隧道施工工艺

1黄土隧道施工工艺工法为了预防在黄土中开挖隧道的大变形和坍塌问题，采用台阶分布开挖法（又称环形开挖留核心土法），结合喷射砼及时封闭开挖面，用超前管棚支护、钢拱支撑、挂网、打锚杆等来加强土体强度及限制围岩应力重新分布，实施短开挖，快循环来减少对土体的扰动，是目前黄土隧道施工的较完整的方法。1.施工方法及工艺要点1.1根据工地实际情况，设计并施打超前管棚。钢管真径一般为ф60mm，长4.5m，间距30cm，外插角20，首尾相接长度不少于1.5m。钢管内充填20号砼或者水泥砂浆。1.2上半断面人工用风镐及电铲掏槽。掏槽宽度约1m，纵向掏槽深度每次约0.8m。1.3开挖后立即射砼封闭断面。喷射4cm厚的20号砼，封闭开挖断面，以免孔隙水从断面处渗出，而使土体失稳。1.4架钢拱及挂网。钢拱规格为Ⅰ20a，按设计断面计算用量。拱架之间的间距依每次开挖长度约为0.8m，每榀钢拱纵向用ф20钢筋连接，钢筋间距1.2m。管棚尾端焊接于拱架腹部，以增强共同支护作用。ф8钢筋网格间距为20cm×20cm。1.5喷射砼填充钢拱间空隙。拱架与开挖轮廓之间的所有间隙用20号砼喷射充填密实，先喷拱架与轮廓之间空隙，再喷拱架，然后再喷拱架之间，直至喷到规定的厚度。1.6按上述1－5的方式开挖5m左右后，开挖支撑掌子面的核心土支持部分。1.7在上半断面初期支护稳定的条件下，开始开挖下半断面：首先通过在上半断面的钢拱的拱脚打注浆锚杆，以防止拱架及围岩变形与下沉。钻进后进行注浆，两侧以等间距各打5根锚杆。经过做试验，这样的锚杆与黄土结合后，抗拨力可达8t以上。1.8开挖出碴完成后立即喷射砼封闭围岩，然后架钢拱支撑和挂网，经分层喷射砼直到设计厚度。再铺设土工布防水板，做二次衬砌。2.施工工艺流程图23.劳动力组织及进度指标管棚及锚杆安装3－5人开挖工8－12人喷砼13人架钢拱及挂网8人出碴10人砼衬砌16人管棚、锚杆、钢拱制作4人测量放线施打超前管棚上半断面环形掏槽喷砼架钢拱及挂网喷砼开挖核心土拱脚打注浆锚杆管棚加工制作选定配合比钢拱加工制作钢筋加工试件强度锚杆加工开挖下半断面喷砼施作防水层仰拱及砼填充二次全断面衬砌砼强度试验3在砂粘土层无渗水时，采用每循环1.0m进尺，月进度可达成洞36m以上。在砂粘土层有渗水及砂层中无渗水时，采用每循环0.8m进尺，月进度可达成洞30m。以上。在砂层有中渗水时，严格控制每循环0.6m进尺，月进度可达成洞20-26m以上。4.主要施工机械4.1采用国产WES－12A型煤电钻改制成开挖风镐10台。4.2自制砼衬砌台车1台。4.3PC-200挖掘机2台。4.4其余如手持风钻（锚杆）、砼喷射机、电焊机、钢筋切割机、砼搅拌机、出碴车辆、装载机、注浆机、空压机、变压器等按常规隧道施工配置。5.质量控制要点5.1严格控制管棚角度5.2严格喷射砼工艺，按配合比拌制砼料，特别要严格控制外加剂掺量。新旧砼面要清洗至露出砼的本色，没有泥土或杂物。分层喷射，以保证喷射砼的质量。5.3保证立拱质量。注意螺栓松紧程度和连接筋的焊接质量。5.4确保钢筋网与围岩紧密相贴，钢筋网必须连接牢固，否则喷射砼时会振动钢筋网，从而降低喷射砼质量。5.5保证核心土的大小和长度5.6清除拱脚积水与淤泥，通过打拱脚锚杆或扩大拱脚认真加固拱脚，加强纵向联结等，使初期支护与围岩形成完整体系。5.7尽量单侧落底或双侧交错落底，避免上半断面两侧拱脚同时悬空；控制落底长度，视围岩情况采用1-3m，不大于6m。5.8减少上、下台阶施工的相互干扰，并及时封闭成环。5.9找出每道工序的合理施工时间，各工序严格按标定时间进行控制，从而缩短循环作业时间，减少开挖面土体的暴露时间。5.10及时监控量测围岩，观察拱顶，拱脚的收剑情况，据此调整初期支护参数。6.安全及环保措施6.1首先做好洞顶、洞门及洞口的防排水系统工程，并妥善处理好陷穴、裂缝，以免地面积水浸蚀洞体周围，造成土体坍塌。