大斷面單洞雙線變雙洞單線隧道施工工法(新)

1、大斷面單洞雙線變雙洞單線隧道施工工法中鐵十二局三公司石太客運(yùn)專線Z1標(biāo)王志強(qiáng) 李有生 張自強(qiáng)1、前言由于客運(yùn)專線的時(shí)速達(dá)到250km/h、300km/h和350km/h，所以對隧道的要求就更加嚴(yán)格。首先隧道的凈空要符合空氣動力學(xué)，線路的設(shè)計(jì)要能達(dá)到火車的時(shí)速，這就要求線路上曲線的半徑要滿足速度上的要求，因此就會出現(xiàn)隧道的開挖斷面面積大。而小凈距隧道雙洞的中間巖柱寬度介于連拱隧道和分離隧道之間，小于1.5倍隧道開挖斷面的寬度；隧址區(qū)為山嶺重丘區(qū)，受地形的限制路線分幅展線十分困難，在這種情況下，小凈距隧道顯示出了優(yōu)勢，與分離式隧道型式相比，隧道兩端接線的長度大大縮短，與雙連拱隧道相比，簡化了施工工

2、序，節(jié)約了工程工期和造價(jià)。本工法生成背景是2005年上場的鐵路石家莊至太原客運(yùn)專線Z1標(biāo)段的南梁隧道單洞雙線變雙洞單線的段落。南梁隧道全長11.526公里。其中雙線5.795公里，單線5.731公里（雙延米）。其中在單洞雙線變雙洞單線的過渡段包括480米長的雙線喇叭口大跨隧道及250米長的雙洞單線小凈距隧道。2、工法特點(diǎn)2.1 解決了大斷面隧道施工過程中斷面在不斷變化的情況下的開挖及二次襯砌施工。2.2 解決了小凈距隧道的開挖施工。3、適用范圍3.1開挖斷面面積大于120m2，且斷面在不斷變化的隧道。3.2并行雙洞隧道凈距小于1.5倍隧道開挖斷面寬度，且開挖斷面寬度小于13m。4、工藝原理4.

3、1 隧道斷面在不斷地變化，可以看做是喇叭口形式。開挖時(shí)斷面逐漸變大，其開挖時(shí)的光爆效果會很差，超欠挖難以控制；在二次襯砌施工時(shí)，由于斷面是流線型的，所以就不能使用整體式液壓臺車，只有用鋼拱架加小模板來施工二次襯砌，每施工一米襯砌就要加工一榀鋼拱架，而且得重新安裝小模板，這樣即浪費(fèi)時(shí)間又浪費(fèi)鋼材。我們只有改變了隧道的斷面變化形式，才能在源頭上改進(jìn)其施工工藝。見圖4.1-1單洞變雙洞流線型漸變平面示意圖。圖4.1-1 單洞變雙洞流線型漸變平面示意圖4.2小凈距雙洞隧道施工的難點(diǎn)、重點(diǎn)是控制爆破作業(yè)，必須確保隧道在開挖過程中圍巖的穩(wěn)定，減小兩隧道之間由于凈距較小引起的圍巖變形、爆破震動等不利因素。小

4、凈距雙洞隧道施工的關(guān)鍵是中間巖柱的加固和穩(wěn)定，由于圍巖自穩(wěn)性和支護(hù)結(jié)構(gòu)的受力較一般隧道復(fù)雜，必須充分利用隧道圍巖的自承、自穩(wěn)能力，通過圍巖加固措施使隧道修建達(dá)到經(jīng)濟(jì)、合理的目的。見圖4.2-1 小凈距隧道照片。圖4.2-1 小凈距隧道照片5、施工工藝流程及操作要點(diǎn)5.1喇叭口大跨段施工工藝。5.1.1 在施工前全面地了解原設(shè)計(jì)的施工工藝及其在施工過程中的難度。據(jù)我部了解喇叭口大跨段為流線型漸變，開挖上難度不是很大，但是在以后的二次襯砌施工中難度就很大了。因此我部從盡量少地投入資金及不影響原來隧道結(jié)構(gòu)的角度出發(fā)，與設(shè)計(jì)單位、建設(shè)單位積極溝通、探討，最后將喇叭口段的流線型漸變形式變更為臺階型漸變形

