土质隧道缓坡进洞施工工法

'施工工法土质隧道缓坡进洞施工工法中交第一公路工程局有限公司中交一公局第二工程有限公司赵振平光明1、前言隧道工程分为洞口、洞身施工，洞口是洞身施工的前沿，可以说，洞口工程的施工进度、质量是洞身开始施工的关键环节。因此，隧道进洞要求选择合理的施工工艺，在保证工程质量、安全的前提下科学组织施工。一般情况下，隧道洞口边坡较缓，其位置是隧道穿过山体埋深最小的地段，地质条件较差，地形倾斜且偏压明显；特别是对土质隧道而言，隧道进洞施工破坏了原有植被山体的平衡状态，同时受地表水冲刷等原因影响，极易造成山体失稳，产生滑动和坍塌。由中交一公局第二工程有限公司承建的诸永高速公路大门台隧道工程，属于典型的土质隧道缓坡进洞施工工艺的实践与探索。项目在工程自然条件最不利情况下，积极努力实现技术性创新，形成了土质隧道缓坡进洞施工工法，并取得了显著的社会效益和经济效益。2、工法特点2.1通过地表水的引排与井点降水法的综合应用，防止山体土质遭遇水的侵害，充分利用土体的自稳能力来保证进洞施工安全。2.2利用超前管棚与洞内小导管注浆联合施工工艺，补偿了单一管棚施工在土质构造中的缺陷，起到了加固围岩、增强稳定、提高安全的作用。2.3采用环形开挖预留核心土法施工，实施短进尺，及时封闭的原则，减少对土体的扰动，维护掌子面的稳定。2.4利用监控量测数据来指导施工，动态修正施工方法与支护参数，把握施工中所处的安全状态，确保施工质量与安全。3、适用范围泥岩、土质构造，洞口属缓坡地段与富含地下水的隧道进洞施工。-14- 施工工法4、工艺原理土质隧道施工，治“水”是关键，通过开挖截水沟与回填地表坑陷，对地表水进行引排，同时，利用井点降水原理降低地下水位，提高土体的自稳能力；对于浅埋隧道，采用小导管注浆工艺，联合超前管棚的棚体使围岩形成承载拱，用以改善和增强围岩的力学性能，控制地表沉陷、开裂等变异；通过全过程的施工监控量测，观察土体结构是否稳定，利于及时调整施工开挖方法和支护参数，全面保证土质隧道在缓坡地段进洞的施工质量、进度与安全。5、施工工艺流程及操作要点5.1施工工艺流程施工准备地表排水与井点降水明洞边、仰坡开挖防护管棚施工小导管注浆上半断面环形掏槽喷砼架设钢拱及挂网喷砼开挖核心土拱脚打设注浆锚杆开挖下半断面喷砼施作防水层仰拱及砼填充二次衬砌5.2操作要点5.2.1地表排水与降水施工进洞之前必须做好洞顶的防排水工作，针对地形条件设计选用渗沟、截水沟、地表防水板覆盖封闭处理等方案。截水沟是施工中经常采用的一种排水设施，可以有效地适应洞口地形条件，根据实际情况可以设置一道、二道或者更多，考虑到土质隧道围岩极不稳定，地表易于开裂、沉降，截水沟可采用C20混凝土现场浇制而成。同时在隧道洞体两侧（应大于20米范围）设计排水沟槽或积水坑，截水沟与两侧排水沟能够顺接，保证积水及时排出。对于隧道地下水的处理，可以采取深井点降水的方式强制排水。深井点降水原理在降低地下水位区域的周围，以小于2m-14- 施工工法的间距，把井点设置到预定的深度，施加真空，通过井点把水强制地吸引到地表。施工井点中安装直径为38mm的出水管，井点和出水管间用砂充填形成过滤层，在地表为保证真空要覆以粘土层。井点呈梅花状布置在隧道两侧开挖线以外，井底应在隧道底面以下3~5m处。其具体布置如图所示：开挖中的井点布置5.2.2明洞边、仰坡开挖防护施工步骤：(1)明洞段开挖应在洞顶截水沟施工完成后进行，应尽量避开雨季施工。(2)边坡防护应与明洞开挖同步进行，按工序施工洞口边仰坡的注浆小导管、钢筋网、喷射混凝土，并对坡面及时封闭。(3)在洞口仰坡面打设水平软式透水管，长度为20米，与水平方向成-9度，软式透水管外侧选用土工布包裹后再行安装。