6.2在含有地下水的黄土层施工时，洞内外排水沟应进行铺砌，必要时应配合井点降水等将地下水位降至隧道衬砌底部以下，以保施工顺利进行。46.3在干燥无水的黄土层中施工，应管理好施工用水，不使废水漫流。6.4如发现工作面有失稳现象，应及时用喷砼封闭，加设锚杆、架立钢支撑等加强支护。6.5施工时要特别注意拱脚与墙脚处断面，如超挖过大，应用浆砌片石回填，如发现该处土体承载力不够，应立即加设锚杆或采取其它措施进行加固。6.6在开挖与灌筑仰拱前，为防止边墙向内位移，宜加设横梁顶紧。6.7喷射机所用的压力，一般以不超过0.2Mpa为宜。6.8若拱部位于砂层时，为防止喷砼层塌落，可用Ф4mm的密钢丝网紧贴开挖面作为固定初喷砼用。密网用两根Ф8mm，长35cm的锚钉加以固定；也可用2根Ф22mm的环向钢筋将网压紧在开挖面上，以防喷砼时钢丝网脱落。6.9钻锚杆孔时，宜采用干钻，锚杆采用药包式或早强砂浆式锚杆。6.10施工中如发现不安全因素时，应暂停开挖，加强临时支护，以便取适应性的工序安排。黄土隧道施工1、概况隧道分上下行线，上行线长1455m，下行线长1422m，设计为单心圆断面，VI级围岩开挖宽度为13.2m，高度9.5m，横断面面积106.7m2；V级围岩开挖宽度13.1m，高度9.4m，横断面面积101.1m2。衬砌采用复合式，分两次模筑混凝土，一次衬砌为变截面结构，厚度为50－70cm（VI级围岩段）、45～65cm（V级围岩段），二次衬砌为等截面结构，厚度为35cm。隧道穿越地层为第四系中更新统冲积老黄土，灰黄、褐黄色，为粉质亚粘土，Ip=9.5，土质均匀，局部较疏松，层理和柱状节理发育，含水量为11%－18%。山顶为水浇地，隧道洞身土体含水量较大，结构稳定性较差。洞口浅埋段覆盖层为第四系上更新统风积黄土，层厚4.6－40m，浅黄色，土质较松散，大孔隙、垂直节理发育，其中自重湿陷性黄土层厚24m，黄土陷穴顺沟发育，呈串珠状。2、开挖方案遵循“短开挖，强支护，勤量测，紧封闭”的原则，上下行线进出口共4个工作面同时作业，针对不同地质条件采取不同的开挖方法。洞口VI级围岩浅埋段采用双侧壁导坑先墙后拱法施工。VI级围岩深埋段及V级围岩采用矿山法正台阶先拱后墙法施工，拱部开挖5宽1.8m环形带保留核心土，开挖后即施行一次模筑衬砌，侧墙马口采用四步跳跃法施工，中间4m宽修成斜坡道，以保证上半断面同时施工。3、V级围岩施工采用正台阶先拱墙、拱部环形法开挖，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，施工安全。根据黄土地质特性和施工工期要求，为避免塌方，贯彻短开挖原则，上导坑掘进每循环2.4m，并根据围岩状况，随时进行调整。每个掌子面配备10榀钢拱架，640块120cm×30cm钢模板，1台挖掘机，1台装载机，6台出碴运输车。3.1先开挖拱顶环形Ⅰ部用洋镐沿开挖轮廓线由上向下开挖，配合铁耙将松土扒离掌子面，每次掘进2.4m。拱顶中心处掌子面要向前多掘进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φ40钢管，钢管底部撑在核心土上。3.2管棚超前支护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。而注浆锚杆直径和刚性都较小，当注浆时，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。管棚支护纵向布置如图2所示。棚管用φ40钢管，长3.4m。先用煤电钻沿开挖轮廓线在掌子面上打眼（孔眼间距35cm，深度240cm），然后用大锤将钢管沿孔眼打入前方土体中，钢管外倾角约16°。3.3开挖II部II部一次掘进2.4m。人工配合机械开挖。出碴采用无轨式运输。柳州产ZL50装载机装碴，小松山推PC200挖掘机配合。首先用挖掘机将一侧II部的土体由上至下开挖1.0m，并将土扒出核心土范围以外，便于装载机装碴。