2、特長隧道黃土堆積體施工工法

1、<p>　　特長隧道黃土堆積體施工工法</p><p>　　中鐵十二局集團第二工程有限公司 </p><p><b>　　史海勇 李增華</b></p><p><b>　　前言</b></p><p>　　中國鐵路建設近幾年發(fā)展迅猛，鐵路隧道施工技術也不斷革新，以往修建鐵路需規(guī)避地區(qū)

2、，現(xiàn)今都可以大膽嘗試，在黃土堆積體段修建特長隧道，由于黃土堆積體段地質復雜多變，按照傳統(tǒng)隧道施工方法，“管超前、短進尺、快封閉、勤量測”來指導施工，存在進度慢、工效低，且難以實現(xiàn)“管超前”拱部支護工藝，同時黃土處飽水狀態(tài)，少于擾動就極易產生滑塌、塌方等險情，無法保證隧道施工安全。中鐵十二局集團二公司在準朔鐵路鷹鷂山隧道施工中會同業(yè)主、設計院、監(jiān)理單位成立四方技術攻關小組，共同研究取得了成功，通過總結完善形成此工法。并申報了發(fā)明專利，專利

3、號：201110207075.3。</p><p><b>　　2．工法特點</b></p><p>　　2.1 隧道施工方法簡單，在地質條件發(fā)生變化時能及時轉換施工工序；</p><p>　　2.2 結合隧道圍巖情況，采用了φ25超前藥包錨桿作為支護主體，優(yōu)化后工藝簡單、易操控，能夠充分發(fā)揮柔性支護體系的作用；</p>&l

4、t;p>　　2.2 當圍巖變形較大或突變時, 在保證安全和滿足凈空要求的前提下，可盡快調整閉合時間；</p><p>　　2.3 施工安全、快捷。</p><p><b>　　3．適用范圍</b></p><p>　　本工法適用于沉積物黃土堆積體地帶的公路、鐵路、水工隧道的開挖施工。</p><p><b&g

5、t;　　4．工藝原理</b></p><p>　　在隧道開挖施工中，結合隧道地質采用φ25藥包錨桿超前支護施工新工藝，隧道開挖掘進以人工逐步排障、上導開挖預留擴大拱腳，隧道工序進行科學調配，減小圍巖應力集中，充分發(fā)揮圍巖自身承載能力，并快速施做仰拱、襯砌砼，使隧道盡快形成整體受力狀態(tài)的隧道施工方法。</p><p>　　5．施工工藝流程及操作要點</p><

6、p>　　5.1　施工工藝流程見圖5.1。</p><p><b>　　5.2 操作要點</b></p><p>　　5.2.1 超前支護方案確定</p><p>　　黃土堆積體自密性強，難以實現(xiàn)超前小導管注漿作業(yè)，且隧道上部結構黃土含河卵石、大型孤石較多，圍巖軟、硬交錯，鉆眼成孔難以滿足超前小導管施做要求，施工中采用φ25藥包錨桿作為超

7、前支護主體。</p><p>　　圖5.1 施工工藝流程圖 </p><p>　　5.2.2超前支護施工</p><p>　?、?錨桿制作。φ25mm超前錨桿在構件加工廠制作，單根長度3.5m，錨桿前端做成尖錐形。</p><p>　?、?藥包錨桿安裝。藥包錨桿就是利用早期凝結速度快、承載強度大的水泥、速凝

8、劑制成的錨固劑將錨桿固定在錨固位置的一種支護方法。錨固劑應符合以下幾項要求：初凝時間應大于3min，終凝時間應小于10min；必須具有足夠的小時抗壓強度，一般在半小時到一小時的抗壓強度應在0.2MPa以上；硬化后體積不縮小，且有微膨脹性。</p><p>　　藥卷包采用φ32×25cm規(guī)格，藥卷使用前需要浸水，在浸水前上端扎3～5個小孔（孔徑1mm），浸水1～1.5min小孔不冒泡即浸水結束，即可將浸好

