湿陷性黄土隧洞主洞与支洞交叉口施工技术

湿陷性黄土隧洞主洞与支洞交叉口施工技术
摘要：针对湿陷性黄土隧洞开挖中的施工技术进行了描述，并结合工程施工实际情况，阐述了湿陷性黄土隧洞在开挖、支护、特殊地质情况的处理、洞内排水、施工观测及施工中应注意的问题。
关键词：湿陷性黄土隧洞；隧洞相交；加固施工
湿陷性黄土隧洞的设计和施工，是工程的疑难问题之一。湿陷性黄土是一种在一定压力下受浸湿，土结构迅速破坏，并发生显著附加下沉的黄土。在岩土工程中如防治不当，会给建（构）筑物带来意想不到的危害。
四、交叉口加固技术
1.施工技术方案。高泉平支洞与主洞交汇桩号为104+100，由于平支洞与主洞相交时，两洞室相交处受力情况复杂，为了确保洞内施工安全，采用悬臂梁法对平支洞与主洞交叉口加固。在平支洞交叉口处采用了5根悬臂梁与交叉口正洞拱架形成整体受力结构，加固了正洞与平支洞交叉口。
2.悬臂梁法技术参数及施工方法，每根悬臂梁由2榀I18工字钢并联焊接组成，平支洞中心顶点为1#梁，左右水平距离1 m为2#、3#梁；左右水平距离2 m为4#、5#梁。根据平支洞和正洞的断面尺寸，计算出1#梁悬臂长度为2.45 m，2#、3#梁悬臂长度为1.60 m，4#、5#梁悬臂长度为0.74 m。锚固端长度为2.4 m（计划连接7榀钢拱架），悬臂梁支点（横梁）采用2榀I16工字钢组成，长度分别为2 m和4 m，并采用喷射C20混凝土。悬臂梁法施工见图1～2。
我国湿陷性黄土分布很广，各地区黄土的差别很大，地基处理时应区别对待，并结合以下特点：
1.湿陷性黄土的地区差别，如湿陷性和湿陷敏感性的强弱，承载能力及压缩性的大小和不均匀性的程度等；
2.建筑物的使用特点，如用水量大小，地基浸水的可能性；
3建筑物的重要性和其使用上对限制不均匀下沉的严格程度，结构对主要取决于湿陷性黄土的特殊性质，湿陷性黄土地基的变形包括压缩和湿陷性两种，当基底压力不超过地基土的容许承载力时，地基的压缩变形很小，大都在其上部结构的容许变形值范围以内，不会影响建筑物的安全和正常使用。湿陷变形是由于地基被水浸湿引起的一种附加变形，往往是局部和突然发生，且不均匀，对建筑物破坏性大，危害严重，因此对湿陷性黄土地区的建筑物不论地基承载力是否达到容许承载力，都应对地基进行处理，前者以消除湿陷为目的，后者以提高承载力为主，同时应消除黄土的湿陷性。
三、工程概况
某隧洞工程，设计纵坡1/1000，围岩由可塑～硬塑状的重粉质壤土和粉质黏土组成。由于隧洞施工工期紧张，在原有施工作业面的基础上，增设高泉平支洞，为了解决平支洞与正洞相交时洞空空间大、受力差、挑顶施工易出现坍塌的困难，通过集思广益，从力学及施工方法、工艺上进行了改革和创新，经过实践，取得了良好效果。
平支洞接近交叉口30 m范围内采用116工字钢钢拱架支护，钢拱架间距采取0.4 m，混凝土厚度20 cm。接近正洞前7榀工字钢钢拱架即悬臂梁锚固段，均使用2榀1166工字钢并联焊制架设，开挖断面扩大20 cm，这样就预留出了悬臂梁的位置，喷混凝土厚度为20 cm。在锚固段拱架上留置22U形螺栓，U形螺栓设置在第1、4榀和第7榀钢拱架上悬臂段开挖施工时，可视地质情况采取相应措施，地质条件较好时，可采用挂网喷锚防护开挖悬臂段；地质较差时，采用平支洞拱架直接伸进到正洞内1～2 m，相当于在平支洞内安装悬臂梁，待悬臂梁安装完毕，围岩稳定后倒退回来割除伸进正洞的钢拱架。