蘇家川隧道過溝明洞扣拱段施工(修)

1、.蘇家川隧道過溝明洞扣拱段施工(中水四局 朱廣瓊、王福鼎)1工程概況1.1設計及地質情況寶蘭客運專線10標段二工區(qū)通渭至榆中蘇家川隧道位于定西市安定區(qū)，隧道全長759m，為雙線隧道。隧道洞身均位于直線上，洞身縱坡為3的單面上坡，洞身均為黃土、圍巖為級。隧址區(qū)地貌形態(tài)屬黃土高原溝壑、梁峁區(qū)，地面相對高差約60m，區(qū)內黃土梁峁起伏，溝壑縱橫，自然坡度約為2060之間，隧道頂谷深切多呈“V”字型，山坡上多為風積黃土包裹，梁頂植被包裹較差。隧道進口、出口均為東河的支溝，平時干涸無水，僅在暴雨季節(jié)有暫時性水流，水量一般不大。隧道區(qū)內地下水主要為第四系松散層孔隙水。松散層孔隙裂隙水賦存于第四系上更新統(tǒng)砂質

2、黃土中，無統(tǒng)一潛水面，受大氣補給，水量小，季節(jié)性變化大，水位埋藏變化大。地下水對混凝土存在氯鹽、硫酸鹽侵蝕性，侵蝕性等級為L2、H2。1.2隧道主要技術標準蘇家川隧道為單洞雙線隧道，設計時速250Km/h，隧道襯砌后斷面最大凈寬12.81m，凈高8.68m，采用Ve襯砌斷面類型。1.3施工地形復核及補探情況蘇家川隧道淺埋明洞段位于山間谷地，洞身上橫跨寬度3m的鄉(xiāng)村道路；勘探時試驗結果顯示該段黃土具有濕陷性，基地承載力較小，需采用水泥土擠密樁進行地基加固。設計施工采用明挖法。通過現(xiàn)場實測，實際地形與設計地形略有差異，其中DK929+530+549隧道頂部最小埋深為-1m，出現(xiàn)露頂；洞頂有既有鄉(xiāng)村

3、道路通過且山間降水經(jīng)過洞頂溝底匯集自流而下，施工地質條件較差，極易坍塌、下陷，成拱能力差。2013年11月12日21日，我工區(qū)聯(lián)系監(jiān)理單位、設計單位在蘇家川明挖段現(xiàn)場確定2個探孔位置（DK929+551、DK929+536），安排專人開挖取土送至甘肅環(huán)通工程試驗檢測有限公司，委托其對隧道探孔土樣的常規(guī)和濕陷性進行檢測，監(jiān)理工程師全程鑒證；檢測成果顯示隧底以下圍巖取芯無濕陷性， 另根據(jù)靜力觸探試驗結果，明挖段地基承載力為158kpa，符合設計要求，該段基底采用三七灰土置換施工。2施工方案選擇在淺埋隧道施工中，明挖法與暗挖法各有各的優(yōu)勢，通過現(xiàn)場實際施工環(huán)境、施工技術、施工效益、施工安全等方面的對

4、比，選擇較為優(yōu)越的施工方法。1 明挖法不利因素由于隧道穿過山谷之間的凹地，洞頂又有既有鄉(xiāng)村道路，明挖施工時必須進行道路臨時改移，保證當?shù)鼐用裢ㄐ?；該處施工設計圖紙未明確排水問題，施工時段必須考慮錯開雨季；明挖施工時需大中型機械設備進入，而該處右側緊鄰鄉(xiāng)村3m水泥道路，大型機械無法進入；為防止重型機械壓壞路面，當?shù)鼐用駠澜ㄐ?，開挖不具備條件。明挖施工對山體擾動較大，若處理不當極易引起邊仰坡及山體失穩(wěn)，發(fā)生山體滑坡、坍塌；明挖土方量大；明挖棄土需再次征收土地，對當?shù)丨h(huán)境影響較大,且二次征地困難。明挖施工隧底作業(yè)面狹小，左、右側需進行順坡。由于蘇家川隧道整條隧道長度較短（隧道全長759m），采取單

