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特大断面隧道百年位移活动断裂带施工技术

2021.05.08点击:

【摘要】牛金山隧道属于特大断面隧道,隧道内存在“百年位 移活动断裂带”不良地质,采用合理高效的开挖支护技术是保证 隧道顺利施工不可缺少的一道工序。在参考三台阶预留核心土法 施工技术的基础上,优化后采用四台阶核心土法,多部循环开挖, 在确保安全和质量得到保证的条件下,不断的加快施工效率,节 约施工投入,为隧道早日贯通跨出坚实的一步。


【关键词】特大断面隧道  四台阶预留核心土法   施工技术 doi:10.12159/j.issn.2095-6630.2021.09.1240

 引言 中国的高速公路属于我们国家社会经济发展的必然产物,它 所具有的优势就是可以非常有效的满足工业化以及城市化的快速 发展。当前的高速公路基础设施不仅可以配合汽车轻型化和重载 化两大主要的发展趋势,而且可以有效的满足客运汽车高速度和 货运汽车大载重的需求。对于那些铁路运输能力不足、通道出入 不够顺畅的地区,利用高速公路就能够发挥极为关键的运输方面 的功能。到2018 年 12 月 28 日为止,中国高速公路总里程已达 14 万千米,位居全球第一。在高速公路迅速发展的同时,高速公 路隧道所起的作用无可替代。而隧道关键工序施工技术在隧道施 工过程中对安全质量以及施工效率起着决定性的作用。采用合理 有效的施工技术不仅有利于安全施工,更能够有效地提高施工进 度以及施工简易程度。


1 工程实例概况 太原西北二环 ZH11 标工程牛金山隧道设计为双洞双线三车 道隧道,设计速度为 100km/h,等级为Ⅰ级。隧道右洞洞内Ⅴ级 围岩百年位移活动断裂带起讫里程为 K42+330 ~ K42+530,隧道 左洞洞内相关围岩起讫里程为Z4K42+350 ~ Z4K42+550,共长 400m。该围岩段断面面积为 216.8 ㎡,属于特大断面隧道,在该 活动断裂带施工时现场实际采用了四台阶预留核心土法。 该活动断裂不良地质系舟山西簏断裂:为忻定盆地定襄凹陷 的主控边界断裂,该断裂从北边开始于鸭儿坑,往南边又越过了 石岭关,总共的长度为 30km,其断裂的具体走向是 NNW,而且 倾向是 SWW,倾角是 65°,是一条右旋剪切的正倾滑断裂。断 裂出露于系舟山西麓基岩与黄土梁分界线附近,断裂东盘属于古 生代奥陶系灰岩,西盘为第四纪冲洪积地层。它的断裂破碎带形 成的宽度达到了 10m 多,而且在破碎带里面会经常发现中、晚更 新世黄土团块。破碎带宽度 200 余米,全长 30km。未来百年发生 的最大水平位错量为 2.79 士 1.29、垂直位错为 1.6m,最大地壳伸 长量为 0.75m。断层的水平活动速率为 5.68mm/a,垂直活动速率 为 0.19mm/a。 2 技术特点 对于隧道不良地质“百年位移最大活动断裂带”段,特别对 于处于特大断面隧道而言,采用四台阶预留核心土法较采用中隔 壁或者双侧壁导坑法等其他施工技术,其特点为:(1)能有效地 提高施工进度,简化施工工序,保证施工工期要求;(2)现场工 序简化,操作简单,易于作业人员掌握及施工;(3)借鉴三台阶 预留核心土法,对特大断面进行分化施工处理,有效保证了开挖 及支护过程的安全系数。 3 施工技术 3.1 施工流程图

