堆积体大断面隧道进洞施工工法

图2
三台阶七步开挖法施工工序（ 单位： m）
图3
三台阶临时仰拱法施工工序（ 必要时标准设计
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·施工技术与工艺·
4 初期支护
张小明—堆积体大断面隧道进洞施工工法
开挖后钢架及时落底接长， 封闭成环 。 钢架与喷混凝土形成一体， 钢架与围岩间的间隙 用喷混凝土充填密实； 各种形式的钢架全部被喷射混 凝土覆盖， 保护层厚度不得小于 50 mm。 4. 4 喷射混凝土 喷射混凝土采用洞外自动计量拌和站拌和， 湿式 喷射混凝土施工， 湿喷混凝土可减少回弹量， 降低粉 尘， 提高工作效率和施工质量。 5 径向注浆 采取在喷射混凝土预留注浆孔的方法进行注浆， 注浆范围按 2 m 范围设置， 注浆孔按梅花形布置， 孔口 环向间距 1. 8 m， 孔底间距 2. 5 m， 纵向间距 1. 8 m， 注 浆采用风枪开孔， 孔径为 52 mm， 孔口管采用 50 mm， 钢管全长 1 m， 孔口管 壁厚 3. 5 mm 的热压无缝钢管， 设置牢固， 并有良好的止浆措施， 一般采取尾部焊接阀 门的办法来实施， 注浆压力宜为 0. 5 ～ 1. 0 MPa， 注浆 材料选普通水泥浆， 初次注浆完成后再进行二次补浆， 具体详见图径向开挖注浆如图 4 所示。
铁道标准设计
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DESIGN 2012 （ 增刊）
张小明—堆积体大断面隧道进洞施工工法
·施工技术与工艺·
表1
队伍名称
劳动力安排
工种 人数 任务划分 爆破工 3 负责隧道开挖爆破 司机 10 负责隧道装渣、 扒渣、 运渣 操作手 20 负责隧道钻孔开挖、 锚杆安装 隧道施工队 锚喷工 12 负责隧道拱架安装、 网片安装、 喷射混凝土 钢筋工 8 负责隧道拱架、 锚杆、 网片制作 4 负责隧道拱架、 锚杆、 网片制作安装 电焊工 混凝土工 13 负责隧道仰拱、 二衬混凝土施工
图1 超前预加固示意（ 单位： cm）
或控制爆破开挖， 以保护围岩； 各部之间的间距 2. 4 喷、 网、 锚及格栅钢 m。各部开挖后及时封闭掌子面， 架联合支护作业， 施作临时仰拱。拱脚、 中下导墙角增 设锁脚锚管， 初期支护及时成环。 爆破时采用风动凿 岩机钻孔， 非电毫秒雷管微差起爆， 湿喷机湿喷作业 。 仰拱施工长度 3 m。 各部实行平行作业， 在监控量测 中如发现沉降过大应在上台阶采用竖向临时支撑， 以 稳定围岩， 确保安全， 三台阶临时仰拱法施工工序流程 见图 3 。 3 施工运输 隧道进入正洞后采用无轨运输方式， 挖掘机械扒 砟， 侧卸式装载机装砟， 大吨位自卸汽车运砟 。
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工程概况及洞口围岩分析 工程概况 上东京隧道起讫里程为 GDK289 + 824 － GDK295 +
