保留核心土法開挖大跨度黃土隧道施工技術(shù)

1、保留核心土法開挖大跨度黃土隧道施工技術(shù)1工程概況新莊嶺隧道位于讒(口)蘭(州)高速公路CL7合同段內(nèi)，是該線最長的一座隧道。該隧道分上下行線，上行線長1455m，下行線長1422m，總計全長2877m。設(shè)計為單心圓斷面，I類圍巖開挖寬度13.2m，高度9.5m，面積106.7m2；類圍巖開挖寬度13.1m,高度9.4m，面積101.1m2。襯砌采用復(fù)合式，分兩次模注砼，一次襯砌為變截面結(jié)構(gòu)，厚度為5070cm(I類圍巖)、4565cm(II類圍巖)；二次襯砌為等截面結(jié)構(gòu)，厚度均為35cm，襯砌后內(nèi)徑為555cm。新莊嶺隧道道地處黃黃土山梁梁，地形形起伏大大，山梁梁大致呈呈南北走走向，基基本與線

2、線路方向向正交，梁梁頂窄長長面平緩緩，兩側(cè)側(cè)為深切切溝谷，西西安側(cè)山山坡較陡陡，自然然坡度70，蘭州州側(cè)山坡坡較緩，自自然坡度度50。隧道道最大埋埋深94m，最小小埋深17m。2開挖方方案隧道開挖遵遵循“短開挖挖，強支支護，勤勤量測，緊緊封閉”的原則則。隧道道上下行行線進出出口共四四個工作作面同時時作業(yè)，針針對不同同地質(zhì)條條件采取取不同的的開挖方方法。洞口類圍圍巖淺埋埋段采用用礦山法法雙側(cè)壁壁導(dǎo)坑先先墻后拱拱法施工工。類圍巖深深埋段及及類圍巖巖采用礦礦山法正正臺階先先拱后墻墻法施工工，拱部部采用開開挖1.88m寬環(huán)形形帶保留留核心土土法開挖挖，開挖挖后即施施行一次次模注襯襯砌。側(cè)側(cè)墻馬口口采用

3、四四步跳躍躍法施工工，中間間4m寬，修修成斜坡坡道，以以保證上上半斷面面同時施施工。3施工方方法及工工藝要點點類圍巖采采用正臺臺階先拱拱后墻，拱拱部采用用環(huán)形開開挖施工工的理由由：工作作面多，進進度快，拱拱部環(huán)形形開挖保保留核心心土，能能保證圍圍巖穩(wěn)定定，避免免坍方，便便于支撐撐，施工工安全。3.1 上上導(dǎo)坑開開挖根據(jù)黃土地地質(zhì)特性性和施工工工期要要求，為為避免塌塌方，上上導(dǎo)坑采采用每循循環(huán)掘進進2.44m，并根根據(jù)土質(zhì)質(zhì)的松密密程度，隨隨時調(diào)整整為1.22m或1.00m開挖，貫貫徹短開開挖原則則。每個個掌子面面配備10榀鋼拱拱架，640塊1200cm30ccm鋼模板板，一臺臺挖掘機機，一臺臺

4、裝載機機，6臺出碴碴運輸車車。其工工藝要點點如下：(1)先開開挖拱頂頂環(huán)形I部拱部開挖由由開挖工工班負責(zé)責(zé)施工，工工班人數(shù)數(shù)7人。用用羊鎬沿沿開挖輪輪廓線由由上向下下依次開開挖，配配合鐵鈀鈀將松土土扒離掌掌子面，每每次掘進進2.44m。拱頂頂中心處處掌子面面要向前前多掘進進0.55m，以備備砼一次次支護封封頂時使使用。如果開挖時時發(fā)現(xiàn)頂頂部土體體有裂紋紋或疏松松現(xiàn)象，應(yīng)應(yīng)邊開挖挖邊支撐撐，支撐撐采用楊楊木背板板加40鋼管，鋼鋼管底部部撐在核核心土上上。(2)管棚棚超前支支護黃土隧道土土質(zhì)比較較松散，開開挖后易易形成分分層坍塌塌，層厚厚一般為為2060ccm之間，故故需較強強的初期期支護，而而且

5、以采采用管棚棚方案比比較適宜宜，因為為鋼管與與超前注注漿錨桿桿相比較較，一是是直徑大大，與土土體接觸觸面積大大；二是是與土體體接觸密密貼，沒沒有空隙隙，有利利于力的的傳遞。而而注漿錨錨桿直徑徑和剛性性比較小小，當(dāng)注注漿時，由由于水泥泥漿內(nèi)的的水份對對錨桿周周圍的土土體侵蝕蝕，使土土體濕陷陷，周圍圍形成空空洞，起起不到對對土體的的有效支支撐。在拱頂環(huán)形形I部開挖挖完畢后后，立即即進行管管棚施工工，這樣樣，便于于施工人人員不用用搭設(shè)腳腳手架即即可達到到管棚的的高度。管管棚采用用40鋼管，長長度3.44m。先用用煤電鉆鉆沿開挖挖輪廓線線在掌子子面上打打眼，孔孔眼間距距35ccm，深度2400cm。然

