大跨度浅埋高速公路隧道进洞施工方案

1浅埋公路隧道进洞施工技术方案研究顾德银（北京市公路桥梁建设集团有限公司）摘要以京承高速公路（三期）工程沙厂2号隧道出口施工为实例，具体介绍了浅埋公路隧道进洞的施工技术、施工方案等，详细介绍了超前大管棚支护和双侧壁导坑法。关键词浅埋；超前大管棚支护；双侧壁导坑；施工技术方案。1.工程特点分析1.1.隧道洞口围岩条件差京承高速公路（密云沙峪沟～市界段）工程沙厂2号隧道处于华北地台燕山台褶裙带中段，密怀穹隆东部，主要构造为密云—墙子路断褶带。隧道出口洞口段地势平缓，以全风化-强风化花岗岩为主，围岩较破碎，自稳能力差，为Ⅴ级围岩，开挖后易坍塌。1.2.典型的浅埋隧道根据公路隧道施工技术规范第144页规定，覆盖层不足毛洞洞跨2倍的隧道或区段属于浅埋隧道，应采用浅埋段施工方法施工。由施工图和现场实测得沙厂2#隧道右线出口1K83+480~1K83+545段埋深约为2~15m，覆盖层厚均在毛洞洞跨1倍以内，为典型浅埋隧道。1.3.开挖断面较大设计最大开挖宽度：15.41m。设计最大开挖高度：11.17m。每延米开挖数量：140.8m3。2.进洞对策与技术方案2.1.在拱部180°范围设φ108超前大管棚预注浆支护对于软弱破碎围岩的浅埋隧道，超前长管棚预注浆支护是安全有效解决进洞的措施之一，能起到防坍限沉作用，能确保安全施工。2.2.采取双侧壁导坑法开挖进洞方法选择不当，会严重影响工程施工安全，同时也影响施工进度和造价。根据国内外的经验，从施工安全考虑，结合工程实际，2选择双侧壁导坑法开挖进洞（双侧壁导坑法适用于浅埋大跨度隧道以及地表下沉量要求严格而围岩条件差的情况），侧壁导坑一次开挖到位、初期支护及时闭合，开挖一段支护一段。该法虽工序较复杂，而且成本较高，进度缓慢，但不失为一种安全有效的进洞工法。2.3.采取的支护措施支护措施：系统锚杆采用R25中空注浆锚杆，每环25根，长度为4.0m；加强措施采用格栅钢架，纵向间距75cm；钢筋网采用Φ6.5钢筋网，网格尺寸为20cm×20cm；C25喷射混凝土厚度25cm；预留变形量10cm（视情况可调整）。临时支护措施：Φ22砂浆锚杆，长度为2.0m，间距100×100cm；加强措施采用格栅钢架，纵向间距75cm；钢筋网采用Φ6.5钢筋网，网格尺寸为20cm×20cm；C25喷射混凝土厚度20cm。3.施工方案与技术3.1.总体施工方案与技术进洞严格遵循“管超前、严注浆、短进尺、弱爆破、强支护、早闭合、勤量测”的施工原则。根据围岩情况、开挖断面及隧道浅埋的特点，采取超前长管棚支护后双侧壁导坑法开挖进洞。33.2.施工工艺流程3.3.施工方法及步骤3.3.1.洞口超前支护由于洞口Ⅴ级围岩破碎，采用超前大管棚预注浆支护后再进行掘进进洞施工。超前大管棚采用直径为Φ108、壁厚6mm的无缝钢管，布置在拱顶180°范围内，管棚环向间距为50cm，外插角1~3°，管棚长24m；钢管上梅花形钻注浆孔，孔间距1.0m，前端做成尖锥型，尾部1m范围内不钻孔作为止浆段。超前大管棚布置图如下：施工准备超前大管棚施工套拱施工监控量测下一循环施工左右侧壁导坑开挖左右侧壁导坑支护侧壁导坑监控量测拱部开挖拱部支护下部开挖、仰拱初支封闭拆除中隔壁临时支护仰拱灌注、回填混凝土拱顶下沉监控量测4大管棚布置图止浆段长1米注浆段，长23米，管身梅花形钻眼，钻眼间距100cm。管棚钢管加工图型钢钢架支撑布置图间距0.5m每环47根超前管棚φ108L=24m（止浆墙未示）喷射混凝土模筑混凝土室作工尖锥端喷射混凝土型钢钢架钢管φ108mm，壁厚6mm,长24m洞口超前大管棚支护布置图具体施工方法如下：1）施工准备施工前，先进行测量放样，检查洞门边仰坡是否按照洞门及洞口开挖及支护方案施做到位，开挖中线、标高及里程是否满足套拱施工要求；施工机具（管棚钻机、高压风、水电及搭设施工平台用的脚手架、扣件等）是否到位并满足要求；配足足够的熟练操作工人、技术管理员等。