大跨度黄土隧道

大跨度黄土隧道（精选十篇）

大跨度黄土隧道 篇1

关键词：大跨度,黄土隧道,矿山法,施工技术

本文主要以古浪隧道施工为例, 主要在隧道预留核心土 (先拱后墙法) 开挖及支护方式下的施工过程总结和监控量测数据的整理分析两个方面入手, 一是通过施工总结说明大跨度黄土隧道在所运用施工方法的可操作性;二是利用隧道监控量测手段, 通过拱顶下沉和周边收敛变形量来验证预留核心土开挖方式对于施工的安全性;从而最终肯定古浪隧道所运用的“矿山法”施工是适用于大断面黄土隧道的施工的有效方法之一。

1 古浪隧道施工技术方案的选取与实施

1.1 洞门刷坡及临时防护

合理的边仰坡刷坡施工是确保安全进洞的关键。刷坡前, 测量人员在对设计图纸及相关数据复核无误后, 放出边、仰坡线。在距仰坡线5m范围内开挖截水天沟, 以防雨水冲刷洞顶坡体, 对洞门造成破坏, 不利于施工安全。洞顶山坡截水天沟施作完成后, 开始刷坡。刷坡采用挖掘机修筑上山坡道, 依据放线位置自上而下逐段开挖, 挖掘机每开挖一段, 由人工采用洋镐、尖锹进行修整至设计坡面线, 确保坡面平顺整齐 (山坡风积黄土节理十分发育, 土质较为松散, 挖掘机开挖后需及时修平, 避免后续开挖发生山体滑塌) , 每一级边坡成型后, 及时打设全长粘结型锚杆 (3~4m) , 沿坡面铺设钢筋网片, 采用喷射混凝土封闭开挖面, 待上一级边坡已基本稳定后, 方可进行后续刷坡施工。通过以上方法, 古浪隧道左、右线洞口边仰坡均安全、顺利的刷至设计位置, 为进洞施工打下了良好开端。

1.2 超前管棚的施作

因洞口浅埋段位于坡积新黄土层, 具有一定的湿陷性, 围岩稳定性较差, 为了避免隧道暗挖进洞时引起坍塌等事故, 依据设计要求, 结合我公司在破碎软岩施工方面的进洞开槽经验, 在暗进桩号位置采用宽2m、厚60cm的C30钢筋混凝土套拱做导向墙布设第一环20m长Φ89×6mm超前注浆管棚, 环向间距35m, 每环43根, 斜插角为15°~30°。20m超前钢花导管布设采用潜孔钻机成孔并辅助顶管, 全部钢花管顶进完成后, 采用双液压浆机向管内压注水泥水玻璃浆, 完成整个超前管棚施工。

1.3 暗洞的开挖与初期支护

1.3.1 施工方案的选取

针对隧道围岩为风积新黄土的特性, 暗洞开挖可采用两种开挖方式, 即双侧壁导坑法和预留核心土法 (先拱后墙法) 。出于对材料的节约, 工程进度及经济效益方面的综合考虑, 项目部最终采用了预留核心土开挖法作为洞身段开挖及支护方式, 施工示意见下图。

1.3.2 施工方案的实施过程与控制要点

遵循“短开挖, 强支护, 勤量测, 紧封闭”的原则, V级围岩段采用矿山法正台阶先拱后墙法施工, 拱部开挖环形带保留核心土, 工作面多, 进度快, 保留核心土便于支撑, 能保证围岩稳定, 避免塌方。根据黄土地质特性和施工工期要求, 上导坑掘进每循环2.0m, 并根据围岩状况, 随时进行调整。每个掌子面配备200块100cm×30cm钢模板, 1台挖掘机, 1台装载机, 4台出碴运输车。

1.3.3 拱部环形开挖与初期支护

首先用挖掘机沿开挖轮廓线由上向下进行环形初步开挖, 人工使用洋镐配合铁耙将松土扒离掌子面并修整围岩表面, 每次掘进2.0m (向前预留30cm一衬混凝土堵头模板拆装空间) 。拱顶中心处掌子面要向前多掘进0.3—0.5m, 以备混凝土一次支护封顶。如果开挖时发现顶部土体有裂纹或疏松现象, 应边开挖边支撑, 支撑用杨木背板加φ42钢管, 钢管底部撑在核心土上。黄土隧道土质比较松散, 且层厚一般为20-60cm, 开挖后易形成分层坍塌, 故需较强的初期支护, 采用超前小导管管棚方案较适宜。钢管直径大, 与土体接触面积大, 接触密贴, 没有空隙, 有利于力的传递。但多次注浆结果表明, 由于水泥浆内的水分对锚杆周围的土体侵蚀, 使土体湿陷, 周围易形成空洞, 起不到对土体的有效支撑。黄土隧道土体松散, 超前小导管打入前方土体中后, 导管尾部与随后支立的格栅支撑相连接, 以加强初期支护。拱部钢支撑采用I18工字钢, 分3段组装, 通过钢垫板用φ16螺栓将3段连成整体。安装钢支撑时应紧贴开挖轮廓表面, 并将管棚的管尾与之焊接, 使棚管尾端担在钢花拱上, 最大限度地发挥管棚的作用。钢拱架之间设置环向间距为1m的φ22纵向连接筋。黄土隧道在开挖后30h内围岩变形较大, 如不及时支护, 极易发生塌方。故开挖结束后, 应立即进行混凝土初期支护。混凝土施工采用拌合站集中拌合, 运输车运输, 输送泵泵送混凝土入模, 插入式振动棒捣固, 左右侧交替浇筑。混凝土封顶时应注意将顶部捣固密实。拱部一衬混凝土浇筑完毕待终凝后 (约4、5小时) 即可拆除模板支撑, 进行下一环节拱部开挖。

1.3.4 下导坑边墙开挖与初期支护

下导坑边墙施工与上导坑之间的距离保持20~30m为宜, 距离过短影响上导坑机械作业, 距离过长, 会使已施工的拱部下沉, 造成二次衬砌厚度不够, 影响下步工序施工。下导坑边墙施工采用四部跳跃法, 左、右边墙错开, 每个马口开挖长度为2.0-3.0m。先用挖掘机挖中槽, 中槽宽4.0m, 长10m, 不宜过宽、过长。宽度以能保证上导坑施工机械通过为准, 否则左、右拱脚下的土体由于受到拱圈的挤压, 向中槽处靠拢, 容易使拱圈下沉, 严重者可使拱圈混凝土产生裂缝。中槽挖成斜坡形式, 使上、下导坑连接。然后用人工左、右错开开挖马口。边墙的格栅支撑应与拱部格栅上、下对正, 并焊接牢固。格栅安设完毕后, 将拱脚表面的混凝土凿毛, 用钢刷清理干净, 之后模筑衬砌一次混凝土。封口用干硬性混凝土人工分次填满捣实。

1.3.5 仰拱的及时跟进

在一次衬砌混凝土初期支护完成后, 为减少隧道收敛变形, 确保施工安全, 应及时封闭仰拱混凝土。仰拱与马口之间的距离保持10cm为宜, 不能偏大。仰拱采用全幅施工法可加快一衬闭合成环速度, 过往车辆、人员通过工字钢栈桥保证上下导坑作业的进行。

1.4 围岩监控量测的实施与数据分析

1.4.1 量测项目的选取、测点布设和量测仪器的选用

黄土隧道与石质隧道的最大不同点就是拱部沉降和拱脚收敛较大, 为了确保施工安全, 为工序的合理安排提供可靠依据, 我们按照设计规范要求认真进行了监控量测工作, 拱顶下沉观测采用徕卡402水准仪, 收敛量测采用JSS30A型数显收敛仪。在隧道施工过程中, 从第一组环形拱部初期支护完成开始, 在一个断面内拱顶和2个拱脚处埋设3个观测点, 用水准仪和收敛计分别观测拱顶下沉值和拱脚水平收敛值。随着隧道施工的前进, 每隔10m作一个观测断面, 最前端的一个断面紧跟掌子面。前7d每天观测1次, 7天后两天观测一次, 过1个月后7天观测一次, 直至下沉值和收敛值符合规范允许范围之内。

1.4.2 量测数据的分析

结合古浪隧道实际情况, 因右线洞口处于浅埋偏压段, 根据相关研究资料表明, 大断面黄土隧道初期支护完成后, 拱顶下沉和边墙收敛值相对较大。因此, 现将隧道右线浅埋偏压段YK2421+195处的监控量测数据进行分析, 旨在通过分析结果验证“矿山法”施工中, 预留核心土开挖方式及相应初期支护对于大断面黄土隧道的适用性和安全可靠性。下面将表2-1和表2-2中得量测数据绘制回归曲线进行分析。

