淺述隧道洞身V級加強黃土圍巖開挖和支護

淺述隧道洞身V級加強黃土圍巖開挖和支護一、工程概況張?zhí)畦F路一標段板山隧道位于河北省張家口市宣化區(qū)姚家墳與趙川段，起止里程為DK31+702，終止里程DK36+613，全長4911米，為雙線隧道。圍巖類型有Ⅲ級、Ⅳ級、Ⅴ級，其中Ⅲ級40%，Ⅳ級32%，Ⅴ級28%。隧道最小埋深10m，最大埋深為145m。隧道出口工作面部分圍巖為Ⅴ級加強黃土圍巖。二、隧道洞身V級加強黃土圍巖開挖支護主要步驟簡介（一）開挖支護方式及主要步驟洞身V級加強黃土圍巖采用預留核心土三臺階七步法開挖方法，分上、中、下三個臺階七個開挖面，各部位的開挖與支護沿隧道縱向錯開，平行推進的隧道施工方法，其主要步驟為：1、拱部小導管超前支護；2、上部弧形導坑環(huán)向開挖，施作拱部初期支護和臨時橫撐；3、中、下臺階左右錯開開挖，施作墻部初期支護；4、中心預留核心土開挖，隧底開挖，施作隧底初期支護。（二）開挖支護示意圖每部開挖后均應(yīng)及時支護，隧底初期支護后應(yīng)及時施作仰拱，盡早封閉成環(huán)。三、隧道洞身V級加強黃土圍巖開挖及支護（一）拱部超前小導管預支護1、超前小導管設(shè)計參數(shù)超前導管規(guī)格：符合設(shè)計要求；小導管環(huán)向間距40cm；傾角：外插角1°～3°，可根據(jù)實際情況調(diào)整；設(shè)置范圍：拱部135°范圍；長度3.5m。2、小導管加工小導管采用Φ42×3.5mm無縫鋼管，L=3.5m，前端呈尖錐狀（20cm長），尾部焊Φ12鋼筋加勁箍，小導管在現(xiàn)場加工成型。3、小導管安裝（1）測量放樣，在設(shè)計孔位上做好標記，用風動鑿巖機鉆孔，孔徑較設(shè)計導管管徑大20mm以上。（2）成孔后，將小導管按設(shè)計要求插入孔中，或用鑿巖機直接將小導管從型鋼鋼架上部、中部打入，外露20cm支撐于開挖面后方的鋼架上，與鋼架共同組成預支護體系。4、允許偏差方向角：2°；孔口距：±50mm；孔深：+50mm。（二）開挖及臨時橫撐開挖要以襯砌輪廓線為基準，考慮預留變形量，測量貫通誤差及施工誤差適當加大，由于V級加強黃土圍巖質(zhì)地較柔軟且破碎，所以開挖多采用機械輔助人工開挖，掘進進尺上臺階每循環(huán)開挖長度為1榀（0.6m）鋼架間距，邊墻每循環(huán)開挖長度為2榀（1.2m）鋼架間距。上臺階拱架架設(shè)完成，及時施做鎖腳和臨時橫撐。臨時橫撐每2榀設(shè)置一道。允許超挖值：拱部：平均線性100mm，最大150mm；邊墻：平均100mm；隧底：最大平均超挖100mm；不允許欠挖。（三）初期支護初期支護采用型鋼鋼架并掛網(wǎng)噴護。施工順序為初噴→系統(tǒng)錨桿→掛網(wǎng)→組拼架立鋼架→復噴C25混凝土至設(shè)計厚度。拱部、中、下臺階鋼架連接采用鋼板和螺栓連接，拱腳設(shè)置鎖腳錨管。1、噴射混凝土（1）施工準備水泥：采用硅酸鹽水泥或普通硅酸鹽水泥，標號為42.5級，必要時采用特種水泥。骨料選擇：砂采用堅硬耐久的中砂或粗砂，細度模數(shù)大于2.5。碎石選用碎石場中過篩的堅硬耐久碎石，粒徑5～10mm，連續(xù)級配。速凝劑：濕噴采用的是液態(tài)速凝劑，選用初凝時間不大于5min，終凝時間不大于10min，經(jīng)國家技術(shù)部門批準生產(chǎn)的合格速凝劑。（2）混凝土噴射前的檢查檢查隧道斷面尺寸，清除雜物，沖洗受噴面，全面檢查調(diào)試噴射作業(yè)系統(tǒng)。（3）噴射作業(yè)分段、分片、分層，由下而上噴射作業(yè)，每段長度不超過6m。