在承壓水軟土地層條件下引水隧洞下穿鐵路施工技術(shù)研究報(bào)告

在承壓水軟土地層條件下引水隧洞下穿鐵路施工技術(shù)研究報(bào)告中鐵十六局集團(tuán)第四工程二〇一二年五月目錄0前言21概述21.1任務(wù)來源及依據(jù)21.2工程概況22研究目的、容及研究方法32.1研究目的32.2研究容32.3研究方法33施工技術(shù)及研究成果33.1總體施工方案33.2地表旋噴樁止水帷幕施工技術(shù)43.2.1施工環(huán)境43.2.2施工工藝53.2.3施工效果73.3定向超前長(zhǎng)大管棚施工技術(shù)73.3.1施工環(huán)境73.3.2施工工藝83.3.3施工效果113.4洞超前排水施工技術(shù)123.4.1施工環(huán)境123.4.2施工工藝123.4.3施工效果123.5軟土隧洞開挖支護(hù)施工技術(shù)123.5.1施工方案選定123.5.2施工工藝123.6淺埋暗挖隧洞穩(wěn)定性分析153.6.1監(jiān)控量測(cè)設(shè)計(jì)153.6.2隧洞穩(wěn)定性分析183.6.3動(dòng)態(tài)施工控制184施工效益194.1經(jīng)濟(jì)效益194.2社會(huì)效益195總結(jié)190前言隨著市經(jīng)濟(jì)特區(qū)的發(fā)展，城市對(duì)北溪引水左干渠的水質(zhì)和水量提出了更高要求。為了保證供水的水質(zhì)和水量能夠滿足市經(jīng)濟(jì)特區(qū)發(fā)展需求，針對(duì)北溪引水左干渠進(jìn)行工程改造，并被省列為重點(diǎn)工程。大人廟引水隧洞為雙洞下穿鐵路工程，單洞長(zhǎng)200m，由于其工期短，地質(zhì)條件差，下穿施工難度大，是整個(gè)改造項(xiàng)目的重點(diǎn)控制工程。大人廟引水隧洞先后下穿新建鷹廈右線、廈深線和既有鷹廈線三條鐵路，其中新建鷹廈右線、廈深線路基已成型，待新建鷹廈右線通車后，既有鷹廈下將拆除并在原位重建。由于引水隧洞下穿施工和鐵路施工同時(shí)進(jìn)行，如何保證隧洞施工和鐵路安全是工程當(dāng)中的重中之重。1概述1.1任務(wù)來源及依據(jù)"在承壓水軟土地層條件下引水隧洞下穿鐵路施工技術(shù)”研究是集團(tuán)公司2011年科技發(fā)展計(jì)劃項(xiàng)目，項(xiàng)目編號(hào)為K2011-22B，研究起止時(shí)間2011年10月至2012年5月。本科研課題依托中鐵十六局集團(tuán)第四工程承建的大人廟引水隧洞施工進(jìn)行。1.2工程概況大人廟引水隧洞地處龍海市角美鎮(zhèn)，為雙洞下穿鐵路工程，全長(zhǎng)2×200米，開挖斷面高5.70米、寬5.94米，呈城門型雙孔獨(dú)立結(jié)構(gòu)，先后穿越新建鷹廈右線、廈深線和既有鷹廈線三條鐵路，隧洞頂?shù)杰壍拙嚯x約為12m～17m。施工平面位置見圖1圖1大人廟隧洞下穿鐵路段平面示意圖大人廟下穿鐵路段地貌屬剝蝕臺(tái)地，地表植被發(fā)育，交通方便，構(gòu)造節(jié)理較發(fā)育。隧洞圍巖以殘積砂質(zhì)粘性土為主，局部含有孤石，設(shè)計(jì)等級(jí)為V級(jí)。殘積礫質(zhì)粘性土呈褐黃、灰白色，硬塑，含少量石英礫石，厚度10～20m，容許承載力σ0=200KPa，滲透系數(shù)4×10-4cm/s。隧洞位于地下水位以下，地下水類型以第四系土層中的孔隙水和基巖風(fēng)化裂隙水為主，富水性較弱，受大氣補(bǔ)給強(qiáng)。隧洞所處地層位于透水性地層中，殘積礫質(zhì)粘性土遇水易軟化，開挖后地層多為泥化呈流塑狀，掌子面無自穩(wěn)能力，極易發(fā)生溜坍、沉陷。2研究目的、容及研究方法2.1研究目的通過研究，采用從地表施作旋噴樁止水帷幕，定向長(zhǎng)大管棚超前支護(hù)，新型材料洞超前排水，臺(tái)階法暗挖施工以保證隧洞施工和鐵路安全，并驗(yàn)證支護(hù)體系、加固措施及開挖方法是否科學(xué)。2.2研究容（1）地表旋噴樁止水帷幕施工技術(shù)；（2）定向超前長(zhǎng)大管棚施工技術(shù)；（3）承壓水隧洞超前排水施工技術(shù)；（4）軟土隧洞開挖支護(hù)施工技術(shù)；（5）淺埋暗挖隧洞穩(wěn)定性進(jìn)行分析。