软岩隧道辅助坑道挑顶进正洞力学转换机制及施工技术.pdf
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1、第 卷第 期 河 南 城 建 学 院 学 报 年 月 收稿日期:基金项目:中国铁建股份有限公司科技重大专项()作者简介:袁焘(),男,贵州六盘水人,工程师,研究方向为隧道及地下工程技术。文章编号:():软岩隧道辅助坑道挑顶进正洞力学转换机制及施工技术袁焘(中铁十八局集团第二工程有限公司,河北 唐山 )摘要:长大山岭隧道普遍采用辅助坑道实现长隧短打。软岩隧道辅助坑道挑顶进正洞施工风险高、难度大,是安全生产的重点管控环节。针对软岩隧道辅助坑道挑顶进正洞施工的经验教训,从施工工序和力学机制两个方面进行研究,讨论了软岩隧道辅助坑道进正洞的重难点、关键技术控制点及力学转换机制,提出了“地层预加固、开挖短
2、进尺、支护大刚度、变形勤量测”的辅助坑道进正洞挑顶施工原则。关键词:软岩隧道;辅助坑道;挑顶施工中图分类号:开放科学(资源服务)标识码():文献标识码:(,):,:;随着我国基础设施建设的加快,出现了越来越多的复杂地质条件下修建的特长交通隧道。为加快施工进度,改善施工条件,此类隧道往往采用长隧短打的方式,即采用诸如横洞、斜井、竖井或平行坑道等辅助坑道开辟新的工作面,其中横洞和斜井是两种最常见的辅助坑道方式。辅助坑道进入正洞的交叉口段因断面结构特殊,应力重分布机制复杂,是隧道安全施工管控的重点环节,也是隧道施工的难点。尤其在、级的软岩隧道中,围岩自稳能力差,塑性区范围大,支护结构对变形的敏感性强
3、,对辅助坑道进正洞的施工安全要求更高。通常认为,软岩隧道中,通过在交叉口处设置垂直于正洞的爬坡导洞实施挑顶是行之有效的方法。张文强 结合兰渝铁路的工程实践,认为斜井爬高法和小导洞法是软岩等不良地质段辅助坑道进正洞的首选方法。胡浩 针对郑万高铁罗家山隧道挑顶处围岩自稳能力差的情况,利用现场监测数据和数值模拟方法优化了支护参数。史振宇 通过对小康高速包家山隧道 斜井与正洞交叉口施工的研究,提出挑顶施工一定要以“稳”为主,在确保安全的前提下追求进度。鲁建邦 采用数值计算的方法,对大断面隧道挑顶施工过程中力学场特征和变化趋势进行研究,指出斜井核心土的留设和加固对隧道开挖稳定十分重要。邹彦 研究了高烈度
4、地区复杂地应力隧道横洞进正洞施工技术要点。熊晓晖 针对兰渝铁路新城子隧道受挤压变形大的特点,研究了双支洞挑顶技术。赵继华 研究了晋祠隧道采取的棚洞套拱挑顶法斜井进正洞施工工法,认为该法可有效解决软弱土体不良地质情况下工序转化的问题。赵生彬等 总结了乔家山隧道 斜井进正洞施工方法,阐述了特殊条件下斜井进正洞的施工工艺。于家武等 以渭武高速公路木寨岭隧道 斜井进正洞为工程背景,基于高强预应力支护理论,提出了以小孔径预应力锚索支护取代原设计方案中的托梁和支撑梁,实现“以索代撑”。宋金贵 、张洪达 分别依托不同的工程,对辅助坑道进正洞的施工技术进行了研究。上述研究多侧重于辅助坑道进正洞开挖支护措施的总
