寶蘭客專黃土隧道群施工技術(shù)

韓磊

【摘要】主要介紹了寶蘭客專黃土隧道群施工技術(shù)的研究情況和成果，初步探討了在黃土地質(zhì)、淺埋的條件下修建大跨度隧道群施工的方法，為今后同類工程的施工提供了很好的借鑒。

【關(guān)鍵詞】淺埋；大跨度；隧道群；施工技術(shù)。

1 、工程簡介

1.1工程概況

隧道群位于甘肅省定西市通渭縣。由多座單洞雙線客運專線隧道組成，分別是新店隧道（6064m）、三元隧道（4795m）、馬營隧道（1897m）、陽坡莊隧道（7672m），隧道開挖斷面均大于130m2以上。隧道頂部溝谷深切多呈“Ⅴ”字型，山坡上多為風積黃土覆蓋，黃土覆蓋地段多為淺埋地段，埋深最淺處僅9米。

1.2工程地質(zhì)與水文地質(zhì)情況

隧道洞身通過的地層主要為第四系上更新統(tǒng)風積砂（黏）質(zhì)黃土，沖積礫砂，第三系上、中新統(tǒng)泥巖，華力西期花崗巖及壓碎巖。

地下水類型可分為第四系孔隙潛水和基巖裂隙水。第四系孔隙潛水主要賦存于上更新統(tǒng)砂質(zhì)黃土中，基巖裂隙水主要賦存于第三系泥巖中。

1.3本工程的特點與難點

隧道群進口、出口端均位于第四系上更新統(tǒng)砂質(zhì)黃土中，具自重濕陷性，密實程度較差，承載力低，工程性質(zhì)差，屬松軟土，濕陷土層厚度分別為7～12m、15～22m，濕陷等級分別為Ⅱ、Ⅴ級，隧道埋深淺9m～20m，并下穿縣道施工難度大，易出現(xiàn)坍塌 。

2 、施工總體方案

進洞前按設(shè)計做好洞頂、洞門及洞口的防排水系統(tǒng)，排水溝進行防滲鋪砌。地表沖溝、陷穴、裂縫等硬及時回填夯實。洞口施工應在 雨季之前完成。

洞口邊仰坡應嚴格按設(shè)計坡度自上而下分層開挖，分層及時防護，當洞口存在不良地質(zhì)時，應采取穩(wěn)定邊仰坡的措施后，方可進行下部開挖

洞內(nèi)施工時應按照“先預報、管超前、短進尺，強支護，快封閉”的原則并加強洞內(nèi)及地表沉降監(jiān)測，發(fā)現(xiàn)變形異常應及時采取支護補強等應對措施。

3 、施工方法

3.1 洞身開挖方案

隧道洞口段淺埋，隧道群下穿縣道，極易造成隧道坍塌，開挖均采用鷹嘴鉤、鋼刀片、挖機配合人工修邊，減少圍巖擾動，控制超欠挖，裝載機配合自卸車出碴。

所以，隧道黃土洞口段施工方法選擇是我們研究的重點。

結(jié)合本隧道不同黃土地段的特點分別采取以下開挖方法：

1）雙線Ⅴ級圍巖進洞淺埋段（埋深7m～10m）及采用雙側(cè)壁導坑法，其優(yōu)點是導坑超前，有利于探明地質(zhì)，分部開挖有利于控制沉降；如圖1

圖1雙側(cè)壁導坑法

雙線新黃土圍巖洞口特淺埋段埋深10m～20m）采用三臺階臨時仰拱法，其優(yōu)點是可根據(jù)黃土情況，靈活預留核心土，使掌子面處于穩(wěn)定狀態(tài)，易于控制大的坍塌。分臺階作業(yè)，工序簡潔，施工進度較快；如圖2

圖2 三臺階臨時仰拱法

2）雙線Ⅴ級圍巖洞口淺埋段（埋深20m～60m）采用三臺階臨時橫撐法，其優(yōu)點是可及時使開挖面拱架成環(huán)，穩(wěn)定掌子面，有效控制沉降，易于控制大的坍塌。分臺階作業(yè)，工序更簡潔，施工進度較快；如上圖所示（臨時橫撐取消噴射C25 砼）