2.3研究方法（1）工程類比調(diào)查國(guó)外類似工程施工經(jīng)驗(yàn)和研究成果，通過類比制定科學(xué)的施工方法。（2）動(dòng)態(tài)施工通過開挖時(shí)土體固結(jié)程度來檢查止、排水及注漿效果，改進(jìn)漿液類型及配比；通過監(jiān)控量測(cè)指導(dǎo)調(diào)整支護(hù)體系強(qiáng)度。3施工技術(shù)及研究成果3.1總體施工方案大人廟引水隧洞洞頂?shù)杰壍拙嚯x約為12m~17m，圍巖以殘積礫質(zhì)粘性土為主，局部含有孤石。隧洞位于地下水位以下，所處地層位于透水性地層中。殘積礫質(zhì)粘性土在超飽水條件下經(jīng)擾動(dòng)易軟化，開挖后地層多為泥化呈流塑狀，掌子面無自穩(wěn)能力，極易發(fā)生溜坍、沉陷，下穿施工保證隧洞施工及鐵路安全難度極大。針對(duì)以上工程特點(diǎn)，采用先改良、加固土體再開挖的總體方案。首先施作縱橫向高壓旋噴樁止水帷幕；再采用定向長(zhǎng)大管棚超前支護(hù)，一次性穿越三條鐵路；新型材料洞超前排水；臺(tái)階法暗挖，及時(shí)全環(huán)閉合支護(hù)；通過監(jiān)控量測(cè)數(shù)據(jù)分析，及時(shí)調(diào)整支護(hù)結(jié)構(gòu)，確保隧洞施工和鐵路安全。施工流程見圖2圖2施工流程圖3.2地表旋噴樁止水帷幕施工技術(shù)3.2.1施工環(huán)境大人廟引水隧洞位于地下水位以下，所處地層位于透水性地層中，地下水受大氣補(bǔ)給強(qiáng)。隧洞圍巖主要為殘積礫質(zhì)粘性土，其在超飽水條件下經(jīng)擾動(dòng)易軟化，為了保證隧洞施工及鐵路安全，必須采取一定的防排水措施。而新建鷹廈右線、廈深線鐵路路基已成型，若采用深井大面積降水勢(shì)必會(huì)造成路基沉降開裂。通過查詢以往類似工程施工資料，并進(jìn)行分析，大人廟引水隧洞確定從地表施作旋噴樁止水帷幕方案。3.2.2施工工藝采用二重管旋噴工藝，跳孔間隔法施工，在洞身兩側(cè)分別施作單排高壓旋噴樁，每間隔10m設(shè)置一道橫向旋噴樁，樁徑60cm，樁間距50cm，施作圍為洞底以下2m至洞頂以上10m（水位線以上），其中水位線以上部分空鉆。旋噴樁咬合形成閉合帷幕墻，將土體分隔成多個(gè)艙室，能夠有效阻止地下水串流，取得良好的止水防滲效果，并且有效的約束了土體變形，提高了土體穩(wěn)定性改良土體，提高土體穩(wěn)定性，為后續(xù)工序的展開，特別是永久襯砌提供了穩(wěn)定的空間和時(shí)間。旋噴樁止水帷幕布置見圖3圖3旋噴樁止水帷幕布置圖（1）施工機(jī)具施工機(jī)具主要有高壓泵、MJ-60型樁機(jī)、漿液攪拌器、旋噴管等。（2）注漿材料施工配合比、及其它施工參數(shù)旋噴樁使用的水泥采用新鮮無結(jié)塊P.O32.5級(jí)水泥，施工用水為生活飲用水（自來水），水灰比為1:1，漿液在旋噴1h以配制。根據(jù)試驗(yàn)樁設(shè)定參數(shù)：旋轉(zhuǎn)速度10r/min，提升速度10cm/min，壓力為30MP。（3）施工流程=1\*GB3①測(cè)量定位：用全站儀精確定位，樁位、標(biāo)高復(fù)核無誤后進(jìn)行施鉆。=2\*GB3②樁機(jī)就位：將鉆機(jī)安置在設(shè)計(jì)的孔位上，使鉆桿頭對(duì)準(zhǔn)孔位的中心。對(duì)鉆機(jī)進(jìn)行水平校正，使其鉆桿軸線對(duì)準(zhǔn)鉆孔中心位置，施工時(shí)旋噴管的傾斜度不得大于1.5%。=3\*GB3③鉆孔：用MJ-60型鉆機(jī)進(jìn)行鉆孔，將噴射注漿管插入到設(shè)計(jì)標(biāo)高位置。=4\*GB3④插管：將噴射注漿管插入到預(yù)定深度，在插管過程中，為防止泥沙堵塞噴嘴，邊射水邊進(jìn)行插管。=5\*GB3⑤漿液配制：在旋噴漿貫入注漿管的同時(shí)，在后臺(tái)嚴(yán)格按設(shè)計(jì)及試驗(yàn)配合比拌制漿液，待壓漿前將漿液倒入集料斗中。