5、结,对挑顶施工过程中的力学机制研究较少。因此,有必要从施工工序和力学机制两个方面详细论述挑顶施工的原则和施工控制重点,掌握开挖支护过程中应力分布的规律和力学转换路径,以便在施工中能及时处理遇到的问题。依托工程概括图 辅助坑道与正洞位置关系图(单位:)某单线铁路隧道双车道斜井中线与隧道正洞中线小里程方向的平面交角为 。斜井长 ,综合坡度为 。距正洞 为平坡,级 混凝土模筑。该段辅助坑道采用全断面法开挖,轮廓净断面为 ,满足双车道运输及通风要求,主要初期支护为 型钢拱架,间距 ,厚 喷射混凝土,混凝土衬砌。正洞采用微台阶法开挖,主要初期支护为 肢 格栅钢架,间距 ,厚 喷射混凝土,钢筋混凝土衬砌。
6、辅助坑道与正洞相接区域为断层角砾,围岩级别为级,埋深 。辅助坑道与正洞位置关系如图 所示。辅助坑道进正洞挑顶施工关键技术 挑顶进正洞的基本原则软岩隧道围岩自稳能力差,辅助坑道挑顶进正洞交叉口段工序多,力学转换频繁,施工过程应以控制变形为核心,并遵循以下基本原则,以保护围岩的自承载力、降低松散压力。()地层预加固。软岩隧道开挖要根据地质情况和围岩自稳情况,采用管棚、超前小导管、围岩注浆等方式先行加固和稳定围岩。()开挖短进尺。辅助坑道及挑顶进正洞采用短进尺开挖。应采用弱爆破或非爆破方式,以减小对围岩的扰动,保护围岩的自承载力。第 卷第 期袁焘:软岩隧道辅助坑道挑顶进正洞力学转换机制及施工技术()
7、支护大刚度。变形控制是挑顶进正洞的关键,辅助坑道与正洞交叉口段支护措施应提高一个等级,钢架的规格和间距、锚杆、锁脚、喷射的混凝土等都要按大刚度原则设计。在洞门区域应确保加强环横梁、立柱的抗扭抗弯刚度。辅助坑道洞门区域应尽早施作二次衬砌或加强型钢支护。()变形勤量测。应实施动态化设计和施工,加密监测点,加强监测频率,并根据变形监测结果及时有效地调整开挖工法和支护参数。挑顶进正洞的施工步序辅助坑道开挖接近正洞时,逐渐抬高辅助坑道拱顶高程。在正洞与辅助坑道相交处采用棚架进入正洞。棚架斜向上以爬坡开挖至正洞中线处达到正洞拱顶高程,再向前以平坡开挖至正洞外侧上台阶拱脚位置。在棚架内施作正洞上台阶初期支护
8、,再向两侧(正洞方向)按标准的正洞断面进行开挖。施工步序如表 所示。表 辅助坑道挑顶进正洞施工步序步序示意图说明辅助坑道接近正洞时,逐渐加长初支钢架,并抬高拱顶高程。拱顶抬高坡度依据回填坡道运输空间确定。辅助坑道掘进至正洞开挖轮廓线后,在交叉口处施作加强环和棚洞超前小导管,并及时施作斜井交叉口处的坑道端底板。棚架进入正洞,斜向上爬坡至正洞拱顶后,以平坡向前开挖至正洞外侧上台阶拱脚位置,完成棚架施工。在棚架的保护下,施作棚架内正洞上台阶初期支护,初期支护的一端落在棚洞末端拱脚垫板上,一端落在加强环横梁上。步序示意图说明沿隧道正洞方向,拆除棚架一侧的立柱钢架,开挖正洞上台阶并施作初期支护,向前开挖
9、 后,喷射混凝土,封闭掌子面,暂停该方向开挖。以相同方法施工另一侧。待施工空间满足后,两侧同时施工正洞落底。正洞落底后及时进行正洞仰拱施工,以便初期支护与仰拱尽早成环,确保施工安全。待正洞开挖支护满足衬砌施工条件后,对辅助坑道端部拱墙衬砌进行施工,深入正洞部分端部与正洞拱墙衬砌顺接。对交叉口段正洞衬砌进行施工,与正洞大小里程方向的衬砌按沉降缝处理。挑顶进正洞的施工方法 辅助坑道交叉段施工为保证辅助坑道与正洞交叉口处的施工安全,挑顶前 施作掌子面超前地质预报。超前地质预报采用超前探孔和加深炮孔的方法。()根据辅助坑道与正洞之间的高差,确定辅助坑道拱顶的扩挖起始里程。()当辅助坑道开挖接近正洞距离
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