5.2.3管棚施工管棚是利用钢拱架，沿着开挖轮廓线，以较小的外插角向开挖面前方打入钢管或钢插板构成的，形成对开挖面前方围岩的支护，能阻止和限制围岩变形的性能，并能提前承受早期围岩压力。管棚施工主要工序有：施作护拱钻机就位钻孔清孔验孔安装管棚钢管注浆-14- 施工工法管棚施工工艺流程：5.2.4注浆小导管施工对于缓坡浅埋隧道而言，在开挖时围岩松弛容易反射到地表，管棚施工虽然可以形成拱圈构造，但在土质隧道长管棚施工的偏差与注浆质量难以达到理想的效果。局部土体由于施工扰动会失去自稳能力，极易发生地表塌陷甚至塌方冒顶现象。为此，采用小导管注浆工艺来加固局部围岩（管棚界面以上），可以起到提高围岩抗剪切能力，改善围岩C、Φ指标，同时可避免洞口偏压地段出现牵引式的破坏。小导管采用Φ42×4mm，长度为4米和6米，具体视覆盖层厚度定。-14- 施工工法施工步骤：（1）根据现场的实际情况对小导管进行测量定位；（2）选取Φ52mm钻头进行钻孔。钻孔要圆而直，钻孔方向宜尽量与主要结构面垂直；（3）制作小导管及打出浆孔、制备砂浆。按设计要求制作Φ42小导管并除锈，在其管壁上打Φ6间距15cm出浆孔；砂浆水灰比采用0.8：1；（4）清孔。采用高压风将钻孔中的钻渣、积水吹除，钻孔被堵塞时可使用风枪重新疏通。（5）安装小导管、注浆。将小导管插入钻孔的孔底，使注浆孔全部埋入，将孔口处用止浆塞塞紧；将注浆管套在小导管上，使之密封，并开始注浆，当浆液注满后，等待5～10秒，再补注2～3秒，使之饱满密实。注浆压力初压为0.5～1.0Mpa左右，终压维持在2.0～2.5Mpa。5.2.5隧道开挖与支护采用环形开挖预留核心土法施工，本着“短进尺，及时封闭”的原则，尽量减少对原状土体的施工扰动，如遇到在土中夹杂孤石的情况，能够人工凿除的采用人工处理，确需爆破施工的，严格按照弱爆破施工工艺，采用浅眼爆破，以便控制一次爆破的总装药量。开挖施工流程：-14- 施工工法台阶法预留核心土施工示意图具体施工步骤（1）施作Φ42×4mm超前小导管支护，超前小导管长4m,环距50cm，并及时压注水泥浆，加固围岩。（2）开挖上部环状土，每循环进尺为0.5m，尽量采用人工挖除的方式，遇到孤石时用风镐凿除或弱爆破；并在上台阶掌子面、核心土上喷射3cm厚的混凝土，对核心土进行封闭处理，保证开挖时的稳定性；（3）对上拱部初喷C20混凝土，喷射厚度为5cm；（4）安装18号工字钢各单元，其间距为50cm。同时，打设、安装Φ25×5mm-14- 施工工法的中空锚杆，及时注浆，安装钢筋网并喷射混凝土至设计厚度；（5）在上台阶两侧底部凿眼、安装5m长的锁脚导管（Φ42×4mm），每侧2对，共8根，必要时增加至16根；（6）在起拱拱脚处进行扩大开挖，深60cm，呈三角形，采用C20喷射砼喷平，并保证工字钢底部全部在混凝土中；（7）开挖下台阶并顺接两侧的工字钢，完成仰拱工字钢的闭合，并做相应的初期支护工作；（8）稳定后，开挖上台阶核心土，进入下一循环施工。5.2.6监控量测通过监控量测了解各施工阶段地层与支护结构的动态变化，把握施工过程中结构所处的安全状态，判断围岩稳定性以及支护的可靠性。如遇到监控量测参数变化较大或超限时，立即分析原因采取补强措施，改变施工方法或设计参数，增强初期支护，防止出现大的质量、安全事故。为了确保隧洞进洞安全，按照规范和图纸的要求，我们不但要对隧道内目测观察、周边位移等必测项目作认真地量测外，还要对地表下沉予以高度的重视。如果地表下沉量大或出现增加的趋势，则应加强支护和调整施工措施，如适当加喷混凝土、增设锚杆、加钢筋网、加钢支撑、超前支护等，或缩短开挖循环进尺、提前封闭仰拱、甚至预注浆加固围岩等。