特大断面超浅埋黄土隧道施工技术探讨

特大断面超浅埋黄土隧道施工技术探讨

摘要:结合山西省太阳高速公路阳曲一号隧道黄土浅埋段的施工情况,阐述了黄土隧道施工工艺、大断面浅埋黄土隧道施工技术措施及应注意的问题,指出大断面黄土隧道施工中应加强监控量测,重视气候及地质对隧道施工的影响。

关键词:大断面浅埋黄土隧道沉降控制技术施工

1 工程概况

阳曲一号隧道位于山西省阳曲县境内,隧道进口端黄土段全长1213m,土质围岩分界里程K93+857～K95+070,为平定至阳曲高速公路的重点控制性工程。隧道为分离式双洞单向三车道高速公路特长隧道。隧道正洞开挖跨度17.23m,加宽带跨度19.87m;永久支护采用全环60cm C30钢筋混凝土结构,进口采用端墙式景观洞门,隧道黄土段设计Va级浅埋619m,Vb级深埋539米,VJ级加宽带40m。

隧道所处区域为黄土丘陵地貌,地表冲切沟壑纵横,相对高差较大,隧道埋深较浅,K94+039～K94+126段冲沟内覆盖层仅2.92m。隧址区为旱地或退耕还林地。地表水不发育,为沟内季节性流水。地下水为黄土内空隙潜水,由于黄土具多孔性,垂直节理发育,冲切沟较深,地下水排泄畅通,隧道所遇空隙潜水水量有限。

2 施工方法

在施工试验阶段,设计文件建议采用双侧壁导坑法施工,经现场施工证明存在多次扰动现象,拆除中隔墙临时支护后拱顶严重下沉,侵入净空达29cm。业主、设计院多次组织专家评审,结合双侧壁导坑工法特点,最终确定V级黄土地质段采用偏心导坑+环形开挖法施工。设计参数:Va浅埋段I22b型钢钢架,间距0.5m,Vb深埋段I20a型钢钢架,间距0.8m,VJ级加宽带I22b型钢钢架,间距0.5m,侧壁墙I18型钢钢架,间距同初支钢架。开挖过程中,分左导坑、右导坑结合拱部环形分部错开开挖,减少对围岩的扰动,分部支护,形成支护整体;缩短作业循环时间,逐步向纵深推进,形成开挖及施作初期支护,混凝土仰拱紧跟掌子面及时施作构成稳固的支护体系。

2．1 开挖

由于隧道开挖跨度大,为确保施工安全,Va级浅埋段每循环进尺50cm,Vb级深埋段80cm,VJ级浅埋段50cm,分左、右+中上两个工作面同时进行(见图1),洞身采用人工风镐配合挖掘机开挖,利于控制隧道超欠挖。

如图1所示。

2.1.1 第一步施工

人工风镐配合挖掘机沿开挖轮廓线自下而上开挖左导坑,开挖后及时喷射4cm混凝土,封闭作业面,特别做好右侧墙的支护工作,避免侧墙向导坑内崩塌。高含水量地段易掉块,应先铺设钢筋网,再进行初喷,确保开挖面圆顺并防止拱顶剥落出现脱空现象。Va,Vb,VJ类围岩分别采用I22b,I20a,I22b工字钢钢架,拱架间距分别为50cm,80cm和50cm,侧壁墙采用I18工字钢钢架。左导坑初支拱架分2节安装,环向为法兰盘连接,纵向采用φ22连接筋连接,间距1.0米。安装完毕后即施作φ42锁脚小导管及拱部超前导管,长度3.0m,间距40cm;边墙采用3.5mφ25药包锚杆,间距80cm;拱部3.5mφ25胀壳式锚杆,侧墙2.0mφ22药包锚杆,间距均为1.0m;挂设双层钢筋网,喷29cm C25喷射混凝土支护。

2.1.2 第二步施工

左导坑超前施工后,同时开挖右导坑及中上半断面,预留核心土,形成环形导坑,按照同样的方法进行支护。不良地质段应避免左右侧两个工作面同时施工,根据实际情况可增设右导坑侧壁墙临时支护。

2.2 仰拱施工

黄土隧道在开挖后受各种地质和施工因素的影响,在施工前期围岩变化较大,支护体系应快速封闭成环,根据掌子面的空间效应,掌子面距仰拱最大距离以不超过25m为宜,仰拱采用半幅施工,开挖长度以3m～4m最为安全,防止边墙拱脚处收敛,造成喷射混凝土开裂和拱架

下沉。仰拱开挖后,应及时施作仰拱钢架及喷混凝土支护。

2.3 施工要点

(1)黄土类隧道工程,应严格控制现场施工用水并重视防排水工作,防止黄土发生湿陷性病害,导致初支体系整体下沉。(2)左右侧两个工作面前后距离不可过大,开挖过程中应注意将核心土保留完好,导坑开挖后根据实际情况喷砼封闭开挖面和侧墙。(3)超前小管棚支护较一般设计应加密,可每循环施作超前短管棚支护,消除掉块及小型冒顶等拱顶脱空病害。(4)初支钢架拱脚处加垫砼预制块或通长厚木板,拱架背后喷填密实,锁脚钢管及边墙锚杆应加密布置。(5)通过监控量测及时取得实测数据分析反馈用以修正设计参数和调整施工作业方法。(6)及时闭合初支结构并施作仰拱衬砌,严格控制二衬距离。

3 沉降突变围岩变形波及地表

黄土隧道围岩结构松软,土体含水率较大,浅埋隧道施工中开挖的影响将波及地表,仰拱开挖后初期支护下沉显著,裂缝呈突变性发展,沉降波及地表。为此,必须严格控制地中和地表的沉陷变形。

在变形量方面,不仅要考虑由于开挖直接引起的围岩沉降变形,还应该计入由于围岩的作用引起支护体系的柔性变形及施工阶段中基础下沉变位而引起的结构整体位移。与变形量相对应存在的地层塑性

区的发展,除了对周围环境的影响外,还削弱了围岩的稳定能力,使施工更加困难。

浅埋暗挖法施工时,其支护时间要尽可能缩短。支护的刚度也应适当的加大,以便抑制地层中及地表的变形沉陷。除必须选用适当的开挖方法,支护方式及施工工艺外,还经常采用对前方围岩条件进行改良及超前支护等作为控制地层沉降变形的基础措施。

4 监控量测

利用监控量测信息指导设计和施工是浅埋暗挖法施工工序的重要组成部分,在施工过程中相关单位要有专门机构执行与管理,并由技术负责人统一掌握和统一领导。

经验证明拱顶下沉是控制稳定比较直观可靠的判断依据,在隧道洞口段施工,浅埋段或地质条件变差、量测值出现异常情况,应加密观测点并加大量测频率。现场操作按每5m～10m布置一个观测断面,每天量测2次,实测数据及时整理上报。

5 结语

本文依托工程实际,通过对现场施工经验的总结,得出了一下几点结论:(1)大断面浅埋地层黄土隧道施工,应充分掌握隧道埋深、地形地貌、土体含水率及新老黄土地层的差异,掌子面围岩稳定性、失稳周