图2-5表明, 隧道右线浅埋偏压段YK2421+195处拱部及边墙一次衬砌至仰拱施工完毕后, 拱顶下沉量为约6cm, 拱脚收敛约为4cm, 均小于设计给出的15cm预留沉降量, 此外拱顶下沉和拱脚收敛速率正常, 呈现稳步下降趋势, 自观测之日30天后, 初期支护已基本稳定, 拱顶下沉和拱脚收敛速率均小于0.15mm/d, 满足公路隧道施工技术规范中关于拱顶下沉、周边收敛速率要求, 因此, 该隧道采用的预留核心土开挖及相应初期支护方式 (先拱后墙法) 能够满足施工要求, 确保施工安全。

1.5 明洞、二次衬砌、防排水的施工

古浪隧道明洞及二次衬砌全部钢筋为钢筋混凝土结构, 施工工艺采用目前公路隧道施工中较为成熟的衬砌模板台车一次浇筑成型法, 能够确保二次衬砌浇筑的连续性和较好的外观质量。这里值得一提的是, 该隧道衬砌模板台车在设计制作时两侧增加了折叠式拱脚矮边墙模板, 好处主要体现在两个方面:其一, 矮边墙和二衬可一次浇筑成型, 避免了传统的先浇筑矮边墙混凝土才能定位模板台车浇筑二衬混凝土的现象。这样, 减少了施工环节, 缩短了二衬浇筑周期, 提高了工效;其二, 不单独施作矮边墙, 二衬钢筋可一次绑扎成型, 大大减少了传统矮边墙钢筋与二衬钢筋的绑扎搭接部分用量, 节省了大量钢材。隧道防排水设计仍采用目前公路隧道常用“防排结合”的方式。即排水仍为环、纵、横排水管接仰拱中心排水系统的方式, 防水采用EVA复合式防水板, 具体施工方法与其他石质隧道没有区别。此外, 该隧道的二次衬砌设计类型除在结构方面全部采用钢筋混凝土结构并适当提高了混凝土标号外无区别于石质隧道的其他特征, 因此, 这里对于二次衬砌的施工不再赘述。

2 主要结论及需要进一步研究的问题

2.1 主要结论

通过对永古高速公路古浪隧道施工的研究, 充分利用监控量测这一有效手段, 不断优化施工方案和通过改进衬砌模板台车等方面的大胆尝试, 验证了预留核心土开挖及二次模筑混凝土的工艺对大跨径黄土隧道施工中在确保安全、加快作业循环、节省施工投入方面的适用性, 该方法使上导可及早完成支护, 围岩及支护稳定性好, 初至拱顶下沉量和拱脚收敛值均较小, 各分项工程质量均能满足设计和规范要求, 具有较好的施工示范作用。

2.2 需进一步研究的问题

鉴于古浪隧道风积新黄土的土质, 经多次试验, 原设计超前支护辅助措施中小导管注浆的作用未能有效发挥。需进一步开展在超前支护施工方面的研究, 以便探求针对黄土隧道更为经济、有效地超前支护措施。

参考文献

[1]唐学军.永古高速古浪隧道施工图设计.兰州:甘肃省交通规划勘察设计院社, 2008.

[2]交通标准.公路隧道施工技术规范.北京:人民交通出版社, 1995.

大跨度黄土隧道 篇2

目标隧道采用平行双洞式，单洞净宽16m，洞高11.4m，呈北西--南东向展布，隧道里程K1+710～K2+600，进洞口里程为K1+710，设计进口路面高程363.220m，出洞口里程为K2+600，设计路面高程357.20m，全长为890m，路面坡度0.7000 %。两洞侧壁间距6.959m。

目标隧道区段覆盖层厚0.00～2. 80m。填筑土为软弱(场地)土，块石土及亚粘土属中软(场地)土，基岩为坚硬(场地)土。根据《公路工程抗震设计规范》(JGJ004-98)判断，隧道区场地类别为I～III类，属抗震有利地段。

隧道衬砌结构设计根据结构的受力特点采用复合式衬砌。在施工过程中要求按设计进行监控量测，并对量测信息进行处理、反馈，调整支护参数并贯穿于施工全过程。根据结构的受力特点，以锚杆湿喷钢纤维混凝土等为初期支护，以钢筋混凝土和钢纤维混凝土为二次衬砌，并根据不同的围岩类别，辅以超前中空注浆锚杆和工字钢拱架等辅助支护措施。

大跨度黄土隧道 篇3

关键词：大跨度、大断面、C R D、C D工法、软岩隧道

一、工程概况

金沙江溪洛渡水电站对外交通凉水一号隧道工程是为绕避原溪洛渡对外交通专用公路E标凉水3#桥右侧工程滑坡改线而设置的，公路等级为汽车专用二级公路，隧道起止里程为K30+200～+857，全长657m，隧道线路纵坡3.6％，全部位于曲线上，最小曲线半径为R=60m，隧道断面大，地质条件差。隧道最大开挖宽度15.4m，开挖高度11.3m(位于隧道出口)，平均开挖净尺寸为(10.5m*9.5m)，其中转弯处曲线内侧加宽1.5m，在不良地质地段施工大断面、小曲线半径曲线隧道(位于两条缓和曲线上)，如何根据不同的地质状况，选取不同开挖工法、不同的支护方式，以稳定围岩，控制隧道变形量与沉降量，避免诱发滑坡体滑动成为隧道施工的重难点。

二、隧道施工技术

本隧道地质条件单一，主要揭露地层为亚粘土、碎石土(占揭露的25％)、三叠系下统石灰岩及断层角砾土(占揭露的75％)，凉水一号隧道全隧道采用CRD、cD工法进行施工。

2.1、开挖施工

2.1.1、I类、II类土质地段围岩

采用CRDI法施工，开挖时上部和下部错开2～3m，左、右分部错开6～8m，下部和仰拱错开10～15m，开挖后，及时施作临时钢架、临时侧壁仰拱和永久初期支护，随时监控围岩的变形情况(通过统计监测数据，在40天左右的时间，围岩收敛得到稳定)，根据量测反馈信息及时调整永久支护及临时支护与开挖的跟进速度，形成全断面初支闭合环后及时施作二次衬砌，根据监控量测数据结果结合二次衬砌施作时间，在二次衬砌施作前拆除临时钢架及临时仰拱，为保证施工安全，一次拆除距离不宜过长，对于围岩相对较差时，必须保证分部导坑开挖后的及时支护。

2.2.2、II类围岩石质地段

采用CDI法施工，开挖时，左右断面错开6～8m，上下断面错开3～5m，上半断面出碴时采用PC60小型反铲挖掘机将洞碴翻至下半断面，再由装载机配合自卸汽车运输出洞，开挖后，初期支护紧跟，施作钢架隔墙、喷锚等支护措施，由于围岩相对较好，但不可麻痹大意，随意将上、下、左、右导坑开挖间距加大，以免造成施工问题。

2.2、初期支护施工

初期支护是为了及时封闭围岩，充分发挥围岩自身承载力，控制围岩变形，施工必须及时、密贴、可靠。

本工程洞内初期支护按设计包括φ108大管棚、R32N自进式超前锚杆预注浆、喷射砼、系统R25中空锚杆、型钢钢架支撑、钢筋网，施工要点分述如下：

2.2.1、中108大管棚

进洞洞口段支护，测量放线，按设计要求，准确画出73根双层中108大管棚的开孔孔位，制作管棚套拱，为防止管棚施钻过程中造成过大偏位，在洞口处施作套拱，套拱长1m，采用120型钢加工成护拱，0.5m一榀，在拱脚处打设4m长锁脚锚杆以固定护拱。

2.2.2、R32N自进式锚杆预注浆超前支护

R32N自进式锚杆预注浆超前支护采用成品R32N自进式锚杆带钻头，由人工持钻机一次钻孔到位。钻孔前先测孔定位，在掌子面精确画出本循环所需施作R32N自进式锚杆的孔位数量，施钻时严格控制锚杆外插角，外插角为5度～10度，根据实际情况进行调整，但最大不超过15度。

注浆采用三参数注浆仪，按设计容量进行浆液的注入，当超过设计工程量时，及时通知业主、设计、监理，如三方同意超注浆则进行超注浆施工，否则按照设计注浆量进行注入。

2.2.3、喷射砼

隧道开挖完成后。及时清理开挖面的危石，用高压水或高压风将开挖面的粉尘和杂物清理干净，再进行喷射砼作业，先初喷4～6cm，待钢筋网、锚杆、型钢施工完成后，再复喷至设计厚度。

(1)喷砼工艺

本隧道采用湿喷法施工，喷射砼按照施工配合比配置，把喷射砼用的原材料加入速凝剂进行搅拌，送入喷射机料斗，喷射机活塞将砼送入混合室，与压缩空气混合后进入喷射管，在喷嘴处与水混合，再次混合后的料从喷嘴射到受喷面。