9、水的藥卷包裝入孔眼。藥包裝入采用比較堅硬順直木棍或相似的物體送至眼底，裝藥包數(shù)量以鉆孔3.5m為例，藥包數(shù)量裝7卷，藥卷包裝入后，將錨桿用TJ-9型風動攪拌機（電鉆改裝也可）帶動錨桿快速旋轉，邊旋轉邊徐徐推進，錨頭在旋轉與推進中強烈攪拌浸水后的水泥、速凝劑包，使水泥漿獲得良好的和易性，連續(xù)攪拌水泥卷的時間宜為30～60s。水泥漿如沿孔壁下滑，孔口用紙堵塞。</p><p>　　⑶ 在隧道黃土堆積體施工中采用φ25

10、藥包錨桿較超前小導管有以下優(yōu)點：φ25超前錨桿制作更為簡單、方便、快捷；φ25超前錨桿直徑小，材質為實體，前端制作為尖錐形，打設施工時能更好地克服圍巖阻力，減小圍巖擾動；超前鉆孔在保證藥卷裝入條件下，不必擔心因工序施工時間過長產生鉆孔縮孔、塌孔難以施做超前錨管的局面；φ25超前藥包錨桿周圍有水泥漿填充密實，兩種材料同時受力，更加適合新奧法以柔性支護的施工原理。</p><p>　　藥包錨桿施工工藝見圖5.2.2。

11、</p><p>　　圖5.2.2 藥包錨桿施工工藝圖</p><p>　　5.2.3 開挖方法</p><p>　　在超前支護保護下，進行上導開挖，上導坑開挖進尺控制在拱架設計間距內，開挖掘進時先以機械開挖為主，微震爆破為輔的方案，隨后人工修整隧道斷面及開挖上導擴大拱腳，擴大拱腳以上導拱架拱腳標高為準，高度0.6m，最大深度0.4cm，各部開挖完成后及時初噴3～

12、5cm混凝土封閉掌子面，網噴、鋼架聯(lián)合支護作業(yè)，鋼架作業(yè)施工時拱架拱腳打設鎖腳錨管并采用“L”型鋼筋和拱架焊接牢固，隨即復噴砼至設計厚度，擴大拱腳采用同標號噴射砼回填，增大上導拱腳受力面積，減小應力集中，有效控制拱架下沉。</p><p>　　上導支護完成后，進行左、右側中臺階開挖：開挖進尺根據初期支護鋼架間距確定，左、右側臺階錯開2～3m，開挖后立即初噴3～5cm混凝土，及時進行噴、錨、網系統(tǒng)支護，中導洞碴扒至

13、下導，下導左、右開挖可以和上導同時進行，上導洞碴同樣扒至下導，隨后挖機可以在中臺階上統(tǒng)一出碴，上導同時架設型鋼鋼架，每循環(huán)以此施做。</p><p>　　5.2.4 仰拱開挖及支護要緊跟下導，仰拱分段開挖長度4～6m，黃土堆積巖圍巖仰拱距掌子面安全距離控制在25～30m為宜。</p><p>　　5.2.5 二襯混凝土澆筑前要做好鋼筋安裝、防水層鋪設及各類預埋件、預留孔、管路的設置?；炷?/p>

14、襯砌采用12m全液壓鋼模襯砌臺車，HBT70型混凝土輸送泵作業(yè)灌注，自下而上，對稱分層，先墻后拱灌注。</p><p>　　5.2.6 鋼架施工</p><p>　　⑴ 施工中鋼架基腳應落在堅實基巖上，保證鋼架置立穩(wěn)固，采用機械開挖時開挖至拱腳上30cm處采用人開挖，避免超挖，如有超挖現(xiàn)象，鋼架拱腳位置下墊砼墊塊。</p><p>　　⑵ 鋼架平面垂直于隧道中線，傾