滑坡的可能性大大降低， 但由于洞口段围岩以沙加石 堆积体为主， 密实度差， 孔隙多， 预注浆及管棚注浆大 部分流入洞口下部及两侧， 渗透到拱部的较少， 所以拱 部范围围岩稳定性还是较差。加上由于管棚施工误差 及操作不当， 会有部分管棚掉入洞内， 部分倾角远远大 于设计， 故部分管棚将失去应有的作用， 这也将影响开 挖后拱部围岩的稳定性和滑动面的摩阻系数 。所以开 挖后还会有拱部掉块及产生滑坡的危险 。 2 施工方案 上东京隧道进口洞口段根据工期要求应优先采用 三台阶预留核心土七步流水作业（ 上台阶拱架预留临 时仰拱钢板） ， 在施工过程中严格按照加强监控量测 结果指导施工， 及时反馈围岩变化情况， 围岩变形超过 规范规定时， ， 采取上台阶加临时仰拱稳定围岩， 转换 为三台阶临时仰拱法， 如果围岩持续变形， 应采取上台 阶加竖向支撑减跨来稳定围岩变形， 具体开挖方法根 据监控量测的结果反馈确定开挖方法， 施工方法如下 。 2. 1 采用超前小导管进行超前预支护 对于上东京隧道进口段洞口堆积体段， 采取在超 前管棚间加设超前小导管补充管棚注浆， 以保证拱顶 松散体注浆固结的效果， 减少在开挖拱顶松散体失稳 的几率， 同时施做洞口全环保温层加固预注浆， 扩大在 松散体中注浆的范围， 增大隧道固结圈， 增强隧道的水 平摩擦力， 使隧道初支能抵消拱顶松散体对隧道初支 的水平推力， 如图 1 所示。 预加固采用在大管棚间间隔使用超前小导管预支 护， 小导管采用 42 mm 热轧无缝钢管加工， 长度为 3. 5 m， 环向间距 0. 4 m， 纵向间距 3 m， 超前小导管配 合刚架使用， 其纵向搭接长度不小于 1 m。 2. 2 三台阶预留核心土七步流水作业法 三台阶预留核心七步流水作业法施工工序示意见 图 2。 2. 2. 1 上中下导坑开挖
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全长 5 327 m， 本隧道正洞围岩主要有 151， Ⅱ "Ⅲ"Ⅳ" 其中Ⅱ 级占 37. 1% ， Ⅴ级， Ⅲ级占 51. 8% ， Ⅳ级占 7. 8% ， Ⅴ级占 3. 3% 。 隧 道 进 口 采 用 倒 切 式 帽 檐 洞 门 （ 1 ∶ 出口采用斜切式帽檐洞门（ 1 ∶ 1. 5 ） 。该隧道位 1. 25） ， 于长白山脉东北段， 线路穿越低山丘陵区， 多为“V” 形 形河谷， 谷底与分水岭相对高差 河谷， 少部分为“U ” 100 ～ 320 m， 山 顶 一 般 呈 浑 圆 状， 地 面 高 程 为 142 ～ 山坡自然坡度较陡倾， 变化较大， 部分上陡下缓， 510 m， 部分下陡上缓， 纵向自然坡脚为 16° ～ 28°， 进口纵向坡 出口纵向坡度 15°， 隧址区多为阔叶与针叶混生 度 19°， 林， 植被覆盖率约 95% 。工程地质设计为隧道进出口边 坡土质分别为花岗闪长岩的残坡积层及全风化层， 抗剪 强度低， 且边坡坡度较大， 边坡稳定性差。但通过隧道 进口洞口开挖发现洞口围岩以沙加石堆积体为主。 1. 2 洞口围岩分析 通过管棚及临时边仰坡施工过程， 通过现场观察 及记录， 将上东京隧道进口洞口段围岩情况通过图表 的方式经过分析如下。 洞口段 9 m 范围内围岩以沙加石堆积体为主， 密 实度差， 孔隙多， 部分空隙较大， 岩体稳定性差。 拱顶 松散体较厚， 拱腰往下较薄， 松散堆积体与基岩交界面 坡度与山体自然坡度相近， 坡度约为 1 ∶ 0. 9 。 线路左 侧松散体较薄， 距基岩面较近， 右侧较厚， 距基岩面较 远。若不进行相关的加固措施， 开挖后， 松散体肯定会 有局部以及大范围的塌落， 以松散堆积体与基岩交界 面为滑动面， 产生滑坡的危险。 通过管棚施工， 以及预注浆， 洞口段松散的堆积体 的整体稳定性有所提高， 滑动面的摩阻系数加大， 产生