(2)喷砼施工机具

喷射混凝土，本隧道洞内喷锚机2台，40m3／min空压机站通过管道送风，自动计量拌和站配料，运输自卸汽车2台。

2.2.4、R25中空锚杆

按设计要求在岩面上画出需施作的锚杆孔孔位，孔位偏差不大于1 5 c m，钻孔后用高压风枪清孔，锚孔清吹干净后，装入R2 5中空锚杆，然后注水泥浆液(或双液浆)，在水泥浆液中加入速凝膨胀剂，以保证锚固早强。

锚杆施工完成28天后，进行锚杆拔力试验，抽检频率按照技术标准的要求每3 00根，抽选一组，进行拉拔。

2.2.5、挂钢筋网

钢筋网片在洞外制作，自卸汽车配合人工进行网片挂设，挂网前洞壁打设钢钎，网片与钎尾焊接，铺挂时紧贴喷设砼岩面层。

2.2.6、型钢钢架支撑

型钢钢架在加工过程中严格按设计要求制作，并确保制作精度，钢架采用型钢弯曲机弯制，在大样上焊接连接板。

每榀拱架安装时，先准确测量定位，放控制定位点，保证其安装的精度符合设计轮廓的要求，拱架间用纵向连接筋按设计环向间距焊接牢固，拱脚放在牢固的基础上，拱架与初喷砼密贴，当拱架和围岩之间的间隙过大时，设砼垫块塞紧，本隧道每榀分7片型钢钢架，在分部工法施工完成后，逐片进行拼装。

2.3、二次衬砌施工

3.1、仰拱及填充

I、II类围岩地段仰拱施工为钢筋砼，施工中要求开挖后仰拱紧跟，修筑时全幅绑扎钢筋并浇筑，仰拱采用一次性整体浇筑，并在新浇筑的仰拱地段设置临时过桥，保证洞内交通，施工时采用仰拱大样模板，由中心向两侧对称浇筑，砼搅拌输送车运砼，输送泵泵送，插入式捣固棒捣固，施工时加密测点，以保证仰拱的设计拱度，仰拱浇筑时，施工缝截面做成斜面，连接筋接头按50％比例错开，仰拱砼强度达到70％后，开始施做隧底填充，隧底填充一次填充至设计标高，隧底填充施工时注意按设计要求留出路面水沟位置。

3.2、拱墙衬砌

经监控量测，围岩变形趋于稳定后，即可进行拱墙衬砌，拱墙衬砌滞后开挖工作面120～200m，曲线半径为60m地段采用4.5m长整体式钢模衬砌台车，其它地段采用6m长整体式钢模衬砌台车，砼输送车运送砼，砼输送泵泵送入模，进行全断面机械化配套作业，整个工序在仰拱填充衬砌、墙脚砼、防水层，盲沟，预埋件安设(包括运营通风机预埋件)预留洞室套模固定等工序完成后进行。

凉水一号隧道施工工艺及支护参数见下表：

三、同线路其它隧道施工工艺比较及经济对比

本人还参与了线路F标段大路梁子隧道的施工，断面面积(以III类围岩为例110m2／m)，施工主要采用分部开挖(或预留核心土)的施工工艺，与大跨度的凉水一号隧道比，延米造价对比见下表：

从上表数据获知：凉水一号隧道因其设计等级较高，设计参数较同线路其它隧道造价明显偏高，支护参数明显加强，我部在施工时严保质量关，运营两年来，未出现任何质量缺陷。

四、结论

大断面黄土隧道塌方处理 篇4

某隧道是目前亚洲较大断面纯黄土隧道。2009年9月21日12:10时, 出口端开挖区坍塌。首先是掌支面出现剥落、掉块, 继而拱顶部位开始掉块、坍塌, 坍塌逐渐向已经架设的拱架上方扩展。为避免人员受到伤害, 现场暂时撤除人员、机械。据现场作业人员观察, 塌方部位的土质湿度有明显变化, 后方已经施做初次衬砌的喷射混凝土表面出现拱部滴水现象。时隔6小时, 初衬钢横架自拱腰连接板处折断。拱顶土体继续坍塌, 现场采取临时措施, 用弃碴回填塌腔, 封堵掌子面。业主、监理、设计、施工四方分析研究后决定, 施作长管棚穿越塌方区, 管棚采用￠75×12mm中空注自进式锚杆。长度21m, 环向间距30~40cm, 施作范围为拱腰以上部位。此方案历时20天完毕, 之后, 静置20天恢复开挖。

开挖沿袭双侧壁导洞法。随着掌子面向前推进, 左侧导洞内初期支护的喷射砼开始出现裂缝, 管棚尾部明显下沉。现场随即停止掘进, 同时在左侧导洞已施作初期支护的变形严重地段敷设临时支撑。同时加强沉降观测, 沉降速率变小并趋于稳定后重新掘进。

重新掘进10天以后, 作业人员发现坍方段左侧导洞新施作的初期支护喷射砼出现裂缝, 伴有崩裂声响, 超前锚杆局部与拱架连接处喷射砼会出现较大范围环向裂缝。左侧边墙处拱架与喷射砼之间出现竖向裂缝, 喷射砼开始掉皮, 剥落。长管棚悬臂部方向下弯曲。观测显示:左侧导洞拱顶、拱腰、拱脚和中隔壁支撑下沉速度最大时达到18mm/h, 初次衬砌浸入二次衬砌净空最大值达45cm, 对应的地表出现深度3.0m陷穴, 此处隧道埋深86m。

2 坍方原因分析:现场分析认为, 导致坍塌的因素是地下水

坍方处于贯通面附近, 入口端已经将衬砌施工到贯通面, 贯通面前后各50米地段有微量地下水出头, 随着开挖的不断推进, 初、二衬的不断封闭, 改变了地下水原来的流通渠道, 使其在开挖面露头, 尽管黄土围岩内地下水流量甚微。但是, 它侵润掌支面前后的黄土质围岩, 使其塑化, 丧失自稳能力, 这个过程一则使已经施作初次衬砌的地段初衬承受的应力增大, 二则使掌子面围岩松软、塌坍。现场观察看到:坍塌段前后各约30m地段在拱腰部位有连片的地下水浸蚀痕迹。局部有有滴水现象。

3 处理方案:综合分析后, 现场拟采用以下处理方案

3.1 未受影响的地段自两端继续推进二次衬砌, 最大限度地缩短出入口二衬之间的距离。调整每摸的浇注长度。

3.2 已经变形, 侵限的钢拱架逐榀更换, 更换前对相邻既有拱架进行加固, 增加锚杆, 此步作业在3.

1款作业, 作业结束后, 自两个二衬端面开始逐榀, 依次进行, 更换范围满足施作一模二衬时, 停止更换, 施作二衬, 逐步向坍方中心区推进。

3.3 加强沉降, 收敛观测, 分析变形数据, 指导施工。动态调整细部方案。

3.4 各段落的现状分别是:

3.4.1 LK26+449~+463段, 长14米。

其中LK26+499~LK26+452.30米段左侧导坑只施工了拱部支撑, 该段无侵限;LK26+452~LK26+454 2.0米段受原坍塌影响初衬左侧在拱腰处侵限。LK26+454~LK26+461 7.0米段左侧导坑钢架全部侵限。

3.4.2 LK26+463~LK26+466.

5 (长度3.5m) 段右侧拱腰及下部拱架侵限;LK26+457.5~LK26+463 (长度5.5m) 段右侧导坑拱架全部侵限。

3.5 针对上述情况, 确定处理措施如下:

3.5.1 LK26+444~LK26+452 8.

0m段右侧无侵限, 但考虑其在塌方影响范围内, 为保证后期换拱安全, 防止相邻地段处理塌方对其产生影响, 所以该地段主要考虑对支护进行加强, (拱腰部位增设径向锚杆) 同时加强观测, 及时施作二次衬砌。

3.5.2 LK26+449~LK26+452段 (左侧) 未完成开挖的剩余部分沿

袭双侧壁导坑方法开挖, 每次掘进1榀拱架的距离, 掘进前施作长度2.0m的超前小导管, 导管环向间距30cm, 其布置10根, 每掘进、安装2榀拱架, 施作一环超前小导管。拱部拱架安装完毕, 加强观测, 确认收敛和沉降变型稳定后, 开始落底, 接长过墙拱架, 边墙拱架安装完成后, 静置1~2天, 观测变形, 若变化速率变小, 稳定时, 开挖仰拱, 安装仰拱拱架, 浇注仰拱砼及填充。施工中, 仰拱一次开挖长度不大于4.5m;

3.5.3 换拱:

逐榀测量侵限位置, 人工凿除侵限部位的喷射砼, 切除侵限段拱架, 更换新拱架, 切除侵限拱架前, 在相邻拱架傍敷设长度2.0m经向锚管, 锚管端部与拱架焊连。此步作业跳槽进行。

3.6 整治效果。

采用上述方案处理, 耗时两个月, 处理过程未诱发更大范围的坍塌, 安全有保障, 二衬施工完毕的收敛和沉降观测看出, 二衬没有沉降和收敛现象, 达到了方案预想的效果。