在安装悬臂梁前，先采用喷射混凝土封壁平支洞方向掌子面，喷射厚度不得小于8 cm。采用1.5 t葫芦吊起吊工字钢组梁，起吊到位先用螺栓固定后再焊接牢固，不平整地方使用20 mm钢板垫平。锚固端的梁体间采用φ22钢筋连接成整体，连接纵向间距为50 cm/根，并在梁与梁之间焊接φ8钢筋钢片，网格间距20 cm×20 cm。悬臂梁完成后，采用φ22钢筋将梁连接成整体，连接筋间距为50cm/根，在梁与梁之间挂φ8钢筋网片，网格间距为20 cm×20cm，及时喷射混凝土封闭悬臂段。将2榀I16工字钢支点钢架（横梁）安装就位，横梁要求与梁之间采用20 mm厚钢板紧密焊接，焊缝隙厚度（高度）不得小于15 mm，焊缝不得有假焊及气泡，及时撬除焊渣并认真检查焊缝，确保焊缝质量。
五、挑顶施工方法
悬臂梁加固完成后，沿着平支洞中心轴线方向对挑顶导坑掌子面环向180°范围内施作超前注浆小导管，每根小导管长3.5 m，搭接长度1 m，间距20 cm，外倾角5°；采用SW50E小型挖掘机开挖、人工修整、三轮车出渣施工工序进行。立拱施工时及时初喷封闭掌子面，喷C20混凝土厚不得小于4 cm；架立I16工字钢立柱，立柱下面可以使用垫块或者槽钢垫衬。立柱与横梁间采用钢板螺栓连接。为了固定立柱可施作立桩锁脚锚杆及水平固定锚杆。锁脚锚杆每榀每侧2根，第1根位于墙脚以上50 cm，第2根距第1根1 m。水平锚杆按间距1 m设置。开挖导坑掘进时，视围岩情况每次进尺1.0～1.5 m，循序渐进安全掘进，直至开挖到正洞边线。交叉口处掘进为关键部位，在开挖掘进时，应避免坍塌，安全第一。导坑法施工到正洞边线后，首先安装导坑中部1榀正洞I16工字钢，正好焊接在1#悬臂梁上，紧接着安装2榀正洞I16工字钢，3榀钢拱架间距0.4 m。2榀钢拱架焊接牢固在1#横梁上，使用φ22钢筋连接3榀拱架成整体并挂网锚喷C20混凝土。待混凝土强度稳定后可拆除1#横梁下的两个立柱。按此工序，直到拆除2#横梁下的立柱。导坑范围内正洞拱架架设基本完毕，从进口或出口方向开始先打超前小导管，然后按照正洞施工工序循序渐进，慢慢进入均衡循环。
4材料及施工条件，以及当地的施工经验。湿陷性黄土的地基处理措施是采用机械手段对基础的湿陷性黄土进行加固处理，或更换另一种材料改变其物理性质，达到消除湿陷性、减少压缩和提高承载能力的目的，其中大多以第一个目的即消除湿陷为主。
二、湿陷性黄土隧洞开挖方法
在长期实践与探索中，隧道及地下洞室工程的施工者与研究者总结与发现的施工方法主要分为新奥法、浅埋暗挖法、明挖法、盾构法、沉管法等．新奥法是20世纪60年代奥地利帕布舍维奇教授、缪勒教授及帕克尔博士等人总结自身及前人在隧道及地下工程中积累的经验提出来的一套隧洞设计施工技术．为了强调新奥法与传统钻爆法的区别，新奥法已从钻爆法中分出．经过多年来隧洞工程开挖施工的探索与研究，新奥法已经成为当代隧洞施工设计应用最广泛的方法．在选择隧洞开挖时，依照实际工程中隧洞的具体情况，综合考虑工程地质、施工条件、隧洞断面的大小、条件等，选择合适的方案进行施工．隧洞工程施工中，通常采用以下几种方式施工：全断面开挖法、上下台阶开挖法、ＣＤ法（中隔墙法）、ＣＲＤ法（交叉中隔墙法）等。