环形分部留核心土开挖三车道隧道浅埋段软弱围岩施工工法 工法编号：RJGF(闽)-39-2010

1环形分部留核心土开挖三车道隧道浅埋段软弱围岩施工工法工法编号：RJGF（闽）-39-2010完成单位：福建路港（集团）有限公司主要完成人：林万福黎龙方正黄金星刘庆春1前言1.0.1随着我国汽车拥有量大幅增加，双向四车道隧道已无法满足汽车高速、合适、安全的服务需求，2001年我国动工建设双向六车道公路隧道，2006年我省泉三高速公路开始动工建设。1.0.2三车道隧道开挖断面积达110～170m2，是两车道隧道的1.6～2.0倍，属超大断面隧道。其结构矢跨比（扁平率）较两车道隧道降低6%～15%，围岩开挖后的应力重分布变差，底脚处应力集中过大，拱顶范围不稳定，会形成较大的松弛地压，施工难度较双车道隧道成倍增加；特浅埋、浅埋段Ⅴ级极软岩、较破碎软岩、松散土的开挖，设计一般推荐双侧壁导坑法掘进，工序繁杂、进度缓慢，严重困扰着施工单位工程质量、安全、进度的控制。1.0.3深圳盐排高速盐田隧道于2006年11月动工修建，出口端进洞口处于偏压、特浅埋的Ⅴ级围岩段，需防止隧道暗挖施工引起地层移动和地表下沉。公司选择环形分部留核心土法开挖的施工方案获得成功后，2007年7月在福建泉三高速公路龙首岭隧道、2010年3月在河北省承德市头道沟隧道应用成功，积累了丰富的经验，成功解决了特浅埋、浅埋段Ⅴ级软弱围岩开挖大跨度隧道的施工难题，目前施工工艺已成熟，并在应用过程中取得良好的经济效益和社会效益。2特点2.0.1能有效控制围岩变形和地表下沉。2.0.2以超前长大管棚、型钢拱架、注浆小导管、径向系统锚杆、挂网和喷射混凝土等联合支护手段，充分利用核心土的支撑作用，开挖对围岩扰动较小，施工安全度可靠。2.0.3通过监控量测等信息化管理方法指导施工，施工过程受控。2.0.4工序简单，对工人操作要求不高，不需特殊的施工机械设备，易推广使用。3适用范围2适用于无水或少量裂隙水的Ⅳ、Ⅴ级围岩浅埋段、特浅埋段的各类大跨度隧道地下工程开挖施工。4工艺原理本工法以新奥法的基本原理为依据，在开挖过程中尽量减少对围岩的扰动，以超前支护系统、锚喷网洞壁支护系统与基岩面联结；核心土开挖后，通过竖向支撑、临时仰拱使断面支护临时闭合；下部开挖后，及时封闭整个断面，控制围岩变形，并使之趋于稳定。同时，建立监控量测信息系统，对施工过程进行动管态理，合理安排、调整施工工艺和修改设计参数，确保施工安全。5施工工艺流程及操作要点5.1施工工艺流程施工工艺流程见图5-1。图5.1施工工艺流程图5.2操作要点5.2.1确定施工方案管棚超前支护拱部弧形导坑开挖拱部初期支护开挖核心土开挖下台阶边墙初期支护施工仰拱二次衬砌混凝土监控量测数据整理、信息反馈临时仰拱、竖向斜向支撑确定施工方案31施工工序见图5.2.1。2按照“管超前，严注浆，短进尺，强支护，勤量测，早封闭”的指导原则组织洞内施工。分部开挖断面必须合理。通过合理分块，增大机械开挖工程量，减少人工开挖的劳动强度，保持开挖轮廓线的圆滑平顺，减少围岩应力集中现象。3应做好工序的衔接和施工组织，在浅埋段应制定具可操作性的塌方、冒顶等紧急预案。偏压严重的洞口浅埋段，宜采用偏压土体卸载、地表注浆、地表浇筑混凝土盖板等有效措施进行预加固。图5.2.1三车道隧道Ⅴ级围岩施工工序立面示意图(单位：cm)①-拱部初期支护；②临时仰拱；③边墙初期支护；④仰拱；⑤二次衬砌砼A-拱部弧形导坑；B-核心土；C-下台阶5.2.2管棚超前支护先施作管棚套拱，机械钻孔，管棚钢管制作、顶进，注浆补强。5.2.3拱部弧形导坑开挖1人工使用风镐（软岩）、风锹（极软岩、土质）或采用挖掘机等工具按预定尺寸（一般开挖高度宜为2.5m，两侧开挖宽度≯2.0m）开挖上半部弧形导坑，以两榀拱架间距为宜（即每循环进尺可架设一榀钢拱架，一般进尺0.5～0.75m）2开挖循环进尺应遵循“宁超勿欠”的原则，周边轮廓线软岩欠挖不宜爆破，可用风镐整修。