3.2 洞身支護方案

3.1.1 超前支護措施

1）雙線Ⅴ級圍巖進洞淺埋段（埋深7m～10m）及采用雙側(cè)壁導坑法，其進洞采用φ108管棚（50根、30m/根）+φ42超前小導管（47根、4m/根）+注漿，其余采用φ89管棚（31根、30m/根）+42超前小導管（93根、4m/根）；

2）雙線Ⅴ級新黃土圍巖洞口特淺埋段（埋深10m～20m）三臺階臨時仰拱法，采用雙層42超前小導管（62根、5m/根）；

3）雙線Ⅴ級圍巖洞口淺埋段（埋深20m～60m）采用三臺階臨時橫撐法，采用雙層42超前小導管（62根、5m/根）。

3.1.2 初期支護措施

黃土圍巖段采用I25a型鋼、間距0.6m、φ8鋼筋網(wǎng)片、邊墻設(shè)置φ22砂漿錨桿（雙側(cè)壁導坑法拱墻均設(shè)置錨桿）、錨桿間距1.2m（環(huán)）*1.0m（縱）、錨桿長度3.5m、拱墻C25噴砼、厚度35cm；

3.1.3襯砌支護措施

黃土地段襯砌采用C40鋼筋砼，主筋φ22@20，縱向分布筋φ14@25（雙側(cè)壁導坑法處主筋φ25@20，縱向分布筋φ14@25）；拱墻厚度60cm、仰拱厚度70cm；

3.1.4 明洞段地基及處理措施

明洞段地基由于處于黃土地段，經(jīng)試驗室檢測，明洞段黃土不具失陷性，但地基承載力180kpa，含水率高，地層松軟，采用φ125mm鉆孔樁加固處理方案，縱向間距5m，橫向間距2.5m，樁頂設(shè)置C40鋼筋砼剛性托板，以有效控制工后基底沉降。

3.3 監(jiān)控量測

采用監(jiān)控量測信息化監(jiān)控系統(tǒng)，加強洞內(nèi)變形監(jiān)測及地表沉降監(jiān)測，及時采集和上傳量測變形情況，發(fā)現(xiàn)異常時及時采取合理措施。

1）地表沉降點布置

隧道地表沉降測點應在隧道開挖前布置。地表沉降測點和隧道內(nèi)測點應布置在同一斷面里程，地表下沉量測淺設(shè)置間距為5 米。在兩側(cè)的地表監(jiān)測點采用長20cm 寬20cm 的現(xiàn)澆混凝土埋設(shè)，混凝土底埋設(shè)至基巖處，地表觀測標采用長10cm 的￠20 的鋼筋，在地表上采用電鉆鉆孔，埋設(shè)長10cm 的￠20 的鋼筋，鋼筋露出地面3mm。淺埋地段（隧道埋深H0≤2倍的隧道最大開挖寬度B）進行，測點應與洞內(nèi)凈空變化和拱頂下沉量測點在同一橫斷面內(nèi)，在隧道中心及兩側(cè)間距2～5m處布設(shè)，每個斷面設(shè)7～9點。通過測量高程變化來掌握地表沉降情況，量測應在開挖工作面前方，隧道埋深與隧道開挖高度之和處開始，直到襯砌結(jié)構(gòu)封閉、下沉基本停止時為止。測點布置如下圖所示。

地表沉降橫向測點布置示意 圖6

2）洞內(nèi)監(jiān)控量測

洞內(nèi)監(jiān)控量測和地表沉降觀測點應埋設(shè)在同一里程，每隔5m埋設(shè)一組觀測點，觀測頻率按相關(guān)規(guī)定。

隧道內(nèi)監(jiān)控量測數(shù)據(jù)信息采集 圖7

3）監(jiān)控量測值

通過對地表的洞外觀察、隧道內(nèi)相對凈空變化值的量測及拱頂下沉量測數(shù)據(jù)分析，此隧道開挖期間及穩(wěn)定施工安全措施穩(wěn)定后，地表沉降值與拱頂下沉量測值相對應：