15、斜不大于±2º；鋼架的任何部位偏離鉛垂面不大于±5cm。</p><p>　　⑶ 為增強鋼架的整體穩(wěn)定性，應將鋼架與縱向連接筋、結構錨桿、定位系筋和鎖腳錨桿焊接牢固。</p><p>　?、?各鋼架連接螺栓必須上齊且擰緊，鋼架連接板平面翹起不大于2mm，施工現(xiàn)場如有連接不密實情況時采用鋼筋進行幫焊牢固。</p><p>　　5.2.7

16、監(jiān)控量測</p><p>　　在黃土堆積體隧道施工時每隔10m布一組量測斷面，每個斷面布置一個拱頂下沉量測點和三條水平凈空收斂量測基線，三條水平收斂點分別設置在上、中、下導拱腳上50cm處，如圍巖斷面沉降、收斂數(shù)值變化較大時應需增加量測斷面和加設量測測點，測點布置見圖5.2.7-1。</p><p>　　圖5.2.7-1 監(jiān)控量測測點布置 </p><p>　　凈空

17、水平收斂量測和拱頂下沉量測采用相同的量測頻率。量測頻率見表5.2.7-1，實際量測頻率從表中根據變形速度和距開挖工作面距離選擇較高的一個量測頻率。</p><p>　　表5.2.7-1 量測頻率表</p><p>　　注：B為隧道開挖寬度。</p><p>　　水平收斂量測采用電子收斂儀進行量測，開挖支護后及時安裝測點并編號，拱頂下沉量測采用萊卡全站儀和精密水準

18、儀、收斂計、銦瓦尺進行量測，噴射混凝土后迅速在拱頂設點。</p><p>　　5.2.8監(jiān)控量測數(shù)據收集、整理、數(shù)據分析</p><p>　　對取得監(jiān)控量測數(shù)據后，進行整理并分析量測數(shù)據，結合圍巖、初支受力及圍巖變形情況，及時繪制圍巖變形速率和圍巖變形與時間關系曲線，預測此類圍巖變形的發(fā)展趨勢，及時調整確定施工工序、施工參數(shù)和預留變形量。</p><p>　　5.2

19、.8.1量測斷面及測點布置</p><p>　　在黃土堆積體里程段內選擇一個量測斷面，開展現(xiàn)場量測試驗，分別進行初期支護拱頂下沉、1、2、3條水平收斂的應力量測，測點布置參照圖5.2.7-1布置。</p><p>　　量測里程選擇圍巖斷面在黃土堆積體巖中有代表意義的，圍巖量測觀察：前5d時間內，拱頂變形速率變化情況，一般在4～6mm/d之間，拱頂累計下沉量一般在20mm左右，水平收斂速率一

20、般在4～8mm/d之間變化；累計水平收斂在28mm左右；一般在在6～9天下沉速率會減小，下沉變化速率一般在1～2.5mm/d之間，水平收斂速率在6～9天后一般會同樣減小，收斂速率變化在2～4mm/d，后期初期支護全環(huán)封閉，圍巖狀態(tài)基本穩(wěn)定，拱頂下沉、水平收斂也趨于穩(wěn)定。一般拱頂累計下沉量在30mm左右，水平收斂累計量在40mm左右，斷面拱頂下沉速率、水平收斂速率-時間曲線見圖5.2.8.1-1、5.2.8.1-3；拱頂累計下沉、水平收斂

21、累計變形-時間曲線見圖5.2.8.1-2、5.2.8.1-3、5.2.8.1-4。</p><p><b>　　m</b></p><p><b>　　m</b></p><p><b>　　/</b></p><p><b>　　率</b></p&

22、gt;<p><b>　　速</b></p><p><b>　　下</b></p><p><b>　　沉</b></p><p><b>　　頂</b></p><p><b>　　拱</b></p>

23、<p>　　圖5.2.8.1-1 拱頂下沉速率-時間曲線</p><p><b>　　m </b></p><p><b>　　m</b></p><p><b>　　m</b></p><p><b>　　/</b></p>&