开挖时侧面开挖轮廓线处预留厚50cm土体，原因是挖掘机开挖时对土体的振动比较大，如果直接按轮廓线开挖易造成土体坍方，形成超挖。然后人工用洋镐将预留的50cm土体沿轮廓线开挖，边开挖边支撑，同时出碴，而此时，挖掘机则换至另一侧II部进行开挖，如此左右侧交替。注意开挖时，拱脚处至少留深20cm土用人工开挖，严禁拱脚超挖，防止因拱脚原状6土被破坏造成混凝土衬砌时拱架下沉。黄土隧道拱腰处土体最易发生坍方，所以在进行II部开挖时，应边开挖边加固，加固方法为简易支撑，即用杨木板紧贴开挖轮廓表面，用φ40钢管支撑在核心上。支撑间距1.0m，交错布置。待进行一次模筑混凝土支护时边浇筑混凝土边将木板取出。3.4格栅支撑黄土隧道土体松散，超前管棚打入前方土体中时，需在管棚尾部加设格栅支撑，加强初期支护。格栅采用20cm×20cm断面的钢花拱，分3段组装，通过钢垫板用φ16螺栓将3段连成整体。安装钢花拱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。钢花拱之间每隔1m设1根φ25纵向连接筋。3.5开挖III部，核心土整形格栅支撑安设完毕后，用挖掘机将III部土挖除，核心土顶面修成平台，平台沿隧道纵向宽度3.6m，并在核心土的中间高度处再修一纵向宽度约为1.2m的二级平台，以备一次模筑混凝土时人工上料使用。这样核心土纵向长度约4.8m，可对前方掌子面土体起支撑作用。3.6立钢拱架和模板拱部开挖完毕后，进行衬砌宽度和拱脚高程放样，然后立模工班按放样点位将钢拱架立好。钢拱架用工字钢制作。模板用120cm×30cm钢模。档头模板用木模。3.7初期支护黄土隧道在开挖后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拌合，运输车运输，人工上料，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，并用自制小铲从挡头模板处将混凝土填塞密实。3.8开挖下导坑下导坑边墙施工与上导坑之间的距离保持60～80m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2.4m。先用挖掘机挖中槽，中槽宽4.0m，长20m，不宜过宽、过长。宽度原则7上能保证上导坑施工机械通过即可，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。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。4、V级围岩浅埋段施工要点隧道上行进口、下行出口段各10m均采用双侧壁导坑先墙后拱法施工顺序施工。（1）人工挖2个侧壁导坑，导坑宽4.0m，高3.0m拱形，导坑一次掘进2.0m。（2）架立边墙格栅支撑，立模浇筑一次混凝土衬砌。（3）人工开挖拱部环行部位，宽度1.8m，留核心土。（4）施作φ40超前管棚，钢管长3m，间距35cm。（5）架立格栅支撑。格栅用20cm×20cm钢花拱，间隔1m，设纵向连接筋。（6）立模浇筑拱部一次混凝土衬砌。5、主要技术对策5.1拱部沉降和拱脚收敛的控制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，针对这种情况我们采取了以下措施。5.1.1监控量测在隧道施工过程中，从第一组衬砌开始，一个断面内在拱顶和2个拱脚处埋设3个观测点，用收敛计和水平仪分别观测拱脚水平收敛值和拱顶下沉值。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，以后1个月内3d观测1次，之后每月观测1次。通过观测发现在拱部一次衬砌施工完毕至边墙开挖前，拱顶下沉6－8cm，拱脚收敛1－2cm。在边墙开挖后拱部发生第二次下沉，下沉量为6－8cm，收敛量基本不变。根据