12碎石棄渣地段的隧道進(jìn)洞方案1

1、碎石棄渣地段的隧道進(jìn)洞方案摘要遼寧省丹東至本溪高速公路道扎子隧道從304國道路基下穿越，其右線隧道進(jìn)口段約40m為早期修建該國道時(shí)的棄渣，其柏油路面有長近百米、縫寬0.32cm的裂紋帶。本文介紹了在保證國道安全、暢通情況下對(duì)明挖、頂推、暗挖等方案取舍的情況，并最終采用了抗滑鋼管樁、坡面鋼管注漿加固、超前長管棚、自鉆式錨桿等綜合處理措施成功進(jìn)洞。文章也對(duì)隧道內(nèi)的結(jié)構(gòu)處理、施工掘進(jìn)方案的選擇及主要施工技術(shù)進(jìn)行了詳細(xì)介紹，為類似情況的隧道設(shè)計(jì)與施工提供重要的借鑒作用。1. 工程概況道扎子隧道位于本溪市南芬區(qū)下馬塘鎮(zhèn)南部，與304國道立體交叉，為上下行分離的四車道高速公路隧道，左線長295cm，右線長

2、350m。隧道凈寬10.5m，凈高5.5m，最大埋深約75m。其中右線隧道因?yàn)槁肪€所經(jīng)地帶地形復(fù)雜，地質(zhì)條件差，而且受路線走廊帶上分布的丹東至本溪的鐵路、304國道及細(xì)河的影響，逼迫其從修建304國道的堆積碎石土中進(jìn)洞。根據(jù)進(jìn)口有關(guān)的巖土層的成因時(shí)代、巖性特征、埋藏分布條件及物理力學(xué)性質(zhì)，可分為以下情況。素填土：為1997年修建304國道時(shí)對(duì)山體開挖而造成的塊碎石人工堆積物，結(jié)構(gòu)松散，極不穩(wěn)定，堆積形態(tài)不規(guī)則，塊、碎石占90%，該層素填土在yk120+921鉆孔處厚度8.1m，動(dòng)力觸探7.97擊，結(jié)構(gòu)松散。向下8.18.5m為地表腐植土，含有植物根系。8.5m以下為碎石土，動(dòng)力觸探10.3擊，

3、稍密。-1層強(qiáng)風(fēng)化混合花崗巖：灰褐色，粒狀結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造，節(jié)理裂隙發(fā)育，多為張性，少數(shù)為微張，呈塊（石）、碎（石）鑲嵌結(jié)構(gòu)，層厚411m。-2層弱風(fēng)化混合花崗巖：淺灰-淺肉紅色，粒狀結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造，節(jié)理裂隙發(fā)育，該層中有混合巖化變粒巖、混合花崗片麻巖殘留體出現(xiàn)。-3層微風(fēng)化混合花崗巖：淺粉色-粉紅色，節(jié)理發(fā)育，偶見有石英細(xì)脈充填，巖體呈塊（石）、碎（石）鑲嵌結(jié)構(gòu)。在該層中有混合巖化變粒巖和混合花崗片麻巖殘留體。隧道進(jìn)口圍巖以素填土為主，且全、強(qiáng)風(fēng)化混合花崗巖受f17斷裂帶及上盤平行低序次斷裂影響，節(jié)理發(fā)育，巖體被切割成塊石、碎石狀，呈不穩(wěn)定狀態(tài)。地下水主要為孔隙水，水量貧乏，豐水期間大氣降水沿

