软岩层中小间距隧道工程施工技术及质量控制的探讨 沥青路面施工技术与质量控制研究

　　摘要：在隧道工程施工中，小间距隧道因其双线净间距介于小净距隧道和双线分离式隧道之间,由于其具有地形条件限制小、线形顺畅、占地较少、施工周期较短和工程造价相对较低等优点,近年来逐渐受到工程界的重视。本文以小间距隧道工程为例,阐述了机械配合人工进行施工,分析了小间距隧道施工技术难点和关键点,总结了小间距隧道施工方法、控制技术和施工措施;提出采用综合技术和措施,充分保护并利用围岩自身承载能力,使围岩和支护共同作用,确保工程的施工安全和运营安全。
　　关键词：隧道工程；小间距；施工；支护；承载能力；二次衬砌
　　中图分类号：U491.2+51 文献标识码：A
　　本隧道设计为单线双洞隧道,左线长3742m，右线长3736m。隧道最大埋深749m。进口段长1719m(含明洞100m)，其中Ⅱ级围岩676m，Ⅲ级围岩591m，Ⅳ级围岩81m，Ⅴ级围岩371m。进口小间距段中隔墙间距为4.36～18.59m，以Ⅴ级围岩为主,岩性为全风化变粒岩,砂土状,部分地下水丰富,土体含水量大,遇水成泥,洞身稳定性差,极易发生坍塌、变形。隧道进口存在22条断层破碎带、岩爆、突水、软岩变形等不良地质,部分地段存在高地温。
　　1隧道小间距施工
　　1.1施工难点
　　隧道工程由于受到地质条件和设计环境的限制，在开挖施工时需解决以下技术难点:1)先掘进隧道对后掘进隧道的偏压影响；2)后掘进隧道对先掘进隧道的扰动影响；3)软弱岩土体问题。
　　1.2施工方法及采取的技术措施
　　按从左至右，隧道工程依次设计为平导、左线隧道和右线隧道。为保证隧道的施工安全,确定平导先行、先施工右洞再施工左洞、相互错开掘进、先行洞二次衬砌必须超前后行洞掌子面30m的原则。根据围岩变形特点和技术难点,施工中采取适当的开挖工法以尽可能减少对围岩的扰动,特别是对中间土(岩)体的扰动。根据揭示岩层风化程度和地下水发育情况,对围岩级别重新核定,并按照“加强支护、控制变形、快挖、快支、快封闭、快通过”的总体原则进行设计和施工。
　　1.2.1开挖
　　隧道开挖采用短台阶法,分为上、中、下三个台阶施工,每台阶最大预留长度不超过15m，并及时施作仰拱、二次衬砌,确保仰拱与掌子面的距离不超过40m、二次衬砌与掌子面的距离不超过50m。将围岩开挖预留量从设计的Ⅴ级围岩8～12cm提高到30cm，确保二次衬砌厚度不受侵限。在开挖过程中,对局部渗水的地方施作Φ42×3.5mm、长度L=5m的钢花管进行引排处理。
　　1.2.2超前支护
　　(1)超前小导管。拱顶120°范围内超前支护采用双层Φ50×5mm、L=4m的无缝钢管,注水泥砂浆;纵向相邻两排超前小导管水平投影搭接长度不小于1.5m。(2)布置间距。钢管环向间距为30cm，纵向相邻两排的水平投影搭接长度不小于150cm。(3)导管外插角。钢管外插角分别采用40°和10°交错布置。(4)注浆要求。采用水泥砂浆,水灰比为0.5～1.0，注浆压力0.5～1.0MPa。(5)施工注意事项。小导管顶入需穿过钢架,小导管安设后用锚固剂或塑胶泥封堵孔口及周围裂隙,必要时在小导管附近及工作面喷射砼,以防止工作面坍塌。
　　1.2.3初期支护
　　(1)初喷。隧道开挖完成后及时进行初喷施工,喷射厚度一般为4cm，保证开挖面的围岩稳定以及拱架和围岩面之间的砼保护层厚度。(2)钢架。1)采用I20b工字钢,间距为50cm/榀,钢架各单元严格按照调整后的30cm预留量加工安装拱架(原设计预留量为8～12cm)。2)垫板,连接板未连接前增加木板垫块,以保证拱脚的稳定,减少拱架因围岩产生的挤压收敛量;连接板按照设计规格和尺寸(16mm厚,260mm×300mm;16mm厚,300mm×530mm;螺栓孔径为Φ32，螺栓采用M30)加工,控制垫板的连接质量。3)Φ22纵向连接筋,环向间距1.0m，斜向与水平方向30°焊于拱架内翼缘处。4)拱架锁脚采用Φ42×3.5mm的无缝钢管,L=5m，每个拱脚垫板连接处6根,上面4根、下面2根。预留1.8m长止浆段,其余设Φ10mm注浆孔,15cm×15cm梅花形布设,注浆固结锚端。锁脚注浆钢管,斜向下施作,尾端采用上下2根Φ22钢筋焊牢于钢架上。锁脚钢管施工要尽量靠近连接垫板,最大距离不得超过20cm。拱架脚要垫上木板以防悬空,木板规格为5cm厚、25cm×50cm。拱架连接板螺栓必须锁紧,连接板周边缝必须焊实。(3)钢筋网。采用Φ8钢筋网,网格尺寸为20cm×20cm。钢筋网片事先预制,施工中调整钢筋网片铺设位置,紧贴岩面,预留搭接长度1～2个网格。(4)系统锚杆。边墙采用小导管,注水泥浆,采用Φ42无缝钢管,长4m，留1m长止浆段,其余设Φ10mm注浆孔,15cm×15cm梅花形布置。每延米12根,环向间距×纵向间距为1.2m×1.0m。(5)喷射砼。采用C25喷射砼,掺用合成纤维,掺入量0.9kg/m３。初喷砼在开挖后及时进行,初喷厚度不小于4cm。喷射作业分段、分片、分层,由下而上进行。当岩面有较大凹坑时,应先填平;若喷射面有出水口,必须将水有效引排后再喷射砼。喷射砼厚度28cm。