24、lt;p><b>　　沉</b></p><p><b>　　下</b></p><p><b>　　計</b></p><p><b>　　累</b></p><p><b>　　頂</b></p><p&

25、gt;<b>　　拱</b></p><p>　　圖5.2.7.1-3 拱頂下沉累計-時間曲線</p><p><b>　　m</b></p><p><b>　　m</b></p><p><b>　　/</b></p><p>

26、;<b>　　率</b></p><p><b>　　速</b></p><p><b>　　斂</b></p><p><b>　　收</b></p><p><b>　　平</b></p><p><

27、b>　　水</b></p><p>　　圖5.2.8.1-2 水平收斂速率-時間曲線</p><p><b>　　m</b></p><p><b>　　m</b></p><p><b>　　/</b></p><p><b

28、>　　斂</b></p><p><b>　　收</b></p><p><b>　　平</b></p><p><b>　　水</b></p><p><b>　　計</b></p><p><b>　

29、　累</b></p><p>　　圖5.2.8.1-4 水平收斂累計變形-時間曲線</p><p>　　以上圍巖量測數(shù)據表明：</p><p>　?、挪捎忙?5藥包錨桿超前支護新工藝，改善柔性支護，減少圍巖變形。</p><p>　?、剖褂肐16鋼架對提高初期支護整體強度和早期強度有利，嚴格控制鋼架間距，采用擴大拱腳增大拱腳受力面

30、積，有效克制隧道拱頂下沉。</p><p>　　⑶加快施做仰拱，使隧道斷面盡快封閉成環(huán)，控制圍巖變形效果良好。</p><p>　　⑷ 本工法采用的以上施工措施及科學的量測手段成功解決了黃土堆積巖隧道超前支護施工難及初期支護變形量大、易塌方等難題。</p><p>　　5.2.9 監(jiān)控量測數(shù)據反饋</p><p>　　通過以上量測數(shù)據，結合圍

31、巖、支護受力及變形情況，進行分析判斷，將實測值與允許值進行比對，預測變形發(fā)展趨向及圍巖和隧道結構的安全狀況，并通過數(shù)據及時修正支護預留變形量，避免造成不必要的人工、材料資源的浪費。</p><p><b>　　6．材料與設備</b></p><p>　　6.1主要材料：錨固劑、HRB335鋼筋、水泥、砂子、碎石、工字鋼（I16）、減水劑、速凝劑。</p>

32、<p>　　6.2單工作面主要設備機具配備見表6.2。</p><p>　　表6.2 單作業(yè)面主要設備機具配備表</p><p><b>　　7. 質量控制</b></p><p>　　7.1 工程質量控制標準</p><p>　　本工法以《鐵路隧道工程質量評定及驗收標準》和《鐵路隧道施工技術指南》為標準

33、進行質量控制。</p><p>　　7.2 質量控制措施</p><p>　　7.2.1 開挖支護質量控制措施</p><p>　　隧道開挖前進行隧道控制測量，嚴格控制隧道中線和拱頂標高，有效控制隧道超、欠挖，保證隧道貫通精度。</p><p>　　隧道斷面周邊部位預留30cm采用人工開挖，其余部位宜采用機械開挖，局部需要爆破時，必須采用微震

34、爆破，施工時應嚴格控制裝藥量，減少對圍巖的擾動，如隧道周邊、拱架拱腳有超挖現(xiàn)象，在架設型鋼鋼架時必須采用混凝土楔塊和混凝土拱腳墊塊楔緊、下墊，有效控制鋼架下沉。</p><p>　　隧道拱腳位置開挖擴大拱腳，擴大部位采用同標號混凝土進行回填，增大拱腳受力面積，減小拱腳受力集中造成鋼架過大下沉。</p><p>　　鋼架架設施工時，現(xiàn)場技術干部進行跟班作業(yè)，現(xiàn)場監(jiān)督、指導施工，并填寫關鍵工序