=6\*GB3⑥旋噴注漿：當(dāng)噴管插入預(yù)定深度后，自下而上進(jìn)行噴射作業(yè)，旋噴過程中嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)與試樁參數(shù)進(jìn)行施工，注漿管分段提升的搭接長(zhǎng)度不得小于10mm；對(duì)需要擴(kuò)大加固圍或提高強(qiáng)度的部分采取復(fù)噴的措施，施工樁頂標(biāo)高高于設(shè)計(jì)標(biāo)高0.3－0.5m。施工中值班技術(shù)人員必須跟班作業(yè)時(shí)刻檢查漿液初凝時(shí)間、注漿風(fēng)量、壓力、旋轉(zhuǎn)提升速度等參數(shù)是否符合設(shè)計(jì)要求，并且隨時(shí)做好記錄，繪制作業(yè)過程曲線。=7\*GB3⑦拔管沖洗：當(dāng)噴射升到設(shè)計(jì)標(biāo)高后，旋噴施工完畢，快速拔出注漿管，用清水將管路沖洗干凈，管機(jī)不得殘存水泥漿。=8\*GB3⑧樁機(jī)移位：旋噴樁機(jī)注漿管全部提出地面后，關(guān)閉電機(jī)，然后將樁機(jī)移至新的樁位。旋噴樁施工工藝流程見圖4圖4旋噴樁施工工藝流程圖由于本地段地層組成主要有殘積礫質(zhì)粘性土和全風(fēng)化輝石閃長(zhǎng)巖，針對(duì)地層的組成、密實(shí)度、地下水狀態(tài)，及時(shí)調(diào)整噴射施工工藝，以適應(yīng)地質(zhì)變化。旋噴樁止水帷幕樁長(zhǎng)約為23m，穿過殘積礫質(zhì)粘性土、全風(fēng)化輝石閃長(zhǎng)巖中，若只采用單一的固定不變旋噴參數(shù)，旋噴深層樁形成固結(jié)體時(shí)，勢(shì)必形成直徑不勻的上粗下細(xì)的固結(jié)體，嚴(yán)重影響其止水抗?jié)B或約束土體變形作用。經(jīng)過試樁，并結(jié)合地質(zhì)剖面圖、地下水資料，在不同深度、不同土層應(yīng)適當(dāng)調(diào)整旋噴參數(shù)，在不同的介質(zhì)環(huán)境中有效噴射長(zhǎng)度差別很大，重復(fù)噴射有增加固結(jié)體直徑的效果。3.2.3施工效果通過進(jìn)行開挖檢查，所施工的旋噴樁樁徑及垂直度達(dá)到設(shè)計(jì)要求，有效的阻止了地下水串流，取得了良好的止水防滲效果，同時(shí)約束了土體變形，隧洞收斂得到了有效控制，從而為后序工作的展開，特別是永久襯砌提供了充分的時(shí)間和空間。旋噴樁施工質(zhì)量照片見圖5。圖5旋噴樁施工質(zhì)量照片3.3定向超前長(zhǎng)大管棚施工技術(shù)3.3.1施工環(huán)境大人廟引水隧洞圍巖為殘積礫質(zhì)粘性土及全風(fēng)化輝石閃長(zhǎng)巖，局部含有孤石。為了保證隧洞施工及鐵路安全，采用定向超長(zhǎng)大管棚一次性穿過三條鐵路線，注漿加固方案。由于隧洞施工條件復(fù)雜，管棚施工存在以下特點(diǎn)：（1）隧洞開挖斷面為5.70m×5.94m，大型鉆機(jī)作業(yè)受限，需先擴(kuò)挖管棚工作室，提供必要的操作空間。（2）管棚施工中要穿過旋噴樁和孤石等不均勻地質(zhì)條件，因此，管棚施工機(jī)械特備牙輪鉆頭，以滿足特殊鉆機(jī)要求。（3）管棚一次性施作長(zhǎng)度為70m，仰角不大于0.5°，要求機(jī)械設(shè)備具有跟管施工及導(dǎo)向的能力。3.3.2施工工藝采用有線導(dǎo)向跟管施工技術(shù)，一次性施作超長(zhǎng)大管棚70m，下穿三條鐵路，并注漿加固，以增加支護(hù)剛度，保證隧洞施工及鐵路安全。（1）超前管棚主要技術(shù)參數(shù)管棚長(zhǎng)度：一次性施作長(zhǎng)度為70m管棚材料：φ108（壁厚6mm）熱軋無縫鋼管；鋼管長(zhǎng)度：鋼管長(zhǎng)度為6～12m；管棚連接：鋼管采用絲扣連接；管棚間距：管棚鋼管環(huán)向中心距為300mm縱向間距：150mm（管外徑至開挖面距離）；管棚數(shù)量：?jiǎn)味匆画h(huán)25根；管棚仰角：≦0.5°；注漿壓力：1.0～2.0MPa。（2）主要施工設(shè)備=1\*GB3①HTG-100型水平定向鉆機(jī)1臺(tái)。全液壓驅(qū)動(dòng)，功率：55KW；頂進(jìn)/回拖力：150KN；扭矩：6000NM。=2\*GB3②SE－1型水平導(dǎo)向系統(tǒng)2套。包括探頭和監(jiān)視器，導(dǎo)線連接。