鐵路大斷面隧道軟巖施工工法

鐵路大斷面隧道軟巖施工工法1、刖言在鐵路建設(shè)的高潮中，不同長度，不同類型的山嶺隧道大量涌現(xiàn)，因此，隧道技術(shù)的方法面臨著新的機(jī)遇和挑戰(zhàn)。從目前的工程實(shí)際出發(fā)，因不良地質(zhì)災(zāi)害造成的隧道初期支護(hù)出現(xiàn)的嚴(yán)重開裂、擠壓、急劇下沉等變形現(xiàn)象，導(dǎo)致初期支護(hù)侵入二次襯砌的情況時(shí)常發(fā)生，給施工進(jìn)度和生命財(cái)產(chǎn)帶來嚴(yán)重威脅。探討如何在隧道施工中，快速、安全的通過不良地質(zhì)，采用超前支護(hù)、臨時(shí)支護(hù)的措施，加強(qiáng)監(jiān)控量測等方法。我單位負(fù)責(zé)施工的魯壩隧道，該隧道通過區(qū)位于西秦嶺褶皺系，地質(zhì)結(jié)構(gòu)十分復(fù)雜。圍巖軟弱破碎，開挖斷面大，為139m2,開挖跨度為14m；V級軟巖采用三臺階七步開挖法，配合臨時(shí)支撐施工順利通過，經(jīng)總結(jié)形成本工法。2、工法特點(diǎn)2.1針對大斷面隧道受力比較復(fù)雜，應(yīng)力分布不均勻，拱部采用6108大管棚結(jié)合642小導(dǎo)管超前注漿加固。2.2根據(jù)圍巖軟弱破碎的特點(diǎn)，選取三臺七步開挖施工法控制開挖斷面，保證施工安全，如果地質(zhì)情況發(fā)生變化，根據(jù)情況及時(shí)調(diào)整施工2.3全面開展監(jiān)控量測和科研工作，施工過程處于可控狀態(tài)。3、適用范圍本工法適用于圍巖軟弱破碎、自穩(wěn)能力差的大斷面鐵路、公路、水電隧道（隧洞）及具有同類特點(diǎn)的大型地下工程的施工。4、施工工藝流程及操作要點(diǎn)4.1施工技術(shù)參數(shù)

表1襯砌參數(shù)表項(xiàng)目預(yù)?變形呈40cm建苗氣吏護(hù)羊昌。42小導(dǎo)管藺注漿,長4n.,搭接不小于&初tp7<r全邱：跆噴—3口血厚尚-系疑銅行拱揩采用中心小導(dǎo)管注孕..，壬淋，舊距l(xiāng).DXD,0m鎖腳銅行偵1。根Om長巾聘小導(dǎo)管筋屁I8長筋滅層網(wǎng)，網(wǎng)孔間距20X20ch全環(huán)HL75型鋼,間距Cl&ii以可逢接筲皿燃女鋼耿內(nèi)外雙居布置,環(huán)向間距LQm;$腺接頭加4根工16連接型鋼』設(shè)1錚加郵"國留二艘護(hù)空間30唄c將邊墻系鐮措左石何芒E卡有挨力長知的燈如匕迅式所，-二次襯砌鋼麟,厚度"70皿挾墻厚度為血隊(duì)環(huán)問王O(P22，間距為血山瓠向鋼筋為中14,間距為2Dcm；箍筋為中容4.2施工工藝流程表2三臺階施工流程圖4.3施工順序及操作要點(diǎn)表3三臺階七步開挖法施工工序及操作要點(diǎn)序E3%施工步驟及揉忙要點(diǎn)<D申誦上摭序E3%施工步驟及揉忙要點(diǎn)<D申誦上摭啤立鋼梁施做超苞支護(hù)<2）良澳欲分部開挖1部，I哩母循環(huán)進(jìn)民一凱享子面噴懷厚渴漫土^閉⑶分^施偷1部周邊初期支護(hù)4.4軟弱圍巖變形控制技術(shù)4.4.1施工監(jiān)控量測隧道量測必測項(xiàng)目：（1）拱頂下沉（2）水平相對凈空收斂（3）地表沉降（4）洞內(nèi)、外觀察4.4.2拱頂下沉和水平相對凈空變化量測水平相對凈空變化值和拱頂下沉量測斷面的間距應(yīng)根據(jù)圍巖級別、隧道斷面尺寸、埋置深度及工程重要性等確定，量測斷面布置間距及測量頻率詳見表4和表5。