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Ⅰ类围岩铁路双线隧道施工工法
郭献珍 李晓升
中铁十五局集团第六工程有限公司
河南·洛阳
二OO一年十二月十五日
一、 前言
Ⅰ类围岩主要以石质围岩位于挤压极强烈的断裂带内, 呈角砾、 砂、 泥松散软体和软塑状粘土及潮湿的粉细砂工程地质, 松软、 移动、 易蠕动、 潮湿松散的结构特征。极易坍塌变形有时土砂常与水一齐涌出, 浅埋时易坍塌至地表。因此、 施工难度较大, 选择先进、 科学、
合理的施工方法至关重要。我处对铁路Ⅰ类围岩隧道经过组织技术攻关、 应用超前导管注双液桨预支护、 短台阶留核心土环向人工开挖掘进; 锚、 网、 喷联合支护、 量测监控; 仰拱超前施做、 全断面衬砌紧跟、 短开挖、 紧支护、 勤量测、 早封闭、 快衬砌施工技术、 在神延线
翅膀沟隧道和宝兰增建二线码头隧道实施, 确保了安全、 质量和工期。在局内外取得了较好的信誉和效益。经总结整理形成本工法。
二、 工法特点
l、 短台阶留核心土环向开挖, 锚、 网、 喷联合支护, 仰拱超前施做, 全断面衬砌紧跟施工、 确保隧道施工安全优质高效。
2、 全断面短开挖、 快衬砌、 早封闭、 施工作业空间大、 有利大型机械平行施工作业, 并减少对围岩的扰动。
3、 适应不同跨度和不同断面形式, 不需撤除临支护, 所需人员、 设备少, 工艺可操作、 易推广、 省投资。
三、 适用范围
本工法适用于铁路、 公路I类围岩隧道施工; 对大跨度地下工程及其它交通、 水利水电、 工业民用建筑工程施工亦有参考价值。

1、 进洞准备:
(1)洞口边仰坡刷至设计要求, 施做素喷混凝土或网喷混凝土厚10cm, 稳定边坡。
(2)准备并调试好双液注浆机、 WTD锚杆专用注浆机以及空压机、 挖掘机、 风镐、 混凝土喷射机、 混凝土输送泵等设备机械。
(3)备足预注浆、 喷混凝土、 型钢刚架、 格栅刚架等所需物资材料。
(4)做好混凝土喷射、 超前预注浆、 型钢刚架、 格栅刚架加工及衬砌混凝土工艺实验, 提供合理的施工工艺参数。
2、 进洞施工(见图2)、
洞口段4.0米范围内沿开挖轮廓线外20cm全部揭开, 施做L=6.0mΦ42的超前小导管3排并注浆, 超前小导管外留1米, 以剩余的土体作为施做混凝土的内模, 并把剩余的1米小导管与钢筋焊接, 施做1.0米厚的钢筋混凝土护洞。为防止护洞不均匀下沉, 在墙底施做锁脚锚杆两排, 待混凝土达到一定强度后在护洞内进行开挖。
保证该隧道安全进洞

(1)注浆参数设计
超前锚杆注浆(GM32)主要材料是水泥浆和水玻璃, 注浆锚杆间距沿开挖轮廓线@=40cm, L=400cm。注浆用压力值控制, 劈裂注浆注浆量以单孔注浆量及扩散注浆量计算, 采用经验公式, 并根据实验取得适合的各项工艺参数(见表1)。
劈裂注浆量计算
Q=πR12Lβ+πR22LNαβ
式中: Q――设计注浆量m3
R1――注浆锚杆内径m
R2――浆液扩散半径m
L――设计注浆孔深m
N――围岩空隙率: 取0.1 5～0.2 0
α――浆液填充系数: 取0.7～0.8
β――浆液混合有效增长系数: 取1.1
GM 3 2超前锚杆注浆设计参数
序号
项目
单位
参数
备注
01
注浆终压
Mpa
0.6-1.0