5、式。每個(gè)開挖斷面變化時(shí)通過設(shè)置3米長的過渡段直接由上一個(gè)小斷面變化到下一個(gè)大斷面。具體見圖5.1.1-1單洞變雙洞臺階型漸變平面示意圖。圖5.1.1-1 單洞變雙洞臺階型漸變平面示意圖圖5.1.1-2 臺階型漸變照片5.1.2 由于喇叭口段隧道開挖面積從117.6平方米漸變?yōu)?99.56平方米，因此在施工過程中我們要結(jié)合TSP203超前地質(zhì)預(yù)報(bào)儀來確定其開挖方法（臺階分部法、CD法或CRD法）。5.1.2.1 對于圍巖較好的大斷面隧道，如、級圍巖采用臺階分部法施工。圖5.1.2.1-1大跨隧道、級圍巖采用臺階分部法施工示意圖圖5.1.2.1-1大跨隧道、級圍巖采用臺階分部法施工示意圖圖5.1.

6、2.1-2 臺階分部法施工工藝流程圖1上半斷面開挖施作上半斷面初期支護(hù)3拉中槽4左邊墻開挖施作仰拱仰拱填充二次襯砌施作水溝電纜槽施工左邊墻支護(hù)右邊墻支護(hù)6右邊墻開挖具體的施工工藝流程見圖5.1.2.1-2 臺階分部法施工工藝流程圖5.1.2.2 對于圍巖較差的大斷面隧道，如、級圍巖采用CD法施工。具體CD法開挖及施工工藝流程見圖5.1.2.2-1大跨隧道、級圍巖采用CD法施工示意圖及圖5.1.2.2-2 CD法施工工藝流程圖。圖5.1.2.2-1 大跨隧道、級圍巖采用CD法施工示意圖5.1.2.2-2 CD法施工工藝流程圖施作上半斷面初期支護(hù)1上導(dǎo)中隔壁施工2開挖左側(cè)下導(dǎo)右邊墻、仰拱初支拆除中

7、隔壁仰拱混凝土施工仰拱填充混凝土施工4開挖右側(cè)下導(dǎo)左邊墻、仰拱初支3開挖右側(cè)上導(dǎo)右側(cè)上導(dǎo)支護(hù)1上半斷面開挖二次襯砌施做水溝電纜槽施工2下導(dǎo)中隔壁施工5.1.2.3 對于圍巖非常破碎的級加強(qiáng)大斷面隧道采用CRD分部施工法施工（即交叉中隔壁法）。施工方法見 圖5.1.2.3-1 CRD法分部施工示意圖。5圖5.1.2.3-1 CRD法分部施工示意圖具體的施工工藝流程如下：第一步：-左側(cè)上導(dǎo)開挖，-左側(cè)上導(dǎo)初期支護(hù)施工，1-左側(cè)上導(dǎo)中隔壁施工，1-左側(cè)上導(dǎo)臨時(shí)仰拱施工；第二步：-左側(cè)中導(dǎo)開挖，-左側(cè)中導(dǎo)初期支護(hù)施工，2-左側(cè)中導(dǎo)中隔壁施工，2-左側(cè)中導(dǎo)臨時(shí)仰拱施工；第三步：-右側(cè)上導(dǎo)開挖，-右側(cè)上導(dǎo)

