黄土隧道洞身开挖、支护施工技术全.docx

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1、黄土隧道洞身开挖、支护施工技术1工程概况1.1 宝兰客运专线10标段二工区通渭至榆中苏家川隧道及西坡隧道段位于定西市安定区，隧道全长(7591187)m,为双线隧道。隧道洞身均位于直线上，洞身纵坡为3%。的单面上坡，洞身均为黄土。隧道衬砌后断面最大净宽12.81m,净高8.68mo1.2 隧址区地貌形态属黄土高原沟壑、梁宛区，地面相对高差约60m,区内黄土梁宛起伏，沟壑纵横，自然坡度约为20。60。之间，隧道顶谷深切多呈“V”字型，山坡上多为风积黄土包裹，梁顶植被包裹较差。隧道位于陇西系内旋褶带，构造相对简单。晚第三纪以来，区内新构造运动较为活跃,表现为河沟阶地地上升显著,现代河流侵蚀,下切明

2、显，高差达100150m,洞身仅通过第四系上、中更新统砂质黄土，无褶皱、断裂通过。13隧道进口、出口均为东河的支沟，平时干涸无水，仅在暴雨季节有暂时性水流，水量一般不大。隧道区内地下水主要为第四系松散层孔隙水。松散层孔隙裂隙水赋存于第四系上更新统砂质黄土中，无统一潜水面，受大气补给，水量小，季节性变化大，水位埋藏变化大。地下水对混凝土存在氯盐、硫酸盐侵蚀性，侵蚀性等级为L2、H2o2施工方案针对黄土基底承载力低、侧应力较大、湿陷性及埋深浅等特点，施工时严格执行“管超前、短进尺、强支护、勤量测、早成环”的施工原则，确定黄土隧道总体施工方案采用三台阶临时仰拱法及三台阶临时横撑法,即洞身分上中下三个

3、台阶，上导坑采用环形预留核心土开挖初期支护紧跟，中、下导坑左右边墙间隔开挖支护，仰拱紧跟下导施作，二次衬砌采用自动计量集中拌和混凝土，自行液压式衬砌台车泵送混凝土施工。施工中加强超前地质预报检测频次，初期支护及早封闭成环，并进行持续的监控量测，对数据进行现场分析，指导现场施工。3洞口工程及防护排水工程施工3.1 洞口防护排水隧道进洞施工前，根据设计图纸要求结合现场地形确定水沟位置，水沟流向顺山势由高向低，引排至路基水系统或直接引排至路基外。3.2 洞口开搀及防护洞口边坡尽量减少开挖，以减小对山体黄土扰动，防止上体应力突变。对针黄土具有特点，边坡开挖在晴天进行，雨天停止施工。仰坡坡率采用1:1.

4、25,按照自上而下的顺序分级开挖，开挖一级防护一级。当仰坡较高时，68m设一级，留24m宽平台，坡脚设置临时排水沟。边仰坡开挖完成后保证坡面直顺、平整，测量检测合格后，立即对边仰坡进行素喷混凝土封闭、打设锚杆、挂网、二次复喷喷混凝土防护。3.3 对洞顶及周边发育的陷穴排查处理根据陷穴发育情况和所处位置，采用灌注砂浆+夯填改良土或自底部向上分层夯填改良土回填，顶部包裹50cm厚老黄土封口。4导向墙、超前支护施工隧道出口、出口采用套拱法、l08长管棚+42超前小导管，L=30m超前预支护进洞、具体作法如下：洞口开挖至起拱线，采用两机型钢钢架紧贴仰坡放置，间距0.5m,纵向22mm钢筋连接，预埋14

5、0管棚导向管，其环向间距40cm及倾角0度至3度角同设计的管棚环向间距及外插角，与仰坡锚杆焊接固定，浇筑导向墙混凝土厚100cm,然后施做长管棚，形成洞室轮廓。4.1 导向墙施工边坡开挖至起拱位置时，预留核心土并进行修整，导向墙直接坐与核心土上施作，施作时底部铺设彩条布隔离。导向墙宽100cm,厚度为100cm,墙内预埋1405mm导向钢管并与墙内埋设的2根118工字钢钢拱架焊成整体；为保证导向墙整体受力稳定，拱脚设置混凝土扩大基础。导向墙内导向管安设的平面位置、倾角、外插角的准确度等直接影响大管棚的施工质量，施工中严格控制。4.2 超前长管棚施工针对本工区黄土遇水崩解特点，为防止洞口发生滑坍