02
GM3锚杆内径
mm
28

03
扩散半径
m
0.3

04
导管间距
m
40c

05
导管外插角

10°－15°

06
注浆孔深
m
3.50

07
水泥浆浓度

1.25:1-1:0.8

08
水泥
#
525

09
单孔注浆量
M3
0.5－0.6

10
水玻璃浓度
Be/
35

11
水玻璃模数

2.6－2.9

12
CS浆配合比

1:1-1:0.6

13
长度
m
4.0

14
浆液初凝时间
Min
1－2

15
缓凝剂种类

Na2HPO4

16
缓凝剂掺量
%
2－2.5

17
开挖长度
m
1.5

18
注浆范围

拱墙周边

( 2) 预注浆施工
超前支护施做严格控制间距, 土体中注入砂浆并确保浆液满; 砂体及卵石体中注入双液浆, 在确保浆液饱满的同时具有一定的扩散性; 充分发挥其超前支护”棚架”作用。
注浆前先将开挖掌子面潮喷10㎝混凝土, 形成止浆墙, 用YT28凿岩机钻孔, 钻头直径40cm。为防止将止浆管口螺纹损伤, 采用自制内径36mm, 长20cm的套管连接于凿岩机上, 撞顶注浆管环, 孔口用砂胶塞实。注浆次序分拱墙两部进行。拱部自两拱脚向拱顶的顺序进行, 墙部自两墙脚向上进行。压浆时根据注浆参数来控制注浆压力, 若个别注浆孔注浆不通畅而被提前终止, 可在临近孔内适当加压补浆。
全部注浆完成后, 间隔2小时即可进行钻孔检查注浆。检查开挖轮廓线周围的围岩固结情况, 同时弥补上一次注浆时浆液末达到的注浆死角。
主要由砂夹卵石构成预注浆: 水泥一水玻璃双液浆、 浆压0.8—1.0Mpa、 管径3cm。锚杆间距: 40cm、 锚杆长: 400cm、 锚杆插角: 10－15°、 锚杆深: 400cm, 1.25: 1－0.8: l、 水玻璃浓度(26Be′)、 水泥浆与水玻璃体积比: 1: 1—l : 0.6、 浆液初凝1—2分。
4、 掘进开挖
人工开挖开挖隧道断面周边轮廓线附近l.5m范围内, 避免开挖时对轮廓线外的土体形成扰动, 严格控制开挖进尺, 做到随挖随文护。见开挖分布图一。
上导坑开挖: 先采用人工挖出拱圈圈槽口, 再采用机械挖掘上导坑中间土, 自卸车运卸。
下部开挖: 先中间后边墙每挖1m支立钢拱架、 开挖时严禁爆破防止对围岩自稳造成破坏, 人工利用风镐开挖, 挖掘机配合扒渣。开挖按拱部、 边墙两部分短台阶进行, 拱部采用预留核心土环型升挖, 墙部分两边交替进行开挖。每次开挖循环进尺50cm, 每个注浆循环开挖3个进尺共1.5m。开挖完一个循环后立即支立型钢刚架并潮喷4cm厚混凝土, 使其成为型钢刚架的保护层、 防止型钢刚架腐蚀损伤。它对围岩稳定有一定的好处并能够直接观察分析围岩的变形情况, 便于采取施工应急措施。