可測(cè)鉆頭傾角及鉆頭斜面的面向角。=3\*GB3③泥漿系統(tǒng)。包括BW－250型泥漿泵1臺(tái)，泥漿攪拌器1臺(tái)，2KW污水泵2臺(tái)。=4\*GB3④H－3移動(dòng)式鉆機(jī)工作臺(tái)架1套。（3）施工流程=1\*GB3①擴(kuò)挖工作室，施作導(dǎo)向墻由于隧洞開挖斷面小，施工機(jī)具較大，不能滿足跟管作業(yè)要求，需開挖9m管棚工作室，并在隧洞拱部施作導(dǎo)向墻。工作室比原設(shè)計(jì)開挖斷面擴(kuò)挖80cm，擴(kuò)挖前需采用超前小導(dǎo)管注漿加固，保證施工安全。臨時(shí)開挖面采用噴錨防護(hù)，掛設(shè)φ8鋼筋網(wǎng)，網(wǎng)格間距20cm×20cm；φ42小導(dǎo)管注漿加固，每根長(zhǎng)4.5m，間距1m，梅花型布置。導(dǎo)向墻澆筑時(shí)，在管棚位置預(yù)留φ125孔口管，管位采用全站儀和精密水準(zhǔn)儀精確測(cè)設(shè)其三維坐標(biāo)定位，以保證管棚鉆孔精度。管棚工作室及導(dǎo)向墻布置見圖6。圖6管棚工作室及導(dǎo)向墻布置圖=2\*GB3②鉆機(jī)就位鉆機(jī)對(duì)位正確與否是管棚鉆孔的首要保證，由于H-3型鉆機(jī)工作臺(tái)架可以自由移動(dòng)，調(diào)整孔位就十分方便了，當(dāng)鉆機(jī)對(duì)正孔位后，為保證鉆機(jī)對(duì)位精確可用精密水準(zhǔn)儀和全站儀配合驗(yàn)證。開鉆前，對(duì)鉆機(jī)的位置、鉆桿、滑架傾角及方位都要認(rèn)真核對(duì)。=3\*GB3③鉆孔施工采用水平有線導(dǎo)向跟管鉆進(jìn)的方法，鋼管安裝和鉆機(jī)進(jìn)尺是同一過程。鉆頭采用與鉆管等徑的楔型鉆頭，楔板回轉(zhuǎn)半徑略大于鉆管半徑，鉆頭前端有Φ8－10mm的水眼，當(dāng)鉆頭正?；剞D(zhuǎn)鉆進(jìn)時(shí)鉆管沿直線前進(jìn)。當(dāng)鉆頭由于某種原因偏離預(yù)定軌跡偏向某一方向時(shí)，把鉆頭楔面調(diào)至已經(jīng)偏斜的方向，鉆機(jī)停止回轉(zhuǎn)加力頂進(jìn)，鉆頭由于斜面的作用就會(huì)向相反的方向偏斜，以此調(diào)整鉆進(jìn)的方向。面向角的朝向和鉆頭的偏斜方位都是由裝在鉆頭后部的導(dǎo)向探頭監(jiān)測(cè)的，通過穿過鉆管的導(dǎo)線連接到位于鉆機(jī)操作臺(tái)的顯示屏，機(jī)手可以方便的調(diào)整鉆進(jìn)方向。這樣終孔偏差可以控制在5‰以。鉆頭示意圖見圖7。圖7超長(zhǎng)管棚鉆頭示意圖如圖所示：鉆頭裝有特制的傳感器，傳感器直接由15V直流供電。顯示屏顯示鉆頭的傾角(水平角度)、面向角(導(dǎo)向板的方向：導(dǎo)向板朝上即為12點(diǎn)，如同鐘面)。打設(shè)角度如果偏下，可以把鉆頭調(diào)到12點(diǎn)，即導(dǎo)向板朝上，直接頂進(jìn)，此時(shí)由于導(dǎo)向板底板斜面面積大，受到一個(gè)向上的力，鉆頭軌跡就會(huì)朝上運(yùn)動(dòng)。同理在6點(diǎn)糾偏可以使鉆頭軌跡朝下，9點(diǎn)、3點(diǎn)分別是為左、右糾偏方向。如果角度合適，鉆機(jī)會(huì)勻速旋轉(zhuǎn)鉆進(jìn)，此時(shí)鉆桿軌跡一般是平直的。所以導(dǎo)向鉆頭是上下糾偏的關(guān)鍵。至于左右偏差根據(jù)傳感器尾端的發(fā)光裝置來定，通過儀器測(cè)量參數(shù)來糾偏。根據(jù)所鉆地層情況選擇鉆進(jìn)工藝參數(shù)，給進(jìn)壓力根據(jù)所鉆地層軟硬程度而定，不宜過大或過小，過大的給進(jìn)壓力會(huì)造成孔斜；過小的給進(jìn)壓力易產(chǎn)生重復(fù)破碎影響鉆進(jìn)速度及鉆頭壽命。鉆進(jìn)壓力控制在10～40kN，遇到大的孤石時(shí)鉆進(jìn)應(yīng)平穩(wěn)但速度減緩，此時(shí)可將給進(jìn)壓力適當(dāng)調(diào)高到30～40kN，如遇到破碎地層，鉆桿跳動(dòng)劇烈，宜將給進(jìn)壓力降低至10～20kN，轉(zhuǎn)速為90r/min。