5.2.4拱部初期支护41施工顺序1）初期支护应紧随掌子面及时施作，以减少围岩暴露时间，控制围岩变形，防止围岩在短期内松弛或围岩应力集中而失稳。2）先喷射5cm厚混凝土，架立拱部型钢拱架，再于靠近掌子面的第一榀钢架处施设径向锚杆，挂钢筋网、复喷混凝土至设计厚度。钢拱架底部采用钢板联接件，并按45°方向施设锁脚锚杆。3）然后利用前一循环立好的钢架施工注浆小导管或超前锚杆，在大管棚、小管棚、超前锚杆的保护下，循环掘进。2超前注浆小导管1）钢管采用外径45～50mm的热轧无缝钢管，按设计尺寸沿对角线钻注浆孔，同时为便于小导管插入围岩，前端做成尖锥状，尾部焊上箍筋。2）采用钻孔打入法，钻孔直径比钢管直径大3～5㎜，然后将钢管穿过钢架，用钻机顶入，顶入长度不小于钢管长度的90%，并用高压风将钢管内砂石吹出。钢管尾端与钢架焊接在一起。3）小导管安装后，用塑胶泥封堵孔口及周围裂隙，必要时在小导管附近及工作面喷射砼，以防止工作面漏浆、坍塌；注浆材料按设计要求进行配制，注浆压力控制在0.5～1.0Mpa，注浆采用一次升压法施工，并保持到注浆结束。注浆过程中随时观察注浆压力及注浆泵排浆量的变化，分析注浆情况，防止堵管、跑浆、漏浆，并做好记录。3型钢拱架（U型钢、工字钢）1）钢拱架按设计图放大样，加工时预留焊接收缩余量及切割、刨边的加工余量。分段将工字型钢冷弯成型，要求尺寸准确，弧形圆顺。2）钢拱架应置于稳固的地基上，施工中在钢拱架基脚部位预留15～20cm原地基，架立钢拱架时挖槽就位，并在钢拱架基脚处设钢板或浇注砼基础以增加地基承载力。敷设拱脚锁脚锚杆，提高拱脚处围岩的承载力。3）钢拱架平面应垂直于隧道中线，倾斜度不大于2度。钢拱架的安装间距偏差不应大于5cm。在安设过程中当钢拱架和初喷层之间有较大间隙时应设垫块，钢拱架与围岩(或垫块）接触间距不应小于40mm。4锚杆1）按设计要求的纵向、环向间距定出眼位，用凿岩机钻眼，高压风清孔，钻孔应圆顺，方向与围岩面主要结构面垂直。52）调配水泥砂浆，用注浆泵注浆。注浆管应插至距孔底5～10cm处，随水泥砂浆的注入缓慢匀速拔出，随即将锚杆体插入锚杆孔，锚杆位置保持居中，杆体插入孔内的长度不得短于设计长度的95%，露出的长度不得大于10cm,若孔口无砂浆流出，应将杆体拔出，并重新注浆施工。5喷射砼1）开挖后立即对暴露围岩面喷射砼，以防围岩松弛。喷射砼前，应清除开挖面松动岩块、浮碴，用激光断面仪检查隧道开挖断面尺寸。2）喷射砼选用湿喷法施工，采用湿喷机喷射作业。喷射顺序：先填平凹处，先墙后拱，由下而上，喷层厚度大于10cm时，应分层、分段进行，首层厚度应为4～6cm，砼初凝后方可喷射下一层，喷层表面应平整光滑。5.2.5开挖核心土1各分部开挖的台阶长度按图5.2.5控制，核心土与下台阶的间距不宜超过10～15m，二衬与下台阶的距离不宜超过30～40m。图5.2.5分部纵向开挖平面示意图①-掌子面；②-核心土；③下台阶；④二次衬砌砼2挖掘机布设于前已形成的下台阶上，开挖核心土。核心土底部宜开挖成弧形，纵面坡度不宜超过1：4，以防止核心土坍塌，避免拱脚处围岩收敛加剧。5.2.6临时仰拱、纵横向支撑掌子面初喷4～5cm混凝土，于核心土底部开挖线设置临时仰拱（可采用型钢或预制钢筋砼仰拱），与拱部钢拱架联接成整体，形成临时闭合。特浅埋段，于底部增设竖向、斜向型钢支撑。5.2.7开挖下台阶拆除临时仰拱、临时支撑，挖掘机开挖下台阶至仰拱顶部。65.2.8边墙初期支护初喷5cm厚混凝土，安装边墙、仰拱底部的型钢拱架与拱部钢拱架环向联接，形成闭合环；钢拱架纵向间采用钢筋连接，整体受力；复喷混凝土至设计厚度。5.2.9施工仰拱仰拱应按半幅跳槽开挖，每次灌筑长度以4.5～6m为宜。5.2.10二衬混凝土经监控量测数据反馈分析，围岩变形基本稳定后（周边位移速率＜0.2㎜/d，拱顶下沉速率＜0.15㎜/d），可悬挂防水板、绑扎钢筋，全液压整体模板衬砌台车就位后，泵送拱部及边墙混凝土。5.2.11监控量测现场监控量测项目及频率见表5.2.11，监控量测贯穿于施工循环过程。