5.1拱架支护: 拱圈圈槽口开挖好后, 进行拱架支护、 支立型钢钢架。打入系统注浆锚杆(WTD25)并注单液浆。
5.2系统锚杆安装, 在维持设计数量不变的情况下, 根据锚杆的作用机理, 在土体中的主要作用一是托、 二是挡, 其拉拔力次要的这一原理作一适当调整。将锚杆重新分布, 其拱腰拱架连接处, 设两根方向水平承托锚杆; 拱脚和边墙底部拱架连接处每处设三根锁脚锚杆、 方向水平向下30°左右, 其锚杆尾端全部和拱架进行焊接形成有效整体。
5.3挂网在拱架相互间连接筋连接上, 在确保根数不变的情况下, 略增加其长度, 改变”一”字型的连接为”之”字型的连接方式, 使拱架相互间形成桁架效应, 提高拱架与拱架之间相互牵制性。
喷混凝土采用潮喷工艺, 使得喷射混凝土紧密和围岩相粘结, 无论超挖多严重, 严禁在喷混凝土内部塞填片石, 确保监控量测数据的真实可靠性。
5.4喷锚、 网、 喷支护: 网片用扎丝与连接筋固定、 每部初喷混凝土后, 随即架立I16型钢刚架, 间距0.5米, 刚架之间用Φ22螺纹钢采用”之”型连接, 间距1.0米, 并施做系统注浆锚杆(WTD25)和挂Φ8的钢筋网, 同时将超前注浆锚杆和系统锚杆与型钢刚架焊接成一体, 喷射20cm厚的混凝土并把刚架包裹, 达到共同受力的目的。
6、 施做仰拱和小边墙
仰拱采取每土10m整体施工一次, 每开挖一段及时施做一段仰拱, 确保仰拱施做及时紧跟开挖面, 使初期支护及早封闭成环。仰拱开挖时监控量测随时进行观测。
出碴运输安全做法是设专人值班, 白天用红、 绿旗指挥; 晚上用红、 绿灯指挥。晚上出碴时每车配一名跟车值班人员指挥倒车卸碴, 以防车辆发生事故。装碴不能太满, 以防车辆在运行过程中甩出砸伤行人。
Ⅰ类围岩隧道地质条件差, 加之跨度大, 为保证刚架和锚网喷联合支护能抵抗开挖后围岩所释放的应力, 在整体模筑前要先施做仰拱和小边墙, 使联合支护形成一个封闭的受力环抵抗围岩变形所产生的应力; 施做小边墙为衬砌台车导向和下部支撑, 防止衬砌时衬砌台车左右摆动、 并控制隧道衬砌中线。
7、 围岩量测
加强监控量测指导施工, 修正支护参数, 监控量测采用5点测量法, 布点: 洞口30m段每5m设一个量测断面; 洞内最多不超过15m设一个量测断面。每次测试成果后及时绘制变形散点图, 以分析初期支护的可靠度, 随时掌握支护变形的动态。
采用机械式收敛计和自动安平水准仪进行隧道量测洞内拱顶下沉和周边敛量测。对施工过程中围岩及支护结构的稳定状态进行动态跟踪, 合理安排施工工序, 及时根据量测结果调整支护工艺参数, 确保工程施工安全质量。
8、 全断面衬砌
二次衬砌应在围岩和初期支护变形基本稳定的条件下进行、 衬砌断面详见图二。
隧道开挖以后, 岩层原有的稳定被破坏, 下沉在所难免, 如果在这个时刻就衬砌紧跟, 最易导致衬砌受围岩收敛挤压变形而裂缝, 形成病害。衬砌面至开挖面不超过20米一35米, 钢支撑安装全部完毕, 经围岩量测得知, 7—10天为最佳衬砌时间。选择衬砌设备, 采用
大模板自行台车衬砌, 台架衬砌, 台车和台架车相结合的简易台车, 用泵送混凝土的办法衬砌。
衬砌时, 采用全断面简易衬砌纲模台架, 混凝土集中拌和, 运输车、 输送泵运送灌注混凝土。每个施工接逢在衬砌前全断面设置止水带, 防止施工逢渗水。灌注C20混凝土、 两侧平行灌注振捣密实、 拆模16—24小时。
五、 劳力设备 详见表一
人员设备一览表 表一
序号
设备名称
规格型号
单位
数量
工种
人数
01
挖掘机
PC－300
台
1
设备司机
10
02
装载机
ZL－40C
台
1
开挖班
6
03
自卸汽车
解放
台
5
刚架支立
6
04
内燃空压机
8m3
台
1
锚喷班
6
05
电动空压机
22 m3
台
1
电工司机
3
06
备用发电机
75KW
台
1
格栅架加工
10
07
双液注浆机
专用
台
1
注浆司机
2
08
单液注浆机
专用
台
1
型钢架加工
8
09
混凝土输送泵
三一泵
台
1
防护安装
6
10
混凝土喷机
HPZ－5
台
2
衬砌班
20
11
变压器
200KVA/S/9
台
1
测量监控
8
12
弧焊机

