2012年3月
内蒙古科技与经济
M arch 2012
第6期总第256期
Inner M o ngo lia Science T echnolo gy &Economy N o .6T o tal N o .256
黄土隧道的施工技术及监理控制
李文盛1
,孙 强
2
(1.内蒙古包头铁道职业技术学院;2.内蒙古沁原监理公司,内蒙古包头 014000)
摘 要:通过对北同蒲雁门关隧道进口黄土段的施工方法及控制要点的介绍,为以后类似工程的施工、监理提供一定的经验。
关键词:黄土隧道;施工技术;控制要点
中图分类号:U 455 文献标识码:A 文章编号:1007—6921(2012)06—0118—021 雁门关隧道工程概况
雁门关隧道起讫里程DK110+855～DK124+940,全长14.085km 。
隧道设计为直线、单洞双线隧道,设人字形排水坡,变坡点在DK120+980,上坡坡度为7‰,下坡坡度为3‰,最大埋深约820m 。
隧道共
设置3座斜井,其中:1#
斜井长1.445km (临时斜井),2#斜井长2.385km (永久使用斜井);3#斜井长1.384km (临时斜井)。
隧道穿越以恒山山脉为主干的构造侵蚀、剥蚀基岩山区地貌,地面山高谷深,群峰连绵。
由于特殊的地理、气候和构造条件,隧址区水文地质条件极为复杂,地下水对工程有较大影响。
隧道长、地质条件复杂、不良地质段落长、种类多(断层破
碎带正洞16处、1#斜井2处、2#
斜井3处,涌水量大、易突水、突泥),施工难度大,是该隧道的主要特点。
雁门关隧道进口端DK110+855～DK111+500(645m )为山前洪积扇,地形较平缓,其中DK 111+240～DK 111+270为洪积扇中的冲沟。
主要由新黄土、细圆砾土、粗圆砾土组成,中密,局部夹漂石,有微量地下水,结构松散。
进口浅埋段围岩地质差,洞顶覆盖层薄,土体自稳能力较差,变形、塌陷现象极易发生。
笔者仅就进口段大断面黄土隧道的施工技术、监理控制问题进行探讨。
2 大断面黄土隧道的施工技术及控制要点2.1 黄土的性质
黄土与一般土的不同之处有2点: 构造上的直立性,这个特性决定了黄土力学特性具有各向异性的特点。
它与施工后掌子面的稳定有直接关系。
如果施工后的围岩应力大于黄土直立方向的强度,就会造成开挖工作面的失稳。
湿陷性,这个特性决定了黄土含水量超过一定值或者遇水后会产生很大的“沉陷”变形和承载能力的丧失。
雁门关隧道进口黄土段为弱湿陷性,含水量低,对隧道施工影响不大。
黄土与一般土相同之处,在其成分构成上也分为:砂质土,砂性土为主的土(砂质黄土),施工中这是易发生崩塌的土质。
黏质土:黏质土为主的土(黏质黄土),这是施工中比较稳定的黄土。
2.2 黄土隧道的基本特点
黄土隧道除土质中可能遇到古土壤层以外,岩性均一、工序转换少,施工方法相对单一; 黄土隧道采用人工配合机械开挖,严禁爆破,这样可以把对围岩的扰动降到最低,且能较好的控制超欠挖,开挖面圆顺,避免应力集中; 黄土围岩的蠕变特性及后期压力是其显著特点。
从掌握的资料看,黄土隧道有很大一部分直到运营期间依然出现新的环向、斜向裂纹、甚至发生局部段落下沉现象; 黄土隧道另外一个显著的特点是黄土含水量的大小对施工的影响远远大于普通的岩石隧道。
含水量的大小是直接影响围岩稳定、开挖安全、初期支护、二次衬砌变形量的主要因素。
2.3 黄土隧道的施工原则
按新奥法原理组织施工; 依靠信息反馈,实行动态设计,信息化施工; 突出超前地质预报并纳入施工工序; 坚持“先预报、管超前、严注浆、少扰动、短进尺、强支护、早喷锚、紧封闭、快成环、勤量测”的原则; 严格控制隧道内的施工用水,并做好施工用水的排放管理; 加大设备投入,组织机械化、专业化施工; 施工机械与施工方法相配套,优化资源配置。
2.4 影响隧道开挖方法选择的主要因素2.4.1 分部开挖各部分结构是否稳定。
主要是指竖向或横向分的小块结构稳定性要满足要求,例如台阶法施工中,上导坑的矢跨比要≥0.3才是安全的,如果<0.3,结构会失稳。
2.4.2 是否便于机械开挖及支护结构的安装。
是指尽可能用现代化施工方法设备进行作业,避免原始的高强度作业,以提高劳动效率。
如果空间太小的话,支护结构如钢架的安装、锚杆的打设将变得非常困难或不能按设计角度打设。
那样,支护效果将大打折扣,所以现代施工生产中,要尽可能多的利用大型设备。
2.4.3 支护结束后是否存在隐患。
