不良地质双线隧道施工工艺.doc

不良地质双线隧道施工工艺内容摘要：随着铁路建设跨越式的发展，高速双线铁路的建设，大断面隧道是今后隧道施工的主流，因需满足经济需要，大断面隧道又不可避免地要通过一些不良地质地段，结合京沪线栖霞山隧道施工经验，对大断面隧道通过不良地质地段所会遇到的情况及处理方法做简要介绍。关键词：隧道 大断层 不良地质 变形 塌方 处理方案在铁路、公路、给排水等工程中，隧道是经常遇到的，在过去的施工也积累了不少的经验，但过去的施工跨度并不是很大，特别是铁路隧道，以往基本上是单线。随着国家建设标准的提高，高速双线铁路是今后建设的主流，还有些山区铁路车站会在隧道内，大断面的隧道是今后铁路建设经常遇到的。又考虑到经济上原因，隧道不可避免地会遇到不良地质地段，大断面加上地质情况差，造成了施工难度的增加。京沪线栖霞隧道就是断面大，地质情况又不良，结合本隧道的施工，对各种情况的处理做一总结、探讨。1、 工程概况栖霞山隧道是京沪线上海至南京段唯一的一座隧道，既有双线隧道498.4米,不能满足双层集装箱的限界要求,并存在局部衬砌开裂、渗水、岩层剥蚀掉块及基床翻浆冒泥等病害。 新建隧道全长825米，位于栖霞山站与南京东编组站之间，能通过双层集装箱电力牵引双线隧道，列车最高行车速度为160Km/h，轨面以上有效净空面积为80m2，开挖断面面积为123m2。整座隧道为浅埋隧道，最大覆盖层为30.0m，最小覆盖层1.7m，三个断层破碎带，岩芯破碎，裂隙发育；其中级围岩205m，级围岩510m，明洞110m;坡度3.3往出口下坡，工程位于栖霞山及山前缓坡区。隧址属丘陵缓坡，隧顶地形低洼，其两侧地形相对较高，地形为“垭口”状，隧道以浅埋形式通过。山前缓坡区为长江阶地，二级阶地地形起伏较大，自然坡度150300，植被发育；一级冲积阶地地形较平缓，大部辟为村镇和农田。山前缓坡区的长江二级阶地，地下水类型主要为上部土层孔隙潜水和下部岩层裂隙承压水，承压水水量较大，受雨水与地表水补给。2、隧道工程施工方法和施工工艺根据本工程隧道长、围岩成分差、在施工过程中，采用新工艺、新设备、新材料、新技术，推行项目管理，优化人、机、料、环的组合，优化施工方案，理顺各工序的衔接，均衡施工。在保证质量优良的前提下，尽量节约材料。加强管理，不断提高施工技术水平，提高机械设备的周转。隧道施工方案，主要是从工艺、方案、步骤、措施等四个方面，结合施工水平和机具设备的生产能力，综合考虑和综合运用。本隧道采用新奥法施工，进出口双端同时掘进。各主要工序或主要项目为：施工测量、钢件加工、洞口施工、开挖掘进、监控量测、仰拱施作、矮边墙施工、二次衬砌等。21、施工测量施工测量的主要任务是保证隧道施工按规定的精度正确贯通，使衬砌结构符合设计要求。隧道测量分为控制测量和洞内施工测量，控制测量应在隧道开挖前完成，洞内施工测量应配合隧道施工进行，做到勤测勤量，并且按测量的标准要求，建立复核制度，确保准确贯通。 22、钢件加工钢件加工持续时间长、工艺要求严格，是保证施工进度和工程质量的重要环节。本隧道的钢件共有钢筋、工字钢架、钢管、预埋件四种类型，在进出口的加工场地加工，加工后的成品分类堆码，做好标识，杜绝使用错误。钢筋加工在加工棚中采用人工配合小型机具进行，工字钢架根据设计的弧度在冷弯机上加工而成， 用作长管棚的108×9mm钢管，每根长6米，钢管间以丝扣连接而成，钢花管的加工是在管壁上间隔15cm钻10mm的注浆孔，孔成梅花型布置。水平收敛、拱顶下沉的监控量测点，可用钢筋加工成一头带销孔，长度为2030cm的钢件，预埋在初期支护的锚喷砼中。23、地表深孔预注浆隧道进、出口为级围岩断层破碎带，地下水发育，施工时易发生涌水突泥，且该段为浅埋段。施工时采用地表深孔预注浆堵水加固措施。231、根据导线控制点测量出需要地表深孔预注浆堵水加固的里程范围、用红油漆标出孔的位置。