表4量測頻率表位移速度距開挖面距離位移速度(mm/d)量測頻率位移速度(mm/d)量測頻率=52次/d(0—1)B||2次/d1?51次/d(1?2)B1次/d0.5?11次/2?3d(2—5)B1次/2?3d0.2?0.51次/3d>5B1次/7d<0.21次/7d注：1B為隧道開挖跨度表5拱頂下沉及周邊收斂量測間距表

（1）若想測量數(shù)據(jù)足夠嚴(yán)密精細(xì)，在測量之前，首先要先對建設(shè)地表的地質(zhì)地形，以及向上是否存在建筑，向下地下水有無進(jìn)行測量，根據(jù)此保證數(shù)據(jù)嚴(yán)密，確立挖掘方式。對于地表下測點(diǎn)的選擇，應(yīng)與共頂下的測點(diǎn)為位于同一截面內(nèi)，并要沿隧道的中線分布，地表下沉量測斷面的間距可按表所示采用。表7地表下沉量測斷面間距表5?10橫斷面方向地表下沉量測的測點(diǎn)間隔應(yīng)取2?5m，出口車站V級淺埋段(DK288+240?DK288+350)斷面測點(diǎn)布置如下圖所示，在一個(gè)量測斷面內(nèi)不少于17個(gè)測點(diǎn)。地表下沉量測應(yīng)在開挖工作面前方H+h(隧道埋置深度+隧道高度)處開始，直到襯砌結(jié)構(gòu)封閉、下沉基本停止為止。地表下沉的量測頻率應(yīng)和拱頂下沉及水平相對凈空變化的量測頻率相同。各項(xiàng)量測作業(yè)均應(yīng)持續(xù)到變形基本穩(wěn)定后1?3周。罹M耕站:自圖5洞頂?shù)乇硐鲁亮繙y斷面布置圖4.4.4數(shù)據(jù)處理、分析以及相應(yīng)的參數(shù)調(diào)整對初期的時(shí)態(tài)曲線應(yīng)進(jìn)行回歸分析，選擇與實(shí)測數(shù)據(jù)擬合好的函數(shù)進(jìn)行回歸，預(yù)測可能出現(xiàn)的最大拱頂下沉及水平相對凈空變化值。根據(jù)所繪各曲線的變化情況與趨勢，判定圍巖穩(wěn)定性及時(shí)預(yù)報(bào)險(xiǎn)情。確定施工時(shí)應(yīng)采取的措施，提供修改設(shè)計(jì)參考依據(jù)。（3）圍巖及支護(hù)的穩(wěn)定性應(yīng)根據(jù)開挖工作面的狀態(tài)、凈空水平收斂值及拱頂下沉量的大小和速率綜合判斷，并及時(shí)反饋于設(shè)計(jì)和施工中，根據(jù)水平相對凈空變化值進(jìn)行判斷時(shí)，應(yīng)符合《鐵路隧道噴錨構(gòu)筑技術(shù)規(guī)范》的有關(guān)規(guī)定。（4）當(dāng)位移速度及位移量過大，圍巖長時(shí)間不能穩(wěn)定時(shí)，則應(yīng)加強(qiáng)監(jiān)視，增加量測次數(shù)。并根據(jù)情況提前施作仰拱，增強(qiáng)支護(hù)鋼度，如增設(shè)和加長錨桿，加厚噴層等。必要時(shí)，加強(qiáng)鋼拱支撐并提前做模筑襯砌。（5）設(shè)計(jì)單位可根據(jù)施工單位所提供的監(jiān)控量測數(shù)據(jù)反分析求算初始應(yīng)力、巖體的彈模、塑性區(qū)范圍、作用在二次襯砌上的荷載及巖體流變參數(shù)等，為動態(tài)設(shè)計(jì)提供信息和資料。