结束语

通过处理本次塌方, 我们有以下几点体会:

a.方案要建立在充分调查研究的基础上。方案的形成, 要集思广益, 综合分析, 形成共识, 付诸实施。上至业主、监理、下至作业人员都要让他们理解方案的实施方法、步骤以及实施过程中可能出现的问题, 想互之间如何配合。

一个方案的形成, 专业知识固然是方案立足的基石, 但是, 形成方案的方式方法不可或缺。塌方出现后, 我们组织相关人员———包括现场的作业工人进行了详细的现场调查, 分析原因, 寻找对策;方案初稿形成以后, 征询各个方面的建议意见, 在此基础上进一步完善了方案, 也是通过这个过程, 使我们的技术人员、管理人员、现场作业人员明白了在处理塌方中自己该做什么?怎么做?什么时机做?出现新情况, 新问题后如何沟通, 与谁沟通等等。本次塌方处理基本上是按照我们的方案实施的, 很顺利。真正起到了指导施工的作用, 保证了安全、质量。

b.及时监控量测, 随时掌握变化, 指导施工。本次塌方处理期间, 我们制定了监控量测方案, 预想多种可能出现的问题, 制定了相应的应对预案:收敛到达某个程度应怎么办?沉降到达某个程度怎么办?某个部位出现集中出水怎么办等等, 不一而足。处理过程中, 我们预料的一些问题真实地发生了, 但是, 因为我们有所准备, 所以, 这些问题的出现没有给处理塌方带来更多的麻烦。

c.处理黄土隧道塌方时慎用注浆这种措施。我们制定方案时, 曾经提到是否采用注浆填充坍塌腔, 从而使上部形成整体, 防止下z部处理期间诱发更大范围的坍塌。我们最后的答案是否定的。实践证明, 黄土质塌方处理时, 注浆的效果非常微小。一定程度上会起到相反的作用。但是, 不能一概而论。

d.人身安全在工程实践中永远是第一位的。对于类似的塌方处理, 制定方案一定要将如何保证人身安全摆在第一位。不能让进度、成本制约或左右方案。方案推进中应该稳妥、保守。实施中对于和方案制定的预设条件出现的微小差异, 都丝毫不能放过。要对这些微小的变化认真分析, 加强观察并及时调整我们的后续行为。

摘要：本文通过工程实例, 介绍黄土隧道塌方处理的工程措施及相关注意事项, 对类似工程有借鉴价值。

大跨度黄土隧道 篇5

摘要：随着国家西部大开发的不断深入，铁路隧道施工中大跨黄土隧道所占的比例逐步提高，而针对大跨黄土隧道特性采取正确的施工方法是其安全施工的重点环节。本文以兰山隧道出口工程实例为背景，对施工过程中采取的初期支护封闭成环技术进行总结，以便为今后的同类型隧道的施工提供一定的参考。

关键词:大跨，黄土隧道，初期支护，封闭，总结

Summary of Inverted Arch Initial Supporting & Cycling on Large-span Loess Tunnel Construction

(China Railway Tunnel

Group Co., Ltd)Abstract: As China’s Western Development strategy goes deeper, the proportion of large-span loess tunnel during the railway tunnel construction keeps rising, and how to adopt right construction methods according to the large-span loess tunnel features has been the key part of loess tunnel safety construction.Written within the context of Lanshan Tunnel Outlet Project, this paper summarizes the initial supporting & Closing to cycle technology during the construction, which could be a kind of reference for similar type of tunnel constructions.Keywords: Large-span,Loess tunnel, Initial Supporting , Closing, Summary 工程概况

宝兰客运专线兰山隧道起止里程为DK1022+880～IDK1028+332，全长5452.8m，为双线大跨隧道。隧道洞身最大埋深470m，进口段2540m位于直线上，其余段落位于半径为8000m的曲线上。洞身纵坡依次为-23.0‰、-3.0‰、-20‰的单面下坡。

兰山隧道出口端为第四系上更新统冲积粉质黏土、细砂及粗圆砾土；隧道洞身局部为第四系中更新统风积砂质黄土、冲积砂质黄土、细圆砾土；第四系下更新统风积-冲积黏质黄土及冲积细砂、砾砂、细圆砾土、粗圆砾土；隧道洞身大部分位于第三系泥岩、砂岩、砾岩。隧道通过处地处“祁吕贺兰山字型构造体系”西翼‘盾地’，同时受到“陇西旋卷构造”的改造。祁吕贺兰山字型构造体系在区内表现为兴隆山隆起和皋兰山隆起。陇西旋卷构造则相对简单。晚第三纪以来，区内新构造运动极为活跃，表现为河谷阶地上升显著，现代河流侵蚀、下切明显，构成河谷阶地地貌。隧道洞身地段没有大的构造地形，只是受新构造运动上升的影响，形成了沟壑、梁、峁相间的黄土山地地貌形态。特殊岩土主要为湿陷性黄土、松软土及膨胀土，湿陷土层厚度50~80m不等；砂（黏）质黄土属松软土，层厚10~15m。洞口段总体施工方案

兰山隧道出口岩层为风积、冲积砂质黄土，质地较均一，垂直节理发育，具针孔状大孔隙，成份以粉粒为主，砂感明显，多能形成陡立边坡，具有Ⅳ级（很严重）自重湿陷性，中高压缩性，稍湿，中密，○Ⅱ级普通土，σ0=150kpa，地表成台阶形式，埋深浅。兰山隧道出口原设计设置23米明洞，明暗交界处设置超前大管棚，隧道开挖采用三台阶临时仰拱法。洞口段施工按照明挖段边仰坡开挖防护、管棚施做、明挖段落底，明洞反压墙施作、洞口段形成三台阶形态、明洞施做、暗洞开挖的总体步骤进行。大跨黄土隧道受力特点

大跨隧道指的是开挖宽度在14~18m之间的隧道。以兰山隧道Ⅴ级围岩为例，开挖跨度为15.3m、开挖高度为12.9m、扁平率为0.84、开挖面积为160m2。由此可见，兰山隧道为典型的大跨度黄土隧道。扁平、大断面黄土隧道具有以下特点：开挖引起的应力重分布变的更加不利，其从量值到范围的增幅都很激烈，围岩可能出现的塑性流动区域会较常规隧道以倍数增加；底脚处的应力集中较大，要求地基承载力较高；拱顶稳定性降低；会产生较大的松动围岩压力；支护结构的承载力相对较小；黄土围岩地层自稳能力差，承载力低。研究结果表明大跨隧道开挖后围岩压力分布不是很均匀，最大压力值发生在仰拱拱顶处，其与喷射混凝土应力、型钢拱架应力在初期支护成环封闭前增长较快，但在初期支护封闭后逐渐趋于稳定。据此，大跨黄土隧道施工初期支护及时提早封闭成环，是其安全生产的重要保障。前期施工情况

依据《高速铁路隧道工程施工质量验收标准》，软弱围岩隧道开挖采用台阶法施工时应符合以下要求：上台阶每循环开挖支护进尺Ⅴ级围岩不应大于1榀钢架间距，边墙每循环开挖支护进尺不得大于2榀；仰拱开挖前必须完成钢架缩脚锚杆，每循环开挖进尺不得大于3 m；隧道开挖后初期支护应及时施做封闭成环，Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ级围岩封闭位置距离掌子面不得大于35m。前期即按此要求进行施工。隧道开挖施工共设置五个班组即两个开挖班、两个喷浆班及一个仰拱初支综合班。第一循环A开挖班进行开挖施工，拱架架设完毕具备喷浆条件后A喷浆班进行混凝土喷射施工；B开挖班及B喷浆班开始第二循环施工。正常情况下每天完成四个循环，每循环60cm，即日进尺2.4m。为满足步距要求并避免互相干扰，仰拱初支班每天上班一次，完成仰拱初支拱架四榀进尺2.4m，且初支端头距掌子面距离约为35m。由于黄土隧道土质松散、承载力不足，在打设锁脚、拱脚垫设混凝土预制块之后，沉降量仍较大，沉降速率达到10mm /d以上。按照2.4m日进尺量，初期支护封闭成环需要15d，累计沉降量多达15 cm左右。上述施工方法虽然满足规范要求，但初支成环时间过长，沉降变形量大，存在极大安全隐患，不能适应黄土隧道施工特点。满足规范要求步距示意图如下：

改进后施工情况

为达到仰拱初支尽快成环减少沉降变形的目的，在满足规范要求的前提下对施工工序进行改进调整：采用仰拱初支紧跟下台阶的办法。隧道开挖施工共设置六个班组即在原五个班组的基础上增加一个渣土清理班。具体施工操作如下：步骤