2）施工套拱套拱施工步骤：测量放样→型刚刚架安装→定位、定向导管安装→安装内模→套拱钢筋绑扎→立外模及端头模→灌注混凝土→拆模养生。施工中应注意：导向管的位置、方向定位一定要准确无误，否则会导致大管棚偏离隧道掘进需加固范围或侵入隧道净空。导向钢管的安装原则为：保证管棚外插角度（1º~3º），同时考虑到隧道纵坡影响，适当进行调整。3）搭设作业平台、安装钻机作业平台采用普通钢管搭设，为利于施工，平台搭设纵向长度为54米，横向呈“品”字形。采用从拱顶分别向拱腰方向钻孔施工，安装钻机并调整好位置、角度，确保钻进轴线与导向管轴线一致。4）钻孔及清孔钻孔施工开孔时低速钻进，钻进20～100cm后转入正常钻速，钻孔时随着孔深的增长，对回转扭矩、冲击力及推力进行控制和协调，严格控制钻进推力。钻杆钻入岩层尾部剩余20～30cm时钻进停止，用管钳卡紧钻杆，钻机低速反转，脱开钻杆，人工装入下一根杆节，钻机低速送至前一根钻杆尾部，方向对准后联接成一体。钻孔完成后对孔内浮碴进行清除，用钻杆配合钻头来回扫孔，清除浮渣至孔底，防止堵孔。然后用高压风从孔底向孔口清理钻渣。完毕后对孔径、孔深、倾角、外插角进行检查，确保满足设计要求。5）管棚安装管棚钢管应在专用的管床上加工好丝扣(按每节3-6米加工)，当第一根钢管推进孔内，孔外剩余30～40cm时，开动钻机反转，使顶进联接套与钢管脱离，人工装上第二节钢管，再以冲击压力和推进压力低速顶进钢管，根据管棚设计长度，以同样施工方法顶进其他管节。为避免钢管接头在同一截面，第一根管及最后一根为调接管，中间管为标准节。成孔后及时顶管作业，防止塌孔影响顶管作业。钢管未到设计长度而无法顶进时，视顶进长度向上移位300mm另钻处理。相邻钢管的接头必须前后错开，同一横断面内的接头数不大于50%，相邻钢管接头至少错开1m（如因围岩情况需要进行连续管棚施工时，纵向两环管棚的搭接长大于3.0米）。6）注浆安装好管棚钢管并对管棚钢管孔口进行封闭处理，安装好止浆阀，立即对孔内注浆，注浆采用水泥单浆液，其参数为：水泥标号425，水灰比1∶1。采用液压注浆机将水泥浆注入管棚钢管内，施压0.5Mpa～1.0Mpa，2.0Mpa持压15min后停止注浆。注浆量一般为钻孔圆柱体的1.5倍，若注浆量超限，未达到压力6要求，应调整浆液浓度继续注浆，直至符合注浆质量标准，确保钻孔周围岩体与钢管周围孔隙均为浆液充填，方可终止注浆。施工中为避免长管棚钢管全部安装后注浆，导致先注浆孔的浆液流入相邻未注浆孔，引起堵塞钢管四周的小圆孔，造成注浆困难，采取安装一孔，立即注浆一孔的办法。3.3.2.双侧壁导坑法双侧壁导坑开挖示意图：双侧壁导坑开挖实例图ⅠⅡⅢⅣ隧道双侧壁导坑开挖示意图ⅣⅢⅡⅠ隧道双侧壁导坑开挖轴线图73.3.2.1双侧壁导坑法开挖及支护大管棚施工完成并验收合格后，进行隧道进洞施工。先后开挖隧道两侧导坑（需爆破时采用弱爆破），两侧侧壁导坑应错开一定距离开挖（一般应不小于15m），开挖时严格控制超欠挖。侧壁导坑每次开挖进尺约为0.75m，开挖后处理危石、欠挖和出渣，并将开挖面上的粉尘和松散物清理干净，立即初喷混凝土4~6cm，这样能保证开挖面的稳定，再按规定施作锚杆、安装格栅刚架及挂钢筋网，完成后复喷射混凝土至设计厚度，根据监控量测结果必要时施作仰拱和边墙衬砌。初期以及临时支护施工技术及方法（1）、锚杆施工A、中空注浆锚杆的施工中空注浆锚杆是一种将注浆、锚固合二为一的锚杆，能够保证在复杂地层、软岩、土层、断裂带等条件下的锚固效果，又有可靠、简便的特点。打眼：采用手持式凿岩机将安装好钻头的锚杆（钻眼比锚杆体直径稍大），钻至设计深度或比设计深度稍深一点(一般为±5cm),采用高压风吹入清孔，保证孔内无浮渣。安装：卸下钻机抽出锚杆，然后将中空锚杆利用人工打入眼孔并安装止浆塞，将其安装在锚孔内离孔口25cm处，同时在孔口将杆体固定。连接：通过连接套将注浆接头和锚杆尾端连接使其接触严密在注浆过程中不致漏浆。