8、初期支護(hù)施工， 3-右側(cè)上導(dǎo)臨時(shí)仰拱施工；第四步：-右側(cè)中導(dǎo)開挖，-右側(cè)中導(dǎo)初期支護(hù)施工，4-右側(cè)中導(dǎo)臨時(shí)仰拱施工；第五步：-左側(cè)下導(dǎo)及左側(cè)仰拱開挖，-左側(cè)下導(dǎo)初期支護(hù)施工，5-左側(cè)下導(dǎo)中隔壁施工，5-左側(cè)下導(dǎo)仰拱初期支護(hù)施工；第六步：-右側(cè)下導(dǎo)及右側(cè)仰拱開挖，-右側(cè)下導(dǎo)初期支護(hù)施工，6-右側(cè)下導(dǎo)仰拱初期支護(hù)施工；第七步：拆除中隔壁及臨時(shí)仰拱；第八步：-整體澆筑仰拱混凝土；第九步：-整體澆筑仰拱填充混凝土；第十步：-拱墻二次襯砌施工。5.1.2.4以上幾種開挖方法應(yīng)注意的操作要點(diǎn)：（1）保持合理的分部開挖斷面和各部的縱向間距，每個(gè)分部及時(shí)閉合。開挖輪廓要圓順，避免應(yīng)力集中。（2）鋼架各節(jié)點(diǎn)及鋼

9、架間嚴(yán)格按工藝要求施工，確保連接牢固可靠。（3）施工中堅(jiān)持“先預(yù)報(bào)、超前護(hù)、弱(不)爆破、短進(jìn)尺、強(qiáng)支護(hù)、勤量測、早襯砌”的原則，這樣才能在安全上做到發(fā)現(xiàn)在前、解決在前，杜絕一切事故的發(fā)生。（4）在分部開挖作業(yè)時(shí)幾部分要平行進(jìn)行，相隔間距在5米至15米之間（其中CRD法開挖時(shí)各部間距不超過1.5m）。開挖后初期支護(hù)要及時(shí)封閉成環(huán)。（5）施工中認(rèn)真進(jìn)行監(jiān)控量測，根據(jù)監(jiān)控量測的結(jié)果分析，調(diào)整初期支護(hù)參數(shù)和確定灌筑二次襯砌混凝土的時(shí)間。圖5.1.2-1 現(xiàn)場做超前地質(zhì)預(yù)報(bào) 圖 5.1.2-2 初期支護(hù)封閉成環(huán)5.1.3喇叭口段的二次襯砌施工由于喇叭口段斷面漸變形式變更為臺階型漸變形式，所以在二次襯砌

10、上采取了以下的施工工藝。5.1.3.1 襯砌臺車由于喇叭口段變成了若干個(gè)臺階斷面，所以襯砌臺車的斷面相應(yīng)變化若干次。針對尺寸變化差值較大的特點(diǎn)，全新設(shè)計(jì)了10.2米長襯砌臺車，該臺車由主門架結(jié)構(gòu)、拱架、隧道專用模板、液壓系統(tǒng)、走行系統(tǒng)、支撐構(gòu)件等組成。模板采用1.5米×0.5米可調(diào)曲率模板，能根據(jù)斷面尺寸變化逐塊進(jìn)行曲率調(diào)整，以達(dá)到最佳斷面輪廓效果。拱架單元結(jié)構(gòu)簡單、裝拆方便，適合本工程多次組裝、快速施工的特點(diǎn)。這樣既節(jié)約了工期，又節(jié)省了投資。對襯砌臺車門架的選用、加工要遵循以下兩點(diǎn)原則：（1）所做的門架要有足夠的強(qiáng)度，要能滿足重復(fù)多次使用的要求；臺車不斷加高、加寬時(shí)，其整體穩(wěn)定性要

11、好。（2）選用的門架要介于最大及最小兩斷面之間，所有斷面均能滿足使用要求。 5.1.3.1-1 喇叭口襯砌臺車圖5.1.3.2 二次襯砌混凝土喇叭口斷面大，每板襯砌（10m長）混凝土方量大，在100立方到300立方之間；我部把混凝土拌和站設(shè)置在洞內(nèi)，這樣既縮短了混凝土的運(yùn)距，又滿足了冬季施工要求。圖 5.1.3.2-1 洞內(nèi)混凝土拌和站施工圖5.1.3.3襯砌臺車的改裝當(dāng)將一個(gè)斷面的襯砌施工完畢后需要對臺車進(jìn)行改裝，即對臺車進(jìn)行加高、加寬。對連接小模板的鋼拱架進(jìn)行調(diào)換，調(diào)換下的鋼拱架用來制作3米長過渡段的拱架。新的鋼拱架要提前加工并提前運(yùn)到施工現(xiàn)場。改裝臺車時(shí)間不大于10天。5.2小凈距段施工