一、A开挖班人员指挥挖机对上台阶进行开挖，经过40分钟基本开挖完毕并将渣土扒至中台阶；步骤

二、领工员指挥挖机开挖中台阶、班组部分人员开始人工开挖修整上台阶，另部分人员洞外运转拱架、锚杆、导管、连接筋、网片及垫块等，约40分钟后上台阶修整完毕且拱架等运输到位，同时中台阶挖机开挖完毕；步骤

三、上台阶拱架安装、中台阶人工修整、下台阶开始挖机开挖，约30分钟后开挖完毕；步骤

四、挖机开挖紧邻下台阶仰拱初支，进尺2.4m（等于掌子面一天进尺量），同时下台阶拱架安装，约40分钟后三台阶拱架均以安装完毕；步骤

五、仰拱初支综合班到位进行初支拱架安装，喷浆班已将喷浆准备工作完毕，开始喷浆；步骤

六、约150分钟后喷浆完毕，同时仰拱初支进尺2.4m 安装四榀拱架完毕；步骤

七、仰拱初支综合班进行初支喷射混凝土施工；步骤

八、开挖下一循环前首先扒渣将仰拱初支回填，然后开始正常开挖；步骤

九、施做仰拱混凝土时使用挖机将回填渣土挖出，然后渣土清理班进行人工清理。上述方法大大缩短了仰拱初支成环时间，按照三台阶总长15m计算，成环时间仅为7d，比前期缩短8d，有效的减小了沉降变形。尽管在施做仰拱初支时对掌子面开挖造成了一定干扰，但掌子面每天开挖四循环，而仰拱初支仅为一次，其干扰仅

局限于一循环内，影响较小；另仰拱混凝土为与拱墙衬砌对缝施工，每次需浇注6m，原施工方法仰拱初支需分两次进行开挖（规范规定仰拱初支开挖每循环不得大于3m），而现施工方法由于仰拱初支已经成环，在施做仰拱混凝土前清渣时可一次6m开挖到位。通过一段时间运行，沉降变形得到有效控制，施工进度大大提高，且施工步距等各方面完全满足规范要求。改进后步距示意图如下： 结束语

大跨黄土隧道具有其独特的工程性质，施工中存在着沉降大、变形速率快、容易发生坍塌等问题，困难较大。施工时应根据其特点采取有效的施工方法，循序渐进稳扎稳打，保证施工安全。兰山隧道在采取了初期支护及时封闭成环等方法后，隧道施工趋于正常。

参考文献

大跨度公路隧道分层法开挖模拟 篇6

1 工程实例

1.1 基本情况

以改造后的沈大高速公路金州隧道为例, 研究大跨度隧道开挖方法选择。隧道位于大连市金州区北部约6.5km处, 采用单洞四车道形式, 跨度23m。

1.2 地质条件

地形地貌:韩家岭隧道区段地形较复杂, 以强烈风化剥蚀作用为主, 冲沟发育, 地面绝对高度为105～189m, 相对高度为84m, 属于丘陵地貌类型。

地层岩性:隧道区段地层属于古生界寒武系下统页岩与灰岩, 或泥灰岩与灰岩互层。第四系坡积层分布于地表, 厚度不大。根据岩性和风化程度, 将它们划分为4层工程地质单元:

(1) 坡积碎石土:黄褐色, 以粉土为主, 含灰岩、泥灰岩及页岩角砾碎石, 厚度1.8～5.2m。

(2) 强风化页岩:强风化页岩为黄绿色至暗红色, 薄层状, 层厚3～10mm, 层理发育, 层面结合差, 节理裂隙很发育, 呈块石、碎石状松散结构, 成份以泥质为主, 含少量砂纸及钙质, 质软、易碎。

(3) 弱风化页岩、泥灰岩与灰岩:弱风化的页岩为暗紫色, 薄层状, 碎石状镶嵌结构, 层理发育, 层面结合差, 质软易碎, 节理裂隙很发育;泥灰岩为灰褐色, 薄层状, 层理发育, 节理裂隙很发育;灰岩为灰色, 中至厚层状, 碎石状镶嵌结构, 质硬而碎, 节理很发育, 充填有方结石脉。

(4) 微风化页岩、泥灰岩与灰岩:微风化的页岩为暗紫色至灰绿色, 块石状镶嵌结构, 薄层状, 岩心多呈长柱状, 少量呈短柱状;泥灰岩为灰色至兰灰色, 块石状镶嵌结构, 薄层状, 成份以泥质或钙质为主, 层厚2～7mm, 节理发育, 充填有方结石脉, 坚硬, 岩心较完整, 呈短柱状;灰岩为灰色, 块石状镶嵌结构, 中至厚层状, 成份以钙质为主, 含少量泥质, 节理发育, 充填有方结石脉, 岩心完整, 多呈长柱状。

本区地下水位埋藏于隧道底板高程以下, 区内无大的河流。

1.3 岩石物理力学参数

计算参数参考原位试验和地质报告[2]提供的数据取值。

1.4 开挖方案比选

根据上述围岩实际情况, 在设计时采用上下导坑法;但现场开挖时发现实际围岩要优于前期地质勘探结果, 台阶法施工可行, 因此实际开挖采用台阶法完成, 并收到了加快施工进度和降低工程造价的良好效果。

2 分层法开挖模拟

2.1 模型建立

隧道长度远大于宽度及高度, 按平面应变问题进行分析。按弹性力学理论, 当受力弹性体有小孔时, 产生应力集中现象。但当大于距小孔直径5～6倍距离远处的应力与无孔时相比, 影响不大, 在建立ANSYS隧道模型时考虑这一条件。

2.2 单元类型选择及网格划分

ANSYS网格划分过程包括3个步骤:

(1) 模型建立, 选取单元资料, 包括单元类型和单元材料属性;

(2) 设定网格建立所需的参数;

(3) 产生网格。

本分析采用自由节点单元, 在所关注的区域单元划分加密, 而其它区域划分得稀疏一些。

2.3 边界条件

根据本工程情况, 在自重应力作用下, 岩体视为连续体进行考虑, 考虑荷载对隧洞的影响仅在一定范围内, 用ANSYS分析开挖模型时, 对其左右边界, 只对x方向进行固定;对于底边界, 可采取y方向固定或x、y方向都固定, 其说法不一, 但从模拟结果分析来看, 影响不大, 这里采用x、y方向都固定。

2.4 荷载输入

由于研究的隧道模型是不同时期的开挖过程, 有静止土的侧压力:σ最大=ρghka=2690×9.8×30×0.428=53216580N/m (其中, ka=ν/1-ν=0.3/1-0.3=0.428) , 及模型围岩的重力。在ANSYS中对其输入。

2.5 计算结果

利用ANSYS有限元分析模拟各分层开挖的施工情况。在计算分析中, 采用1个共同的模型进行分析, 不同工况在求解过程中用不同的开挖命令来控制。这里只模拟开挖完毕后的第一主应力和位移图, 见图3、图4。

2.6 结果分析

(1) 应力分析:

从计算结果可以看出, 随着深度的增加, 主应力也在逐渐增大, 大量的单元未受压破坏或拉裂破坏。观察应力分布图, 没有形成较明显的塑性区, 不易导致屈服。

(2) 位移分析:

y方向位移的变化如图4所示, 分层开挖过程中的y方向的拱顶位移分别是0.01173m (开挖一半) 、0.01176m (全断面开挖完毕) 。

(3) 破坏分析:

塑性区主要分布在隧道的拱脚和侧帮。在开挖的边界产生了应力集中, 但应力值偏小, 在开挖、支护后是可以避免岩体的进一步破坏, 在实际分层开挖过程中围岩也是稳定的。

3 结 语

隧道开挖是个复杂的系统工程, 在隧道围岩复杂的条件下进行开挖模拟是非常必要的。在参数选取合理情况下, ANSYS软件可以很好地模拟初期支护、围岩的变形、顶拱下沉等, 这对施工开挖选择施工工艺、支护结构、进行结构可靠性分析等方面都具有重要意义。

ANSYS对隧道开挖过程进行模拟, 表现了隧道开挖时的应力分布情况, 从现实的运行情况来看, 可以满足相应工程的功能和要求。开挖后立即进行初期支护, 是能保持隧道开挖时围岩的稳定性。可以得出, 结合本工程地质条件和断面特点, 大跨度隧道采用分层法开挖是可行的。开挖过程中及时进行支护, 是可以保证隧道施工安全快速进行。

摘要：综合大跨度隧道特点和工程地质条件, 对现场隧道的开挖过程进行了数值模拟分析, 得到了开挖不同阶段的应力和位移分布情况, 探讨了大跨度隧道施工过程控制的关键环节。结果表明:分层法在该级围岩条件下的是合理的, 而开挖支护方法的选择保证了隧道施工安全。

关键词：大跨度隧道,分层法,开挖模拟

参考文献

[1]黄成光.公路隧道施工[M].人民交通出版社, 2001.

[2]郝哲.公路隧道岩体分级、位移预测及其反分析方法研究[R].博士后报告, 2003.5.