5.3劳动力组织劳动力组织情况表序号工程项目所需人数备注1管理人员52管棚及锚杆施工63开挖124喷砼135架钢拱及挂网86出渣87管棚、锚杆、钢拱制作48砼衬砌169杂工4合计76-14- 施工工法6、材料与设备本工程无特别说明的材料，所用的机具设备见下表：机具设备表序号设备名称设备型号单位数量用途1挖掘机PC—200台1土方清理、刷坡2装载机ZL50台1装运土方3钢筋弯曲机GW40台1钢筋加工4电焊机BX—300台5钢筋加工5手持风钻WES-12A台8钻孔6砼喷射机PZ-5B台2喷射砼7砼搅拌机JS-750型台1砼拌和8注浆机KBY-50/70台1管棚、锚杆、小导管注浆施工9空压机10m3台1送风10砼输送泵HB-30D台1浇注砼11泥浆泵TBW850/50台2抽水、泥浆12变压器350KW台2供电7、质量控制7.1工程质量控制标准7.1.1施工测量的质量标准(1)洞外控制测量的精度应以中误差衡量；(2)导线点要布设在洞口附近，每个洞口必须有3个以上的导线点；(3)水准测量应符合四等水准测量标准，每个洞口需有两个以上的水准点；(4)洞外控制测量一般采用导线测量，应该满足下表所示的精度要求：-14- 施工工法测量方法两开挖洞口间距离(km)测角中误差(")导线边最小长度(m)两开挖洞口间距离(km)直线隧道曲线隧道直线隧道曲线隧道直线隧道曲线隧道导线测量4～62.5～425001501/50001/150003～41.5～2.52.54001501/35001/100002～31.0～1.54.03001501/35001/10000<2<1.010.02001501/25001/100007.1.2喷射混凝土支护质量标准根据《公路隧道施工技术规范》执行，在施工前应对原材料进行检查,并有合格签证记录。对施工程序、工艺流程、检测手段进行检查。喷射混凝土支护允许偏差标准项次检查项目规定值或允许偏差值检验方法和频率1喷射混凝土强度(mpa)在合格标准内按附录E检查2喷层厚度(mm)平均厚度≥设计厚度;检查点的60%≥设计厚度;最小厚度≥0.5,且≥50凿孔法或雷达检测仪:每10m检查一个断面,每个断面从拱顶中线起每3m检查1点3空洞检测无空洞,无杂物凿孔法或雷达检测仪:每10m检查一个断面,每个断面从拱顶中线起每3m检查1点7.2质量保证措施7.2.1严格控制管棚的施工角度，并保证注浆压力。7.2.2开挖及初期支护每循环进尺0.5米，施工严格遵循“管超前、严注浆、弱爆破、短进尺、勤量测、常封闭”的原则，保证核心土的预留长度，合理安排工序，使之衔接紧密。7.2.3及时清除拱脚积水与淤泥，通过打设拱脚锚杆来加固拱脚，加强纵向联接，使初期支护与围岩形成完整体系。-14- 施工工法7.2.4初期支护紧跟掌子面，并尽快施作仰拱及填充层，使支护结构早闭合，根据实际情况必要时对掌子面进行局部注浆加固，开挖过程中根据量测情况，必要时设置横向临时支撑和扇形支撑。7.2.5开挖应严格按规范做好监控量测工作，随时掌握围岩及支护的变形情况，以便修正支护参数，改变施工方法；同时，应有较准确的超前地质预报。7.2.6开挖时的排水工作要认真做好，在保证排水畅通的同时，重点要对两侧临时排水沟铺砌抹面，防止钢支撑基底软化。7.2.7喷射砼施工时，用压缩空气或压力水将所有待喷面吹净，吹除待喷面上的松散杂质和灰尘。7.2.8按设计焊连定位筋及纵向连接筋，段间连接安设垫片拧紧螺栓，确保安装质量。7.2.9注重仰拱施工的关键环节，仰拱开挖后必须及时封闭浇注，增大支护刚度，防止隧道整体性下沉。7.2.10具备二次衬砌条件时，需要尽快施作，利于发挥二次衬砌的承载能力。8、安全措施8.1首先需要做好洞顶、洞口的防排水系统，防止水侵蚀洞内土体，造成塌方等事故；8.2隧道开挖、支护人员到达工作地点时，应首先检查工作面是否处于安全状态，并检查支护是否牢固，顶板和两帮是否稳定，如有松动的石、土或裂缝，应先予以清除或支护。