12、工藝所謂小凈距段指凈距小于1.5倍隧道開挖斷面寬度，且開挖斷面寬度小于13m的并行雙洞隧道。小凈距隧道在施工中主要有以下幾點(diǎn)關(guān)鍵技術(shù)。（1）小凈距隧道的開挖施工工藝。（2）小凈距隧道的初期支護(hù)施工。（3）小凈距隧道的監(jiān)控量測。在南梁隧道中250m長小凈距段的中隔墻寬度為2.13米9.5米。 圖5.2-1 小凈距隧道照片5.2.1 小凈距隧道開挖步驟為確保開挖過程中圍巖的穩(wěn)定性，要減少因隧道凈距小引起的圍巖變形、爆破震動等不利因素的影響，滿足小凈距隧道中夾巖特有的加固要求。開挖見圖5.2.1-1 小凈距開挖周邊眼布置示意圖操作要點(diǎn)：（1）采用由中心向周圍擴(kuò)張的形式開挖。（2）在每環(huán)的開挖過程中，

13、應(yīng)注意開挖寬度，根據(jù)現(xiàn)場情況而定。（3）在開挖過程中采取“短進(jìn)尺、弱爆破、炮眼加密”。（4）在最后一環(huán)的開挖過程中，周邊眼間距在25cm30cm，而且裝藥量要少。（5）開挖完畢后要及時(shí)做初期支護(hù)。（6）在左右線的開挖過程中間距為50米（即左線掘進(jìn)50米后，右線開始掘進(jìn)）。（7）采用光面爆破。17圖5.2.1-1 小凈距段開挖周邊眼布置示意圖5.2.2 小凈距隧道的初期支護(hù)施工。為使開挖后的小凈距隧道中隔墻處于穩(wěn)定狀態(tài)，開挖后使用預(yù)應(yīng)力對拉錨桿，梅花型布置。對于圍巖差的地段加設(shè)鋼拱架及對拉錨桿，錨桿與拱架相連接，形成一整體。對于涌水且圍巖差的地段，采用帷幕注漿的方法止水，加強(qiáng)圍巖的穩(wěn)定性。5.2

14、.3 小凈距隧道的監(jiān)控量測小凈距隧道施工要做好監(jiān)控量測工作。在初期支護(hù)時(shí)預(yù)埋拱頂下沉、邊墻收斂的構(gòu)件。每20米埋設(shè)一組預(yù)埋件。每天進(jìn)行監(jiān)測，并做好記錄，分析出圍巖的穩(wěn)定性。當(dāng)變形量較大時(shí)及時(shí)加強(qiáng)支護(hù)，增加鋼拱架噴混凝土，直至變形量趨于穩(wěn)定。6.材料與設(shè)備主要的材料及設(shè)備見表6.1。表6.1 主要施工材料、設(shè)備配置表序號名稱規(guī)格型號產(chǎn)地小計(jì)現(xiàn)狀備注1風(fēng)動鑿巖機(jī)YT-28甘肅40新2風(fēng)鎬G10甘肅10新3電動空壓機(jī)SA-5150W廣東12新4挖掘機(jī)CAT320C美國2良好5鉆眼臺車自制1良好6裝載機(jī)WA470-3日本2良好7錨桿臺車自制1良好8濕噴機(jī)TK76500四川6良好9混凝土攪拌站JS500