[3]张庆贺, 等.隧道及地下工程[M].北京:中国水利水电出版社.1999.

[4]王毅才.隧道工程[M].北京:人民交通出版社, 1987.

[5]徐芝纶.弹性力学简明教程[M].北京:高等教育出版社, 1983.10:75-80.

大断面黄土隧道施工技术 篇7

1. 工程概况

西平铁路宇家河隧道位于泾河南岸宇家河西北侧,海拔高度930～982m,埋深40～53m。坡面冲沟发育,属黄土塬区。宇家河隧道起讫里程:ⅠDK170+316～ⅠDK170+839,全线长523m。全线属于V级围岩,隧道进口段为喇叭口,其中大跨段111m,双连拱段45m,Ⅱ线一次施工至Dyk170+522,预留Ⅱ线位置。隧道Ⅰ线除出口端278.61位于R-1200m的曲线上外,余均位于直线上。洞内纵坡为0.3%的单面上坡,埋深约40～53m。在洞口V级围岩段,为保证进洞安全,在进出口洞门均设置Φ108大管棚。

2. 工程水文地质情况

隧道洞身位于泾河南岸宇家河三级阶地,无地下水,隧道区自然斜坡冲沟发育,便于地表水地排泄。隧道所在区域支沟无水,亦无泉水出露,根据施工情况,该隧道为无水隧道。隧道围岩划分:IDK170+316～+427段为V级围岩双线大跨段,IDK170+427～+472段为V级围岩双连拱地段,IDK170+472～+522段为V级围岩线间距较小段,IDK170+522～+839段为V级围岩段。

3. 本文主要介绍:

隧道进口111m大跨段施工技术情况。

二、施工重难点分析

1. 大断面黄土隧道的施工,目前国内还没有成熟的施工经验。

2. 隧道洞外及洞内监控量测及信息反馈是施工安全的重点。

3. 分步开挖、分步初期支护的快速施工,是大断面黄土隧道施工的重点。

三、关键技术

1. 超前大管棚施工技术

洞口设置一环Φ108大管棚,管棚长度40m,环向间距0.5m。为确保管棚的施工质量,在第一个孔成孔后,对其深度、倾角、外插角等参数进行复核,为第二个孔的施工提供依据。

2. 大断面黄土隧道“三台阶七步法”施工技术

该隧道开挖面积133.43m2,开挖跨度13.5m,为大断面黄土隧道。为确保施工安全和施工进度,我们对CD法、双侧壁导坑法、环形开挖预留核心土法、三台阶七步法等多种施工方法进行比较,最终确定按“三台阶七步法”施工,仰拱距掌子面距离25～35m。

3. 监控量测技术。

每天对掌子面围岩情况进行记录、分析,及时测定掌子面和掌子面前方3～3.5m处土的含水量进行分析,按时测量拱顶下沉及水平净空变化情况,并进行分析。

通过对以上情况及数据进行分析并作出判断,及时反馈施工,为正确采用、修正相应开挖和支护参数提供依据,发现水平净空或拱顶沉降数率过大,应及时采取措施,控制变形,确保施工安全和工程质量。

四、黄土隧道施工技术

1. 大管棚施工

1.1大管棚施工工艺流程

开挖周边放样布孔-管棚机就位-钻进及管棚体安装-钻杆退位-接长管棚-钻至设计长度-安放钢筋笼-注浆-隧道开挖

1.2施工控制要点

a.钻孔前,精确测定孔的平面位置、倾角、外插角,并对每个孔进行编号;

b.钻孔外插角3°～5°宜。施工中应严格控制钻机下沉量及左右偏移量;

c.严格控制钻孔平面位置,管棚不得侵入隧道开挖线内,相邻的钢管不得相撞和立交;

d.经常量测孔的斜度,发现误差超限及时纠正,至终孔仍超限者应封孔,原位重钻。

e.掌握好开钻与正常钻进的压力和速度,防止断杆。

2. 洞身开挖

2.1施工原则

a.黄土隧道施工严格按照“先探测、管超前、非爆破、严控水、强支护、早衬砌”的原则组织施工,应特别注意地表冲沟、陷穴对隧道的影响,要加强调查和处理。

b.隧道开挖前,首先完成洞口截水沟、洞口土方及边仰坡防护施工。

2.2洞身开挖

a.黄土大断面地段采用三台阶七步法施工;

b.本隧道开挖采用人工配合挖掘机进行,出碴采用装载机配合大型或中型自卸汽车无轨运输;

c.施工通风采用管道压入式通风;

d.在施工过程中应不断总结经验,优化工艺。加强超前地质预测、预报,加强围岩监控量测管理。

e.断面开挖前必须根据开挖断面尺寸标明开挖线以控制开挖断面,开挖线明显、清晰,便于施工时随时复核开挖轮廓线,严禁无线开挖,盲目施工。每循环进尺1.8m (安装3榀拱架),两侧壁交错进行开挖,相错距离不小于2.6m。

3. 监控量测

3.1监控量测断面及测点布置

a.拱顶下沉测点和净空变化测点应布置在同一断面上,即:拱顶下沉测点在拱顶轴线附近设置1个。测点断面间距为5m。

b.净空变化量测测线数

在“三台阶”每一台阶的下部同一位置设测点(计6个测点)。

c.不同断面的测点应布置在相同部位,测点应尽量对称布置,以便数据的相互验证。

3.2监控量测频率

a.监控量测频率应根据测点距开挖面的距离及位移速度确定。由位移速度决定的监控量测频率和由开挖面的距离决定的监控量测频率之中,原则上采用较高的频率值。出现异常情况或不良地质时,应增大监控量测频率。

b.开挖面地质素描、支护状态、影响范围内的建(构)筑物的描述应每次施工循环记录一次。必要时,影响范围内的建(构)筑物的描述频率应加大。

3.3监控量测方法

a.洞内外观察

(1)洞内观察分开挖工作面观察、已施工区段观察以及地表观察,开挖工作面观察应在每次开挖后进行一次。

(2)对已施工区段的观察每天至少一次,观察内容包括喷射混凝土、锚杆、钢架的状况,以及施工质量是否符合规定的要求。

(3)洞外观察包括洞口地表情况、地表沉陷、边坡及仰坡的稳定、地表水渗透的观察。

(4)在观察过程中,如发现地质条件恶化,初期支护发生异常现象,应立即通知施工负责人采取应急措施,并派专人进行不间断观察。

b.拱顶下沉及水平相对净空变化量测

(1)变形量测可采用接触量测或非接触量测方法。

(2)净空变形量测应在每次开挖后尽早进行,初读数应在开挖后12h内读取,最迟不得大于24h而且在下一循环开挖前,必须完成初读数。

(3)测点应牢固可靠,易于识别并妥为保护。拱顶量测后视点必须埋在稳定岩面上,并和洞内水准点建立联系。

(4)拱顶下沉量测采用精密水准仪进行;变形量测选用全站仪,仪器使用前必须经过严格标定。

c.开挖断面处及超前3～3.5m断面处土的含水量监控

(1)按开挖一循环,分别在“三台阶”的开挖断面上2处取土,并对土的含水量进行测定;在打超前小导管时,取超前3～3.5m处的土,对其土的含水量进行测定。

(2)将测定的含水量值进行统计分析。

3.4监控量测资料的整理与反馈

a.拱顶下沉、水平净空变化数据整理。

b.根据现场量测数据绘制位移一时间曲线或散点图,在位移一时间曲线趋于平稳时进行回归分析,以推算最终位移和掌握位移变化规律。

c.根据位移变化速率判断围岩状况变形基本稳定应符合下列条件:隧道周边变形速度有明显变缓趋势;拱脚水平相对净空变化速度小于0.2mm/d,拱顶相对下沉速度小于0.15mm/d。

d.围岩及支护的稳定性应根据开挖工作面的状态、净空水平收敛值及拱顶下沉量的大小和速率综合判断,并及时反馈于设计和施工中,根据水平相对净空变化值进行判断时,应符合《铁路隧道喷锚构筑法技术规范》的有关规定。

e.测量过程中,如发现异常现象或与设计不符时,应及时提出,以便修改支护参数。

4. 初期支护的施工

隧道初期支护必须紧跟隧道开挖作业面及时施做,做到随挖随支,衬砌紧跟,设超前支护,初期支护应及时封闭成环,保证施工安全。一般的工序流程为:开挖后初喷混凝土→系统支护施工(锚杆,钢筋网,钢架)→复喷混凝土至设计厚度。施工时应短开挖,强支撑,勤量测,衬砌紧跟,做到步步为营,稳扎稳打,已测施工安全,避免发生塌方等事故。

5. 防水工程施工

a.防水板施工方法

在初期支护和二衬之间(拱墙背后)铺设厚度1.5mm的EVA防水板,内衬无纺布(密度不小于300g/m2)采用无钉铺设,搭接缝为双焊缝。防水板搭接处与施工缝错开布置,错开的距离不小于50cm。