6、后后用大錘錘將鋼管管沿孔眼眼打入前前方土體體中，鋼鋼管外傾傾角為16左右。(3)開挖挖部超前管棚打打完后，緊緊接著進進行部開挖挖，斷面面尺寸1.88m44.555m，導(dǎo)坑坑一次掘掘進2.44m。開挖挖方法為為人工配配合機械械。為有有效縮短短施工循循環(huán)時間間，科學(xué)學(xué)合理安安排工序序，此時時，出碴碴工序應(yīng)應(yīng)同步進進行。出出碴采用用無軌式式運輸，柳柳州產(chǎn)ZL550裝載機機裝碴，小小松山推推PC2200挖掘機機配合。首先，用挖挖掘機將將一側(cè)部的土土體由上上至下開開挖1.0m，并將將土扒出出核心土土范圍以以外，便便于裝載載機裝碴碴。開挖挖時將掌掌子面和和側(cè)面開開挖輪廓廓線處預(yù)預(yù)留50ccm厚土體體，原因

7、因是挖掘掘機開挖挖時對土土體的振振動比較較大，如如果直接接按輪廓廓線開挖挖勢必造造成土體體坍方，形形成超挖挖。然后后，人工工用羊鎬鎬將予留留的50ccm厚土體體沿輪廓廓線開挖挖，邊開開挖邊支支撐，同同時裝載載機將先先前挖掘掘機扒出出的土裝裝車出碴碴，而此此時，挖挖掘機則則換至另另一側(cè)部進行行開挖，方方法同前前。如此此左右側(cè)側(cè)反復(fù)交交替開挖挖和出碴碴，直至至開挖到到拱腳處處為止。這這樣開挖挖和出碴碴可同時時完成。注注意開挖挖時，拱拱腳處至至少留20ccm深土用用人工開開挖，嚴嚴禁拱腳腳超挖，防防止因拱拱腳原狀狀土被破破壞造成成砼襯砌砌時拱架架下沉。(4)開挖挖部(核心土土整形)格柵支撐安安設(shè)完畢

8、畢后，用用挖掘機機將部土挖挖除，核核心土頂頂面修成成平臺，平平臺沿隧隧道方向向縱向?qū)拰挾?.66m，并在在核心土土的中間間高處再再修一縱縱向?qū)挾榷燃s為1.22m的二級級平臺，以以備一次次模注砼砼人工上上料時使使用。這這樣核心心土沿隧隧道縱向向方向長長度約為為5.00m，對前前方掌子子面土體體起到了了有效的的支撐作作用。(5)測量量放樣和和立鋼拱拱架拱部開挖完完畢后，由由測量班班進行一一交襯砌砌寬度和和拱腳標標高放樣樣。然后后由立模模工班按按放樣點點位將鋼鋼拱架立立好。鋼鋼拱架應(yīng)應(yīng)用不小小于20a的工字字鋼制作作，否則則施工中中易變形形，鋼拱拱架分兩兩節(jié)拼裝裝，在拱拱頂處設(shè)設(shè)間隔鐵鐵，通過過夾板

9、連連接成一一整體。模模板采用用1200cm30ccm鋼模。擋擋頭模板板用木模模制作。如如果采用用建筑模模板，應(yīng)應(yīng)將模板板邊緣的的橫肋改改成坡角角形式，以以防模板板與模板板之間密密貼不嚴嚴，發(fā)生生漏漿，影影響砼質(zhì)質(zhì)量(6)模注注砼一次次襯砌初初期支護護黃土隧道在在開挖后后30小時內(nèi)內(nèi)圍巖變變形比較較大，如如不及時時支護，極極易發(fā)生生塌方。故故開挖結(jié)結(jié)束后，應(yīng)應(yīng)立即進進行砼初初期支護護。砼施施工采用用機械拌拌合，運運輸車運運輸，人人工上料料，插入入式振動動棒搗固固的施工工方法，左左右交替替澆注。每每個洞口口外設(shè)置置一臺JS5500型強制制式自動動計量拌拌合機一一臺，通通過運輸輸車將攪攪制好的的砼運

10、至至掌子面面，用人人工澆注注。砼封封頂時應(yīng)應(yīng)注意將將頂部搗搗固密實實，并用用自制小小鏟從擋擋頭模板板處將砼砼填塞密密實。砼養(yǎng)生采用用高壓水水槍，將將水霧化化灑至砼砼表面，進進行灑水水養(yǎng)生。3.2 下下導(dǎo)坑開開挖下導(dǎo)坑邊墻墻施工與與上導(dǎo)坑坑之間的的距離保保持為6080m為宜，距距離過短短影響上上導(dǎo)坑機機械作業(yè)業(yè)，距離離過長，致致使已施施工的拱拱部下沉沉和收斂斂量偏大大，造成成二次襯襯砌厚度度不夠，影影響下步步工序施施工。下導(dǎo)坑邊墻墻施工采采用四步步跳躍法法。使左左、右邊邊墻錯開開，每個個馬口開開挖長度度為2.44m。先用用挖掘機機挖中槽槽，中槽槽寬度4.00m，長度20m，不易易過寬、過過長，寬

