连拱隧道施工工艺工法

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1、连拱隧道施工工艺工法QB/ZTYJGYGF-SD-0503-2011第五工程#刘建萍1 前言1.1工艺工法概况中导洞-主洞施工方法是双连拱隧道施工的一种高效施工方法.它根据新奥法原理,采用光面爆破大断面开挖,使用锚、喷、网、钢拱架和超前导管与超前管棚等支护手段,先开挖贯通中导洞,浇筑中隔墙混凝土,然后采用上下台阶法开挖左、右主洞,最后进行全断面二次衬砌.早期的双连拱隧道多采用三导洞法施工,对围岩扰动的次数多,施工周期长,工效慢、工期长、成本高,不利于隧道防水.通过连拱隧道工程实践采用中导洞-主洞台阶法施工,效果良好.1.2工艺原理 本工法的基本理论基础是新奥法.开挖后允许围岩有一定的变形,从而

2、释放部分地应力；通过监控量测和适时支护来控制围岩变形,使围岩不会失稳；围岩与锚喷等支护共同作用形成复合承载结构.中导洞-主洞法根据新奥法的基本原理,简化施工工序,在三个工作面平行施工的情况下缩短了工期.2 工艺工法特点2.1 采用新奥法施工,尽量减少对围岩的扰动,充分保护和利用围岩的自承载能力,提高隧道结构的整体安全度.2.2 与三导洞法相比,减少了两个侧壁导洞,施工干扰少、临时支护量小,有效地降低了对围岩的扰动,缩短了施工周期,降低成本,减少工程投资.2.3中导洞首先贯通,可揭示隧道围岩情况,为左右两洞大断面开挖施工提供依据.3适用范围本工法适用于双连拱山岭隧道的各种围岩情况,隧道主洞的开挖

3、方式则根据具体的情况来选择.正台阶二步开挖法是全断面一次开挖法的改进方法,多用于围岩能短期内处于稳定的地层中.台阶法根据台阶长度的不同,可划分为长台阶、短台阶和超短台阶三种,在级以下的围岩中一般采用长台阶或全断面开挖法,对于III、IV级围岩多采用短台阶开挖法,对于级以上的软弱围岩则常采用超短台阶开挖法,对于土质围岩与软弱围岩则采用环形开挖留核心土法或三台阶七步开挖法.本工艺工法主要介绍中导洞-主洞法施工双连拱隧道.4主要引用标准公路隧道施工技术规范TTJ04公路隧道设计规范JTG026公路工程质量检验评定标准JTJ0715施工方法采用中导洞-主洞法施工,其步骤为先开挖中导坑,并做导坑临时支护

4、直到中导洞贯通,然后由内向外浇筑中隔墙混凝土.中隔墙施工完成后,将其顶部与临时支护之间间隙采用与设计同标号的喷射砼喷回填密实,待喷填砼强度满足设计要求后,即可开挖两侧主洞.根据主洞的地质情况,首先做好洞口的防护、排水和洞身的超前预加固,然后开挖左右洞上台阶与初期支护,同时做好围岩的变形观测；待开挖掌子面上台阶推进适当距离约50m后,方可开挖右左洞上台阶并做好初期支护,同时做好围岩的变形观测.根据洞身实际地质情况,上下台阶距离控制在315m,下台阶采用跳槽的方法进行侧墙的开挖与初期支护,开挖宽度控制在23m.初期支护完成后铺设防水层,采用整体式模板台车浇筑二次衬砌混凝土.6工艺流程与操作要点 6

5、.1施工顺序具体的施工顺序图如图1所示以上下台阶开挖法为例.针对不同级别的围岩,亦可选择采用台阶分部开挖预留核心土法增加超前预支护的工序与全断面开挖法.图1 中导洞-主洞法施工顺序图上下台阶开挖法1中隔墙超前导洞开挖含导洞锚喷支护与中隔墙连接锚杆I中隔墙衬砌施作,墙顶挂网,喷砼回填 2左右洞上半部开挖 左右洞拱部初期支护施作3隧道下台阶开挖 边墙初期支护施作4仰拱施作拱墙衬砌施作工艺流程可以概括为以下流程图：中隔墙衬砌施做,墙顶挂网,喷砼左右主洞开挖与支护左右仰拱开挖与支护左主洞全断面衬砌左右仰拱施做中隔墙超前导洞开挖与支护超前支护施做图2 工艺流程图6.2操作要点6.2.1中导洞开挖和初期支