（1）采用雙側(cè)壁導坑法的沉降值為0mm～5mm，收斂值為0mm～5mm；

（2）采用三臺階臨時仰拱法的沉降值為10mm～20mm，收斂值為10mm～15mm；

（3）采用三臺階臨時橫撐法的沉降值為10mm～25mm，收斂值為10mm～20mm；

根據(jù)地表沉降及洞內(nèi)拱頂觀測數(shù)據(jù)，可以分析出黃土隧道圍巖無自穩(wěn)能力，通過加強支護和減少對圍巖的擾動，是穩(wěn)定黃土隧道圍巖變形的有效控制措施。

3.4 黃土含水率及地基承載力測定

每日測定黃土含水率范圍10%～18%，及仰拱地基承載力250kpa～350kpa，當含水率大于20%時，工作面必須采用但工序作業(yè)，仰拱地基承載力≤150KPa時必須停止施工，對仰拱地基進行鉆孔注漿和設(shè)置剛性托板加固處理，達到要求后進行下部工序施工；當含水率偏大時，隧道相對凈空變化值的量測及拱頂下沉量測值取上限。

3.5 沉降觀測

采用精密電子水準儀萊卡DNA03對已施做的二襯仰拱地段進行沉降觀測，及時分析數(shù)據(jù)，查找沉降原因 ，對發(fā)現(xiàn)沉降地段進行地基加固處理；

4 、機械設(shè)備配置

裝載機 ZL925 輛 1

裝載機 龍工855 輛 2

砼攪拌機 JS750 臺 1

挖掘機 VOLVO210 臺 1

輸送泵 HBT60A 臺 1

空壓機 4L-22/7 臺 2

濕噴機 PZ-7D 臺 3

發(fā)電機 TFW-250 臺 1

通風機 2X55KW 臺 1

自卸汽車 霸龍290 輛 3

農(nóng)用車 唐駿 輛 1

自卸汽車 斯太爾8噸 輛 1

管棚鉆機 Z-GP150 輛 1

5 、勞動力配置

序號 工序名稱 人數(shù) 工作內(nèi)容

1 開挖 5 人工修整至設(shè)計輪廓線

2 出碴 6 挖機司機、汽車司機、裝載機司機、出碴

3 支護 17 噴混凝土、鋼架及鋼筋網(wǎng)、打錨桿及小導管

4 襯砌 21 立模、防水板、混凝土灌注、輸送泵、運輸

5 后勤保障 10 管理、電工、空壓機、雜工

6 合 計 59

6 、施工進度指標

本著“短進尺，快封閉”的原則，V級圍巖上臺階每循環(huán)進尺0.6m；中下部循環(huán)進尺1.2m～1.8m。根據(jù)資料統(tǒng)計顯示：

1） 采用雙側(cè)壁導坑法月進尺25m；

2） 采用三臺階臨時仰拱法月進尺30m；

3） 采用三臺階臨時橫撐法月進尺35m。

7 、施工安全措施

7.1 安全質(zhì)量控制標準

7.1.1 臺階開挖長度不得超過5m，預留核心土時高度在1.6m～1.8m，長度1.5m，后部留1：1的斜坡，一次開挖長度1榀拱架；下臺階開挖一次不得超過2～3榀拱架，兩側(cè)錯開開挖，錯開距離不得小于3榀鋼架；仰拱一次開挖長度不得大于3m；

7.1.2 嚴格按照技術(shù)交底要求進行施工，嚴禁擅自改變工藝工法，仰拱步距控制在25米以內(nèi)，特殊地段（下穿縣道）控制在20米以內(nèi)；二襯步距控制在70米以內(nèi)，特殊地段控制在（下穿縣道）40米以內(nèi)；

7.1.3 仰拱填充必須一次澆筑成型不得進行二次澆筑，防止中心檢查井頂部填充表面裂紋；

7.1.4 開挖后應立即噴混凝土封閉開挖工作面，及時施作鋼架、鋼筋網(wǎng)、錨桿及復噴砼；

7.1.5 鋼架基腳必須設(shè)置鎖腳錨管，每側(cè)鎖腳錨桿不少于2根，變形大時設(shè)置4根鎖腳錨管，鎖腳錨管采用φ42鋼管，長度不小于3.5m，外插角35～40。拱腳、墻腳宜采用大拱腳；