11、寬度原則則上能保保證上導(dǎo)導(dǎo)坑施工工機械通通過即可可，否則則左、右右拱腳下下的土體體由于受受到拱圈圈的擠壓壓，向中中槽處靠靠攏，容容易使拱拱圈下沉沉，嚴重重者可使使拱圈砼砼產(chǎn)生裂裂縫，中中槽挖成成斜坡形形式，使使上、下下導(dǎo)坑連連接。然然后用人人工左、右右錯開開開挖馬口口。邊墻的格柵柵支撐應(yīng)應(yīng)與拱部部格柵上上、下對對正，并并按施工工規(guī)范要要求進行行焊接。格格柵安設(shè)設(shè)完畢后后，對拱拱腳表面面的砼進進行鑿毛毛，并用用鋼刷清清理干凈凈，最后后模注砼砼一次襯襯砌。封封口用干干硬性砼砼人工分分次填滿滿搗實。4I類圍圍巖淺埋埋段礦山山法雙側(cè)側(cè)壁導(dǎo)坑坑先墻后后拱法施施工采用此法施施工的理理由：洞洞口淺埋埋段土體

12、體軟弱，易易坍塌，用用此法施施工可以以保證施施工安全全和避免免拱部下下沉。新新莊嶺隧隧道上行行進口、下下行出口口洞口段段各10m，均采采用此法法施工。施施工工藝藝如下：(1)挖兩兩個側(cè)壁壁導(dǎo)坑，導(dǎo)導(dǎo)坑斷面面尺寸4.00m33.0mm(寬高)，成拱拱形，導(dǎo)導(dǎo)坑一次次掘進2.00m，采用人人工開挖挖。(2)架立立邊墻格格柵支撐撐，立模模澆筑一一次襯砌砌。(3)人工工開挖拱拱部環(huán)形形部位，寬寬度1.88m留核心心土。并并打40超前管管棚，管管棚長3.00m，間距35ccm。(4)打40超前管管棚，鋼鋼管長3.00m，間距35ccm。(5)架立立格柵支支撐。格格柵采用用20ccm220cmm鋼花拱拱，

13、每米米1榀。設(shè)設(shè)縱向連連接筋。(6)立模模澆筑一一次砼襯襯砌。5主要技技術(shù)對策策5.1 拱拱部沉降降和拱腳腳收斂的的控制黃土隧道與與石質(zhì)隧隧道的最最大不同同點之一一就是拱拱部沉降降和拱腳腳收斂比比較大。針針對這種種情況采采取了以以下措施施。(1)監(jiān)控控量測在隧道施工工過程中中，從第第一組襯襯砌開始始，一個個斷面內(nèi)內(nèi)在拱頂頂和兩個個拱腳處處用膨脹脹螺栓埋埋設(shè)三個個觀測點點。用收收斂計和和水平儀儀分別觀觀測拱腳腳水平收收斂值和和拱頂下下沉值。隨隨著隧道道施工的的前進，每每隔10m做一個個觀測斷斷面，最最前端的的一個斷斷面緊跟跟掌子面面。觀測測時間為為：前7天每天天觀測，以以后1個月內(nèi)3天觀測測一次

14、，最最后每月月觀測一一次。通過觀測發(fā)發(fā)現(xiàn)在拱拱部一次次襯砌施施工完畢畢至邊墻墻開挖前前，拱頂頂下沉為為68cm，拱腳腳收斂為為12cm。在邊邊墻開挖挖后拱部部發(fā)生第第二次下下沉，下下沉量為為68cm，收斂斂量基本本不變。根據(jù)觀測結(jié)結(jié)果及時時反饋至至施工中中去，將將原有預(yù)預(yù)留沉降降量15ccm變?yōu)?7ccm。有效效地保證證了二次次襯砌的的厚度。(2)及時時封閉仰仰拱據(jù)施工中量量測數(shù)據(jù)據(jù)表明，在在一次砼砼初期支支護完成成后，隧隧道拱頂頂下沉約約1216ccm。為避避免繼續(xù)續(xù)變形，應(yīng)應(yīng)及時對對砼初期期支護實實行仰拱拱砼封閉閉。(3)及時時封閉二二次襯砌砌永久支支護在一次襯砌砌封頂時時，由于于受工作作面的限限制和人人工操作作因素影影響，可可能造成成封頂砼砼不密實實。而兩兩側(cè)拱腰腰處的向向內(nèi)擠壓壓力很大大，如果果二次砼砼永久支支護不及及時，容容易在拱拱頂造成成裂縫。(4)加設(shè)設(shè)鎖腳錨錨桿在拱腳處每每側(cè)加設(shè)設(shè)2根鎖腳腳錨桿，錨錨桿為40鋼