35、記錄臺帳。（內容包括：隧道超、欠情況；鋼架間距、垂直度；連接筋、網片數(shù)量及焊接、搭接情況；鋼架鏈接板翹起率、連接螺栓安裝情況等）</p><p>　　鋼架加工前按照設計斷面進行1:1實地放樣，鋼架下料以大樣為準，加工尺寸準確，鋼架原材無扭曲、翹曲現(xiàn)象，在鋼架加工時應采用冷彎工藝；嚴把焊點強度關。</p><p>　　7.2.2 噴射混凝土質量控制措施</p><p>

36、;　　對噴射混凝土細骨料含泥量、粗骨料級配及外加劑嚴把質量關，堅持每批進場材料都進行抽檢，不合格品堅決清理出場，噴射混凝土嚴格以施工配合比進行拌制，每月2次對混凝土攪拌機計量系統(tǒng)進行標定，保證各材料計量準確無誤，</p><p>　　施工中嚴格控制混凝土坍落度，坍落度誤差控制在±2cm以內；嚴禁在現(xiàn)場隨意加水，以確?；炷恋拿軐嵍燃翱沽研?。</p><p>　　噴射混凝土采用濕噴

37、技術，噴射混凝土強度符合設計要求，噴射混凝土厚度應滿足設計要求，無大的起伏凹凸，表面應平整圓順。</p><p><b>　　8．安全措施</b></p><p>　　8.1 抓好現(xiàn)場管理，工程材料合理堆放；各種交通安全標志、施工信號標志完備。洞內供水管路、供電線路安裝、架設事先進行技術交底。</p><p>　　8.2 加強隧道圍巖量測，根據

38、量測結果及時調整施工支護參數(shù)及施工工序，保證隧道施工安全</p><p>　　8.3 黃土堆積巖嚴格執(zhí)行單工序作業(yè)，避免工序干擾，仰拱應及時施做，使隧道盡快封閉成環(huán)。</p><p>　　8.4 加強施工通風和洞內照明，確保作業(yè)面視線良好。</p><p><b>　　9．環(huán)保措施</b></p><p>　　9.1 本

39、工法嚴格遵守《環(huán)境保護法》、《水土保持法》等相關的環(huán)保法律、法規(guī)及當?shù)卣挠嘘P規(guī)定。</p><p>　　9.2隧道施工對環(huán)境影響的幾個主要因素如：隧道開挖、棄碴、施工污水及占地在本隧道設計和施工中，嚴格執(zhí)行了當?shù)丨h(huán)保局和水利局的批復。</p><p>　　9.3棄碴嚴格按照設計棄碴位置進行棄碴，結合地方農田建設規(guī)劃，選擇荒地、荒坡、低產田，盡可能避免占用良田。</p>&

40、lt;p>　　9.4棄碴場綠化與防護</p><p>　　施工中“先擋后棄、分級擋護”。工程竣工后，對碴頂和坡面平整、壓實，修砌排水通路，回鋪表面熟土，植草綠化。</p><p>　　9.5水環(huán)境保護措施</p><p>　　9.5.1施工廢水按有關要求進行處理達標后排放。</p><p>　　9.5.2拌合站設過濾、沉淀池，廢料集中棄

41、于指定棄碴場。</p><p>　　9.5.3施工廢水、廢油，采用隔油池過濾等有效措施加以處理，不超標排放，污染周圍水環(huán)境。</p><p>　　9.5.4在施工時，對天然形成的排水系統(tǒng)加以保護，不得隨意改變，必要時修建臨時水渠、水溝、水管等。</p><p>　　9.6大氣環(huán)境的保護措施</p><p>　　9.6.1在設備選型時選擇低污染