4、坡向流下，對(duì)施工有較大影響。進(jìn)口地質(zhì)坡角約30度，隧道軸線與坡面呈45度斜交。隧道成洞面拱頂離304國道路面垂直距離約為15m，與304國道路肩水平距離約為20m。304國道約有2/5修筑于碎石土及素填土上，其余位觀于全風(fēng)化混合花崗巖。在yk120+935處，國道柏油路面有裂紋帶，帶長近百米，裂縫寬0.3 0.4，最寬達(dá)2cm，推測(cè)裂紋處為填挖分界線，填方側(cè)出現(xiàn)沉降23m。2.方案的選擇丹本高速公路是遼寧東部邊防城市丹東通過沈本線連接沈陽的、具有重要政治、經(jīng)濟(jì)、國防意義的國道主干線。由于304國道為丹東通向本溪、沈陽地區(qū)惟一的一條的公路，因此方案的選擇首先必須保證國道的安全、暢通。第一方案：明

5、挖方案。即304國道挖斷，其下素填土全部清除，做成明洞，隧道成洞面向前推進(jìn)至強(qiáng)風(fēng)化花崗巖。此方案隧道施工簡單、明了，設(shè)計(jì)與施工難度都較小，關(guān)鍵是國道如何保證能保證交通不中斷，最直接的想法是國道改道，但經(jīng)實(shí)地多次勘察和對(duì)各界人士的調(diào)查及咨詢，發(fā)覺由于本地段山勢(shì)陡峭，304國道無法改道，且無地段可以局部饒行；另有一設(shè)想是在挖斷處做一臨時(shí)高架橋，但設(shè)計(jì)和施工難度都很大，且由于該地段大型集裝箱貨柜車較多，難以有效的保證行車安全。第二方案：頂推方案。該技術(shù)在鐵路施工中當(dāng)兩線交叉，且路線下穿時(shí)，曾經(jīng)使用過，但其截面積較小，且其所過地段多為均質(zhì)的砂性土或粘性土，而本地段塊、碎石含量較高，且隧道截面積大，所要

6、克服的摩阻力較大，千斤頂?shù)暮笞σ埠茈y保證有效的支撐，故施作難度極大。 第三方案：暗挖方案。采用抗滑鋼管樁、坡面鋼管注漿加固、超前長管棚、自鉆式錨桿等綜合處理措施進(jìn)洞。實(shí)際施工采用此方案，以下對(duì)此作一詳細(xì)介紹。3. 進(jìn)洞前的加固處理及超前支護(hù)3.1 抗滑鋼管樁由于涉及到304國道的安全、暢通，為避免隧道進(jìn)洞時(shí)，一旦坡面或掌子面產(chǎn)生滑動(dòng)，極有可能造成304國道會(huì)產(chǎn)生滑移、塌陷，中斷交通。進(jìn)洞開挖前沿304國道路肩外1m約20m長范圍打長度為13m的兩排1086mm有孔鋼花管注漿，梅花型布置，間距1m，外露1m，鋼管要求深入強(qiáng)風(fēng)化花崗巖1.5m。有孔鋼花管應(yīng)從兩側(cè)向中間施工，必須保證注漿完成后才能

7、施作下一根。注漿采用水泥-水玻璃漿液：水泥與水玻璃體積比1：0.5，水泥漿水灰比1：1，水玻璃濃度為35玻鎂度，水玻璃模數(shù)為2.4，注漿壓力保證初壓0.51.0mpa，終壓2.0mpa。注漿結(jié)束后應(yīng)及時(shí)清除管內(nèi)漿液，并用30號(hào)水泥砂漿緊密填充，增加鋼管的剛度和強(qiáng)度。注漿參數(shù)應(yīng)在施工中不斷調(diào)整，以盡量保證鋼管之間漿液充填飽滿，形成穩(wěn)定殼體。抗滑鋼管樁施工前必須用c15號(hào)混凝土局部拓寬304, 國道，即靠山側(cè)加寬國道34m，施工時(shí)占用半幅公路，并對(duì)該段公路進(jìn)行交通管制，有利于正常施工，且保證行車安全。3.2 坡面鋼管注漿加固在抗滑鋼管樁施工完成后，才能對(duì)仰坡面進(jìn)行局部刷方清除表面危石、滾石，并根據(jù)