15、+PL800山東1良好10噴錨臺車自制1良好11鉆機(jī)XY-2重慶2良好12高壓雙液注漿泵2TGZ60/210遼寧2良好13注漿攪拌機(jī)LJ-300河北4良好14液壓襯砌臺車10.2m山西1良好臺車門架不變，喇叭口段使用15整體式液壓襯砌臺車9m山西2良好小凈距段使用16仰拱棧橋10m山西2良好17混凝土輸送泵HBT60.7.75ZA湖南2良好18掛防水板臺車自制1良好19多級離心泵125D25×6河北5良好20渣漿泵KD450-603×3山東3良好21污水處理設(shè)備上海1良好7.質(zhì)量控制7.1開工前，進(jìn)行隧道控制測量，布設(shè)滿足精度和施工需要的平面控制點(diǎn)和水準(zhǔn)基點(diǎn)。7.2采用新奧

16、法技術(shù)，充分利用圍巖的自穩(wěn)條件，周邊眼采用光面爆破技術(shù)，減少超欠挖及圍巖擾動。7.3對隧道施工中可能出現(xiàn)的不良地質(zhì)現(xiàn)象，采取超前地質(zhì)預(yù)報(bào)措施，制定針對性施工方案，備足相應(yīng)的設(shè)備和材料，對圍巖變形進(jìn)行監(jiān)測，作好記錄，及時(shí)反饋，以便分析處理，采取補(bǔ)救措施。7.4為保證混凝土襯砌內(nèi)實(shí)外光，專門設(shè)計(jì)鋼結(jié)構(gòu)液壓襯砌臺車，配足組合鋼模板，保證尺寸準(zhǔn)確，質(zhì)量優(yōu)良。7.5洞內(nèi)水溝、電纜槽使用制式模板，確保結(jié)構(gòu)尺寸、棱角線型。7.6嚴(yán)格噴射混凝土質(zhì)量管理和質(zhì)量檢查制度，指派專人負(fù)責(zé)集料、水泥、摻加劑的檢驗(yàn)，對噴射混凝土的凝結(jié)效果、早期強(qiáng)度及不同齡期的強(qiáng)度定期檢查，對噴射混凝土的厚度隨時(shí)抽查，對錨桿的早強(qiáng)效果及時(shí)

17、做抗拔試驗(yàn)。8.安全措施8.1運(yùn)輸及機(jī)械操作安全管理措施（1）機(jī)械作業(yè)時(shí)，現(xiàn)場設(shè)專人指揮、調(diào)度，確定合適的機(jī)械車輛走行路線，并設(shè)立明顯標(biāo)志，防止相互干擾碰撞，機(jī)械填筑作業(yè)要留有安全距離。（2）車輛在特殊道路上行駛，必須遵守有關(guān)規(guī)定；長途運(yùn)輸必須配備兩名司機(jī)。（3）不良?xì)夂驐l件下行車，集中注意力，慢速行駛，安全行車。（4）汽車駕駛員自覺遵守交通規(guī)則，同時(shí)注意車輛保養(yǎng)維修，剎車和方向保持靈敏可靠，杜絕帶故障出車，不開快車，不酒后駕車，不準(zhǔn)非駕駛員開車。（5）各種機(jī)械操作人員，必須得操作合格證方可上崗；不操作與證件不相符的機(jī)械設(shè)備，不準(zhǔn)將機(jī)械設(shè)備交給無本機(jī)操作證的人員操作，對機(jī)械設(shè)備操作人員建立檔案

18、，專人管理。（6）駕駛室或操作室保持整潔，嚴(yán)禁存放易燃、易爆物品。嚴(yán)禁機(jī)械設(shè)備帶病運(yùn)轉(zhuǎn)或超負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)。（7）對機(jī)械設(shè)備進(jìn)行檢查和維修時(shí)，機(jī)械設(shè)備停放在安全地點(diǎn)。（8）機(jī)械設(shè)備在作業(yè)過程中，派專人進(jìn)行監(jiān)督指揮，嚴(yán)禁盲目和違規(guī)操作，以免造成機(jī)械損壞和人身傷害。（9）定期組織機(jī)械設(shè)備安全檢查，對檢查中查出的安全問題或隱患，按照“三不放過”的原則進(jìn)行調(diào)查處理，制定防范措施，防止事故的發(fā)生。（10）起重作業(yè)嚴(yán)格按照建筑機(jī)械使用安全技術(shù)規(guī)程和建筑安裝工人安全技術(shù)操作規(guī)程規(guī)定的要求執(zhí)行。8.2隧道施工安全作業(yè)措施（1）隧道施工洞內(nèi)設(shè)專人指揮調(diào)度，三管兩線設(shè)專人管理，保證照明、通風(fēng)、排水設(shè)施良好，道路平順暢通、