一次噴射厚度據(jù)設(shè)計厚度和噴射部位確定，初噴厚度4cm。初噴砼著重填平補齊，將小的凹坑噴圓順。一次噴射砼厚度拱部不超過8cm，邊墻不得超過10cm。后一層噴射在前一層混凝土終凝后進行。若終凝后間隔1h以上且初噴表面已蒙上粉塵時，受噴面應(yīng)用高壓風水清洗干凈。噴射時，噴頭距巖面距離以1.5m～2.0m為宜，與受噴面基本垂直，環(huán)形旋轉(zhuǎn)水平移動并一圈壓半圈，環(huán)形旋轉(zhuǎn)直徑0.3m。噴射行間搭接2～3cm；噴砼厚度用標志鋼筋外露長度控制；表面平整度目測平順為宜。鋼架噴射砼先噴鋼架與壁面之間的混凝土，后噴鋼架之間的混凝土，由兩側(cè)拱腳向上對稱噴射，將鋼架覆蓋。2、系統(tǒng)錨桿施工本隧道系統(tǒng)錨桿有拱部Φ25中空錨桿和邊墻Φ22砂漿錨桿兩種類型。拱墻分界以拱部120°劃分。Ⅴ級圍巖系統(tǒng)錨桿長度3.5m。中空錨桿：V級加強黃土圍巖按設(shè)計不必設(shè)置中空錨桿，但為掛網(wǎng)錨噴，可根據(jù)施工需要設(shè)置少量錨桿。砂漿錨桿：采用20MnSiφ22mm螺紋鋼筋。3、鋼筋網(wǎng)鋼筋網(wǎng)縱向采用Φ6、環(huán)向采用Φ8光圓鋼筋加工而成，網(wǎng)眼尺寸為20×20（cm），采用在鋼筋加工場加工成型，按網(wǎng)格間距制成1.5m左右大小的網(wǎng)片，縱橫鋼筋相交處可點焊成型，也可用鐵絲綁扎成一體。運到現(xiàn)場后，點焊固定在錨桿頭或鋼架上，網(wǎng)片間搭接長度不小于1～2個網(wǎng)格。4、鋼拱架施工（1）鋼拱架加工：鋼拱架采用I20a工字鋼在鋼筋加工場加工成型，運到現(xiàn)場進行拼裝。允許誤差為：沿隧道周邊輪廓偏差為±3cm，平面（翹曲）偏差±2cm，不合格不用。（2）鎖腳錨桿：鎖腳錨管采用外徑42mm，厚5mm的熱軋無縫鋼管，鋼管長度4.0m；鎖腳錨管的設(shè)置高度在型鋼鋼架的鋼墊板上方40cm，傾斜45°巖面打入，鎖腳錨管與鋼架的焊接采用Φ22的螺紋鋼筋，彎制成U型彎鉤，長邊長度為15cm，短邊長度為12cm，長邊與鎖腳錨管焊接，短邊與鋼架焊接，焊縫長度不小于8cm。（3）安裝要求：鋼架間距為0.6m，先將鋼架節(jié)段預組裝成安裝段，擰緊連接螺栓。鋼架立起后，據(jù)中線、水平將其校正到正確位置，然后用定位筋固定，并用縱向連接筋將其和相鄰鋼架連接牢靠，連接筋間距為1.0m，內(nèi)外交錯布置。鋼架與壁面間用鋼楔或混凝土墊塊楔緊，確保巖面與拱架密貼。5、初期支護主要質(zhì)量標準（1）噴射混凝土：噴射砼的早期（1d）強度必須符合設(shè)計要求。一般10min左右終凝，2h后具有強度，噴射砼平均厚度大于設(shè)計厚度，檢查點數(shù)最少60%大于設(shè)計厚度且最小不小于設(shè)計的1/2；表面平整度的允許偏差為邊墻35mm，拱部50mm。表面平順、無裂紋和掉渣，外露的鋼筋頭和錨桿頭要割掉。（2）錨桿：錨桿安裝數(shù)量必須符合設(shè)計要求；錨桿孔內(nèi)灌注砂漿飽滿密實。錨桿安裝允許偏差：錨桿孔的孔徑符合設(shè)計要求；錨桿孔深允許偏差為±50mm；錨桿孔距允許偏差為±150mm；錨桿插入長度不得小于設(shè)計長度的95%，且位于孔的中心。（3）鋼筋網(wǎng)：鋼筋網(wǎng)的安裝位置符合設(shè)計要求，并與錨桿或其他固定裝置聯(lián)結(jié)牢固。鋼筋網(wǎng)的砼保護層厚度不得小于3cm。網(wǎng)格尺寸允許偏差為±10mm。