6、护1中导洞开挖中导洞的开挖断面尺寸一般情况下由设计确定,如果断面大小无法满足风、水、电等施工设施的布置或施工运输的需要时,可通过设计变更适当加大导洞断面.导洞开挖时应加强测量放样控制,特别是双向开挖时.围岩较好时可采用全断面开挖,围岩差时可采用短台阶法或超短台阶法开挖.开挖应采用光面爆破,以直眼掏槽为宜；爆破设计参数应经过试验段检验和调整,如果无条件试验时,可按公路隧道施工技术规范有关内容选用,或可根据初步爆破设计在爆破施工中调整.开挖进尺、级围岩采用0.51.0米,级与以下围岩可选择12.5米.2中导洞初期支护至级围岩根据具体情况选用临时超前支护措施,包括超前管棚、超前小导管或超前锚杆.级围

7、岩的初期支护参数应根据围岩情况慎重选定.开挖后应与时初喷混凝土,然后施工钢格栅型钢拱架和锚杆,再复喷混凝土至设计厚度.6.2.2中隔墙施工中隔墙衬砌施工前,先将基底清理干净,采用固定支架、组合钢模板立模、泵送砼浇筑,浇筑段长度为每节612m,中隔墙下部按设计要求预设纵向排水管的凹形槽.对于、级围岩段,中隔墙顶要作为两侧主洞初期支护中工字钢拱架的一个支点,其上按设计要求预埋钢板与连接钢筋,并保证预埋位置的准确.双连拱隧道中隔墙上方围岩是薄弱环节,施工过程中在中导洞与左、右主洞拱部开挖时有三次扰动,与时进行中隔墙上方的回填和压浆加固是施工的关键环节.中隔墙顶部的支护措施采取如下方法见中隔墙防护图图

8、3：中隔墙顶部设置连接锚杆,其布置见中隔墙防护图,入岩深度2.5m,端头伸入中隔墙70cm,中隔墙浇筑完成后,在顶部挂钢筋网后喷射砼回填密实.施工时也可在紧贴中导洞围岩部位预埋压浆管,以防喷射砼与围岩之间存在空隙时在中隔墙顶进行注浆加固,以确保中隔墙与围岩间联结密实.6.2.3主洞超前预支护预支护类型主要有三种,即超前锚杆、小导管与管棚.具体按公路隧道施工技术规范有关规定执行.6.2.4主洞上台阶拱部开挖在导洞进行到一定距离,中隔墙浇筑混凝土达到设计强度,并且洞身超前支护施工完成后,分别进行主洞开挖.、级围岩主洞开挖时可采用全断面开挖法,对于III、IV级围岩采用台阶法开挖.级与其以下围岩先进

9、行上台阶留核心土开挖,进尺控制在0.51.0m之间.左、右洞工作面宜同时掘进,两掌子面距离控制在50m为宜.主洞开挖时为防止偏压对中隔墙砼与主洞拱圈砼造成破坏,当中隔墙一侧进行主洞开挖时,必须对另一侧进行回填和施作横向支撑.6.2.5主洞上台阶拱部初期支护施工爆破出渣后与时施作初期支护,先按设计初喷找平,再安装钢拱架,然后打设锚杆、挂设钢筋网,分层喷射混凝土达到设计厚度为止.6.2.6主洞下台阶边墙开挖主洞上部每单洞开挖,支护完成315m后,经量测围岩稳定,即可进行下部开挖.下部开挖采用松动爆破,挖掘机装渣,大吨位自卸汽车运输的作业方式.下部开挖掘进期间应观测上拱初期支护稳定的情况,当围岩稳定

10、性差时或拱顶沉降较大时,下断面应进行半侧开挖,适当调整开挖进尺,不宜一次挖通. 在主洞开挖时,将对已成型的中隔墙衬砌带来影响,因此主洞洞身开挖爆破前,首先拆除中导洞开挖一侧初期支护中的钢支撑,并对另一侧进行回填或施作横向支撑,以免因爆破冲击钢支撑而撞裂中隔墙衬砌砼和防止偏压对中隔墙砼造成破坏.同时施工中除采取短进尺,弱爆破,调整最小抵抗线方向和控制一次爆破装药量,并对已衬砌中隔墙砼表面采取防护措施,防止爆破飞石损伤衬砌.其防护措施有如下两种方法：1 爆破时,在爆破的另一侧对中隔墙辅以I16工字钢横撑纵向间2m,支点距中隔墙顶1.61.8m.为防止爆破飞石砸坏中隔墙砼表面,影响砼外观质量,对中隔