台
4
管理指挥
1
13
钢筋切断机
GQ7－40
台
1
质检
1
14
钢筋弯曲机
GBJ－40
台
1

15
钢筋调直机
QT4－14
台
1

16
强力煤电钻
MZ－2A
台
10

17
手提风镐

把
6

18

共计
87
六、 质量控制
(1)、 对浅埋、 软岩、 大断面隧道进洞时的边坡仰坡一定加倍保护。无论采取什么样的方法进洞, 一定要做到心中有数, 绝对安全, 要经得住雨水冲刷, 否则不能进洞。
(2)、 软岩隧道用人工开挖时, 对围岩少扰动, 型钢每半米一支撑, 每一米进行喷锚支护, 拱架与拱架要”之”字型连接, 锚杆集中使用在拱脚处。
(3)、 衬砌与撑子面之间的距离最大不能超过35米, 如果工序能拉开最好是20米以内, 拱部和边墙之间10米的距离为最好, 左边墙和右边墙的距离5米最好, 禁止同时掘进, 型钢拱架安装完毕以后7—10天为衬砌最佳时机。
(4)、 勤观察、 勤量测, 发现问题及时采取措施, 用量测所得的数据指导下步施工, 早封闭成环, 使支护体系均匀受力, 衬砌紧跟是软岩隧道安全施工的有效办法。
(5)严格技术交底制度。交底前技术人员须进行换手复核, 交底到位; 施工时严格”三检”制度。上道工序不合格, 不准进入下一道工序施工, 确保各个工序施工质量。
(6)进行”五不施工”和”三不交接”, 即未进行技术交底不施工, 图纸及技术要求不清楚不施工, 测量桩位和资料未经换手复核不施工, 材料无合格证或试验不合格不施工, 上道工序未经检查签证不施工; 无自检记录不交接, 未经专业技术人员人员验收合格不交接, 施
工记录不全不交接。
(7)持证上岗定质量奖惩罚分明。
七、 安全环保
7.1安全: 认真贯彻”安全第一, 预防为主”的方针, 做到把安全工作当作永恒的主题, 施工中主要做到:
(1)建立健全安全管理机构组织和监督机制、 作好安全教育和岗前培训工作。
(2)建立安全岗位责任制, 特种人员必须经培训持证上岗设置专职的安全监察长, 明确责、 权、 利, 抓好现场管理, 搞好文明安全施工。
7.2环保: 文明施工, 保护生态环境, 施工时教育全员, 全面规划, 合理布局, 化害为利。
(1)施工中要严格按设计文件办理, 不超范围使用破坏耕地、 树木、 植被和其它设施。
(2)生活污水垃圾就近挖坑储放, 禁止散排造成环境污染复耕平整施工临时用地, 覆盖50cm的种植土。
(3)施工道路经常洒水, 防止粉尘污染; 燃油集中储放, 妥善管理, 防止污染环境。
八、 经济效益
(1)人工挖掘机配合施工大大减少了对围岩的扰动, 开挖轮廓圆顺, 支护密贴, 减少了设计断面超挖量80m3, 仅此一项便节省开挖土方和混凝土灌注成本25万元, 经济效果显著。
(2)由于采用人工开挖, 工序多, 相互干扰大, 进度慢。要进一步总结经验, 合理安排各工序施工。
九、 工程实例
宝天线六标码头双线隧道全长429m, 位于甘肃天水市北道区东岔乡附近, 该隧道出口端主要行走于渭河二级阶地中部的粗砂及卵石土中。覆盖层较薄, 最小厚度6米, 最大仅为24米, 覆跨比较小。DKl1304+038－DK1303+830段208m均为工类围岩, 地质条件差, 主要由第四系更新的粘质黄土、 中粗、 砾砂、 圆砾土、 卵石土组成。该隧道于 5月7日开工, 于 12月5日完工。采用本工法施工, 确保了安全、 质量、 效益。受到了建设、 监理、 设计和友邻施工单位的一致好评。控制超挖节省土方挖运和混凝土灌注劳、 材、 机直接费28万元, 在局集团施工现场观摩会上、 受到局集团领导曹副局长的高度赞誉和与会工程人员的一致好评, 并被甘肃省授予‘‘先进集体”、 中铁建总公司授予”安全管理先进单位” 的荣誉称号。

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