232、用潜孔钻机在设计孔位钻孔至设计标高。233、注浆材料：水泥单液注浆，水灰比1：1；注浆参数：孔间距3米，浆液扩散半径2米，注浆压力：初压0.20.5Mpa,终压23Mpa；注浆方式：采用分段后退式注浆，或全孔一次压入式及根据现场情况采取分段前进式。每排注浆孔中，先灌注两端的孔，然后依次向内推进间隔交错灌注，灌注量与设计数量大致相等，并达到设计终压后稳定10分钟。24、洞口施工洞口施工是进洞前的关键，施工工作完善，能保证快速安全进洞，洞口施工包括出入口防排水设施的施工、洞门土石方开挖、锚喷支护、浆砌防护、长管棚施作等项目。241、出入口的防排水首先进行出入口防排水设施的施工，挖通天沟和出入口临时排水沟，完成排水系统。242、土石方开挖洞口开挖采用挖掘机开挖，装运采用装载机配合自卸汽车进行。开挖的土方也应分层碾压以扩大施工场地。开挖从上到下进行，顺坡度挖至仰坡脚，每开挖3m高度，均应进行测量复核。之后，立即进行锚喷支护，减少边坡的暴露时间，防止边坡坍塌。24、锚喷支护锚喷支护随土方开挖从上到下进行，在开挖成型的地面，标出锚杆的准确位置，用风动凿岩机钻孔，孔深锚杆设计长度-锚杆外露长度，锚杆外露长度=喷射砼厚度-保护层厚度（cm），孔径锚杆直径15mm。钻孔应圆而直，孔眼尽量垂直于岩石层面。当钻眼完成经检查合格后，安设锚杆并进行喷射砼作业。喷射砼的工序为清洗岩面机械设备就位材料拌和喷浆。244、长管棚施作长管棚采用108×8mm，每根长度为6.0m的钢管。长管棚的施工工序为：定位钢架定位钻孔安装注浆。25、开挖掘进长管棚施作完成后，即可开始洞身掘进。洞身分别从进口K283+005和出口K283+830开始，往隧道中间掘进，其中：级围岩510米，级围岩205米，明洞110米，均采用超短台阶法，分上下台阶开挖，尽量缩小上台阶开挖的临空面，以保证机械能够进行作业的断面既可，高度控制在5米以内，掘进速度仅为每天1.5米。洞身施工进度以上台阶来控制，下台阶、二次衬砌、防排水等项目应围绕掘进均衡安排。洞内存在少量水，开挖时，洞身两侧均需开挖宽×高=0.4×0.4m的临时排水沟，将开挖地段的水引入排水沟，出口利用隧道设计纵坡将水排出洞外。进口设置集水井，用潜水泵两边抽水，将洞内施工地段的净水排出洞外。洞身开挖是隧道施工的重要环节，应按新奥法组织实施。开挖断面尺寸必须符合设计要求，开挖作业中，不得损坏支护、衬砌和设备，同时保护好测量桩号和量测用的测点，做好地质构造的核对和素描，地质变化处和重要地段，应有照片记载。开挖爆破采用光面爆破和预裂爆破。选用2号岩石硝胺炸药和导爆管非电毫秒雷管作为爆破材料。岩石钻眼采用风动凿岩机进行。当双向开挖贯通距离剩下15m时，改为由出口单向开挖，直到贯通为止。隧道围岩类别主要有：级、级、二种类型。对于破碎岩层地段开挖是本隧道施工的关键，破碎岩体自稳能力较差，应采取多打眼、少装药、短进尺的弱爆破措施，每循环进尺控制在1.5m以下，以减少对围岩的扰动和破环，达到安全施工的目的。当长管棚注浆完成8小时后，即可进行进洞施工。隧道采用上、中、下三级台阶法分隔开挖，并预留核心土。具体开挖断面形式如图5-4。开挖顺序为 1 2 3 4 5 6 7 8 9，在1号断面开挖中预留核心土， 2号、4号、6号、8号断面先拉中槽后，再进行3号、5号、7号、9号断面的边墙开挖，开挖长度为2m，初期支护在1号、3号、5号、7号、9号每一段开挖同时进行，当开挖长度达5米时，单侧开挖半边仰拱，浇筑混凝土及矮边墙，完毕后，施工另半侧仰拱，矮边墙，稳定初衬。二个开挖循环后，二衬立即跟进。开挖掘进施工工序为施工准备钻眼爆破进入开挖面检查开挖面封闭围岩出碴锚杆施作挂钢筋网立格栅钢架喷射砼质量检查进入下一循环；当开挖不须钻眼爆破时，可用挖掘机进行开挖。