8、抗滑鋼管樁施工效果可進(jìn)行適當(dāng)?shù)那宸健?整個(gè)邊、仰坡面采用423.5m長3m熱軋小鋼管，間距1.5m1.5m單液注漿加固。鋼管前端10cm加工成尖錐狀，管壁四周鉆8mm的壓漿孔，但尾部一米不設(shè)壓漿孔。注漿前以8鋼筋網(wǎng)（20cm20cm）及10cm厚噴射混凝土封閉坡面。單液注漿不僅可簡化工藝，降低造價(jià)，而且固結(jié)強(qiáng)度高，但漿凝時(shí)間長，因此，本單液注漿以水泥砂漿為主，添加5%的水玻璃（重量比），由于空隙率較大，注漿壓力要求較低，終壓不超過0.5mpa。施工時(shí)由于圍巖注漿可灌性差，效果不好，不能達(dá)到固結(jié)圍巖的目的，改成水泥-水玻璃雙液注漿。原3.0m長的鋼管加長至67m，更好地加固松散土體。3.3 超前

9、支護(hù)進(jìn)洞的輔助施工措施的好壞、強(qiáng)弱是本項(xiàng)工程成敗的關(guān)鍵。長管棚是對(duì)付隧道不良地質(zhì)的有效手段，適合特殊困難地段，如極破碎巖體、塌方體、巖堆等地段。設(shè)計(jì)時(shí)以管棚作為進(jìn)洞的輔助施工措施，應(yīng)該說是行之有效的且較安全的超前支護(hù)手段，當(dāng)然，在本堆積碎石土中因大塊狀碎石含量較多且直徑較大，管棚的施作相對(duì)來說有一定的難度，很容易造成管棚偏位，因此施工技術(shù)要求比較高，必須要有較豐富管棚施作經(jīng)驗(yàn)的施工單位，且其機(jī)具設(shè)施也要合適。管棚的施作要求施工單位注意以下方面：做套拱時(shí)應(yīng)盡量少破壞坡腳，以避免引起邊坡失穩(wěn)。管棚長度要求拱腰側(cè)的第一根深入混合花崗巖3m，由于圍巖松散，施工時(shí)要求鉆進(jìn)速度不應(yīng)冒進(jìn)，應(yīng)減低轉(zhuǎn)速，防止鉆

10、杠在外力作用下偏位。遇到孤石更應(yīng)減速，不宜強(qiáng)行對(duì)鉆桿施加頂壓力，造成孔位偏斜。下管時(shí)如遇到塌孔現(xiàn)象較嚴(yán)重時(shí)可先注漿固化，再鉆進(jìn)，反復(fù)多次。困難地段亦可用厚壁鉆桿打入后在鉆桿內(nèi)注漿，把鉆桿留在孔內(nèi)代替鋼管。注漿設(shè)計(jì)時(shí)采用水泥-水玻璃雙液注漿，施工前要求施工方現(xiàn)場做了雙液注漿配比實(shí)驗(yàn)，按水玻璃濃度為35玻鎂度，水玻璃模數(shù)為2.4，水泥-水玻璃體積比分別為1：0.5至1：0.1時(shí)，漿液膠凝時(shí)間為3075s，因此注漿采用單液，添加5%水玻璃。實(shí)際施工時(shí)鉆孔43m，但由于操作人員鉆進(jìn)速度太快，不能及時(shí)用羅盤測(cè)定鉆桿偏角，使得部分鋼管仰角過大，管棚末端超挖嚴(yán)重，開挖時(shí)在管棚施作的末端加設(shè)了超前小導(dǎo)管，從而