循環(huán)泵流量要控制適當(dāng)，過大容易引發(fā)塌孔，過小則對(duì)排渣及鉆頭冷卻都不利，實(shí)際鉆進(jìn)中調(diào)整在20～50L/min，保持中低壓力，勻速中速鉆進(jìn)。=4\*GB3④管棚安裝管棚采用φ108×6mm熱軋無縫鋼管，長(zhǎng)度6～12m，其中雙號(hào)孔采用鋼管，單號(hào)孔采用鋼花管，壁設(shè)φ10～16注漿孔，注漿孔環(huán)向間距15mm，縱向間距15cm，尾部預(yù)留不小于150cm的不鉆孔止?jié){段。每段鋼管采用絲扣套接，連接長(zhǎng)度30cm每根管棚安裝前必須進(jìn)行質(zhì)量檢查，管材不得有彎曲，絲扣四周壁厚均勻，絲扣完整合格。鋼管的鐵屑、臟物及銹皮必須清理干凈，安裝時(shí)鋼管抬放動(dòng)作不應(yīng)過于劇烈，避免損失管扣。管棚鋼管注漿孔布置形式見圖8。圖8超前大管棚注漿孔布置圖=5\*GB3⑤封孔鋼管推入到設(shè)計(jì)深度后按要求將多余部分用氣割切除，即可封口。采用強(qiáng)度為C15的水泥砂漿封堵鋼管與鉆孔間隙，用6mm厚鋼板將鋼管端頭焊接封死，同時(shí)在鋼板中間焊φ25mm注漿鋼管(長(zhǎng)300mm)。=6\*GB3⑥注漿注漿采用1：1水泥漿液，先注單號(hào)孔（鋼花管），待單號(hào)孔注漿完成后再鉆雙號(hào)孔并安設(shè)鋼管，以檢查鋼花管的注漿質(zhì)量。注漿的順序原則上由底向高依次進(jìn)行，先低壓、大流量注入，注漿過程壓力逐漸升高，注漿流量逐漸減少，注漿壓力一般為1.0～2.0MPa。以單孔設(shè)計(jì)注漿量和注漿壓力作為注漿結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)，其中應(yīng)以單孔注漿量控制為主，注漿壓力控制為輔。注漿時(shí)要注意對(duì)地表以及四周進(jìn)行觀察，如壓力一直不上升，應(yīng)采取間隙注漿方法，以控制注漿圍。注漿時(shí)，應(yīng)對(duì)注漿管進(jìn)行編號(hào)，每個(gè)注漿孔的注漿量、注漿時(shí)間、注漿壓力作出記錄，以保證注漿質(zhì)量。3.3.3施工效果通過對(duì)施工完成的管棚進(jìn)行開挖檢查，所施工的50根長(zhǎng)管棚的豎向下垂量最大為0.3%，水平位移量最大控制在0.15%以，較好地滿足了大管棚施工的精度要求，保證了隧洞施工和鐵路安全。大人廟引水隧洞大管棚設(shè)計(jì)與施工均取得良好的效果，受到左干渠改造建設(shè)指揮部和監(jiān)理單位的一致好評(píng)。超前長(zhǎng)管棚施工質(zhì)量見圖9。圖9超前長(zhǎng)大管棚施工質(zhì)量照片3.4洞超前排水施工技術(shù)3.4.1施工環(huán)境大人廟引水隧洞位于地下水位以下，所處地層位于透水性地層中，殘積礫質(zhì)粘性土在超飽水條件下經(jīng)擾動(dòng)易軟化，失自穩(wěn)能力。采用超前排水措施使土體相對(duì)干燥，為開挖支護(hù)提供一定的穩(wěn)定時(shí)間，保證隧洞施工和鐵路安全。3.4.2施工工藝由于粘性土中水土結(jié)合，如何將水土有效分離才是關(guān)鍵。采用進(jìn)口新型材料毛細(xì)透排水帶，利用產(chǎn)品本身所具有的"毛細(xì)力”作用，主動(dòng)將土中過飽和水倒吸進(jìn)入排水帶毛細(xì)孔槽，"毛細(xì)力”及"虹吸力”在毛細(xì)管孔產(chǎn)生負(fù)壓，促使排水帶主動(dòng)吸水排水，自動(dòng)水土分離。（1）超前造孔采用空氣潛孔錘在掌子面造孔，孔徑100mm，孔深4.5m，根據(jù)圍巖含水量確定孔數(shù)；（2）安裝毛細(xì)透在打有滲水孔的PVC管塞入毛細(xì)透排水帶，插入長(zhǎng)子面土體，利用"毛細(xì)力”作用，將土體過飽和水吸出；（3）集水井將水流匯入集水井，集中抽排。3.4.3施工效果毛細(xì)透排水措施簡(jiǎn)單易操作，此次排水試驗(yàn)的成功，為隧洞開挖支護(hù)提供了一定的穩(wěn)定時(shí)間，保證了隧洞施工和鐵路安全。