6、，洞口采用超前大管棚注浆支护，以确保安全进洞。(2)管棚参数长管棚中心距开挖轮廓线50cm,拱顶144范围内设置，钢管间距环向0.4m,外插角1。采用l08热轧无缝钢管,壁厚6mm,管节长度为46m,采用丝扣相接，接头相互错开；管棚环向间距40m,纵向长度根据浅埋段围岩长度及洞口包裹层厚度而定，取30mo4.3 超前小导管施工超前小导管采用外径42mm、壁厚3.5mm热轧无绛钢管制作，导管前端加工成锥形并封焊密实，管身设若干注浆孔，孔径IOmm,孔间距15cm,按梅花型布置；尾部长度不小于100cm,作为不钻孔的止浆段。超前小导管设置于拱顶144。范围内，搭接长度不小于1m。单层超前小导管单根

7、长3.5mx环向间距40cm,插入角度10。15;双层小导管单根长5m、环向间距30cm,插入角度为10。和40。，设置时交错布置。导管安装前，测量放样定位，采用电煤钻打孔，成孔后检查管内有无虚渣异物，若有用吹管吹出或掏勾勾出；将小导管用锤击或钻机顶入，顶入长度不小于钢管长度的90%小导管安设后，用塑胶泥封堵孔口及周围裂隙，必要时在小导管附近及工作面喷射碎，以防止工作面坍塌。导管注浆。导管注浆采用定量注浆，即每根锚管内注入300L浆液后即结束注浆。注浆水泥浆液水灰比为1:1（重量比），注浆压力一般为0.5L5Mpa。为加快注浆速度和发挥设备效率,可采用群管注浆（每次3-5根）。5洞身开挖及支护

8、黄土隧道洞身开挖采用人工配合机械的开挖方法。挖掘机开挖预留30cm左右厚度，人工开挖修边。同时为防止黄土自陷性沉降侵占设计开挖体型，实际开挖断面大于设计断面，预留3040cm沉降变形量。5.1 施工工序挖1部台阶。开挖隧道上台阶土体时，预留核心土确保开挖安全和初期支护顺利进行。上部环形导坑开挖进尺控制在0.6m,开挖后及时进行初喷碎封闭开挖掌子面，施作洞身结构的初期支护及临时仰拱，即先初喷厚4cm的混凝土，再铺设钢筋网片，然后人工配合机械架立型钢钢架。钢架设锁脚锚管，锁脚锚管设置于台阶钢架拱（墙）脚以上30cm高度处，紧贴钢架两侧边沿按下倾角3060。打入，并与钢架采用型钢筋牢固焊接。拱脚采用

9、钢垫板。同时，为保证拱脚基础牢固，防止拱顶下沉量过大，对拱脚位置采用槽钢或木板支垫。打设径向锚杆后复喷混凝土到设计厚度。底部架立临时仰拱（118临时钢架），喷射混凝土封闭。上台阶施工至适当距离后，先拆除1部23根118临时钢架,再人工配合机械开挖2部台阶，导坑周边部分初喷厚4cm混凝土，铺设钢筋网片、架立接长钢架钢架，打设锁脚锚管及径向锚杆后复喷混凝土至设计厚度。架立临时仰拱（118临时钢架），喷射C25混凝土封闭临时仰拱。开挖3部台阶,3部台阶分两次开挖完成即仰拱面以上和隧底两部分。根据监控量测结果分析，待初期支护收敛后，拆除部临时仰拱，开挖仰拱填充面以上,开挖完成后边壁初喷厚4cm混凝土,

10、铺设钢筋网片、架立接长钢架钢架，打设锁脚锚管、复喷混凝土至设计厚度；隧底开挖掌子面距离上台阶开挖掌子面控制在2025m,每次开挖进尺不得大于2根钢架，开挖完成后及时接长钢架、喷射混凝土封闭初期支护并封闭成环。灌注该段的IV部仰拱及V部仰拱填充（仰拱与仰拱填充分开施作）。利用衬砌模板台车一次性灌注Vl部二次衬砌（拱墙衬砌一次施作）。开挖过程中，根据施工时围岩的地质情况及监控量测资料调整支护结构形式，必要时加设中间竖撑（采用圆木），使围岩支护得到有利的保护和加强。特别是洞口段第一次仰拱成环是进洞成败最为关键的一个环节，也是非常危险的一个环节,处理不好会造成洞口坍塌。先停止掌子面开挖进尺，喷混凝土封

11、闭开挖隧底。第一次开挖2根拱架间距纵向长度150Cm,开挖后迅速安装工字钢拱架2根与已支护正洞钢架连接成环，并采用间距Lom25纵向连接钢筋对隧底两根钢架进行焊接连接,喷射喷混凝土包裹。三台阶临时横撑法施工与三台阶临时仰拱法施工工艺基本相同，最大的区别是开挖隧道所设置的临时横撑不需要采用混凝土包裹。5.2 初期支护施工根据隧道洞身土质，初期支护采用锚喷支护，一方面锚喷支护具有很好的及时性、密贴性和封闭性，它能及时封闭开挖面，阻止土体变形；另一方面，锚杆和钢筋网片具有一定的延展性，它可以允许洞身土体沿横向和纵向有较大的变形，甚至和被加固土体一起作整体位移，而仍能继续工作不失效。锚喷支护施工工艺流