4.5圍巖變形處理技術(shù)4.5.1隧道初期支護(hù)變形現(xiàn)象描述不同的隧道因?yàn)槠涞刭|(zhì)地形的復(fù)雜多樣從而在初期，混凝土面和剛公家進(jìn)行支護(hù)噴射時(shí)會出現(xiàn)洞身變形的表現(xiàn)。在這里有很多種例子可以來說明這一點(diǎn)。例如隧道淺埋、或地下水構(gòu)造有問題、誘惑是隧道發(fā)生嚴(yán)重偏壓，這都會使得在洞身初期建造工作中，會有多種不良現(xiàn)象的出現(xiàn)，這無疑會直接造成，實(shí)際完成效果與初期設(shè)計(jì)效果不符，另外一點(diǎn)在施工期間內(nèi)，也會對施工人員會造成極大的不便以及安全隱患，在洞身完工之后，投入使用之后也有可能會出現(xiàn)洞身變形，在之后也有可能造成安全隱患。4.5.2施工技術(shù)處理方案由于隧道建設(shè)初期，因?yàn)槎瓷碛锌赡艹霈F(xiàn)變形從而有可能會造成的安全隱患，因此一方面是為了確保建筑施工人員的安全以及隧道完工投入使用的安全，另一方面為了減少隧道建設(shè)國中有可能存在的偏差，因此在建設(shè)過程中要最大程度上保持整體上的穩(wěn)定，應(yīng)該將臨時(shí)以及永久性加固同時(shí)采用，使得其應(yīng)力應(yīng)該得到一個(gè)新的平衡。下文中就是給大家介紹一下臨時(shí)與永久性兩種加固方式。對于變形嚴(yán)重的鋼架，應(yīng)采取換拱架來解決侵線問題。換拱架過程中應(yīng)由測量跟蹤指導(dǎo)，換鋼架過程中應(yīng)避免對圍巖大的擾動，采取人工、破碎錘或者是弱爆破，開挖一根鋼架，馬上支護(hù)，及時(shí)封閉。圖6人工開挖換鋼架臨時(shí)加固措施臨時(shí)加固措施主要是采用強(qiáng)力支撐于變形的初期支護(hù)，減小和抑制已變形的初期支護(hù)繼續(xù)增大。主要采用：增設(shè)臨時(shí)仰拱，提早形成封閉受力環(huán)，如圖7。

圖7臨時(shí)仰拱永久加固措施永久加固措施主要是選取恰當(dāng)、合理的支護(hù)參數(shù)，采用可滿足隧道受力條件的技術(shù)方案，永久性的加固洞身結(jié)構(gòu)。a.在施工過程中，當(dāng)發(fā)現(xiàn)初期支護(hù)出現(xiàn)了開裂或監(jiān)控量測有較大的下沉變形，可立即施做徑向注漿小導(dǎo)管，進(jìn)行注漿固結(jié)圍巖，增強(qiáng)圍巖間的摩擦阻力，形成具有一定能力的自穩(wěn)性。結(jié)合隧道洞身變形情況的分析，在洞身變形后，沿所有損毀和開裂處采用長4m，間距1mX1m的642小導(dǎo)管注漿，其單口注漿量平均在0.5~2t，漿液濃度采用1:1配比。

如圖8642小導(dǎo)管徑向注漿施做徑向小導(dǎo)管注漿措施能暫時(shí)穩(wěn)定里變形的繼續(xù)發(fā)展。但由于隧道受地形、地質(zhì)條件的制約，地層應(yīng)力復(fù)雜，無法準(zhǔn)確掌握圍巖間的實(shí)際受力情況，因此隧道在短暫的穩(wěn)定后，很可能再次出現(xiàn)下沉、收斂等變形，隧道平衡狀態(tài)失穩(wěn)。對此，為了使隧道達(dá)到新的平衡受力條件，經(jīng)綜合分析采取永久加固措施。