5、向掘進，若施工明洞段，或者在暗洞開挖至明洞段時施工，或者增加人員設備在暗洞段未到達前獨自施工明洞段。2 套拱明洞暗挖的優(yōu)點根據(jù)對甘肅定西市近幾年氣候變化及降水情況的調查，合理安排明洞暗挖施作時段，確保施作時段錯過雨季。 隧道正洞（暗洞）開挖至距離明洞一定長度后，停止掌子面開挖及時施作套拱，完成后正洞正常掘進。此法易于施作，并有利于隧道施工安全。 明洞暗挖對山體及周圍環(huán)境影響小，對山體擾動小，減少征地，免去施工道路的修建及改移費用。 明洞暗挖方便洞頂渡槽施工，減少洞頂填土。通過明挖與明洞暗挖兩種施工方案的比較，施工套拱明洞暗挖比明挖法更具有優(yōu)勢，不僅減小對山體的擾動及對環(huán)境的破壞，還充分利用了現(xiàn)

6、有資源，加快施工進度，所以采取變更手續(xù)對明洞段采用套拱明挖暗做。3施工方案3.1洞口防護排水暗洞距離明洞段分界里程約40m時，測量人員對明洞段進行放樣，采用白灰撒正洞開挖輪廓；結合現(xiàn)場實際情況，安排人工開挖臨時排水溝，對可能發(fā)生的降水進行妥善引排，防止其進入正洞浸泡基地。施工要求安排干旱季節(jié)。3.2套拱暗挖施工技術方案正洞（暗洞）開挖至距離明洞段分界里程28m時（或明洞暗挖開挖至明洞分界里程），停止掌子面開挖施工，對掌子面進行素噴4cm混凝土封閉，架設正洞上導I25a鋼拱架。鋼拱架間距0.6m，鋼拱架與已噴護鋼架采用22連接筋連接成為整體，連接筋環(huán)向間距1m。為保證拱腳基礎牢固，防止拱頂下沉量

7、過大，對拱腳位置采用槽鋼或木板支墊。將原設計套拱位置DK929+561、DK929+511分別調整至DK929+555、DK929+533。套拱采用兩榀I20a型鋼鋼架，縱向間距50cm，鋼架間采用22鋼筋連接成為整體，套拱拱身現(xiàn)澆C25混凝土厚1m、寬1m；套拱兩端施作寬度1.5m、厚度40cm擴大腳。套拱與圍巖連接采用108mm管棚并注漿。DK929+555管棚單根長度為30m、DK929+533管棚單根長度為45m，環(huán)向間距40cm,外插角110（不包含線路縱坡）采用108無縫鋼管,壁厚6mm。套拱結構示意圖 （單位：cm）導向鋼管示意圖3-1套拱施作方案示意圖-明洞暗挖向正洞施工3-2

8、套拱施作方案示意圖-正洞向明挖段暗挖施工3-4 DK929+555長管棚正面布置示意圖兩導向墻之間22m（DK929+534DK929+555段）埋深較淺，采取上臺階明挖扣拱，中、下臺階暗做施工方法，DK929+511DK929+533、DK929+555DK929+561段明洞暗做。暗洞初期支護按三臺階臨時橫撐法施作，設置22、L=3.5m系統(tǒng)錨桿，間距(環(huán)向*縱向)1.2m*1.0m；8鋼筋網(wǎng)片，網(wǎng)格間距20*20cm；噴射35cm厚C25混凝土覆蓋I25鋼拱架。復合式襯砌結構采用e，二襯C45鋼筋混凝土厚80cm。施工工藝 測量放樣精確測量，放樣出線路中心線，相關高程等數(shù)據(jù)；提前計算正洞

9、向明挖段暗挖長管棚設置里程，準確控制套拱鋼架基礎高程。 架立鋼架鋼架按要求彎制，現(xiàn)場按1:1大樣進行試拼裝，合格后方可進行洞內安裝。鋼架安裝時，測量對鋼架豎直度進行控制，使鋼架前后左右偏差在設計要求及規(guī)范要求之內。鋼架底腳必須落在牢固的基礎上，底腳虛渣必須人工清理干凈，為減小鋼架拱頂沉降，鋼架底腳增設縱向I25a型鋼托梁或鋪設縱向厚木板。 管棚施工管棚鋼管在加工廠集中加工，管棚鋼管采用1086mm熱軋無縫鋼管制作，每節(jié)鋼管長度為46m，每節(jié)鋼管采用內外絲扣連接，鋼管四周按設計間距150mm鉆10mm注漿孔、梅花形布置，尾部留150cm不鉆孔的止?jié){段，管頭焊成圓錐形，便于入孔。下管以人工推拉頂進

