隧道及地下工程“眼睛法”施工工法

隧道及地下工程“眼镜法”施工工法

（TLEJGF-91-12）

前言

隧道和地下工程常用的钻爆施工方法,有全断面一次开挖法、全断面分部开挖法和先拱后墙法三大类。“眼镜法”是分部开挖法的一种,这种施工方法是:先在隧洞两侧各开挖一个导坑,并施作初期支护形成封闭环,然后进行拱部环形开挖与支护,接着开挖中间核心土,最后进行全断面一次模筑混凝土衬砌。由于该法采用分部开挖,分部封闭,自下而上地完成开挖、支护和衬砌,减少了对围岩的扰动,使围岩的变形得到有效控制。

我局与铁道部第三勘测设计院合作,在大秦铁路西坪隧道第四系中更新统沉积的老黄土并夹有碎石土和卵石土层E类围岩中,完成了“眼镜法,,设计与施工技术的研究试验,取得了成功经验。1987年“眼镜法,,通过了技术鉴定,并于同年获铁道部工程指挥部科技成果特等奖,1988年获铁道部科技进步三等奖,1990年被建设部评为全国施工新技术优秀项目。该施工法在大秦铁路二期工程景忠山隧道得到推广应用。目前,“眼镜法"在北京西单地铁车站浅埋暗挖法施工中,又得到进一步发展,逐步形成本工法。

一、工法特点

“眼镜法,,工法与传统的双侧壁导坑法相比,区别在于:“眼镜法,,引进了新奥法的基本原

理,采用格栅拱网喷混凝土柔性支护作为主要支护手段,以维护和利用围岩的自承能力,使围岩成为支护体系的组成部分,并通过围岩和支护的量测监控来指导施工;而传统的双侧壁导坑法则是以散粒体的松散压力概念为基础,采用强大支撑,不考虑围岩的自承能力,也没有采用系统量测监控等信息化施工管理手段。

工程实践表明,本工法具有以下主要特点:

1.能有效地控制围岩变形和地表下沉量。由于采取分部开挖、分部支护封闭,支护体系能及时、充分地发挥作用,减少对围岩的扰动,使围岩的变形和地表下沉量得到控制。

2.作业安全可靠。本工法充分利用中间核心土的支撑作用,以格栅网喷混凝土为支护手段,自下而上逐步完成开挖、支护和衬砌作业,使拱部开挖后的支护结构坐落在坚固结实的基础上,没有下沉塌落之虞,从而提高了施工的安全度。

3.格栅支撑与挂网、喷混凝土相结合的柔性支护,能很好地适应围岩的变化,而且支护刚度能随喷混凝土强度的增长而增大,使支护结构与围岩形成一个整体,充分发挥围岩自身的承载能力。

4.应用量测监控等信息化管理方法作为指导设计施工、确定工艺参数的依据,通过信息反馈,使整个施工过程处于受控状态。

5.施工作业简便,不需要专用机械设备,适合我国国情,容易推广使用。

6.超前开挖的双侧导坑,还可起到预报地质的作用。

二、适用范围

本工法适用于I、Ⅱ类围岩无水(或少水)的各种软弱土质、砂质、膨胀性土等隧道和地下洞室的施工,对于浅埋、大跨度的松软围岩以及地表下沉量要求严格的隧道和地下工程尤为适用。

三、施工工艺

(一)工艺原理

“眼镜法"是以新奥法的基本原理为依据,在开挖导坑时尽量减少对围岩的扰动;导坑的断面形状近似椭圆,周边轮廓圆顺,以避免应力集中;初期支护采用格栅支撑与挂网铺喷混凝土相结合的柔性支护体系,并及时施作,使断面及早闭合,以充分利用围岩自身的承载能力,控制围岩的变形;建立一整套围岩支护结构监控量测系统,进行信息化施工管理,随时掌握施工过程中的动态变化,合理安排、调整施工工艺和设计参数,确保施工安全。

(二〉施工程序(见图1)

1.先开挖两个侧壁导坑,每个导坑分上、下两层,并施喷一次早强混凝土(厚度5-7cm);

2.安设导坑格栅支撑,上部打入局部铺杆,挂网施喷二次混凝土(厚度13-15cm),使导坑支护封闭;

3.人工开挖环形拱部,并施喷一次旱强混凝土(厚度5-7cm);

4.安设拱部格栅支撑(下部与侧壁导坑格栅连接),挂网喷二次混凝土(厚度18-20cm〉;

5.用反铲开挖核心土部分;

6.用风镐拆除导坑内侧的临时支护;

7.开挖隧道底部,灌筑仰拱;

8.立衬砌模板,灌筑二次衬砌〈墙拱一次完成〉。

〈三)施工方法与作业要点

本工法的关键施工技术有以下三个方面:一是保持合理的分部开挖断面和平顺的开挖轮廓线,减少对围岩的扰动;二是及时施作符合质量要求的初期支护,并使开挖断面尽早闭合,控制围岩变形,三是加强对围岩和支护结构的监控量测,进行信息化施工管理(见图2)。

1.侧壁导坑开挖

侧壁导坑的开挖尺寸,宽度取4-4.2m,高度取6.5m左右(铁路双线隧道边墙底至起拱线高度)为宜,分上下两层开挖,这样既不需要工作平台,人工架设格栅支撑也比较方便。上、下层错开长度4-6m,两侧导坑前后错开8-10m,每次掘进0.4-1.0m为宜。

2.侧壁导坑的初期支护(见图3)侧壁导坑开挖后,应立即喷一层5-7cm厚的早强混凝土,随后人工安设格栅支撑,在导坑上部外侧打入局部铺杆,内侧布置系统锚杆,并挂网再喷一层早强混凝土,最后喷射普通混凝土,将格栅支撑全部喷满。

格栅支撑断面选用梯形,主筋为4根φ22的螺纹钢筋(主筋中至中距离18cm),连接主筋的钢

筋为φ12圆筋,箍筋为φ6圆筋。导坑的每榀格栅由4段(内外侧各2段)组成,采用法兰盘连接。格

栅支撑纵向间距视情况选用0.4-1.0m,各榀之间用φ22螺纹钢筋连接。锚杆选用φ22螺纹钢筋,长度为1.4-1.6m,纵向间距0.5-0.7m,横向间距1m。钢筋网一般采用φ6钢筋,网格尺寸为20cm×20cm

3.拱部环形开挖与初期支护

一般采用人工开挖方法,从拱部中间向两边扩挖。对于特别松散、自稳时间很短的围岩,应事先采取打入超前小钢管,必要时进行预注浆等辅助施工措施,以稳定开挖工作面。开挖中要挖一段喷一段,第一遍施喷一层5-7cm的早强混凝土,及时封闭开挖面。每次开挖进尺为0.4-1.0m,不宜过长,台阶长度也不宜过长,双线铁路隧道一般为1倍洞跨,以便翻碴.