42、型設備，并安裝空氣污染控制系統(tǒng)。</p><p>　　9.6.2在運輸水泥、砂石料等易飛揚物料時用蓬布苫蓋嚴密，不得超限運輸。</p><p>　　9.6.3配備專用灑水車，對施工現(xiàn)場和運輸?shù)缆方洺＿M行灑水濕潤，減少揚塵。</p><p><b>　　10. 效益分析</b></p><p>　　采用本工法施工黃土堆積體

43、隧道平均日進尺3.2m，比同標段施工的黃土堆積體隧道（六狼山隧道、臥龍山隧道）月進尺快20～30m，縮短工期約3個月，節(jié)約工程成本180萬，即：電費+人工+機械租賃=（15+30+15）×3=180萬。最主要的是爭取了寶貴的工期時間。</p><p>　　同時運用本工法對圍巖量測科學的管理，對量測數(shù)據及時整理、分析、反饋，通過數(shù)據修正預留變形量，同原設計相比每延米開挖量減小了4.02m3，噴射混凝土減小

44、4.02m3，人工、材料節(jié)約1800元/每延米，同樣通過圍巖量測反饋數(shù)據取消了臨時支撐，節(jié)約臨時支撐費用3400元/每延米，合計每延米節(jié)約工程成本5200元/每延米，在270米的黃土堆積體段施工中，累計節(jié)約工程成本約140萬元。</p><p><b>　　11．工程實例</b></p><p>　　11.1鷹鷂山隧道是準(格爾)朔(州)鐵路重難點控制工程，全長115

45、72m，為單線特長隧道，合同工期24個月。</p><p>　　鷹鷂山隧道進口2008年4月28日開工，隧道進口承擔施工任務2752米，設計縱坡0.5%，開挖施工期間遇黃土堆積體圍巖，黃土堆積體地質情況為，黃土間夾雜河卵石、大型孤石，河卵石、大型孤石占圍巖斷面的25%～35%，主要分布在隧道上導，其余黃土間夾雜河卵石分布不規(guī)則，黃土圍巖處飽水狀態(tài)，含水率高達26%，施工極為困難，為滿足正洞正常施工，確保施工安全、

46、加快工程進度，采用了本工法進行施工，施工期間運用科學的量測手段，及時調整隧道支護參數(shù)，即節(jié)約了工程成本又保證了隧道安全，初期支護變形量控制在30mm內，并在日常隧道安全巡查中未發(fā)現(xiàn)一處初期支護開裂，并且采用φ25藥包錨桿作為超前支護主體，簡化了超前小導管施工工藝，成功解決了黃土堆積體隧道超前支護施工難及初期支護變形量大、易塌方等難題，實現(xiàn)了黃土堆積體隧道施工工序簡化、降低成本、快速、安全的施工效果， 節(jié)約直接工程成本、工期工程成本合計3

47、20余萬元，為企業(yè)創(chuàng)造了極大的經濟效益。</p><p>　　由于本工法的成功運用，得到了業(yè)主的一致好評，并且在迎接鐵道部盧春房副部長視察工地中，得到全線第一的好成績，捍衛(wèi)了企業(yè)形象，為企業(yè)爭得了榮譽。</p><p>　　11.2鄭西鐵路交口隧道全長4012米，是鄭西二標客運專線最長的一座黃土隧道，按行駛200km/h以上客運專線雙線隧道設計，隧道最大開挖斷面163.87m3，線路位于黃

48、土臺塬邊緣斜坡地帶，海拔標高480～750m。隧道進口前發(fā)育“V”字型沖溝，切割濃度約30～100m，隧道洞身橫向沖溝呈樹枝狀發(fā)育，切割嚴重。本段出露地層有第四系全新統(tǒng)錯落（Q4sl）堆積黏質黃土，施工難度大，交口隧道進口施工至錯落（Q4sl）堆積黏質黃土段，采用黃土堆積體施工工法，取消了臨時支撐工序，減小開挖量和噴射砼量，加快了施工進度，平均日進尺3.75m/d，比在建的金銀山隧道、大東山隧道月進尺快30米，大大縮短了工期，并在施工中