防水板在洞外按一次衬砌长度热焊成型,用平板车运进洞内,利用多功能作业平台车整幅式挂设施工。

6. 二衬混凝土施工

6.1仰拱、填充混凝土浇筑

仰拱混凝土采用C30,填充混凝土采用C20。均在洞口拌合场拌和,砼罐车运到现场,使用砼输送泵直接卸砼入模,插入式振捣器捣固,浇注混凝土时由仰供中心向两侧对称进行。仰拱每8～20m分成一段。

6.2拱墙C30混凝土浇筑

砼的入模采用输送泵。需将矮边墙的砼面凿毛,清洗干净。模板台车就位并安设挡头板经检查净空,高度、中线、稳定性。合格后,即可进行砼的灌注。

五、施工体会

目前,大断面黄土隧道施工技术在国内隧道施工中也是一个难点,如何在保证施工安全的前提下提高施工进度成为我们重点研究的课题。我们通过学习国内外先进经验,结合本工程实际,不断优化施工方法,严格施工的过程管理,为本工程安全、按期完成提供了保证。

探讨大断面黄土隧道开挖支护技术 篇8

1 工程概况

H省高桥隧道具有特浅埋, 断面大, 小角度下穿等技术难点。下穿的开挖面积为168㎡。怎样在规定的进度内保质保量的完成现场施工, 本文对该铁路隧道施工方案进行分析和比对, 为优化大型隧道的施工方案展开研究。

2 选择合理的开挖方案及开挖中需要注意的问题

2.1 计算方法和参数的设定

通常用的技术是有限差分算法, 利用大型有限差分岩土工程软件将岩体进行有规律的离散化, 用常应力模式去计算。通常在计算前会对岩体和支护结构做出假定: (1) 假设计算的岩体材料内部性质均匀, 各向均为同性, 对节理、层理等地质柔弱面造成的介质不连续情况不予以考虑。 (2) 计算岩石的塑性屈服准则通常选用Mohr—Coulomb准则。 (3) 将模型深入110m的岩层, 为了提高计算效率, 将模型的覆土厚度设计为72m, 从横向截取68m, 下部边界到轨面的距离为78m, 由于边界条件对计算结果无实质性的影响, 故可以设定为无边界效应。 (4) 将变形模量、黏聚力等物理参数设定为固定值, 对模量、泊松比等参数的变化不做考虑。 (5) 为了保证计算效率, 初期的支护尽量选择实体单元进行模拟, 之后依据后期实体单元应力反应计算出刚架的应力, 判断支护是否安全。底层及支护物理力参数详见下表。本工程的进口段为209m, 出口段为36m, 配合上述参数本工程宜采用交叉中隔墙法, 简称CRD法。

2.2 开挖时应注意的问题

在大断面黄土隧道施工中要注意以下几个问题: (1) 土质隧道每条循环开挖的隧道长度不能超过1.5m, 最短不能低于0.5m。 (2) 在黄土隧道施工时, 严禁使用“爆破”, 以免增大对岩石的扰动, 埋下安全隐患。 (3) 在施工工程中每开挖1m就要设1m的支护, 及时的喷射混凝土对岩石进行封闭。 (4) 加强施工的用水管理, 避免富水将岩土基底软化, 如果黄土的结构出现破坏特性, 那施工时尽量选无需用水施工的设备和工艺。

3 黄土隧道开挖方案

3.1 选择合适的施工方案

因为下穿范围较大, 进行黄土隧道施工发生的风险也较大, 要进行相应的洞外加固方案, 先用应急抢修钢梁架空铁路, 应急抢修钢的空跨度不得低于60m, 在架空过程中需要对有线天窗进行中断, 架空完成后, 暗挖通过优选双侧壁导洞法。架空的优势是保护既有路线的安全, 不受塌方或沉降的影响, 保障营运安全。缺点会对既有路线的正常运营造成一定影响。

洞内加固有两种方案, 一种是长管棚超前支护+双层支护台阶法, 一种是超前支护+双层支护双侧壁导洞方案。两种方案的优劣比较如下。 (1) 双层支护加双侧壁:采用双侧壁导洞开挖方法, 初次支护选用喷锚, 再次支护采用混膜钢筋混凝土, 封闭距离范围不超过13m, 最低不低于10m, 选择扣轨梁对既有线进行加固, 该方案的开挖程序复杂, 将空间分割的过于窄小, 不适于使用大型机器, 有优异的控制沉降能力。缺点是此方案的施工周期太长。 (2) 双层支护加台阶法, 初次支护采用喷锚和型钢钢架, 再次支护选用型钢喷混凝土, 封闭范围在9m-14m, 同样选择扣轨梁对既有线进行加固, 该工序的优点工序简单, 给大型机械操作留有足够的空间。施工周期短。

若从控制沉降的能力来说双侧壁导洞法具有明显优势, 但从施工工期角度来说台阶法又远优于台阶法, 由于本次施工要避免对既有营运线造成影响, 建议采用台阶法。

3.2 CRD分布开挖技术

采用CRD开挖法开挖的关键环节是按照各部开挖的顺序采用临时横竖支撑系统对开挖面安装中间支护, 增强围岩的稳固性, 保证施工人员安全。通常以型钢横竖支撑和中隔壁喷射混凝土作为中间支护。依照施工隧道的开挖顺序, 在第一个部分开挖完毕后, 将Hwl80型号的型钢架置于施工作业的上部和底部作为支撑, 将开挖墙体的一侧于初期支护的型钢钢架连为一体, 用长为3.8m的锁脚茅管将接头部位锁定, 支撑的横竖方向与隧道轴间的距离相隔2.2m。待6个部分开挖作业结束后, 增加竖向支撑的长度至仰拱的底部并且要与仰拱型钢钢架焊接, 之后喷混凝土进行覆盖。当围岩的稳定条件满足设计要求后, 可将下部支撑于仰拱的填充物进行拆除。同时为了保证施工的安全进行, 防止围岩出现变形, 中间的支护可在隧道仰拱填充完毕后, 再进行一次性拆除。

4 结束语

综上所述, 通常情况下, 大断面黄土隧道采用CRD开挖法是安全有效的。但是在施工中一定应注意相关的细节问题, 如封闭时要及时的喷注水泥浆, 用锁脚锚杆将型钢架与开挖墙体的接头锁住等。

参考文献

[1]刘伟.大断面黄土隧道三台阶七步开挖法施工技术[J].中国铁路, 2010 (05) :66-69.

[2]张平智.关于大断面黄土隧道开挖支护技术的若干思考[J].城市建设理论研究 (电子版) , 2013, 3 (21) :27-28.

大断面黄土隧道施工关键技术 篇9

1 黄土对隧道施工的影响

1.1 垂直节理的影响

黄土中存在较为发育的垂直节理,破坏了围岩的完整性,在隧道开挖卸荷的过程中,土体更容易发生局部破坏甚至塌方。

1.2 黄土冲沟的影响

当隧道沿着黄土冲沟走向时,如果支护措施不当,可能会产生较大的隧道塌方、掌子面滑塌等灾害。

1.3 黄土溶洞及陷穴的影响

在黄土地区,溶洞和陷穴是经常见到的不良地质现象,若隧道修建在其上方,则容易造成隧道基础的下沉;若隧道修建在其下方,则隧道有发生冒顶的危险;若隧道修建在其临侧,则隧道有可能承受较大的偏压,使围岩和衬砌处于不利的受力状态。

1.4 水的影响

由于黄土在干燥时稳固性很好,承载能力较高,但是当黄土浸水后,由于湿陷性黄土的湿陷性,黄土的强度急剧下降,会突然出现下沉现象,开挖后的围岩很快丧失自稳能力。若支护不及时,极有可能造成隧道的失稳坍塌。

2 黄土隧道施工关键技术

由于黄土自身的工程特性,对隧道施工会造成各种不利的影响,因此在黄土地区修建隧道,尤其是大断面隧道时,应当采取特殊的施工措施来保证隧道施工的稳定与安全。

2.1 做好施工前的调查

由于黄土的特殊性,在黄土地区修建隧道之前,需要先做好工程地质的调查,了解隧道所经过区域的黄土的种类、节理的产状与分布、形成年代、工程性质、地下水的情况、地表水的情况、对隧道施工可能产生的不利影响等,然后制定出合理的应对措施。

2.2 选择合理的开挖方式

在大断面黄土隧道的修建中选择合理的开挖方式至关重要,这是因为在大断面黄土隧道的施工过程中围岩可能会产生较大的变形现象,从而可能对施工现场以及施工人员、机械的安全产生威胁。所以在开挖的过程中应当遵循化大断面为小断面,分部开挖和支护的施工原则[7]。在有偏压的浅埋隧道V级围岩时,为了有效地控制沉降,往往需要采用双侧壁导坑法施工。对于黄土隧道应当根据围岩级别和施工条件选择不同的施工方法,通过大量的研究表明,双侧壁导坑法在控制地表下沉方面要优于中隔壁法,中隔壁法在控制地表沉降方法要优于上下台阶法[8]。但是由于每一种开挖方法都具有自身的优缺点,在具体选用时应当考虑围岩条件、施工安全、环境条件、工期、隧道埋深、工程造价等诸多因素,综合考虑确定。