7.1.6 含水量較大，錨桿成孔采用螺旋鉆，錨桿應設(shè)置墊板；

7.1.7 臨時橫撐應在仰拱開挖時拆除，并應加強監(jiān)控量測，拆除長度應于仰拱施工循環(huán)相匹配，不得超長度拆除；

7.1.8 安排專人檢查洞內(nèi)支護變形和圍巖的穩(wěn)定。并認真排查淺埋段地表裂縫情況，并及時回填處理，加強監(jiān)控量測。發(fā)現(xiàn)問題及時處理或立即停止施工，將人員和機械撤到安全地帶；

7.1.9 加快工序管理，及時施作模筑襯砌，保證隧道洞身安全；

7.2 建立完善的管理機構(gòu)，設(shè)專職安全員；

7.3 各班要有兼職安全員，對生產(chǎn)的日常工作進行系統(tǒng)管理，形成群眾性的生產(chǎn)網(wǎng)，實行安全生產(chǎn)無事故目標。

7.4 應急物資儲備

為了防止隧道在開挖時出現(xiàn)塌方事故，在隧道洞口應放置必要應急物資，如：麻袋、枕木、砂、滅火器、木板、救生衣、鋼管等。

沿隧道墻角地面處至少設(shè)置一條應急管道，直徑不小于600mm，壁厚不小于15mm鋼管。關(guān)口距掌子面距離不大于12m，另一端延伸至施做襯砌段外1～2倍洞徑。

7.5 為了防止隧道出現(xiàn)坍塌事故，項目部成立安全應急領(lǐng)導小組，由項目經(jīng)理任組長、項目副經(jīng)理、項目總工程師任副組長，工程部、安質(zhì)部、辦公室、物設(shè)部、機電部分工合作，各司其職分工協(xié)作制定各項施工方案。在施工中要嚴格按照“短進尺，緊支護，及襯砌”的原則并加強洞內(nèi)及地表監(jiān)測，發(fā)現(xiàn)變形異常應及時采取支護補強及加設(shè)臨時支撐等應措施，防止隧道出現(xiàn)坍塌事故。

組織人員進行安全救援演練，提前做出應急反應安排，明確應急程序和職責，指導應急反應行動按計劃有序地進行，防止因應急反應行動組織不力或現(xiàn)場救援工作的無序和混亂而延誤事故的應急救援，有效地避免或降低人員傷亡和財產(chǎn)損失。

8 、施工環(huán)保、水土保護措施

8.1 環(huán)境保護要認真貫徹執(zhí)行“預防為主，防治結(jié)合，綜合防治”的原則和國家關(guān)于環(huán)境保護的法規(guī)。

8.2 污水排放管理：施工的廢水、污水經(jīng)過沉淀、初步凈化后排入排污系統(tǒng)。采取切實有效措施，不使有害物質(zhì)污染場地周圍的環(huán)境以及草地和樹木。

8.3 主要交通道路及施工便道采用泥結(jié)石路面，在大風和干旱季節(jié)對施工場地和路面經(jīng)常灑水，避免發(fā)生粉塵、揚塵。

9 、文明施工保護措施

9.1 創(chuàng)建標準化工地目標

本隧道群文明施工目標為：創(chuàng)建標準化工地。

9.2 標準化施工保證措施

建立健全崗位責任制，把標準化施工責任落到實處，提高全體施工人員標準施工的自覺性與責任性。掛牌施工，標明工程項目名稱、范圍、開竣工期限、工地負責人、建設(shè)、監(jiān)理、設(shè)計單位名稱、安全質(zhì)量目標等，設(shè)立監(jiān)督電話、接受社會監(jiān)督。

施工內(nèi)業(yè)資料齊全、整潔、數(shù)據(jù)可靠，辦公室內(nèi)按要求布置各類圖表，及時反映現(xiàn)場狀況及工程進度狀況。

10 、結(jié)束語

從工程地質(zhì)條件、施工方案、支護結(jié)構(gòu)設(shè)計、安全保證措施等幾方面較為系統(tǒng)地介紹了寶蘭客運專線黃土隧道群的建設(shè)情況。為隧道群的建設(shè)在進度、成本、管理、環(huán)保等方面積累了經(jīng)驗，為今后黃土隧道施工提供可靠借鑒。