8.3风钻钻眼时，应先检查机身、螺栓、卡套、弹簧和支架是否正常，管子接头是否牢固，有无漏风；钻杆有无不直、带伤以及钻孔堵塞现象，不符合要求者应予以修理或更换。8.4喷射机作业地段应加强照明和通风，严格掌握好风压、水压，注意风嘴不准对人,以免射伤人；8.5施工现场按照防火、防尘、防触电等相关安全施工规范进行布置，安全标识齐全、有效；8.6施工现场使用的手持照明灯按规定使用36V安全电压；8.7施工中如发现不安全因素时，应暂停开挖，并加强临时支护，采取进一步措施；8.8所有进入隧道工地的人员，必须按规定配戴安全防护用品，遵章守纪，听从指挥；8.9建立完善的施工安全保证体系，加强施工中的过程检查，力求作业标准化、规范化。9、环保措施-14- 施工工法9.1成立环境保护管理小组，学习国家与当地关于环保方面的法律、法规，对工程起到实际的监督作用，并建立检查机制，遇到问题及早解决；9.2对施工便道进行场地硬化处理，防止扬尘，对周边环境造成污染；9.3对施工现场进行详细认真的调查，提前做好预案，避免因施工污染水源或者河流；9.4对施工弃渣场等用地合理进行规划，周边按规定砌筑围墙，设立醒目标识，车辆通行做到文明施工，避免长时间鸣笛形成噪声污染；9.5经常对施工用机具，如挖掘机、空压机等进行检查，防止漏油，对土地造成污染；9.6施工现场喷射混凝土操作人员要佩戴必要的防护用品；9.7尽量避开夜间施工，以防影响周边居民休息。10、效益分析10.1本工法针对土质隧道在缓坡进洞方面进行了积极探索，将山体水系治理与保护当地水源、河流综合考虑，既维护了隧道本身边、仰坡的稳定，山体植被保存好，减少了征地范围，还保证了施工不扰民、少污染的现象，具有明显的社会效益和环境效益。10.2本工法在实施过程中注重工艺的结合，促进了技术进步，很好地保证了施工安全，未发生任何安全事故；对于覆盖层浅薄地段，采用了小导管注浆加固方案，降低了管棚施工的质量要求，施工中以普通潜孔钻代替价格昂贵的管棚机设备，取得了一定的经济效益。11、工程应用实例诸永高速公路温州段八合同项目所承建的大门台隧道工程（出口端）11.1工程概况大门台隧道出口端地表为山前缓坡，坡度约为10°左右，表部残坡积层亚粘土覆盖，中间夹杂着大小不等的孤石。地下水主要为松散岩类空隙潜水和基岩裂隙水，在雨季施工水量较大，同时该段由于坟墓、空穴和树木较多，下雨时，雨水从这些洞穴下渗，在开挖面处携带黄泥外流，极不稳定。大门台隧道出口端洞口位置（左洞130米，右洞150米）均为砂性黄土地质，设计为二类围岩，但是这种土质遇水塑性指数迅速下降，围岩稳定性极差，在隧道开挖时极易出现塌方。工程平面示意图如下：-14- 施工工法11.2施工情况：项目自开工后，曾多次对现场地形地貌进行勘察，围绕着山体水系治理方面研究具体方案，最终确定了地表引排与井点降水的综合性措施，实践证明，在土质隧道缓坡进洞施工中，治“水”是关键。项目结合该隧道进口端施工中所积累的经验，考虑到管棚施工质量不易达到理想的效果，故对原岩进行了小导管注浆加固工作，地表沉降得以控制；在后期的洞体开挖、支护施工中，项目部注重加强工艺质量标准，工序衔接紧密，整个施工过程未发生任何安全事故。隧道右洞已于2007年6月份顺利贯通。-14- 施工工法洞口仰坡面防护与修筑截水沟施工成功进洞与监控量测布点11.3结果评价-14- 施工工法整个隧道施工过程处于安全、优质的可控状态，虽然项目在实践中也绕了一些弯路，但可贵的是我们取得了操作性的经验，总结出了土质隧道缓坡进洞的施工工法，该工法来源于实体工程，又对工程起到了指导性作用，获得了各方的一致好评。-14-'