11、有效控制了超挖。4. 洞內(nèi)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)隧道洞口段的設(shè)計(jì)與施工歷來是隧道建設(shè)的關(guān)鍵部位，進(jìn)口由于受各種條件的限制只能從碎石堆積土中進(jìn)洞，襯砌參數(shù)先以工程類比法擬定，以有限元對(duì)其進(jìn)行校核。由于結(jié)構(gòu)受力明確，計(jì)算時(shí)按全部松散土荷載作用于結(jié)構(gòu)上。采用桿系有限元計(jì)算，擬定的初期支護(hù)結(jié)構(gòu)參數(shù)見下：18工字鋼間距0.4m一榀，噴c20混凝土25m，掛8雙層鋼筋網(wǎng)（20cm20cm），注漿錨桿長3.0m, 間距1m1m，且在每榀鋼拱架兩側(cè)分別設(shè)置兩根3.0m長注漿小導(dǎo)管，以保證基礎(chǔ)的足夠承載力。初期支護(hù)的安全與否，按計(jì)算得出的錨桿和鋼支撐（含噴射混凝土）的承載力情況驗(yàn)算。錨桿承載力計(jì)算主要按承載拱理論計(jì)算：由于系

12、統(tǒng)錨桿的作用，洞室周邊圍巖承載拱厚度變得與錨桿長度相當(dāng)；由于錨桿的加筋作用，使得承載拱巖體強(qiáng)度提高。根據(jù)錨桿長度、間距以普氏理論計(jì)算承載拱厚度，對(duì)錨桿支護(hù)直接加固的洞周圍圍巖體取用較高的c，值。鋼支撐（含噴射混凝土）承載力計(jì)算：以型鋼拱架和噴射混凝土根據(jù)等剛度換算后進(jìn)行內(nèi)力計(jì)算，因允許噴混凝土開裂，故軸力由混凝土和型鋼承擔(dān)，彎矩只由型鋼承擔(dān)，按容許應(yīng)力法分別進(jìn)行強(qiáng)度校核，經(jīng)計(jì)算錨桿承載力約在34m土荷載，而型鋼拱架和噴射混凝土可承擔(dān)約89m土荷載。由于襯砌頂土荷載為15m，即二次襯砌將擔(dān)當(dāng)約3m土荷載，素混凝土即可滿足要求，但由于本地段不均勻沉降嚴(yán)重，差異沉降所造成的內(nèi)力是巨大的，左右兩側(cè)拱腳

13、即便有5mm差異沉降，其所造成的內(nèi)力也是素混凝土不能接受的，故二次襯砌采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。施工時(shí)必須進(jìn)行嚴(yán)格的監(jiān)控量測(cè)，內(nèi)容包括地表沉降、洞內(nèi)拱頂下沉、兩側(cè)位移收斂，應(yīng)每5m設(shè)一量測(cè)斷面，二次襯砌必須在洞周變形基本穩(wěn)定后再施作。5. 施工注意事項(xiàng)5.1 開挖方案開挖方案應(yīng)在圍巖加固完成好后，根據(jù)其加固的效果綜合考慮。在軟弱圍巖地段開挖方案制定尤其重要，由于本段地質(zhì)差，埋深淺，斷面大，且對(duì)地表下沉有嚴(yán)格要求，為穩(wěn)妥進(jìn)洞，采用的是cd法（即中隔墻法），見圖4。cs法開挖是分為四部，因?yàn)槊坎繑嗝嫘∏叶技皶r(shí)封閉成環(huán)，故開挖時(shí)引起的地表沉降量較小。施工時(shí)，由于坡面注漿效果良好，抗滑鋼管樁及長管棚的施作都

14、很成功，決定改用臺(tái)階分步導(dǎo)坑開挖法（即環(huán)型開挖留核心土法），上臺(tái)階可適當(dāng)加長，約為1倍洞跨，要求1012m，增加鎖腳注漿小鋼管，每榀鋼拱架每側(cè)設(shè)兩根，5.0m長，以保證上導(dǎo)鋼拱架基地牢靠。臺(tái)階分步導(dǎo)坑開挖法比較cd法具有機(jī)械化程度高，施工速度可以加快，核心土可以有效地穩(wěn)定開挖面的優(yōu)點(diǎn)。由于是采用人工開挖，故要求施工時(shí)嚴(yán)格控制超欠挖，斷面輪廓力求圓順，減少應(yīng)力集中現(xiàn)象。且要求施工工序緊湊，縮短仰拱封閉時(shí)間，改善初期支護(hù)受力條件。5.2 錨桿施工由于普通系統(tǒng)砂漿錨桿在碎石堆積土中難起作用，而普通中空注漿錨桿成孔困難，反復(fù)的鉆孔、清孔對(duì)土體的擾動(dòng)嚴(yán)重，且用水沖孔也易造成土體的滑動(dòng)而失穩(wěn)。因此系統(tǒng)錨桿