12、程如图5所示。5.2.1 初喷碎隧道开挖整修完毕后，应立即初喷35cm厚的混凝土,其作用是封闭开挖面并找平，以防止围岩应力集中及土体松弛变形而可能导致的坍塌。5.2.2 锚杆施工砂浆锚杆施工工艺流程为：施工准备一布孔一钻孔一清孔一注入砂浆一插入杆体一安装锚杆垫板T复喷碎覆盖垫板(1)钻孔。采用电煤钻打锚杆孔，严禁使用水钻。(2)锚杆安设。采用先注浆后插入法施工，锚杆孔钻孔完成后用高压风清孔，采用注浆泵注入M20水泥砂浆，砂浆注入量为锚杆孔体积的2/3,之后将加工好的22L=3.5m锚杆体插入孔内，安装锚杆垫板。锚杆杆体插入孔内长度不得小于设计长度的95%o待砂浆强度达到一定强度能上紧垫板螺母。

13、为便于施工可采用22早强药包式锚杆。先将药包浸泡在清水中进行，随泡随用。用直径约为3cm竹竿或塑料管将浸好水的药卷送到孔底，并轻轻捣实，药卷装满后及时插入锚杆。(3特别注意砂浆锚杆施工每侧拱边墙设4根锚杆长度不小于3.5m,间距1-1.2z梅花形布置。5.2.3 铺设钢筋网钢筋网一般在系统锚杆施作之后安设，但如遇到围岩松散地层，拱部易坍塌或掉块，为了给作业人员提供防护，可先施作钢筋网(必要时亦可先架设格栅钢架)。钢筋网采用6.5钢筋，网格尺寸为2020cm,事先在加工场加工制作成1.61.0m的网片。网片间搭接保证一个网格。钢筋网铺设紧贴岩面，并保证其保证保护层厚度不小于3cmo钢筋网与钢筋网

14、连接处、钢筋网与锚杆连接处点焊在一起，使钢筋网在喷射时不易晃动。5.2.4 型钢拱架施工洞口段及洞身土质为新黄土时，采用125a工字钢拱架加强支护，纵向间距60cm;洞身土质为老黄土稳定性较好时，采用120a工字钢拱架加强支护，纵向间距80cm。钢架在洞外按设计尺寸加工成型，洞内安装在初喷碎和挂网之后进行,用定位锚杆固定，两侧拱脚和墙脚用锁脚锚杆固定，钢架间设纵向连接筋并喷设硅包裹。(1)钢架加工制作。钢架应按设计要求预先在洞外加工场分节加工成型。(2)钢架加工后进行试拼。(3)钢架架设工艺要求钢架必须放在牢固的基础上，施工时将基础底部虚硝清理干净，铺设槽钢火模板以增加基底承载力，最大程度的减

15、少钢架受自重及围岩沉降变形发生变形。钢架架立时垂直隧道中线，当钢架和初喷层之间间隙过大时设置垫块,后期采用喷砂喷填密实。为增强钢架的整体稳定性，将钢架与系统锚杆焊接在一起，同时钢架与锁脚锚管之间通过U型钢筋焊接。钢架间设环向间距Im的22mm纵向连接钢筋焊接。钢架架立后尽快喷碎作业，并将钢架全部包裹，使钢架与喷磴共同受力。钢架施工工艺流程图5.2.5喷射混凝土施工喷射险采用湿喷法，喷射前埋设喷厚控制标志钉。选择喷射料时，要对所使用的各种原材料进行试验，保证原材料的质量。喷射碎时严格按施工配合比计量配料。将骨料、水泥、合成纤维和水按试验确定的比例拌合均匀，用湿喷射机压送到喷头处，再在喷头上添加速

16、凝剂后喷出。喷混凝土料由洞外自动计量拌和站生产，混凝土搅拌车运输，湿喷机喷射，重点控制隧道采用10-15m3h的湿喷机喷混凝土。其工艺流程见”湿喷混凝土工序流程图”。SHAPE*MERGEFORMAT喷射作业采用自下而上分层分段进行，一次喷射厚度6cmo喷射时喷头应垂直于受喷面，喷头距离受喷面以0.6L8m为宜，先找平凹处再开始喷碎，喷头运行轨迹为螺旋状，后一层喷射在前一层碎终凝后进行，确保喷层厚度均匀、密实。喷射磅终凝后2小时起即开始喷雾养护，养护期不少于7天。6监控测量施工时应准确及时的进行现场监控量测，通过现场量测掌握洞身和支护的动态，指导施工，预报险情，确保安全进行日常的施工管理。在对量测数据