網(wǎng)格搭接長度為1～2個網(wǎng)孔。（4）鋼架：制作鋼架的鋼材品種和規(guī)格必須符合設(shè)計要求。鋼架安裝不得侵入二次襯砌斷面，底部不得有虛碴，鋼架砼保護層厚度不得小于4cm。沿鋼架外緣每隔2m應(yīng)用鋼楔或砼預制塊與初噴層頂緊，鋼架與初噴層間的間隙應(yīng)采用噴射砼填密實。鋼架安裝允許偏差：鋼架間距±100mm；鋼架橫向±50mm；鋼架高程±50mm，垂直度±2°，保護層厚度-5mm。四、仰拱及填充施工（一）開挖及基底清理緊隨初期支護盡早修筑仰拱，以利于初期支護結(jié)構(gòu)的整體受力。為了仰拱施工、掘進平行作業(yè)，采用自制的仰拱作業(yè)棧橋，仰拱開挖前必須完成鋼架鎖腳錨桿，每循環(huán)開挖進尺不得大于3m，開挖時設(shè)置專門人員對圍巖進行不間斷的監(jiān)控量測，預防坍塌。仰拱開挖后及時施做初期支護并封閉成環(huán)，封閉位置距掌子面距離不得大于35m。（二）仰拱施工1、仰拱鋼筋：采用鋼管做托架，架起洞身主筋，并固定鋼筋位置，下部與仰拱鋼筋搭接焊，然后從下至上對稱綁扎鋼筋。按設(shè)計，仰拱二襯與拱墻二襯鋼筋連接，連接方式為接駁器，在施工中要注意拱墻豎直主筋的預留長度，相鄰主筋預留鋼筋不要放在同一水平面上。2、模板：仰拱及填充模板采用鋼模板，鋼模板分上、下兩部分，上下兩部分中間設(shè)置止水帶。3、混凝土施工：采用全幅整體澆筑至拱墻腳基座標高。施工縫和變形縫處做好防水處理?；炷磷灾虚g向兩側(cè)對稱澆筑，插入式振搗器進行振搗密實。仰拱混凝土終凝后才可進行填充混凝土的施工。4、混凝土養(yǎng)護混凝土澆筑完畢后，進行自然養(yǎng)護或灑水養(yǎng)護，達到可以通行運輸車輛的強度，然后拖移棧橋進入下一個仰拱施工。仰拱高程允許偏差±15mm；表面平整度為20mm。（三）仰拱填充在施作前清除仰拱面的碎碴、粉塵，并沖洗干凈，不得有積水。仰拱混凝土達到設(shè)計強度70%后，才能施作仰拱回填混凝土。仰拱填充混凝土施工方法與仰拱混凝土施工方法相同，仰拱填充表面高程和坡度符合設(shè)計要求，確保水流暢通。五、防水、排水施工（一）防水層鋪設(shè)1、在鋪設(shè)防水層前對初支混凝土基面進行如下處理：平整基面，使噴射混凝土表面無明顯的凸凹及起伏，噴混凝土基面有鋼筋、錨桿等突出物時，予以切除、再用手持砂輪機磨平。對隧道凈空進行量測檢查，對欠挖地段、凸凹不平等處基面進行處理，確保表面平順，跨深比h/b≤1/6，以滿足凈空及基面要求。有局部滲水處，進行處理。2、土工布鋪設(shè)：首先在噴射混凝土的隧道頂部正確標出隧道縱向中線，再使裁剪好的土工布襯墊中心與噴射混凝土上的中線標志重合，用專用錨釘將無紡布固定在噴射混凝土表面上，從拱頂開始起向下對稱鋪設(shè)。3、防水板鋪設(shè)：先在隧道拱頂部的無紡布上正確標出隧道縱向中線，再使防水板的橫向中線與這一標志重合，與土工布襯墊一樣從拱頂開始向下兩側(cè)對稱鋪設(shè)，邊鋪邊與墊片熱溶焊接，中間留檢查孔。鋪設(shè)時，防水板與噴射混凝土密貼，并留出搭接余量。整個隧道的防水板為一整體，防水板拼接采用自行式爬焊機焊接，雙道焊縫，焊縫寬度不小于2cm，不得有漏焊點，破損處補焊。要求搭接寬度不小于10cm，控制好熱合機的溫度和速度，避免漏焊或過焊，保證焊縫質(zhì)量。相鄰兩幅防水板的接縫錯開，錯開距離不小于1m。粘接結(jié)合部位采用真空加壓檢測，焊縫強度一般不低于材料強度的80%。（二）止水帶、止水條施工洞身環(huán)向施工縫設(shè)中埋式止水帶防水措施，變形縫設(shè)中埋式止水帶及遇水膨脹止水條材料復合防水措施。