10、為主，必要時輔以挖機推頂。頂進過程中鋼管按分節(jié)連續(xù)接長，管棚節(jié)間用1146mm連接鋼管絲扣連接，為使鋼管接頭錯開，第一節(jié)管采用4m和6m交替布置，編號為奇數(shù)的第一節(jié)管采用4m長鋼管，編號為偶數(shù)的第一節(jié)采用6m長鋼管，以后每節(jié)均采用6m長鋼管。鋼管用鉆機頂進，單號孔頂進有孔花鋼管，雙號孔頂進無孔鋼管。為了提高管棚的抗彎能力，在管棚注漿前管內增設4根18mm鋼筋制成的鋼筋籠，管口上安裝三通接頭。管棚采用砂漿泵灌注M20水泥砂漿，使鋼管內填充緊密，增強管棚剛度和強度。3.3冒頂段明挖扣拱施工DK929+533DK929+555段由于埋深較淺，該段施工按照三臺階臨時仰拱法施工，上臺階開挖高度4m，采取

11、明挖施工，線路兩側按照1:1放坡，邊坡采取錨噴臨時支護，支護參數(shù)如下：25錨桿，L=3.0m1.5*1.5m梅花形布置，掛網(wǎng)825*25cm，噴C25混凝土10cm,對邊坡進行錨噴防護后進行上臺階扣拱施工，拱內設I25a工字鋼，間距0.6m，扣拱混凝土采用單層1425*25cm結構鋼筋，采用C25模筑混凝土填充，厚度50cm。模筑混凝土強度達到70%后于扣拱混凝土表面鋪設一層防水卷材（即土工布+防水板），將扣拱整體遮蓋，防止地表水下滲?？酃皟蓚染鶆驅ΨQ回填，每層回填厚度控制在30cm以內，采用蛙式打夯機打夯，拱頂回填厚度控制在90cm。拱頂回填土完成后，按照三臺階臨時仰拱法施工工藝進行中、下臺

12、階施工。圖3-3蘇家川隧道DK929+533DK929+555明挖扣拱施工斷面圖3.4管棚段三臺階臨時仰拱法施工套拱管棚施工部位為圍巖薄弱段，采用三臺階臨時橫撐法施作，開挖前對圍巖采用超前小導管注漿進行預支護。3.4.1超前支護超前小導管采用42mm壁厚3.5mm熱軋無縫鋼管加工制作，單根長3.5m,前端加工成錐形并封焊密實，管身設若干注漿孔，孔徑10mm，孔間距15cm，按梅花型布置；尾部設長度不小于100cm，作為不鉆孔的止?jié){段。小導管布置于拱部開挖輪廓線144范圍內，環(huán)向間距40cm，插入角度為1015，縱向間距為2.4m。安設采用鉆孔打入法，鉆孔孔徑比鋼管直徑大35mm。超前小導管構造

13、示意圖小導管注漿采用定量注漿，即每根錨管內注入300L漿液后即結束注漿；注漿材料為1：1（重量比）水泥漿液，注漿壓力一般為0.51.5Mpa。3.4.2三臺階臨時仰拱法施工（設I18型鋼臨時橫撐）（一）施工工法該淺埋段黃土隧道采用三臺階臨時仰拱法（設I18臨時橫撐）施工，人工配合挖機開挖，開挖輪廓線內預留1015cm人工修邊土，防止超挖；臺階開挖長度在35m，高度控制在3.54.0m，挖機開挖后直接裝車，運輸至指定棄渣場。開挖時，上導每循環(huán)進尺0.6m，中、下導每循環(huán)進尺1.2m且左右交錯進行施工，錯開間距控制在23m。黃土隧道三臺階臨時橫撐法施工，施工工藝流程見下圖。三臺階臨時橫撐法工序縱斷

14、面示意圖（二）施工步驟挖1部臺階。開挖隧道上臺階土體時，預留核心土確保開挖安全和初期支護順利進行。上部環(huán)形導坑開挖進尺控制在0.6m，開挖后及時進行初噴砼封閉開挖掌子面，施作洞身結構的初期支護及臨時橫撐，即先初噴厚4cm的混凝土，再鋪設鋼筋網(wǎng)片，然后人工配合機械架立型鋼鋼架。鋼架設鎖腳錨管，鎖腳錨管設置于臺階鋼架拱（墻）腳以上30cm高度處，緊貼鋼架兩側邊沿按下傾角3045打入，并與鋼架采用“U”型鋼筋牢固焊接。拱腳支墊木板或槽鋼，減小拱頂下量。由于部分段拱頂露天，噴射混凝土前于外側鋪設竹夾板或其它遮擋物，保證初支混凝土完全包裹鋼架、噴射密實。打設徑向錨桿后復噴混凝土到設計厚度。底部架立臨時橫