2.3 支护技术

在黄土隧道支护结构设计中,应当遵循“早封闭、强支护”的基本原则。黄土隧道由于其特殊性,支护采用“格栅钢拱架、钢筋网、喷射混凝土和模筑混凝土”组成的复合式衬砌,很多学者对黄土隧道支护参数进行了大量研究的基础上提出,取消拱部系统锚杆、加强拱架锁脚等,这在一定程度上使初期支护的闭合时间大大缩短,对于控制围岩变形和隧道的整体下沉较为有利。在施工中,可以采用加厚初期喷射混凝土的厚度,结合大规格的格栅钢拱架来提高支护结构的支护效应。

2.4 实现信息化施工

在进行黄土隧道的施工中,应当使隧道的变形处于监控的状态,以便于随时了解围岩和支护结构的变形情况,及时采取有效的措施,这也是信息化施工的一项必要要求。在黄土隧道施工中,监控量测应当得到重视。必须有认真负责的专业人员做好监控量测工作,采用先进的量测技术手段,对隧道施工全过程进行监测,同时应当及时掌握地下水以及地面水可能会给隧道的施工带来的不利影响。对于量测的相关数据应当及时处理,分析围岩的稳定状态,并尽快将所得结果反馈到施工中,使施工技术人员对隧道结构的稳定状态有较为准确的了解,以保证隧道施工中施工人员的生命财产安全。

3 结论

该文通过研究大断面黄土隧道的施工关键技术,可以得出如下结论。

(1)由于黄土的特殊性,在黄土区修建隧道时,选择合理的施工方法至关重要,根据围岩条件,优先选用分部开挖法。

(2)在黄土区域修建隧道时,在施工前应当进行详细调查,尽可能地使一切不利因素都在掌握之中。

(3)黄土隧道应当遵循“早封闭、强支护”的基本原则。

(4)在黄土隧道施工之前和施工过程中,应当注意做好隧道的防排水工程,尽量减少水对黄土隧道施工的影响。

(5)实现信息化施工,加强隧道的监控量测,使隧道每时每刻的工作状态都处于可监管状态,形成“施工—设计—监测”一体化。

参考文献

[1]王钎.大断面高含水量黄土隧道初期支护力学特性研究[J].南阳理工学院学报,2016,8(2):91-96.

[2]万利,李振江,吴涛,等.大跨度小净距黄土隧道关键支护参数研究[J].公路,2016(1):220-223.

[3]刘赪.郑西客运专线大断面黄土隧道施工方法研究[J].现代隧道技术,2007,44(6):10-17,31.

[4]谭忠盛,喻渝,王明年,等.大断面浅埋黄土隧道锚杆作用效果的试验研究[J].岩土力学,2008,29(2):491-495,506.

[5]谭忠盛,喻渝,王明年,等.大断面黄土隧道中型钢与格栅适应性的对比试验[J].岩土工程学报,2009,31(4):628-633.

[6]赵勇,李国良,喻渝.黄土隧道工程[M].北京:中国铁道出版社,2011.

[7]顾晓君.大断面湿陷性黄土隧道施工技术[J].施工技术,2016(3):71-72.

大断面黄土隧道地下水渗流分析 篇10

通过理论计算, 分析随着时间的推移引起的地下水位变化情况, 为进行地下水位改变后围岩对隧道结构影响的分析提供依据。

2计算程序及计算内容

采用大型岩土工程有限元分析软件PLAXIS系列的2D-FLOW渗流模块进行分析。用6节点的三角形单元对连续的土体进行离散化, 模拟复杂工程地质条件下的渗流情况, 模拟随着时间的推移地下水孔隙水压力和水位的变化。

3计算模型建立及结果分析

3.1 研究对象

隧道排水条件下, 地下水位随之降低, 此处选取隧道某处断面为研究对象, 该断面隧道埋深为96 m, 原地下水位距隧顶为21 m。

3.2 基本假定

1) 土层各向同性;2) 地下水渗流符合达西定律;3) 假定隧道衬砌为完全不透水材料;4) 为了模拟实际工程中的降水措施, 在隧道两侧设置了2个排水管, 其排水量是根据现场实测数据而来。

3.3 几何模型及边界

根据降水影响半径确定渗流计算的几何模型及边界。边界左侧为 (-100;-7.65) ～ (-100;130) , 右侧边界为 (200;-7.65) ～ (200;130) 。

模型几何尺寸:高×宽=137.65 m×300 m。

根据隧道纵断面图可以得到土层分布及隧道布置。

计算几何模型和网格剖分见图1, 图2。

3.4 土层粒径级配和材料参数

根据试验报告, 围岩范围内土层为粘质黄土 (Q2) 。其孔隙比e=0.67, 有效粒径d10=0.001 9 mm, 限制粒径d60=0.019 mm, 不均匀系数$C{}_u=\frac{d{}_{60}}{d{}_{10}}=\frac{0.019}{0.0019}=10$, 粒径级配见表1。

3.5 渗透系数

计算中渗透系数的确定, 主要根据地勘报告和经验估算法, 并认为kx=ky。

1) 根据隧道地勘报告, 推荐值为:

k=0.013 m/d=1.5×10-7 m/s。

2) 根据HAZEN提出的用有效粒径d10估算的经验公式, 可得:

k= (1-1.5) d${}_{10}^2$= (1.9×10-8-2.85×10-8) m/s。

3) 根据U.Smoltczyk在《Grundbau-Taschenbuch》中的推荐, 结合土层性质和粒径级配, 利用土的不均匀系数, 进行内插确定。

当Cu=10时, 得到k=1.8×10-6m/s。

综合考虑后, 渗透系数k取为1×10-7m/s, 即0.008 64 m/d。

3.6 排水量和降水影响半径

山体内渗水通过衬砌后面纵向排水管汇集, 再通过横向排水管流入路面下中央主排水管排走。根据施工现场的实测数据, 中央主排水管的排水量为0.78 m3/ (d·m) 。

有限元分析中的几何边界, 必须建立在降水影响半径的基础上。对于降水影响半径的确定:根据综合考虑, 降水的有效影响半径确定应小于150 m, 因此确定计算模型横向几何边界尺寸为300 m。

3.7 排水管布置

排水管位于 (42;23) 及 (58;23) 处, 对称布置在隧道两侧, 见图2。

3.8 有限元计算方案

根据试算和类比工程的经验, 可以认为, 抽水时间五年后地下水渗流基本处于稳定状态, 由此确定了有限元计算方案, 见表2。

3.9 初始地下水位

初始地下水位位于y=54.9处, 即距隧道顶部为21 m, 初始地下水位状态及孔隙水压力分布见图3。

3.10 降水一年

计算结果见图4, 图5。

3.11 降水两年

计算结果见图6, 图7。

3.12 降水五年

计算结果见图8, 图9。

4结语

1) 通过计算, 给出了地下水位在降水后一年、两年和五年地下水位曲线分布图, 从而为进行地下水位改变后围岩及地面的沉降和对隧道结构影响的分析提供依据。

2) 由模拟可知, 在降水过程中, 地下水位线不断在降低, 由在隧道顶部以上, 降到隧道底部以下。由于采取了降水措施, 地下水位降低, 围岩含水量变化, 土层的物理参数和力学参数发生改变, 使围岩和隧道支护结构产生附加应力和变形, 在施工和设计中, 应该充分考虑。

3) 由于降水, 在降水前, 最大孔隙水压力为606.72 kPa;降水一年后, 最大孔隙水压力为587.20 kPa;降水两年后, 最大孔隙水压力为586.19 kPa;降水五年后, 最大孔隙水压力为583.97 kPa。由模拟可知, 在降水过程中, 孔隙水压力并没有发生太大的变化。

4) 由于降水, 可能对周围居民的生活和生产带来一定的影响, 在隧道设计和施工过程中要做考虑, 并在施工中注意环保。

5) 在对上述结果的引用时, 应注意到上述计算结果中出现的排水点附近区域中“负水压”情况。

6) 由于富水黄土特有的亲水性和实际渗透系数的各向异性, 最终出现降水曲线和影响范围可能应该小于上述计算结果。建议通过现场实测来检验上述结果的正确性。

摘要：指出地下水对黄土隧道的施工质量、工程进度和运营阶段长期安全稳定起着举足轻重的作用, 鉴于客运专线对线下结构沉降/变形的特别要求, 对施工阶段和运营阶段过程中地下水的变化对隧道结构稳定性影响进行了预见性研究, 得出了相关变化规律。

关键词：黄土隧道,有限元分析,渗流

参考文献