3.5軟土隧洞開挖支護(hù)施工技術(shù)3.5.1施工方案選定結(jié)下穿施工風(fēng)險(xiǎn)大、隧洞地質(zhì)條件差、結(jié)構(gòu)淺埋、隧洞斷面小等工程特點(diǎn)，經(jīng)方案比較和安全性論證，要求施工中采用短臺(tái)階法暗挖，全環(huán)鋼拱架閉合支護(hù)，遵循短進(jìn)尺、緊封閉、快成環(huán)的原則。施工過隧洞水平凈空收斂、拱頂下沉和地表下沉量測(cè)數(shù)據(jù)處理分析，采取各種有效措施調(diào)整支護(hù)參數(shù)，確保隧洞施工和鐵路安全。3.5.2施工工藝采用短臺(tái)階法暗挖，預(yù)留核心土體，上臺(tái)階環(huán)形導(dǎo)坑人工開挖，核心土及下臺(tái)階采用挖掘機(jī)開挖，臺(tái)階長(zhǎng)度4～6m。上臺(tái)階開挖進(jìn)尺控制在1榀鋼架距離，即0．6m3.5.2.1支護(hù)結(jié)構(gòu)參數(shù)（1）超前支護(hù)φ108定向長(zhǎng)大管棚超前注漿加固，25根，70m/根；拱部φ42超前小導(dǎo)管，每環(huán)25根，每根3.5m（局部補(bǔ)強(qiáng)）；（2）初期支護(hù)全環(huán)I20a工字鋼架，間距0.6m；φ8鋼筋網(wǎng)，20×20cm；噴C25鋼纖維混凝土27cm；φ42系統(tǒng)錨管注漿加固，長(zhǎng)3.5m，間距（3）臨時(shí)支護(hù)I18工字鋼臨時(shí)仰拱，縱向間距0.6m；玻璃纖維錨桿（掌子面局部超前加固）；開挖面噴C20混凝土4cm（4）加強(qiáng)措施φ42鋼管樁注漿固結(jié)仰拱，以提高基底承載力，避免隧洞整體或不均勻沉降。（5）襯砌結(jié)構(gòu)二次襯砌C35P8鋼筋混凝土，底板70cm，邊墻及拱部60cm。支護(hù)結(jié)構(gòu)見圖10。圖10支護(hù)結(jié)構(gòu)圖3.5.2.2施工工序短臺(tái)階法施工工序見圖11。圖11開挖工序縱斷面圖（1）利用上一循環(huán)架立的鋼架與超前支護(hù)開挖上臺(tái)階，并噴射混凝土封閉掌子面；初噴4cm噴射混凝土、安設(shè)鋼筋網(wǎng)、架立上邊墻鋼架、拱部鋼架和臨時(shí)仰拱鋼架，并設(shè)鎖腳錨桿；鉆設(shè)徑向小導(dǎo)管，與鋼拱架焊接鎖牢，并注水泥漿，后復(fù)噴混凝土至設(shè)計(jì)厚度。（2）開挖下臺(tái)階側(cè)壁并噴射混凝土封閉掌子面；初噴4cm噴射混凝土、安設(shè)鋼筋網(wǎng)、接長(zhǎng)邊墻鋼架，并設(shè)鎖腳錨桿；鉆設(shè)徑向小導(dǎo)管，與鋼拱架焊接鎖牢，并注水泥漿，后復(fù)噴混凝土至設(shè)計(jì)厚度。（3）開挖底部仰拱并噴射混凝土封閉掌子面；初噴4cm噴射混凝土，安設(shè)仰拱鋼架全環(huán)閉合，邊墻鋼架腳底墊I25槽鋼；梅花型布設(shè)鋼管樁并注水泥漿，并預(yù)留管頭，復(fù)噴至設(shè)計(jì)厚度。（4）澆筑底板及邊墻二襯混凝土。（5）澆筑拱部二襯混凝土。3.5.2.3短臺(tái)階法開挖工藝要求（1）施工時(shí)應(yīng)要嚴(yán)格堅(jiān)持"弱開挖、短進(jìn)尺、強(qiáng)支護(hù)、早封閉、勤量測(cè)”的施工原則，避免對(duì)圍巖產(chǎn)生較大的擾動(dòng)，及時(shí)支護(hù)和量測(cè)。（2）隧洞采用人工開挖為主，挖掘機(jī)配合，農(nóng)用車出碴，隧洞嚴(yán)禁違規(guī)作業(yè)，確保施工安全。（3）上下臺(tái)階開挖長(zhǎng)度L一般宜在4～6m，先行導(dǎo)坑需設(shè)置臨時(shí)仰拱及時(shí)閉合成環(huán)。鋼架封閉成環(huán)段大于5m，立即組織襯砌混凝土的澆筑，（4）工序變化處隧洞周邊鋼架基腳應(yīng)設(shè)φ42鎖腳錨管，及時(shí)施作鋼架間的縱向連接筋并連接牢固。為防止鋼架拱腳下沉，可采取在拱腳增設(shè)槽鋼、鋼管樁注漿加固仰拱等措施，保證鋼架穩(wěn)定。（5）由于初期支護(hù)、二次襯砌分塊施作，應(yīng)嚴(yán)格控制各部鋼架加工質(zhì)量，采用螺栓連接牢固，確保整環(huán)受力均勻。襯砌預(yù)留鋼筋接頭錯(cuò)開35d（主筋直徑）長(zhǎng)度，并采用單面焊縫幫條焊，避免"同一截面”問題。