爆破中应采取预裂爆破， 爆破中严格控制装药量， 毫秒 雷管的段位要错开， 形成交叉起爆， 减少对围岩的扰 动； 上、 中、 下台阶开挖进尺为 1 榀拱架， 上台阶开挖至 3. 5 m 时进行中台阶开挖， 中台阶先开挖围岩相对较 差的一侧， 中台阶左右两侧台阶错开 2. 4 m， 中台阶开 挖长度宜为 2. 4 m， 两侧不能同时开挖， 拱架要错开 3 榀以上， 防止拱架悬空造成安全隐患； 下台阶与中台 阶保持 2. 4 m 间距， 两侧不能同时开挖， 拱架要错开 3 榀以上， 防止拱架悬空造成安全隐患， 左右掌子面要 先开挖围岩较差的一侧， 左右错开 2. 4 m， 各部开挖时 预留核心土， 以保证掌子面的稳定， 各部开挖后及时封
本隧道进洞初期支护全环采用 I20 钢拱架， 间距 0. 6 m； 6 mm 钢筋网片， 网格间距 20 cm × 20 cm； 拱部 采用 22 mm 组合中空锚杆， 边墙采用 22 mm 砂浆锚 杆； 拱墙 采 用 28 cm 厚 C30 喷 射 混 凝 土， 仰拱采用 28 cm 厚 C25 喷射混凝土， 支护紧跟开挖面及时施作， 尽量减少围岩暴露时间， 抑制围岩变形， 防止围岩在短 期内松弛剥落。 钢架、 钢筋网和锚杆在洞外钢构件厂加工， 人工安 装钢架， 挂设钢筋网， 螺旋钻施作系统锚杆， 湿喷机喷 射混凝土。 4. 1 系统锚杆 本隧道系统锚杆采用 22 mm 组合式中空组合锚 杆及砂浆， 锚杆采用厂家订购。 施工时锚杆钻孔位置及孔深必须准确； 锚杆要除 去油污、 铁锈和杂质； 锚杆体插入孔内不小于设计长度 的 95% ， 注浆应饱满。 4. 2 钢筋网 隧道钢筋网预先在洞外钢构件厂加工成型 。钢筋 类型及网格间距按设计要求施作 。钢筋冷拉调直后使 油污、 颗粒或片状锈蚀。 安 用， 钢筋表面不得有裂纹、 装搭接长度为 1 ～ 2 个网格， 采用焊接。 先铺挂钢筋 网， 沿环向压紧后再喷混凝土。 钢筋网随受喷面起伏 铺设， 与受喷面的间隙一般不大于 3 cm。 与锚杆或其 缩短喷头至受喷 他固定装置连接牢固。 开始喷射时， 面的距离， 并调整喷射角度， 钢筋保护层厚度不得小于 5 cm。喷射中如有脱落的土块或混凝土块被钢筋网卡 住时， 应及时清除。 4. 3 钢架 （ 1 ） 钢架按设计预先在洞外钢构件厂利用冷弯机 加工成型， 在洞内用螺栓连接成整体 。 （ 2 ） 钢架架设要求 安装前清除底脚下的虚砟及杂物 。钢架安装允许 偏差： 钢架间距、 横向位置和高程与设计位置的偏差不 超过 ±5 cm， 垂直度误差为 ±2° 。 钢架拼装可在开挖面以外进行， 各节钢架间以螺 栓连接， 连接板密贴。 沿钢 架 外 缘 每 隔 2 m 用 钢 楔 或 混 凝 土 预 制 块 楔紧。 钢架底脚置于牢固的基础上， 不得有虚砟。 钢架 尽量密贴围岩并与锚杆焊接牢固， 钢架之间按设计纵 向连接， 连接牢固。 分步 开 挖 法 施 工 时， 钢拱架拱脚打设锁脚锚管 （ 锚杆） ， 并设置 “U ” 卡， 加强锚杆与拱架的连接， 锚杆 长度不小于 5. 0 m， 数量为上、 中台阶各 4 根。 下台阶 132
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堆积体大断面隧道进洞施工工法
张小明
（ 中铁十二局集团有限公司，太原 摘 030024 ）
要： 结合具体工程实例， 介绍大断面堆积体隧道进洞施工方案， 分析大断面堆积体隧道进洞具体施工步骤， 得
出了大断面堆积体隧道安全顺利进洞的施工工法， 从而推广此方法在大断面堆积体隧道中的应用 。 关键词： 堆积体； 隧道； 进洞方案； 施工 中图分类号： U455 文献标识码： B 文章编号： 1004－2954 （ 2012 ） S－0130－04