15、撐（I18鋼架），噴射混凝土封閉。上臺階施工至適當距離后，先拆除1部23榀I18臨時鋼架，再人工配合機械開挖2部臺階，導坑周邊部分初噴厚4cm混凝土，鋪設鋼筋網(wǎng)片、架立接長鋼架鋼架，打設鎖腳錨管及徑向錨桿后復噴混凝土至設計厚度。架立臨時橫撐（I18鋼架），噴射C25混凝土臨時封閉仰拱。開挖3部臺階，3部臺階分兩次開挖完成即仰拱面以上和隧底兩部分。根據(jù)監(jiān)控量測結果分析，待初期支護收斂后，拆除部臨時仰拱，開挖仰拱填充面以上，開挖完成后邊壁初噴厚4cm混凝土，鋪設鋼筋網(wǎng)片、架立接長鋼架鋼架，打設鎖腳錨管、復噴混凝土至設計厚度；隧底開挖掌子面距離上臺階開挖掌子面控制在2025m,每次開挖進尺不得大于2

16、榀鋼架，開挖完成后及時接長鋼架、噴射混凝土封閉初期支護并封閉成環(huán)。灌注該段的部仰拱及部仰拱填充（仰拱與仰拱填充分開施作）。利用襯砌模板臺車一次性灌注部二次襯砌（拱墻襯砌一次施作）。開挖過程中，根據(jù)施工時圍巖的地質情況及監(jiān)控量測資料調整支護結構形式，必要時加設中間豎撐（采用圓木），加強支護圍巖，保證施工安全。同時加強各工序間的步距，使仰拱距離掌子面步距控制在10m、各臺階盡量控制在3m以內；二襯緊跟仰拱施工，距離掌子面步距控制在25m。3.5地基處理該段暗洞基底采用三七灰土置換施工。基底整體下挖1m后，采用蛙式打夯機分層夯填，每層虛鋪厚度不大于30cm，壓實系數(shù)不得小于0.92。3.5監(jiān)控測量觀

17、測斷面布置隧道暗洞在此開挖前，對“V”山谷兩側進行局部山坡并與山體邊坡設置地表沉降觀測點排距5m，每排設置點數(shù)不得少于5個。地表沉降觀測點分別設置于DK929+490、DK929+511、DK929+568、DK929+580里程。測點埋設時，首先埋設線路中心點，然后橫向每間隔25m埋設觀測點，觀測點埋設范圍為邊坡開口線距離隧道拱頂開挖輪廓線的間距H與隧道開挖最大凈空面尺寸B的和（埋設過程中要求埋設點位處于同一斷面里程）。測點埋入地表以下50cm,采用混凝土灌注。地表沉降橫向測點布置示意圖明洞暗挖段洞內及扣拱土方回填后地表每間隔5m為一個斷面采取加密布點監(jiān)控，其中扣拱段地表沉降觀測點布設位于開

18、挖洞軸線以外8m處，洞內監(jiān)控點布置見暗洞圍巖監(jiān)控量測測點布置示意圖。對監(jiān)控量測結果繪制成圖譜，進行數(shù)據(jù)分析，及時掌握圍巖變化情況，用于指導施工。暗洞圍巖監(jiān)控量測測點布置示意圖扣拱回填段地表監(jiān)控量測測點布置示意圖觀測頻次由于DK929+480DK929+580屬于淺埋段，為保證施工安全、準確掌握隧道沉降變形情況，該段二襯施作未完成前沉降變形監(jiān)控測頻次不小于2次/d，當沉降速率偏大（5mm/d）時，應相應加大觀測頻次。二襯施作完成后隧道底部沉降觀測的頻次不低于下表的規(guī)定，沉降穩(wěn)定后可不再進行觀測。隧道基礎沉降觀測頻次觀測階段觀測頻次觀測期限觀測周期隧底工程完成后3個月2次/d根據(jù)明洞暗挖施工段監(jiān)控

19、量測顯示，該部位沉降變形值累計最大值為74mm，日沉降速率最大為13.9mm/d，具體數(shù)值見下表。監(jiān)控量測斷面沉降最大速率(mm/d)累計沉降值（mm）備注DK929+5555.640.6DK929+5506.844.6DK929+545759.7DK929+54013.974DK929+53511.466.6地表沉降觀測點位于大里程即出洞口處，受山體圍巖應力釋放，該側山坡沿開挖輪廓線外側45m處范圍有一條裂縫隨正洞施工向掘進方向延伸，山體地表沉降速率最大為15.4mm/d,累計沉降值最大為160.8mm。該部位沉降預警出現(xiàn)后，項目部及工區(qū)領導、工程部、安質部均及時到現(xiàn)場查看，針對出現(xiàn)的問題及時