洞口浅埋段应选择地表下沉、地质和支护状况观察、周边位移和拱顶下沉等三项为监控量测必测项目，通过对围岩和支护的变形、应力量测，为修改设计参数提供依据。表5.2.11浅埋段监控量测项目表项目名称方法及工具布置断面数布置位置量测间隔时间1-15天16天-1月1月-3月3月以后必测项目地质和支护状况观察岩性、结构面产状及支护裂缝观察或描述开挖后及初期支护后进行每次开挖或初期支护后周边位移拱顶下沉收敛计,精密水平仪及铟钢尺洞口段5～10m一个断面1-2次/天1次/天1次/周2次/月地表下沉精密水准仪及铟钢尺洞口段5～10m一个断面，测点间距2～5m隧道洞顶原地表开挖面距量测断面2B时，1-2次/天开挖面距量测断面5B时，1次/2天开挖面距量测断面5B时，1次/周选测项目围岩压力及两层支护间压力各种类型压力盒布设2～5个断面15个测点/断面1次/天1次/2天2次/周2次/月钢拱架支撑内力支柱压力计或其它测力计每10榀一组1次/天1次/2天2次/周2次/月锚杆抗拔力锚杆测力计及锚杆拉拔仪每10米一个断面，每个断面至少3根锚杆喷射砼应力及二衬(应力、裂缝)应变计，应力计及测缝计布2个断面10～15测点/断面1次/天1次/2天2次/周2次/月75.3劳动力组织隧道操作人员必须有岗位操作合格证，并且具有一定的隧道施工经验，施工前应进行详细的技术安全交底，明确岗位职责。隧道Ⅴ级围岩浅埋段开挖的单口每工作班的劳动力组织情况见表5.3。表5.3劳动力组织情况表（单口、每工作班）工序名称序号工种人数备注开挖出碴1挖掘机司机1管理人员、二次衬砌作业所需劳动力未计入本表。2装载机司机13自卸车司机44凿岩机手25风镐手46普通工8初期支护1电焊工22车工13钢筋制作工23型钢制作工44型钢安装工45挂网、装锚杆工46喷射技工27注浆技工28搅拌机司机19农用车司机110普通工36材料与设备6.1材料Ⅴ级围岩开挖所需的主要材料必须有出厂合格证，且均需经过抽样检验合格。1）型钢类：U25型钢或Ⅰ14、Ⅰ18b、Ⅰ22b工字钢；2）钢筋类：φ6.5、φ8圆钢，各种规格螺纹钢；3）钢管类；Φ45、Φ50、Φ108、Φ127无缝钢管；R25型中空注浆锚杆；4）砼类：C20、C25喷射砼，C15、C20砼；5）外加剂：减水剂、早强剂、速凝剂、锚固剂；6）钢板类：δ10、δ20钢板；7）其他：C30水泥浆，双液水泥浆等。6.2设备单口开挖所需用的机具设备见表6.2。8表6.2机具配备一览表序号机械名称型号、规格、功率单位数量用途1电动空压机20m3/min台1锚喷2风镐G10台4软岩开挖3装载机斗容3m3台1装碴4履带式挖掘机斗容1m3台1开挖5凿岩机7655型台2钻锚杆孔6自卸汽车辆3出碴7湿喷机5m3/h以上台2喷射砼8强制式搅拌机JS500台1喷射砼搅拌9农用车辆1喷射砼运输10台式钻床台1钢板钻孔11液压弯管机台1型钢加工12压浆泵台2锚杆注浆13数控式钢筋弯曲中心台1钢筋成套加工14数控弯箍机台1钢筋成套加工15电焊机台4洞内外焊接7质量要求7.0.1质量控制标准本工法在施工质量全过程控制中应执行交通部行业标准《公路隧道施工技术细则》(JTG/TF60-2009），锚喷支护应执行国家标准《锚杆喷射混凝土支护技术规范》(GB50086-2001)，质量验收应执行交通部行业标准《公路工程质量检验评定标准第一册-土建工程》(JTGF80/1-2004)。7.0.2质量保证措施1洞身开挖1）开挖轮廓要预留支撑沉落量及变形量，并利用量测反馈信息及时调整；2）线性超挖：拱部平均≯100㎜，最大≯150㎜；仰拱、隧底超挖平均≯100㎜。2初期支护1）喷射砼配合比必须满足规范和设计要求，喷层内不能有空洞、不许添加片石。喷射砼严禁挂模喷射，受喷面必须是原岩面。喷层厚度可采用凿孔法或雷达检测仪、激光断面仪，检查平均厚度≥设计厚度，60%检查点的厚度≥设计厚度，最小厚度≥0.5倍设计厚度，且≥50mm。2）锚杆应垂直于开挖轮廓线布设