量放線，當(dāng)邊坡為結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的黃土層時(shí)，坡率可調(diào)整為1∶0.25，邊坡為夾層土或砂質(zhì)層時(shí)，坡率應(yīng)放緩至1∶0.3～0.4開(kāi)挖，層高小于8米，預(yù)留穩(wěn)固平臺(tái)2～3米寬，當(dāng)?shù)刭|(zhì)較差時(shí)可適當(dāng)降低層高；開(kāi)挖先從刷坡線處開(kāi)始起挖，采用挖掘機(jī)開(kāi)挖和收集，裝載機(jī)裝運(yùn)，運(yùn)輸汽車(chē)運(yùn)輸，堆放高度小于6米；⑤邊坡錨、網(wǎng)、噴支護(hù)邊坡錨噴支護(hù)前應(yīng)搭設(shè)簡(jiǎn)易移動(dòng)臺(tái)車(chē)，錨孔依據(jù)土質(zhì)情況可采用Φ42麻花鉆桿，電動(dòng)機(jī)動(dòng)力鉆孔，鉆孔方向?yàn)橄聝A15度角，錨固用砂漿灌滿孔位，打入錨桿，錨桿材料為：Φ22鋼筋、L-2.5m，1.0×1.0梅花型布置；網(wǎng)片可在現(xiàn)場(chǎng)用φ8長(zhǎng)鋼筋與錨桿頭連接，間距25×25cm,網(wǎng)片緊貼坡面連接；噴射混凝土采用干噴法，噴層厚度為10cm，蓋住網(wǎng)片，噴層密實(shí)；邊坡支護(hù)時(shí)，可根據(jù)施工場(chǎng)地進(jìn)行平行作業(yè)，邊開(kāi)挖，邊支護(hù)；⑥穩(wěn)定性安全判別邊坡開(kāi)挖支護(hù)過(guò)程中，應(yīng)安排專(zhuān)人觀察，檢查邊坡穩(wěn)定情況，發(fā)現(xiàn)異常立即停止開(kāi)挖，加強(qiáng)支護(hù)，修改支護(hù)參數(shù)；⑦支護(hù)層開(kāi)挖拱頂部位開(kāi)挖時(shí)，兩側(cè)邊墻采用機(jī)械快速開(kāi)挖，拱頂少部分土層人工修理，及時(shí)測(cè)量護(hù)拱鋼架位置，確定開(kāi)挖和修理準(zhǔn)確到位；⑧支護(hù)鋼架架設(shè)鋼架架設(shè)前，必須測(cè)量鋼架的垂直度，鋼架按照測(cè)量的標(biāo)高、中線和弧度擺放位置準(zhǔn)確定位，連接板螺栓連接牢靠，鋼架下必須填滿墊層距離鋼架底5cm空間，確保混凝土澆筑時(shí)不得侵入洞身界限，鋼架兩側(cè)拱腳部位必須立模板，澆筑混凝時(shí)防止混凝土垮落，架設(shè)完后，應(yīng)檢查鋼架之間混凝土空間和鋼架是否干凈；⑨混凝土澆筑混凝土澆筑時(shí)，應(yīng)先拱腳澆筑，再拱頂，振搗及時(shí)，可采用挖掘機(jī)端料，連續(xù)澆筑；⑩覆蓋土層混凝土澆筑完后，及時(shí)拆除拱腳處模板，土層充分覆蓋混凝土，土層覆蓋時(shí)采用下一個(gè)循環(huán)開(kāi)挖土層覆蓋；6、材料和施工設(shè)備本方法施工簡(jiǎn)易，機(jī)械使用較少，使用材料和機(jī)械設(shè)備為隧道施工常用，主要材料和設(shè)備為：表6.1序號(hào)材料名稱(chēng)規(guī)格序號(hào)設(shè)備名稱(chēng)型號(hào)數(shù)量性能1噴混凝土C251挖掘機(jī)PC2002臺(tái)良好2錨桿Φ22螺紋鋼；L-22.5m2裝載機(jī)ZL50C3臺(tái)良好3鋼筋網(wǎng)φ8盤(pán)條；網(wǎng)格255×25ccm3空壓機(jī)VY202臺(tái)良好4混凝土C254自卸汽車(chē)東風(fēng)15t4部良好5鋼架I20型鋼5噴漿機(jī)TK9612臺(tái)良好6鋼板d-14mm,7螺栓Φ27×708木模板400×30××4cm7、質(zhì)量控制本工法在質(zhì)量上，遵照國(guó)家執(zhí)行的鐵路行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，依據(jù)《鐵路隧道工程施工質(zhì)量驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)》TB10417-2003/J287-2004驗(yàn)收文件進(jìn)行驗(yàn)收，依據(jù)《客運(yùn)專(zhuān)線鐵路隧道工程施工技術(shù)指南》TZ214-2005進(jìn)行技術(shù)指導(dǎo)，現(xiàn)場(chǎng)安排隧道工程師和質(zhì)檢工程師現(xiàn)場(chǎng)指導(dǎo)施工，檢查操作成果，對(duì)違規(guī)操作的工人進(jìn)行指導(dǎo)和處罰，對(duì)按規(guī)范作業(yè)的人員要進(jìn)行獎(jiǎng)勵(lì)和要求其他工人觀摩學(xué)習(xí)，對(duì)不合格的施工工序和成果進(jìn)行返工處理；8、安全控制在安全施工方面，安全員對(duì)邊坡進(jìn)行全程盯控，發(fā)現(xiàn)異常吹哨子警示，及時(shí)撤離危險(xiǎn)范圍，機(jī)械開(kāi)挖時(shí)，安全員要指揮開(kāi)挖，對(duì)松軟地層應(yīng)少擾動(dòng)，分層開(kāi)挖，安全員全程盯控坡面變化，坡腳下施工人員要搶時(shí)間快速作業(yè)，作業(yè)完成后及時(shí)撤離坑道；開(kāi)挖和坑道作業(yè)安排在白天時(shí)間施工；9、環(huán)保措施在環(huán)境保護(hù)方面，應(yīng)按照和遵照?qǐng)?zhí)行貫徹執(zhí)行《環(huán)境管理體系－規(guī)范及使用指南》(GB/T24001－1996),盡量減少植被破壞，廢棄的砂、石、土必須運(yùn)至指定的棄碴土場(chǎng)堆放，做好擋護(hù)和綠化。淺埋段工程竣工后，對(duì)棄土場(chǎng)及施工便道等，按照當(dāng)?shù)厮帘３种鞴懿块T(mén)的要求進(jìn)行復(fù)耕或綠化，同時(shí)修建好排水系統(tǒng)，防止水土流失。10、應(yīng)用實(shí)例在太中銀鐵路工工程綏德隧隧道出口端端黃土Ⅵ級(jí)圍巖施施工中，改改DK2558+9660.0～～改DK2259+1110段150米淺埋段，采用本施施工方法，取取得較好的的效果，詳詳細(xì)實(shí)物工工作量見(jiàn)后表：黃黃土淺埋段段（方案）工工程量增減減對(duì)照表表表10.11單位工程名稱(chēng)：：綏德隧道道施工單位位：中鐵二二十一局太太中銀鐵路路第三項(xiàng)目目部隧道二二隊(duì)序號(hào)圍巖級(jí)別分項(xiàng)工程工程范圍長(zhǎng)度（m）單位工程量備注方案一增減量方案二增減量1黃土Ⅵ級(jí)圍巖黃土開(kāi)挖改DK258+9960.00～改DK2559+1110150m330700所有已列工程量量為相對(duì)工工程量2邊坡噴射混凝土土改DK258+9970.00～改DK2559+1110140m31203邊坡打設(shè)Φ222錨桿改DK258+9970.00～改DK2559+1110140T5.3714增加大拱腳（dd=14mmm鋼板）改DK258+9970.00～改DK2559+1110140T12.4325增加大拱腳（LL-2000*2000*16角鋼）改DK258+9970.00～改DK2559+1110140T12.956Φ8鋼筋網(wǎng)改DK258+9970.00～改DK2559+1110140T0.9487超前小導(dǎo)管改DK258+9970.00～改DK2559+1110140m12541.228注水泥凈漿改DK258+9970.00～改DK2559+1110140m3109.29超前大管棚改DK258+9970.00～改DK2559+1110140m722410注水泥砂漿改DK258+9970.00～改DK2559+1110140m346.211增加開(kāi)挖土方改DK258+9970.00～改DK2559+1110140m3817.612增加回填噴射砼砼改DK258+9970.00～改DK2559+1110140m3817.613臨時(shí)支撐噴射砼砼改DK258+9970.00～改DK2559+1110140m3932.414臨時(shí)支撐鋼架改DK258+9970.00～改DK2559+1110140T160.4415臨時(shí)支撐連接板板改DK258+9970.00～改DK2559+1110140T14.7716增加Φ42鎖口鋼管改DK258+9970.00～改DK25