　　1.2.4施作临时仰拱
　　上台阶开挖完成后及时施作临时仰拱,及时封闭成环,以阻止上台阶的水平收敛,减少围岩变形。临时仰拱钢架采用I20b，要求有一定弧度,采用16mm厚连接板(460mm×270mm)与A单元拱架螺栓连接,周边缝采用电焊焊实,喷28cm厚C25砼。
　　1.2.5施作仰拱
　　仰拱每次施工长度不得超过6m。
　　(1)开挖:仰拱开挖后要保证基底无虚碴、无积水、无杂物,仰拱的开挖深度必须满足设计规范要求。仰拱开挖后要及时进行初喷,厚度≥4cm。(2)初支:拱架、喷射砼按照设计规范要求施工,拱架连接垫板尺寸为460mm×270mm，厚16mm。(3)二次衬砌砼:钢筋施工必须满足设计规范要求,Ⅴ级围岩采用C35砼,严格按照配合比拌和,保证砼质量。(4)填充砼:采用C20砼,严格按照配合比拌和,保证砼质量,横向、纵向坡度必须满足设计规范要求,砼振捣密实。
　　2围岩监控量测
　　在隧道施工过程中,对围岩支护体系的稳定状态进行监测,为初期支护和二次衬砌设计参数的调整提供依据,这是确保结构安全、合理确定施工顺序、指导施工、方便施工管理的重要手段。尤其对于采用喷锚构筑法设计与施工的隧道,监控量测是施工过程中必不可少的程序。量测项目包括洞内外观察、净空水平收敛量测和拱顶下沉量测,必要时增设隧底上鼓量测及地表沉降量测。
　　2.1洞内外观察
　　开挖面地质描述包括围岩岩性、岩质、断层破碎带、节理裂隙发育程度和方向,有无松散坍塌、剥落掉块现象及渗漏水等。对初期支护,从喷层是否产生裂缝、剥离和剪切破坏,格栅支架是否压屈等方面进行观察分析。洞外观察一般包括地表地质分析、断层面分析及水文分析等。对以上情况进行详细描述、记录,并予以评估,作为支护参数选择的参考与量测等级选择的依据。
　　2.2拱顶下沉和净空水平收敛量测
　　将拱顶下沉及净空水平收敛量测布置在同一断面,断面间距,Ⅱ级为50m，Ⅲ级为30m，Ⅳ级20m，Ⅴ级为10m。拱顶下沉量测测点布置在拱顶。净空不平收敛量测以量测初期支护上各点的绝对位移为目的,通过水平及斜向收敛量测,验证周边位移结果。拱顶下沉及净空水平收敛量测频率见表1。
　　表1拱顶下沉及净空水平收敛量测频率
　　
　　
　　
　　
　　
　　
　　注:B表示隧道开挖宽度,下同。
　　2.3隧底上鼓量测
　　根据现场实际情况,在断层带增设隧底上鼓量测,它与拱顶下沉量测布置在同一断面。
　　2.4地表下沉量测
　　地表下沉量测在浅埋地段进行,量测断面布置与洞内一致,每个量测断面上测点间距为2～5m。地表下沉量测断面间距见表2。
　　表2地表下沉量测断面间距
　　
　　
　　
　　注:地表无建筑物时取上限值
　　2.5量测数据处理与分析
　　及时对现场量测数据绘制位移及位移速度随时间的变化曲线、位移及位移速度与开挖工作面距离的关系曲线。当位移-时间曲线趋于平缓时,进行数据处理或回归分析,以推算最终位移和掌握位移变化规律。当位移-时间曲线出现反弯点时,表明围岩和支护已呈不稳定状态,此时应密切监视围岩动态,并加强支护,必要时暂停开挖。量测元件埋设情况和资料纳入竣工文件,以备运营中查考或继续观测。
　　3超前地质预报
　　通过全程地质超前预报,及时发现异常情况,预报掌子面前方不良地质体的位置、产状、含水情况及围岩结构的完整性,为优化隧道施工方案提供依据,为预防隧道突水、突泥等可能形成的灾害性事故提供信息,以尽早做好准备,避免损失;通过预报,可以了解掌子面前方短距离内的工程地质条件、围岩级别,为正确选择开挖断面、设计支护参数和选择施工方法提供依据。
　　综合地质超前预报主要内容:开挖掌子面地质素描、TSP203地震反射法、红外探水、地质雷达、HSP水平声波反射法等综合物探和超前钻探;地表重要井、泉点观测和深孔水位监测;深埋隧道应力测试和变形监测。隧道主要采用TSP203地震反射法进行超前地质钻探。通过TSP203专用软件对隧道内采集到的原始资料进行以压制干扰、提高信噪比和分辨率、提取地震参数为目的的技术处理。数据处理前,先确定描述隧道轮廓的参数、各炮孔的装药量等,再通过专用软件处理,给出掌子面前方结构的剖面及各种地震参数。
　　结语
　　根据小间距隧道工程经验,采用综合性施工技术和控制措施,通过提高隧道支护结构的强度、刚度和整体性,减少和控制左、右线隧道开挖时的相互影响,合理利用围岩自承能力,保证围岩与支护结构共同作用,基本上可以安全、顺利地完成小间距软岩隧道的施工。
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