是指分块安装钢构件后要保证一段时间内钢构件不发生大的变形或破坏。
例如在土质隧道中,如果采用长台阶法施工,上导拱脚在垂直山体压力下,会发生下沉,导致净空不够或初支产生不均匀沉降后开裂或失稳。
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收稿日期:2011-12-22
作者简介:李文盛,男,高级讲师,1992年毕业于长沙铁道学院土木工程系铁道工程专业。
孙强,男,高级工程师,1991年毕业于长沙铁道学院土木工程系铁道工程专业,于2007年11月～2011年12月在新建铁路北同蒲取直线1#标负责雁门关隧道的施工监理工作。
李文盛,等・黄土隧道的施工技术及监理控制
2012年第6期
2.5 隧道开挖施工方法
隧道施工中根据不同的地质状况选择合理的施工方法是非常重要的。
目前国内针对大断面软弱围岩隧道的施工,开挖方法很多,但归纳起来,主要有3种方式:竖向分块,例如CD 法;横向分块,例如台阶法;混合分块,例如CRD 法等。
雁门关隧道采用的是“三台阶七步流水作业法”,
如下图所示。
此法适用于开挖断面为100m 2～180m 2(雁门关
隧道开挖断面129m 3),具备一定自稳条件的Ⅳ、
Ⅴ级围岩地段隧道的施工。
开挖掘进以3个台阶7个工作面同时进行,初期支护先上后下,分步实施,然后连成整体,形成一个承载拱,依据围岩量测结果,调整支护参数,并视围岩程度控制每一循环进尺。
其施工技术特点如下: 施工空间大,方便机械化施工,可以多作业面平行作业,工效较高;部分软岩或土质地段可以采用挖掘机直接开挖下半断面,减小了对围岩的扰动。
在地质结构复杂多变、软硬围岩相间的隧道施工中,便于灵活、及时地转换施工工序,调整施工方法,进度稳定,工期保障性强。
能适应不同跨度和多种断面形式,不需要拆除临时支护,操作便捷,节省投资。
无需增加特殊设备,投入少,操作性强,易推广。
在台阶法开挖的基础上,预留核心土,左右错开分部平行开挖,开挖施工分成多个作业面进行。
分步平行施作拱墙初期支护,混凝土仰拱超前施作,及时闭合构成稳固的初期支护体系,保护围岩的天然承载力,有效抑制围岩变形。
当围岩变形较大或突变时,在保证安全和满足净空要求的前提下,可尽快调整闭合时间。
2.6 大断面黄土隧道的施工控制要点
严格按短台阶法施工,防止初期支护大量下
沉的重要前提。
台阶长度一般为3m ～5m ,如果每天进尺2～3个循环,2天左右初期支护将会迅速成环,从而形成正常循环。
加强初期支护锁脚锚杆,保证初期支护安全的重要措施。
初期支护钢架背后严禁出现任何形式的空洞,这是规范反复强调的也是黄土隧道施工中绝对禁止的。
黄土隧道在施工过程中要尽可能地保持其施工连续性,不能因为客观原因而无谓停工。
土体塌方与石质塌方有着本质的区别:石方在塌到一定程度后,会在塌体上方形成一自然拱,可以维持其稳定,而土体不会形成自然拱,最终结果会是塌至地表,后果比较严重。
及时成环非常关键,这是关系到隧道安全的重要步骤。
黄土隧道特别强调仰拱成环,这是施工最主要也是最关键的环节,仰拱成环包含临时仰拱成环和永久仰拱成环,黄土的蠕变特性决定了黄土在竖向压力和侧向压力作用下会一直有缓慢的位移,如果不及时成环,初期支护会逐渐失稳导致事故发生。
围岩量测是指导施工的重要技术保障。
根据土体含水量的不同,土体对初期支护的压力也会发生变化,实际施工中,拱顶下沉和围岩收敛的值也会分阶段发生变化,隧道断面发生变化也会导致下沉和收敛值发生变化,如何预留沉落量就需要进行认真的围岩量测工作。
围岩量测作为新奥法施工中的重要环节,不光体现在知道初期支护何时收敛,还能提供初期支护钢拱架预留沉落量的大小以保证衬砌净空。
3 结束语
目前,大断面黄土隧道施工技术在国内隧道施工中是一个难点,如何在保证施工安全的前提下提高施工进度已成为广大隧道施工管理者和工程技术人员重点研究的课题。
我们只有通过学习,不断总结国内外的先进经验,努力钻研,刻苦攻关,不断优化完善施工方案,严格加强施工管理,狠抓过程控制,才能取得较好的效果。
[参考文献]
[1] 关宝树.隧道工程设计、施工要点集[M ].北
京:人民交通出版社,2003.
[2] 李宁军.隧道设计与施工百问[M ].北京:人
民交通出版社,2004.
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