11、墙不小于60m范围内全表面用12mm厚的人造纸板护面覆盖防护,同时在中隔墙不小于40m范围内采用移动式方木框架钉铁皮的防护挡板遮挡防护.图3 中隔墙防护示意图2 爆破时,在爆破的另一侧对中隔墙辅以C15片石砼横撑纵向间距2m,支点距中隔墙顶1.61.8m和土石回填密实.为防止爆破飞石砸坏中隔墙砼表面,影响砼外观质量,对中隔墙不小于60m范围内全表面用12mm厚的人造纸板护面覆盖防护,同时在中隔墙不小于40m范围内采用移动式方木框架钉铁皮的防护挡板遮挡防护.6.2.7主洞下台阶边墙初期支护施工下部台阶边墙爆破出渣后,即刻进行初期支护.6.2.8仰拱施工主洞初期支护全部完成后,经量测洞室处于稳定状

12、态,此时二次衬砌与时跟进.为尽快使初期支护封闭成环,首先安排仰拱施工.1仰拱施工阶段,连拱隧道处于最不利受力状态,为防止侧墙受力过大而引起拱圈破坏,仰拱施工要求左、右洞对称进行,仰拱施工采用栈桥,施工长度视围岩情况而定.2仰拱浇筑完成前禁止车辆通行.砼浇筑后,养护3d后进行隧底砼填充施工.3砼填充时必须分层浇筑,每层厚度不大于30cm,禁止车辆在仰拱上运行.如果边墙不稳定,可架立横梁支撑,将侧墙顶紧.6.2.9拱墙衬砌施工在隧道初期支护形成稳定的闭合环后,立即进行二次衬砌的施工.二次衬砌由洞外进口逐步向洞内左、右洞对称向前浇筑,尽量减少由于中隔墙顶的再一次受力体系变化产生的对中隔墙顶水平推力的

13、影响.二次衬砌可采用整体式衬砌台车浇筑. 衬砌施工作业要点：1首先认真清理初期支护表面,割除砼表面露头的钢筋、铁丝,凿除砼凸起部分.中隔墙顶面应清洗干净.先用铁丝将拱部环向50mm软式透水管和墙脚纵向80mm软式透水管固定在初期支护表面,中隔墙部分将50mm软式透水管按入预留槽内,并与墙脚纵向80mm软式透水管接通.2洞口首段衬砌必须左、右洞对称同时浇筑,防止水平推力过大破坏中隔墙的稳定,浇筑过程中,在中隔墙侧台车与墙体间设置若干木楔.通过木楔松紧情况检查判断台车对墙体产生的水平推力情况,用以控制浇筑速度.3 当拱圈砼浇筑到中隔墙顶面时,拱圈左、右部分应对称交替进行浇筑,防止拱圈变形.拱圈浇筑

14、连续分层浇筑,每层厚度30cm,侧墙砼坍落度控制在1416 cm左右为宜.封顶时,可调整砼坍落度为1618cm,同时适当增加砂率与水泥含量,提高砼泵送性能,防止堵管.同时,采用附着式振捣器振捣.7劳动力组织单口作业表1 单工作面作业劳动组织表参考序号工作项目工种人数备注1开挖开挖工6挖掘机司机1自卸车司机22初期支护型钢加工、安装4钢筋网片加工2喷射混凝土6混凝土搅拌运输罐车司机23混凝土施工模板工3砼工4泵车司机1混凝土搅拌机司机1装载机司机2机械修理工14测量与其他技术员2测工45其他队长1技术主管1质检员1专职安全员2试验员1电工2空压机司机18主要机具设备表2 施工通风机具表序号作业名

15、称型号参考使用单位数量备注1施工通风变压器315KVA台2 通风机台13 2开挖凿岩机YT28型台12 空压机20m3/min台2 装载机ZL50台2 自卸车5T辆5简易钻孔台车自制台1 3初期支护砼干、湿式喷射机6m3/h台各1 拌合机JS350滚筒式台1 钢筋切断机GQ401型台1 钢筋弯曲机台1 电焊机台3 风镐把2 4衬砌简易台车自制 防水层施工台2 衬砌台车自制 衬砌砼作业台2 拌合机JS500型电子配料斗套1 砼输送泵HB80型台1 砼运输车3 m3辆3 装载机ZL50台2 电动热合机ZRP-V型自爬式台2 钢筋切断机台3 电焊机台3 插入式振捣器套4 附着式振捣器套6 9质量控制