其永久加固措施為：①在已變形處采用徑向注漿控制變形的繼續(xù)增大，及時(shí)封閉成環(huán)，施做仰拱及二次襯砌；②施做小導(dǎo)管或者大管棚超前支護(hù)；③合理選擇開挖方法和支護(hù)參數(shù)。對已變形的地段采取徑向注漿的同時(shí)，及時(shí)準(zhǔn)確的分析監(jiān)控量測的數(shù)據(jù)，在已變形的地段結(jié)合臨時(shí)加固措施，及時(shí)的開挖仰拱，施做二次襯砌，同時(shí)襯砌應(yīng)緊跟掌子面的掘進(jìn)。b.施做大管棚，大管棚一般米用670mm?6180mm的鋼管，縱向長度10?45m。一般施作管棚時(shí)都要設(shè)置管棚工作間，管棚工作間按鉆機(jī)特點(diǎn)設(shè)計(jì)，比隧道斷面加寬50?70cm，工作間長度2?3m，如果只進(jìn)行一個(gè)循環(huán)管棚施作，管棚工作間比較簡單。但如果循環(huán)多時(shí)，施作多個(gè)管棚工作間就存在著兩個(gè)問題。施作工作間，隧道斷面加大后，開挖難度加大，開挖安全風(fēng)險(xiǎn)增加。由于管棚工作間采取擴(kuò)挖斷面方法，既增加了開挖費(fèi)用，又增加了回填混凝土的費(fèi)用，浪費(fèi)大。圖9管棚工作間縱斷圖圖10大管棚施工工藝流程圖在做好超前支護(hù)的前提下，開始掘進(jìn)施工本著超前支護(hù)、短進(jìn)尺、少擾動、強(qiáng)支護(hù)、勤量測、緊封閉的原則，采取合理的開挖方法及支護(hù)參數(shù)。針對軟弱圍巖的變形情況復(fù)雜，為了保證二次襯砌厚度及洞室的尺寸，結(jié)合監(jiān)控量測選擇合理的預(yù)留量。5、材料與設(shè)備表8主要機(jī)具設(shè)備一覽表設(shè)備名稱規(guī)格型號單位挖掘機(jī)空壓機(jī)20M3/m臺in攪拌機(jī)JS750U北奔自卸車20t臺隧道軸流風(fēng)機(jī)2*110kw臺裝載機(jī)柳工G50臺砼輸送泵數(shù)量HBT60A混凝土濕性能及用途開挖、找頂風(fēng)鉆用高壓風(fēng)生產(chǎn)混凝土生產(chǎn)出碴隧道施工通風(fēng)裝碴澆筑混凝土噴射混凝土混凝土運(yùn)輸初支背后及超前注漿襯砌施工表9本工法主要材料一覽表材料名稱規(guī)格型號性能及用途H型鋼H175初期支護(hù)工字鋼I20b初期支護(hù)鋼管610大管棚鋼管689中管棚鋼管<p42鎖腳錨管、超前支護(hù)66中空錨桿@22拱部系統(tǒng)錨桿7砂漿錨桿@22邊墻系統(tǒng)錨桿8自進(jìn)式錨桿R32N邊墻系統(tǒng)錨桿9噴射混凝土C25初期支護(hù)1鋼筋混凝土C35二次襯砌06、質(zhì)量控制1建立健全工程質(zhì)量責(zé)任制。上全項(xiàng)目經(jīng)理，下至施工隊(duì)操作者，均制定質(zhì)量責(zé)任制，形成質(zhì)量管理系統(tǒng)。明確各級人員的具體責(zé)任，各職能部門在技術(shù)業(yè)務(wù)上也有明確責(zé)任，并受上級責(zé)任人的領(lǐng)導(dǎo)，做到管理者負(fù)責(zé)質(zhì)量，指導(dǎo)者管好質(zhì)量，供應(yīng)材料者確保質(zhì)量，施工操作者干好質(zhì)量，檢查者確定質(zhì)量。