19、燈光明亮。設(shè)置好運(yùn)輸線路安全信號標(biāo)志，確保洞內(nèi)運(yùn)輸安全。（2）專職安全人員上崗必須佩戴安全人員袖標(biāo)，凡進(jìn)洞人員必須戴安全帽。（3）重視洞口的穩(wěn)定和排水，做好截水溝及排水溝，經(jīng)常檢查洞頂邊坡穩(wěn)定情況。（4）把軟弱圍巖作為重點(diǎn)和防范對象，注重圍巖監(jiān)測和觀察，按新奧法原理組織施工，做好隧洞監(jiān)控量測，根據(jù)監(jiān)測資料，判定圍巖的穩(wěn)定性，超前指導(dǎo)施工，保證安全。（5）隧道開挖斷面輪廓及時(shí)封閉，高壓電線及風(fēng)管通過襯砌臺車時(shí)，設(shè)置絕緣活動裝置和風(fēng)管分節(jié)安裝，防止掛斷電纜和弄環(huán)風(fēng)管。9.環(huán)保措施9.1防治水土流失措施9.1.1永久用地范圍內(nèi)裸露地表用植被覆蓋。9.1.2臨時(shí)用地范圍的耕地采取措施復(fù)耕，其余裸露地表

20、植草或種植樹木綠化。9.2棄碴場環(huán)境保護(hù)措施9.2.1開工前，參照設(shè)計(jì)提供的資料和現(xiàn)場調(diào)查資料，提交取、棄土施工方案，得到業(yè)主、監(jiān)理工程師及其它有關(guān)部門批準(zhǔn)后再行開采。9.2.2棄碴場集中設(shè)置于路線范圍外，綜合考慮土質(zhì)、運(yùn)距、交通等條件，力求少占農(nóng)田。9.2.3棄碴場的邊坡及坑底縱坡、橫坡按照規(guī)范規(guī)定設(shè)置，并修建與全線排水系統(tǒng)有機(jī)結(jié)合的排水設(shè)施。9.2.4棄碴場原地面的種植土等非適用填料先予清除，堆置一邊，待取土坑、棄土場施工完畢后，修整取、棄土場邊坡，再覆蓋原種植土或采取其他措施防護(hù)。9.3駐地環(huán)境保護(hù)措施9.3.1創(chuàng)建美好環(huán)境。在工地現(xiàn)場和生活區(qū)設(shè)置足夠的臨時(shí)衛(wèi)生設(shè)施，每天清掃處理,同時(shí),在生活區(qū)周圍種植花草、樹木、美化生活環(huán)境。9.3.2對有害物質(zhì)(如燃料、油料、廢舊材料、垃圾等)進(jìn)行處理后運(yùn)至指定的地點(diǎn)進(jìn)行掩埋，以防泄漏，造成對動物、植物的損害。9.4水環(huán)境保護(hù)措施9.4.1施工機(jī)械的廢油廢水，采取有效措施加以處理，不得超標(biāo)排放，造成河流和水源污染。9.4.2來自生活區(qū)、辦公區(qū)和施工區(qū)的污水或泥漿，進(jìn)行嚴(yán)格沉淀、凈化處理，并經(jīng)檢驗(yàn)符合環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)后，方可排入河中。9.4.3靠近生活水源的施工，用溝壕或堤壩同生活水源隔開，并避免污染生活水源。9.4.4沖洗骨料的水或施工廢水,經(jīng)過過濾，沉淀或其它方法處理后才允許排入河道。9.5固體廢棄物處理措施9.5.1施工和生活中的廢棄物集中