16、9.1易出现的质量问题中隔墙顶部不密实；左右洞的变形容易相互影响；中隔墙在左右洞爆破时遭到破坏.9.2保证措施连体隧道埋深浅,风化严重.中隔墙上方围岩稳定性是薄弱环节,施工过程中在中导洞与两侧主洞拱部开挖时有三次扰动,要与时进行中隔墙上方的喷混凝土回填和压浆加固是施工的关键环节.施工两侧两洞作业面错开施工,纵向间距约50m.后施工一侧主洞的开挖和衬砌,要在另一侧主洞二次衬砌完成,且砼达到一定的强度后进行.在主洞上、下断面开挖时,将对已成型的中隔墙衬砌带来影响,因此主洞洞身开挖爆破前,首先拆除中导洞开挖一侧初期支护中的钢支撑,并对另一侧进行回填和施作横向支撑,以免因爆破冲击钢支撑而撞裂中隔墙衬砌

17、砼和防止偏压对中隔墙砼造成破坏.同时施工中除采取短进尺,弱爆破,调整最小抵抗线方向和控制一次爆破装药量,并对已衬砌中隔墙砼表面采取防护措施,防止爆破飞石损伤衬砌.10安全措施10.1主要安全风险分析连拱隧道开挖要注重塌方、大变形等安全风险的评估,提出相应的风险处理措施,编制施工应急预案.10.2保证措施10.2.1开挖人员到达工作地点时,应首先检查工作面是否处于安全状态,并检查支护是否牢固,如有松动的石、土或裂缝,应先清除或支护.遇有不良地质地段施工时,应按照先治水、少扰动、早喷锚、紧封闭的原则稳步前进.10.2.2喷锚支护时,危石应清除,脚手架牢固可靠,喷射手应佩戴防护用品；机械各部应完好正

18、常,压力应保持在0.2Mpa左右；注浆管喷嘴严禁对人放置.10.2.3随着隧道各部开挖工作的掘进,应与时进行衬砌或压浆,特别是洞门建筑的衬砌必须尽早施工,地质不良地段的洞口必须首先完成.10.2.4衬砌使用的脚手架、工作平台、跳板、梯子等应安装牢固,不得有露头的钉子和突出的尖角.脚手架与工作平台上的铺板应钉铺结实,木板的端头必须搭于支点上,高于2m的工作平台上应设置不低于1m的栏杆.跳板应设防滑条.11环保措施11.1避免炸药爆炸产生的有害气体和粉尘含量,减少了对空气的污染,节约了炸药等能源的消耗.11.2通过对双连拱隧道采用分部开挖,充分利用人力和小型机具,减少了大型设备数量,从而减少了油料

19、的消耗,达到节能和环保的要求.11.3对于双连拱隧道中加强施工用水的管理,防止水土流失.隧道施工中采用防水板和止水带等综合防排水措施,减少了水土的流失,做到环保和节约水资源要求.11.4优化了双连拱隧道的设计支护参数,节约了锚杆和混凝土的数量,从而节约建筑材料,起到了节约能源的目的.11.5双连拱隧道洞口和弃土场等与时修建挡护和排水系统,做到先挡后弃,防止水土流失,对环境造成影响.12应用实例12.1工程简介苍岭坑1号隧道为双连拱隧道,设计长度为365m其中明洞10米,暗洞355米,苍岭坑1号隧道2008年通过#省交通厅质监站质量鉴定,被评为优良工程并顺利通过交工验收.该技术推广应用于苍岭坑2

20、号隧道456m、镇头隧道210m,并取得了良好的效果.12.2施工情况苍岭坑1号隧道为独头掘进,由于出口场地布置优于进口,因此由出口单向施工至进口,进口只进行明洞施工和挂设洞门.中导洞与中隔墙由出口方向施工完成后,从出口施工左右隧道.左、右线隧道采取上下台阶法施工,左右洞交叉施工,左右线的施工断面距离不应小于50m.隧道开挖采用风动凿岩机钻眼,装载机装渣,15T的自卸车运渣.隧道衬砌采用输送泵配合整体模板台车施工.苍岭坑1号隧道2004年6月15日开工,2005年9月30日竣工.12.3工程结果评价此工程中双连拱隧道施工采用了中导坑法,分层式曲隔墙,在中隔墙部位富水段每24m,增设一道透水管,施工工序简单,临时支护与拆除量小,工期短,成本低,三座双连拱隧道中隔墙与拱部连接部无一处渗水情况出现,后期运营用于隧道维护治理方面的费用大大降低.12.4建设效果与施工图片图4连拱隧道中隔墙施工 图5 洞口超前大管棚施工图6主洞钢拱架施工效果图图7主洞开挖与隧道成型效果图11 / 11