把質(zhì)量管理的每項(xiàng)工作、每個(gè)環(huán)節(jié)具體落實(shí)到每個(gè)部門、每個(gè)人。2建立材料檢驗(yàn)制度。嚴(yán)格把好材料、成品、半成品的質(zhì)量關(guān)。所有的進(jìn)場材料，均具有出廠合格證和材質(zhì)化驗(yàn)單，材料的物理、化學(xué)性能滿足工程要求，對水泥、鋼材必須進(jìn)行復(fù)檢，超過三個(gè)月的水泥或受潮結(jié)塊的水泥堅(jiān)決清理出現(xiàn)場，對于砂、石料含泥量超過規(guī)范規(guī)定的，采取清洗或過篩措施。混和料配合比按規(guī)范和設(shè)計(jì)要求進(jìn)行配合比設(shè)計(jì)，經(jīng)試驗(yàn)合格后，才能用于施工。新材料、新產(chǎn)品，要對其做出技術(shù)鑒定，制定出質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)和操作規(guī)程，才能在工程上使用。3建立質(zhì)量獎(jiǎng)懲制度。堅(jiān)決貫徹“爭創(chuàng)行業(yè)一流，實(shí)現(xiàn)顧客期望，奉獻(xiàn)滿意工程”的質(zhì)量方針，實(shí)行質(zhì)量獎(jiǎng)優(yōu)罰劣制度；懲罰采取“三不放過”的原則。4按規(guī)范要求認(rèn)真進(jìn)行各工序的檢查和簽證。檢查程序：首先由班組質(zhì)檢員檢查，然后再由隊(duì)技術(shù)負(fù)責(zé)人和經(jīng)理部質(zhì)檢工程師檢查。最后通知監(jiān)理工程師檢查，并按監(jiān)理工程師指示進(jìn)行整理、完善，直到達(dá)到規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)。7、安全措施施工中除遵守國家相關(guān)安全管理規(guī)定外，根據(jù)本工法的特點(diǎn)，采取以下安全措施：1建立完善的安全管理體系和管理制度，建立專門的安全生產(chǎn)機(jī)構(gòu)，嚴(yán)格三級安全教育,嚴(yán)格安全檢查制度。嚴(yán)格按照《鐵路工程施工安全技術(shù)規(guī)程》組織施工。2對參建人員進(jìn)行各項(xiàng)安全生產(chǎn)作業(yè)的培訓(xùn)，進(jìn)行應(yīng)急處理和事故搶險(xiǎn)演練，參建人員必須經(jīng)考核通過方可上崗。3施工時(shí)應(yīng)先行做好洞口邊坡防護(hù)及天溝等防排水設(shè)施，再進(jìn)行洞口開挖，盡早修建洞門及洞口段襯砌，保證施工安全。4應(yīng)嚴(yán)格按要求進(jìn)行超前地質(zhì)預(yù)報(bào)，采取TSP遠(yuǎn)距離，地質(zhì)雷達(dá)中距離，超前地質(zhì)鉆近距離相結(jié)合的綜合超前地質(zhì)預(yù)報(bào)手段，并據(jù)此進(jìn)行綜合分析，結(jié)合圍巖情況合理調(diào)整施工方案，確保施工安全。5施工時(shí)應(yīng)配備足夠的抽水設(shè)備，若揭示溶洞、溶槽，應(yīng)加強(qiáng)安全防護(hù)。6應(yīng)加強(qiáng)監(jiān)控量測，當(dāng)變形異常時(shí)，應(yīng)立即加強(qiáng)鋼架和徑向支護(hù)，及時(shí)襯砌并作必要加強(qiáng)，確保施工及結(jié)構(gòu)安全。