隧道輔助洞室與正洞交接處設(shè)置一道中埋式止水帶，輔助洞室拱墻背后設(shè)置防水板及Φ50mm縱向盲溝。1、中埋式止水帶：縱向止水帶施工采用鋼筋卡定位，環(huán)向止水帶施工采用特制模板定位，確保止水帶埋入二襯及邊墻的位置準確。2、止水條施工：止水條施工前，在二襯端頭預留安裝止水條的小槽，然后用鉚釘或粘膠將止水條安裝在小槽內(nèi)。（三）隧道排水盲溝的施工：環(huán)向盲溝φ50mm透水管，縱向盲溝φ80mm透水管?？v向排水管全隧道埋設(shè)，設(shè)在墻腳，并用土工布半卷縱向排水管?？v環(huán)向盲溝用三通連接，使環(huán)向盲溝內(nèi)水匯集于縱向盲溝，縱向盲溝在拱腳部位直接拉入中心水溝內(nèi)。六、二次襯砌施工（一）鋼筋綁扎用門式鋼管架做綁扎工作平臺，架起洞身主筋，并固定鋼筋位置，下部與澆筑仰拱時預留的鋼筋采用駁接，然后從下至上對稱綁扎鋼筋。（二）襯砌臺車混凝土二次襯砌施工采用全斷面用全液壓襯砌臺車，鋼模臺車，滿足剛度和強度要求。斷面尺寸準確無誤。臺車就位時，先調(diào)頂模中心標高，然后調(diào)整臺車中線符合要求。最后調(diào)節(jié)邊模張開度，調(diào)整到位后放下翻轉(zhuǎn)模和底腳斜撐絲杠加固。兩側(cè)電纜溝蓋板以下直墻部分，人工立模先行澆筑。臺車控制標準：嚴格控制軌道中心距，允許誤差±1cm；軌面標高比隧道路面中心高15cm，允許誤差±1cm；（三）混凝土混凝土在自動計量拌和站拌和，攪拌運輸車運輸，泵送混凝土，送泵接封頂器封頂技術(shù)?；炷劣上轮辽戏謱?、左右交替、對稱灌注。兩側(cè)混凝土灌注面高差宜控制在50cm以內(nèi)，同時合理控制混凝土澆注速度?；炷敛坏弥睕_防水板板面流至澆筑位置，垂距控制在1.5m以內(nèi)，以防混凝土離析。隧道襯砌起拱線以下的反弧部位是混凝土澆注作業(yè)的難點部位，對混凝土性能、坍落度及搗固方法進行有效控制，以減少減小反弧段氣泡。當不承受外荷載時，混凝土強度達到8MPa或在拆模時棱角不被損壞并能承受自重時拆模；當襯砌施作時間提前，承受有圍巖壓力時，按規(guī)范要求進行。二次襯砌在圍巖和初期支護變形基本穩(wěn)定后施作，一般為水平收斂（7天平均值）小于0.2mm/天、拱頂下沉小于0.15mm/天；當圍巖變形量較大，流變特性明顯時，二次襯砌及早施作，以保安全。二次襯砌要滿足安全步距要求，距掌子面距離不得大于70m。（四）二次襯砌主要質(zhì)量標準1、襯砌臺車：設(shè)計制造時考慮施工誤差、貫通測量調(diào)差及預留沉落等因素。襯砌臺車安裝允許偏差：邊墻腳平面位置及高程±15mm；起拱線高程+10mm/0；模板平整度5mm；相鄰澆筑段表面高低差±10mm。2、襯砌鋼筋鋼筋加工允許偏差：受力鋼筋全長：±10mm，彎曲鋼筋彎折位置：20mm，箍筋內(nèi)凈尺寸：±3mm。同一截面內(nèi)接頭數(shù)量不大于50%，軸心受拉構(gòu)件不得大于25%，同一截面指在鋼筋直徑35倍且不大于50cm范圍內(nèi)。受力鋼筋排距誤差：±5mm，同一排鋼筋間距誤差：邊墻±20mm；拱部±10mm。保護層厚度誤差-5，+10mm。（3）襯砌混凝土襯砌厚度不小于設(shè)計厚度。襯砌超挖回填符合設(shè)計要求。墻腳以上1m范圍內(nèi)各整個拱部的超挖部分采用同級混凝土回填。襯砌與仰拱接觸面鑿毛及清理干凈。襯砌施工完畢后按時養(yǎng)生，時間為7～14天。襯砌外形尺寸偏差：邊墻平面位置：±10mm；拱部高程：+30mm/0；邊墻、拱部表面平整度：15m