注浆：注浆前进行相关试验，根据相关参数进行注浆，注浆时，待注浆饱满且压力达到设计值时停止，注浆压力根据设计参数和注浆机性能确定。质量控制要点：人员配备熟练操作人员，保证钻眼及压浆质量要求；送风管路必须尽量顺直，保证空气压力；在使用中空锚杆前，检查锚杆中空度是否良好，避免阻管造成注浆失败；中空锚杆在打入时，8留10cm左右不打入，保证注浆塞的安装，同时预留装置检测锚杆；注浆强度未达到设计强度的70%时不得随意碰撞锚杆。B、砂浆锚杆施工钻孔及清孔：采用凿岩机将安装好钻头的锚杆，钻至设计深度或比设计深度稍深一点，采用高压风吹入清孔，保证孔内无浮碴。注浆：按设计配合比配置砂浆并注入孔中，确保孔内砂浆饱满密实，是否饱满可根据孔口是否有砂浆挤出来判断，若不饱满重新注入直至满足要求。插入杆体：安装前对锚杆进行矫直和清除污锈，并用水湿润，以保证和砂浆紧密结合，一般注完浆后查入锚杆。插入钢筋时，沿孔轴线缓慢推入，如遇插入阻力大，可用锤子轻轻打入，杆体插入孔内的长度不得短于设计长度的95%。杆体插入后，将锚杆垫板与孔口混凝土密贴安装，使用螺栓连接固定杆体。（2）、钢架、钢筋网施工首先测定出线路中线，并确定高程，然后再测定其横向位置；钢架设于曲线上时，安设方向为该点的法线方向；安设于直线上时,安设方向与线路中线垂直。每榀钢架的位置要定位准确，上下、左右偏差小于±5cm，倾斜度＜2°，同时为防止沉降侵界，钢架按设计抬高预留沉落量。钢架在钢筋加工场分节加工成型，在现场安装。加工做到尺寸准确，弧形圆顺；焊接成型时，沿钢架两侧对称进行，钢架中心与轴线重合，接头处相邻两节重合，连接孔位置准确。钢架分片之间采用钢板打眼，螺栓连接。与临时钢架相接的永久钢架接头加工时要同时考虑永久接头和临时接头，以便日后的安装和拆除。运至现场的单元钢架分单元堆码，安设前进行断面尺寸检查，并及时处理侵入净空部分，保证钢架正确安设。人工将钢架用螺栓连接，架立在指定位置。钢架和挂网在初喷混凝土4~6cm后及时进行，钢架之间按环向间距1.0m设置纵向连接筋焊接。钢架与钢筋网、锁脚锚杆（根据需要设于拱脚处）、和接触的锚杆头应焊接牢固。9钢筋网片根据开挖进尺在钢筋加工场按0.75m宽加工，长度可根据现场施工情况进行调整，采用φ6.5圆钢，间距200×200mm，在现场安装焊接。钢筋网片应与锚杆、钢架或其它固定装置连接牢固，在复喷射混凝土时不得晃动。（3）、喷射混凝土A、湿喷混凝土施工流程湿喷混凝土施工具有粉尘少、回弹少，水灰比可控，质量容易控制等优点，本工程选用湿喷混凝土施工。设备选用国产TK-500型湿喷机，混凝土搅拌运输车运输混凝土至工作面。湿喷混凝土工艺流程如下所示。湿喷砼工艺流程图B、湿喷混凝土施工方法及技术措施如下：①喷射机械安设调整好后，先注水、通风，清除管道内杂物，同时清扫受喷面，清除松散杂物和尘埃。喷射中发现松动石块或遮挡的物体时，应及时清除。②喷射混凝土料堆要储放于集料棚内，避免露天堆放淋雨及环境污染和倒运材料而引起的集料污染，导致堵管、强度降低等现象。受喷面砼拌合机喷头砼湿喷机机砼输送水泥输送速凝剂外加剂高压风碎石输送砂水10③喷射前，先开速凝剂阀门，后开风，再送料，以易粘结、回弹量小、表面湿润光泽为准。严格控制速凝剂掺量，确保混凝土的后期强度。回弹率应予控制，拱部不超过40%，边墙不超过30%，挂钢筋网限制可放宽5%。④喷射机的工作风压严格控制在0.1～0.15MPa范围内。严格控制好喷嘴与受喷面的距离和角度。喷射时,喷嘴与受喷面垂直，有钢筋时角度可适当放偏些，喷嘴与受喷面距离控制在0.6～1.2m范围内。喷射顺序自下而上、先墙后拱，料束呈螺旋轨迹运动，一圈压半圈，纵向按S形喷射。喷射应分段、分片进行，每段长度不宜超过6m。⑤喷射混凝土终凝2h后应由专人喷水养护，养护时间不少于7d,以减少由于水化热引起的开裂。若表面发现裂纹用红油漆作上标识，进行观察和监测，确认其是否继续发展并找出原因进行处理。对不再发展的裂纹，采取在其附近加设土钉或加喷一层混凝土的办法处理，以