7保證與洞外生產(chǎn)組織調(diào)度中心聯(lián)絡(luò)暢通，配備符合本隧安全要求的應(yīng)急照明設(shè)備、搶險(xiǎn)物資等，保障施工搶險(xiǎn)可靠有效。8各種機(jī)械設(shè)備的操作人員未經(jīng)考核不得上崗。9施工時(shí)，嚴(yán)格操作規(guī)程，隧道內(nèi)的作業(yè)，嚴(yán)禁超限和違規(guī)操作，確保施工安全。10爆破施工時(shí)，嚴(yán)格按照爆破設(shè)計(jì)控制裝藥量。11隧道爆破事故的預(yù)防：開挖中進(jìn)行爆破時(shí)，要嚴(yán)格控制爆破規(guī)模，遵循〃短進(jìn)尺、弱爆破〃的原則，防止發(fā)生爆炸事故；爆破時(shí)要按規(guī)定設(shè)置合格的警戒；通電后放不響時(shí)，一定要先取下鑰匙和母線，再等一定時(shí)間再進(jìn)入檢查，以防不測；處理拒爆、殘爆時(shí)要按規(guī)定嚴(yán)格操作；爆破后，要等炮煙吹散到能對掌子面進(jìn)行觀察時(shí)再進(jìn)入工作面；封足炮泥，嚴(yán)禁用雜物當(dāng)炮泥裝入炮眼；爆破前后對工作面要及時(shí)灑水。8、環(huán)保措施為了加強(qiáng)對環(huán)境的保護(hù)工作，從源頭預(yù)防環(huán)境污染和生態(tài)破壞，促進(jìn)經(jīng)濟(jì)、社會和環(huán)境的全面協(xié)調(diào)可持續(xù)發(fā)展，根據(jù)《中華人民共和國環(huán)境影響評價(jià)法》、《中華人民共和國節(jié)約能源法》、《中華人民共和國水污染防治法》、《建設(shè)項(xiàng)目環(huán)境保護(hù)條例》展開施工。1施工中嚴(yán)格遵守國家現(xiàn)行有關(guān)環(huán)境保護(hù)的法律、法規(guī)，堅(jiān)持“以防為主、防治結(jié)合、綜合治理、化害為利”的原則，采用有利措施，防止破壞自然環(huán)境。2施工期間始終保持工地的良好排水狀態(tài)，修建有足夠泄水?dāng)嗝娴呐R時(shí)排水通道，并與永久性排水設(shè)施相連接，不形成淤積和沖刷；施工平面布置盡量利用永久征地，減少對耕地或林木的破壞，避免水土流失，保持生態(tài)平衡；施工營地和施工現(xiàn)場的生活垃圾，設(shè)置臨時(shí)堆放場集中堆放，定期清至環(huán)保部門指定場所;隧道出碴、清理場地的廢料，按圖紙規(guī)定或監(jiān)理工程師要求運(yùn)至指定棄碴場，并做好防護(hù)工作。3施工作業(yè)區(qū)隨時(shí)進(jìn)行灑水，較少灰塵污染；易于引起粉塵的細(xì)料或散料進(jìn)行遮蓋或適當(dāng)灑水。運(yùn)輸時(shí)用帆布、蓋套遮蓋。不在工地燃燒各種垃圾及廢棄物，防止污染空氣。10、應(yīng)用實(shí)例本工法應(yīng)用于蘭渝鐵路魯壩隧道進(jìn)口段。魯壩隧道工程位于甘肅省宕昌縣境內(nèi)，為蘭渝線蘭州至廣元段一雙線隧道，最大埋深280m，隧道起訖里程為323+846—327+825，全長3979m。魯壩隧道通過區(qū)位于秦嶺褶皺系中，地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