26、监控量测根据水平收敛及拱顶沉降值，对岩体内部垂直位移进行回归分析，如发现净空位移量过大或收敛速度无稳定趋势时，对结构采取补强措施：增加喷浆厚度，或加长加密锚杆，及时加强支撑。提前施作二次衬砌，通过分析较核二次衬砌强度，紧跟开挖面尽快对围岩施加约束，形成闭合环，以加强支撑。提前施作仰拱。对地质较差地段或位移下沉量、位移速度较大时，适当增加量测断面及量测频率。各量测项目尽可能选在同一断面，测点的选择尽可能具有代表性。当隧道水平位移收敛速度为0.10.15mm/天，拱顶下沉位移速度为0.1mm/天，可以认为围岩基本稳定。3、变形塌坍情况的处理待添加的隐藏文字内容1隧道地质差，虽然采取了上述的开挖方法，但在局部依然出现了初衬的严重变形，造成大面积的换拱，施工工作量及施工难度加大。一旦操作不当，就会造成塌坍。针对以上情况，采取了了下列的措施：31变形情况的处理：由于征地拆迁的影响，下台阶不能按规范要求跟进，上台阶拉得太长，开挖下台阶时，上台阶的初衬极易产生挤压变形。采用的方法主要是对上台阶采用工字钢做横撑，对初衬做临时仰拱，形成临时的封闭，确保不变形。弱地质地段，在仰拱开挖，到仰拱混凝土浇筑这段时间，边墙初衬底部受力处于最不利状态，极易产生挤压变形。开挖仰拱时，对下台阶初衬的工字钢下部加强锁脚锚杆，开挖进尺控制在2米之内，开挖宽度也在2米左右，（能施打边墙锁脚即可），中间部分的仰拱土相当于核心土的作用，以增加初衬边墙的反向压力。深度可超过设计深度0.60.8m，超过部分初衬工字钢也加长，采用与仰供同标号的混凝土回填，在中心部分仰拱土方挖开时，该部分混凝土对支挡初衬的变形起到了很大的作用。32、塌坍情况的处理321 该隧道由于地质不良及开挖原因，造成了多次的塌方，有四次塌方出现了冒顶现象，主要原因分析：a、上台阶开挖太长，下台阶没有跟上，导致初衬刚度不足；b、上台阶撑子面开挖距离过长，初衬没紧跟；c、初衬超挖部分空洞未填实，爆破振动等原因，导致空洞上方剥落塌方；d 、隧道贯通，双侧同时开挖换拱。322 处理的一般方式采取地表压浆固结坍体松散结构、洞内采用短管棚注浆、工字钢支护的措施。洞外地表压浆范围根据塌坍范围适当加大，洞内工字钢采取每0.5米一环，短管棚每1米一环，逐环前进。处理顺序为先在洞外地表处理，再处理洞内上台阶部分，而后处理下台阶部分。二次衬砌完成后，再对陷坑回填夯实处理。步骤：首先对地表陷坑进行防护，防止雨水地表水进入陷坑。在坑周围挖好截水沟，沟边沟底抹5厘米厚的砂浆。陷坑壁已扰动部分，按1：0.75坡率进行刷坡，进行锚杆挂网喷混支护。在坑底进行地表压浆、固结，浆液采用单液浆加速凝剂。323 在洞内径向布置长3.5米42小导管，从第3榀工字钢工字腰上后用5米长50钢管壁上凿孔，前头削尖，从工字钢腰上预钻孔穿过，用钢轨锤撞击或机械将管打入顶入周边围岩，斜插角为1530°之间，而后进行注浆。注浆后，向前开挖0.5米，拆除塌方破坏的工字钢架和初次衬砌，支护下一榀工字钢。施工径向小导管，按V级围岩布置，小导管尽可能与工字钢焊接一起。喷混凝土封闭围岩。再开挖0.5米，逐步循环前进。下台阶的开挖采取左右侧壁导坑开挖预留核心土方法，每次开挖0.5米，安装工字钢，安装径向小导管及注浆，左右导坑相错必须小于2米，以防围岩偏压。完成2米，及时浇筑仰拱封闭。塌方地段衬砌，采用56米一节方式浇筑，尽早二衬封闭。处理完成洞内并完成塌方段二次衬砌后，再进行洞顶地表陷坑的回填处理。4、结束语：栖霞山隧道工程从2003年9月施工至2006年1月全部结束，目前隧道使用状况良好。施工中虽然出现了多次的塌方及多地段大面积的变形，现场结合实际、设计情况，采取了多种措施，确保了处理变形及塌方的可行性、可靠性和安全性，通过对栖霞山隧道的设计与施工技术的总结，对以后在不良地质的双线隧道施工提供了有益的经验。