15、采用的是3m長自進(jìn)式錨桿，以高壓風(fēng)沖孔排渣、注漿，避免對(duì)土體造成過多擾動(dòng)。由于堆積碎石土的特殊地質(zhì)情況，主要采用耐磨合金鉆頭并要求具有預(yù)留漿液孔。錨桿本身即為鉆桿，內(nèi)為中空，當(dāng)錨桿的鉆設(shè)達(dá)到設(shè)計(jì)規(guī)定的深度時(shí)，孔內(nèi)的所有浮土巖屑應(yīng)利用鉆機(jī)的壓縮空氣清理干凈，注漿主要采用水泥漿液，其水灰比0.40.55。注漿可采用兩種方式，其一是邊鉆進(jìn)邊注漿，鉆進(jìn)速度不應(yīng)過快，以保證漿液的擴(kuò)散，當(dāng)鉆到設(shè)計(jì)深度時(shí)，應(yīng)繼續(xù)注漿，直到注漿壓力達(dá)到0.2mpa，并持續(xù)5分鐘，以不吸漿或孔口返漿為結(jié)束標(biāo)志；其二是一次性鉆到設(shè)計(jì)深度，用專用注漿接頭和止?jié){塞進(jìn)行注漿作業(yè)，注漿結(jié)束也應(yīng)滿足其上條件。錨桿原則上在安裝約24小時(shí)后，

16、應(yīng)將螺帽及載板旋緊至3噸，載板必須緊貼噴射混凝土面，以把承載力均勻傳給錨桿，避免錨桿產(chǎn)生彎曲應(yīng)力。6. 幾點(diǎn)體會(huì)（1）軟弱破碎的復(fù)雜地段的處理方案應(yīng)采用綜合治理，多種手段并舉，而注漿是基礎(chǔ)。（2）長管棚作為超前輔助施工手段對(duì)付不良地質(zhì)是一種很好的方式，但對(duì)于管棚仍沒有較詳細(xì)的施工規(guī)范、方法或準(zhǔn)則，長管棚的推廣仍不夠普遍，造成力量稍薄弱的施工單位不愿施工，愿采用土方法，因此長管棚的推廣還應(yīng)加強(qiáng)。（3）自進(jìn)式錨桿可以避免對(duì)土體造成過多擾動(dòng)，可以加快施工進(jìn)度，安全順捷通過不良地質(zhì)段，盡管造價(jià)有一定偏高，但對(duì)付局部不良地質(zhì)具有安全、方便、快速的效果，因此該項(xiàng)技術(shù)應(yīng)得以更好的推廣。（4）cd法由于具有及

17、時(shí)封閉結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)，故其對(duì)控制整個(gè)斷面變形較有利，但也具有低效、煩瑣的缺點(diǎn)，如果輔助施工措施得力（如采用了長管棚），可采用簡便、快捷的臺(tái)階法。ut2apodfxxc02gybkskcww97mrqqwhoj5tl15zt6jipyytycummtarp3v1n5luizi3xh3bhwyreko8d9g7nmzqowpjetldrw08gvs8dsdqqygc3ce7moo2tlf0jf1gk74iuxybmtivr97ckrfvqult5fn2t6mpjr6rbzvpsortzvij5nb5ndvvsr4iwr1twlfkglspzuhrjq3cmzu98euouijdlszqpmvrw9zk

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