3.2 施工准备。 开挖前进行超前地质预报,合土质围岩特性,决定采用地 质雷达进行探测,探测有效长度为 30m,同时在地质雷达显示围 岩变动较大时做好采用超前地质钻探法方法探测的准备。3.3 超前 支护。对于超前支护而言,主要是利用小导管完成相应的注浆支 护工作的,φ42×4mm 热轧无缝钢管,每根长 3.5m,每环 60 根。 钢管前段呈尖锥状;提前加工成所需的钢花管,并且需要在管壁 的周围都钻上 8mm 的压浆孔,尾部 1.2m 不设压浆孔;小导管施 工时以外倾角为15°打入围岩,环向间距为35cm,纵向间距为 200cm,在进行实际的开挖之前需要使用 YT-28 的风动凿岩机靠 着拱部开挖轮线外 10cm 进行钻孔,成孔后清孔干净安装超前 小导管 , 端部与钢拱架焊接牢固。注浆材料因围岩不含水选用水 泥浆,注浆压力为 0.5-1.0MPa。 3.4 上台阶开挖支护。 开挖前采用全站仪放出开挖轮线并进行标记,开挖完成后 立即进行初期支护,钢拱架使用 I25a 工字钢,间距为 0.5m;注浆 锚管及锁脚锚管均采用 φ42×4mm 热轧无缝钢管,每根长 4.5m, 锁脚锚管每台阶拱脚处各打设3 根,采用L 型 HRB4000φ22 辅 助钢筋与钢架帮焊,锁脚锚管、注浆锚管均要进行注浆;φ8 钢 筋网采用双层,两层钢筋网分别设置于钢架内、外侧,网格间距 为 15cm×15cm;φ22 的纵向连接筋环相间距不大于1m 布置, 初期支护束进行验收,合格后立即喷射 C25 混凝土。 3.5 中台阶开挖支护。 开挖过程为避免钢架悬空,中台阶采用左、右侧错步开挖, 中台阶过高,为开挖支护安全以及现场施工操作方便,中台阶分 为相同高度的上、下部开挖,并预留核心土。待上台阶长度为 3 ~ 5m 时施工中台阶先行上部,当中台阶先行上部台阶长度为 3m 时施工中台阶先行下部,在中台阶先行上、下部台阶长度为 5m 时施工中台阶后行上部,当中台阶后行上部台阶长度为 3m 时 施工中台阶后行下部,开挖完成进行初期支护工作,当验收能够 满足有关的设计规定之后,在进行混凝土的喷射,锁脚锚管、注 浆锚管均注浆。中台阶上、下部两侧必须先后错步施工,待施工 正常后中台阶各部可平行推进施工,从而提升施工效率。 3.6 核心土开挖及下台阶开挖支护。 下台阶钢架安装禁止左右侧同时悬空,开挖进行左、右错步 开挖,核心土需保留至距中台阶后行 5m 处,待核心土开挖 5m 后 进行下台阶先行开挖施工,下台阶先行开挖 5m 后进行下台阶后 行开挖,钢架支护束、检查合格后,立即喷射混凝土,锁脚锚 管、注浆锚管均注浆。两侧必须先后错步施工,待施工正常后下 台阶两侧可平行推进施工。 3.7 仰拱开挖支护。 待下台阶后行台阶长度为 3 ~ 5m 时进行仰拱开挖,仰拱开 挖后钢架及时封闭成环施做,减少拱顶沉降、边墙收敛,达到稳 定围岩的效果,喷射混凝土支护完成后并及时施作洞身衬砌,形 成衬砌封闭。 3.8 监控量测。 在各台阶喷射混凝土支护完毕及时进行监控量预埋及检测, 监控量测间距 5m 一个断面,每个断面布置 3 个拱顶下沉监测点 以及 2 条水平收敛线,充分反馈洞内围岩变化情况。监控量测测 点由基座和反射膜片组成,基座由 5cm×5cm 钢板及φ22mm 的 钢筋焊接而成。需要确保各个监控量测点埋设在每个台阶进行开 挖后的 12 小时之内以及下一次循环开挖前读取隧道洞身变化初始 读数。靠近掌子面处测点安设在距离开挖面不超过 1m。每天对洞 内监控量测点进行早晚两次监测,同时地面沉降点进行一次对应 监测,整理数据后形成监控量测日报并进行相关负责人签字确认

5.1 断面开挖前,必须进行测量放样,确保开挖断面的净空尺 寸以及各台阶钢架底安放的位置,中、下台阶开挖禁止两侧同时 开挖,避免造成拱部钢架不承力。 5.2 注浆施工。超前小导管及注浆锚管外观应平直光滑,无裂 缝,无折痕、疤、严重锈蚀和弯曲等缺陷。打钻锚孔时严格控 制施工用水,避免浸泡钢架拱脚及掌子面。注浆时进行专人盯控, 严格按照设计注浆压力及注浆量进行注浆。 5.3 支护过程所有焊接工序焊缝必须饱满,不得有假焊、漏 焊,焊缝表面不得有裂纹、焊瘤等缺陷。 5.4 钢架安装。安装前必须清理干净拱脚、拱底的虚渣及杂 物,保证钢架底脚置于牢固的基础或者垫板之上。 5.5 钢筋网。使用φ8的钢筋网片双层铺设,网格间距 15cm*15cm, 钢筋网片间搭接不能小于一个网格的长度并且不得小于 30d。

5.6 喷射混凝土。混凝土喷射支护过程必须分层次、分区段进 行,一次喷射分段长度小于 6m,喷射顺序从下到上,依次进行, 不得有假喷、漏喷等现象,不能出现背后脱空,喷射过程中回弹 掉落后的混凝土禁止重新放入湿喷机械手当作喷射混凝土材料进 行再次使用。 5.7 喷射混凝土养护。喷射混凝土终凝 2 小时后,进行洒水养 护,养护时间不少于 7 天,终凝 3 小时内不得进行下循环开挖。


束语: 通过现场实际采用四台阶核心土法开挖支护技术,极大的简化 了现场施工工序,减少临时支撑等材料的使用,从而节约了成本。


现场实际施作简单易操作,使得在该围岩段日进度平均提升 1 倍, 同时在牛金山隧道左、右洞洞内该工序实施过程中均未出现安全质 量事件。四台阶核心土法为牛金山隧道顺利贯通提供了捷径,也为 其他相似特大断面以及不良岩质隧道施工提供了参考价值

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