（6）襯砌施工縫處設(shè)止水條，伸縮縫處設(shè)止水銅片，防止?jié)B漏水。3.6淺埋暗挖隧洞穩(wěn)定性分析大人廟引水隧洞埋深淺、地質(zhì)條件極差，下穿鐵路施工安全風(fēng)險(xiǎn)大。在地表旋噴止水帷幕后，施做定向超前大管棚，采用短臺(tái)階法暗挖施工，施工方案及工藝是否得當(dāng)直接關(guān)系隧洞穩(wěn)定性狀態(tài)，進(jìn)而影響到鐵路安全。施工過監(jiān)控量測(cè)數(shù)據(jù)處理，分析隧洞穩(wěn)定性和鐵路狀況，必要時(shí)調(diào)整施工方案和支護(hù)結(jié)構(gòu)，確保鐵路行車安全。3.6.1監(jiān)控量測(cè)設(shè)計(jì)3.6.1.1監(jiān)控量測(cè)的目的通過監(jiān)控量測(cè)了解隧洞各施工階段地層與支護(hù)結(jié)構(gòu)的動(dòng)態(tài)變化，把握施工過程中地層和支護(hù)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性狀態(tài)；用現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)的結(jié)果彌補(bǔ)理論分析過程中存在的不足，并以監(jiān)測(cè)結(jié)果反饋設(shè)計(jì)、指導(dǎo)施工；通過監(jiān)控量測(cè)了解該工程條件下所表現(xiàn)、反映出來的一些地下工程規(guī)律和特點(diǎn)，為今后類似工程提供借鑒、依據(jù)指導(dǎo)作用。3.6.1.2監(jiān)控量測(cè)項(xiàng)目的選擇確定根據(jù)大人廟引水隧洞埋深淺、地質(zhì)條件差、下穿鐵路等工程特點(diǎn)，確定的監(jiān)測(cè)項(xiàng)目有：地質(zhì)及支護(hù)狀態(tài)觀察、地表沉降監(jiān)測(cè)、鐵路路基下沉、隧洞拱頂下沉監(jiān)測(cè)、凈空水平收斂變形監(jiān)測(cè)、二次襯砌沉降。詳見表1。表1監(jiān)測(cè)項(xiàng)目一覽表項(xiàng)目名稱方法及工具布置量測(cè)頻率1地質(zhì)和初期支護(hù)狀況觀察巖性、結(jié)構(gòu)面產(chǎn)狀及支護(hù)裂隙觀察和描述，地質(zhì)羅盤等開挖后及初期支護(hù)后進(jìn)行每天開挖后進(jìn)行2水平收斂收斂計(jì)每2m一個(gè)斷面，每斷面2對(duì)測(cè)點(diǎn)4次/天3拱頂下沉水準(zhǔn)測(cè)量的方法，水準(zhǔn)儀、鋼卷尺等每2m一個(gè)斷面，每斷面1個(gè)測(cè)點(diǎn)4次/天4二次襯砌沉降水準(zhǔn)測(cè)量的方法，水準(zhǔn)儀、鋼卷尺等在二次襯砌上每5m一個(gè)斷面2次/天5地表沉降水準(zhǔn)測(cè)量的方法，水準(zhǔn)儀、鋼卷尺等每5m一個(gè)斷面同上6鐵路路基沉降水準(zhǔn)測(cè)量的方法，水準(zhǔn)儀、鋼卷尺等在鐵路線兩側(cè)路肩布置一個(gè)斷面（延伸至隧洞影響圍外30m）同上地表沉降、拱頂下沉、水平收斂布置在同一斷面，以使監(jiān)測(cè)結(jié)果相互對(duì)照，相互印證。鐵路路基下沉觀測(cè)斷面應(yīng)延伸至隧洞影響圍外30m，每10m設(shè)置一個(gè)觀測(cè)點(diǎn)作為路基沉降觀測(cè)的參照點(diǎn)。測(cè)點(diǎn)布置見圖12、13。圖12地表沉降觀測(cè)點(diǎn)布置示意圖開挖工序縱斷面圖圖13臺(tái)階法開挖洞拱頂下沉及周邊收斂測(cè)點(diǎn)布置示意圖3.6.1.3監(jiān)控量測(cè)基準(zhǔn)值為了正確利用監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)及時(shí)調(diào)整施工方案，確保隧洞施工及鐵路的安全，需對(duì)各項(xiàng)目制定監(jiān)控量測(cè)的管理基準(zhǔn)值，基準(zhǔn)值參考《鐵路隧道施工規(guī)》、《地下鐵道工程施工及驗(yàn)收規(guī)》等制定，具體值可參照表2。表2施工監(jiān)控量測(cè)基準(zhǔn)值量測(cè)項(xiàng)目地表下沉鐵路路基沉降二次襯砌沉降拱頂下沉凈空收斂基準(zhǔn)值30mm20mm10mm60mm1.00%預(yù)警值20mm10mm5mm30mm0.5%凈空收斂基準(zhǔn)值是指允許相對(duì)位移值，即實(shí)測(cè)位移值與兩測(cè)點(diǎn)間距離之比。3.6.1.4管理等級(jí)根據(jù)實(shí)測(cè)位移值Uo與最大容許位移值Un的比值劃分管理等級(jí)實(shí)施相應(yīng)對(duì)策。本暗挖隧洞按三級(jí)管理考慮對(duì)策。見表3。表3變形管理等級(jí)表管理等級(jí)地表沉降施工狀態(tài)=3\*ROMANIIIUo﹤Un/3可正常施工=2\*ROMANIIUn/3﹤Uo﹤2Un/3應(yīng)加強(qiáng)支護(hù)=1\*ROMANI2Un/3﹤Uo應(yīng)采取特殊措施注：Uo-實(shí)測(cè)位移值Un-最大允許位移根據(jù)位移速率管理=1\*GB3①當(dāng)日位移速率大于5mm/d時(shí)，表明圍巖處于急劇變形階段，應(yīng)密切關(guān)注圍巖動(dòng)態(tài)；=2\*GB3②當(dāng)日位移速率在1~5mm/d之間時(shí)，表明圍巖處于急劇變形階段；=3\*GB3③當(dāng)日位移速率在1~0.2mm/d之間時(shí)，表明圍巖處于緩慢變形階段；=4\*GB3④當(dāng)日位移速率小于0.2mm/d時(shí)，表明圍巖已達(dá)到基本穩(wěn)定。根據(jù)位移時(shí)態(tài)管理=1\*GB3①每次量測(cè)后應(yīng)及時(shí)整理數(shù)據(jù)，繪制時(shí)態(tài)曲線；=2\*GB3②當(dāng)時(shí)態(tài)曲線位移速率逐漸變小，即d2u/dt2﹤0時(shí)態(tài)曲線趨于平緩，表示圍巖變形趨于穩(wěn)定，可正常施工；=3\*GB3③當(dāng)時(shí)態(tài)曲線位移速率不變，即d2u/dt2=0時(shí)態(tài)曲線趨于上升，表示圍巖變形急劇增長(zhǎng)，無穩(wěn)定趨勢(shì)，應(yīng)及時(shí)加強(qiáng)支護(hù)，必要時(shí)暫停掘進(jìn)；=4\*GB3④當(dāng)時(shí)態(tài)曲線出現(xiàn)反彎點(diǎn)，即d2u/dt2﹥0表明位移速度逐步增大，表明圍巖已處于不穩(wěn)定狀態(tài)，應(yīng)停止掘進(jìn)，及時(shí)采取相關(guān)措施、啟動(dòng)應(yīng)急預(yù)案。3.6.2隧洞穩(wěn)定性分析大人廟引水隧洞采用短臺(tái)階法開挖時(shí)，通過量測(cè)數(shù)據(jù)處理、分析，地層及支護(hù)結(jié)構(gòu)主要經(jīng)歷了3個(gè)主要變形階段，如圖14。圖14s-t曲線圖3.6.2.1上導(dǎo)坑開挖引起的變形超前管棚注漿加固后，地層參數(shù)得到提高，減小了開挖過程中的地層損失，且采用人工開挖，對(duì)上覆土體的擾動(dòng)也較小，故上導(dǎo)坑開挖引起的拱頂及地表沉量也較小，此階段變形量占總變形量的25%。3.6.2.2下導(dǎo)坑開挖引起的變形由于上導(dǎo)坑及邊墻施工時(shí)的擾動(dòng)，下導(dǎo)坑地勢(shì)低洼匯水，圍巖自穩(wěn)能力差，易溜方滑塌，施工過程中上部拱架有整體下沉現(xiàn)象，此階段為施工中的主要下沉階段，此階段變形量占總變形量的55%左右。當(dāng)采用徑向小導(dǎo)管、鋼管樁注漿固結(jié)后，隧洞變形得到了有效控制，變形速率明顯減緩。3.6.2.3初期支護(hù)成環(huán)后的緩慢變形初期支護(hù)封閉成環(huán)后，結(jié)構(gòu)受力條件得到改善，變形速率減緩，二次襯砌底板澆筑后，支護(hù)結(jié)構(gòu)進(jìn)一步增強(qiáng)，變形量基本消除，此階段變形量占總變形量的20%。3.6.3動(dòng)態(tài)施工控制隧洞開挖時(shí)，拱頂下沉最大值為89mm，后通過增加超前小導(dǎo)管、徑向小導(dǎo)管等措施調(diào)整支護(hù)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度；通過地表旋噴、超前管棚注漿