黄土隧道新奥法施工

黄土隧道新奥法施工

摘要:文章结合工程实例,从开挖、隧道初期支护、隧道防水层施工等方面介绍了黄土隧道新奥法施工的要点。

关键词:黄土隧道;新奥法

1工程概况

闫家条隧道位于青银高速公路山西省离石军渡段,隧道左、右线长分别为307m和160m,为双线分离式的双洞单向行车双车道隧道。

项目区地处吕梁山脉中段西侧,属晋陕黄土高原区,整体地势东高西低,沟壑纵横,沟谷走向多由东向西,黄土冲沟多呈南北羽状排列。路线区属地震烈度VI度区。

闫家条隧道拟从离石端向本标段终点掘进,拟在洞口拉槽到位后,左右洞同时掘进。洞身衬砌根据监控量测资料及时进行,一般滞后掌子面30～50 m。采用复合式衬砌结构,锚、网、喷砼作为初期支护手段。投入大型施工机械设备,组成钻、爆、装、运、锚、衬等机械化作业线,砼衬砌采用液压钢模衬砌台车和砼输送泵作业。

2新奥法施工原理

新奥法是利用围岩本身所具有的效能承载地应力,因此必须尽量减少对岩体的破坏,一般为全断面开挖。为了发挥岩体本身的承载能力并不产生过量变形,须使用柔性支护结构。尽快闭合,使结构封闭,受力合理。监控测量支护和岩体的稳定性,随时采取措施,保障施工正常和安全。待岩体和支护体系稳定后进行二次衬砌,保证美观,增加安全储备。概括为“弱爆破、短进尺、强支护、早封闭、勤量测、紧衬砌”的原则。

3施工方法

3.1开挖

洞口土方开挖采用分层开挖,使用反铲挖掘机自上而下进行仰坡土方开挖。本工程隧道洞身开挖主要为土方,只在局部地段的隧道底部存在风化岩层,洞身围岩均为II、III类,围岩类别低。洞身开挖采用分部台阶法进行,上台阶超前下台阶10～15 m。下台阶超前仰拱开挖10～15 m,隧道洞身开挖横断面如图1所示。

主洞洞身开挖注意事项:

①尽量采用人工开挖方式,减少对洞身周围围岩的扰动。

②对暴露围岩及早封闭,洞身开挖后进行找顶,清除洞顶危石,并用喷射砼进行初喷,初喷厚度为4 cm。然后立拱架、施打锚杆、挂网后进行复喷。

③为了防止下部开挖时出现拱部崩塌,在上部支撑的拱脚处设置纵向槽钢托梁,并设锁脚锚杆锁定。

3.2隧道初期支护

Ⅱ类围岩初期支护采用Φ108超前长管棚注浆和Φ50超前小导管注浆超前支护,开挖后用Φ25自钻式锚杆(Φ22砂浆锚杆)、挂钢筋网、喷射砼联合支护,立型钢拱作为加劲支撑。III类围岩初期支护采用Φ25自钻式超前锚杆超前支护,开挖后用Φ25自钻式锚杆(Φ22砂浆锚杆)、挂钢筋网、喷射砼联合支护,立格栅拱架作为加劲支撑。

自钻式超前锚杆从厂家按设计规格定购,用风动凿岩机将安装好钻头的锚杆钻进至设计深,外插角为10°,环向密排间距0.5 m。纵向间距3.6 m。钢拱架按设计的轮廓分节在钢筋加工场内冷弯制作。在现场进行安装,各节拱架联接采用钢板、螺栓连接,钢架之间用φ25钢筋焊接,环向间距1 m。拱脚放在原状土上,并与锁脚锚杆焊接。

钢拱架与围岩留2 cm～3 cm间隙作为保护层。格栅钢架分节在钢筋加工场内加工,首先按设计轮廓线加工钢格栅加工模具,将冷弯成型的钢格栅主筋放置在模具上。在模具上将格栅箍筋、斜撑和节点联接钢板焊接在一起加工成型。钢格栅在现场安装,钢格栅节点联接采用螺栓联接,每榀之间采用φ22钢筋焊接,环向距1.0 m,长1.3 m。喷射砼采用湿喷技术。砼喷射分片依次自下而上进行。

3.3隧道防水层施工

本工程隧道外防水层由EVA复合防水板组成,防水层采用吊环法施工,基面处理超前防水板铺设30 m,在衬砌背后每隔10m设置一环Ф50 mm弹簧波纹管为环向排水管,局部水量大时酌情增加。墙脚处各设置Ф100 mm弹簧波纹管为纵向排水管,并在隧道纵向间隔10m(与环向排水管对应)设一道Ф100 mm弹簧波纹管为横向引水管,将衬砌背后水引入排水沟排走。在电缆槽底部每隔25m设置一道Ф50 mm平壁PVC管为引水管,坡度为8%,将渗水引至水沟。

环向排水管、纵向排水管、横向引水管采用PVC套管接头,并用无纺土工布包裹保护。

3.4衬砌

洞身衬砌滞后洞身开挖60～80 m,二次衬砌施工措施如下:

①二次衬砌的施作应在围岩变形基本稳定后进行。

②防水层施工至少超前二次衬砌施工两个台车长度(24 m),以减少施工工序之间的相互干扰。

③施工缝、明暗洞接缝、伸缩缝、沉降缝处设置橡胶止水带,间距为12 m。

④先安装泄水管,再衬砌模板台车就位;砼浇注时从两侧向拱顶浇注。

⑤二次衬砌砼强度达到5.0Mpa时,方可拆模。

行人横通道洞身衬砌在正洞洞身衬砌超前50 m后进行,二次衬砌采用钢拱架配合组合钢模,模板安装前,应按设计要求施作钢拱架及铺设钢筋,人工立模整体性浇注。

3.5隧道施工监控量测

隧道采用“新奥法”设计和施工,在隧道施工中通过对隧道围岩动态的监控量测,掌握围岩动态和支护结构的工作状态,利用量测结果调整设计支护参数,指导施工;通过量测预见事故和险情,以便及时采取措施防止事故发生,确保隧道的安全,达到隧道施工安全、节约工程投资的目的。

量测项目有以下几项:拱顶下沉、地质及支护状态观测和周边收敛、地表下沉量测,监测方法、量测仪器详如表1所示。

4结语

通过及时喷射混凝土,封闭岩壁,有效防止了围岩松弛。钢筋网、钢支撑和锚杆支撑规范化施工提高了安全性和作业效率。量测监控是新奥法的基本特征,量测的重点是围岩和支护的力学特征随时间的变化动态。衬砌的做法和施作时间是依据围岩变位量测决定的。敷设仰拱使衬砌闭合,通过采取排水措施来降低岩层内的渗透水压力。在严格按照新奥法施工要点的前提下,尽管有采空区等不利条件,闫家条隧道未发生塌方,在离军高速公路十六个标段属于特例,为以后黄土隧道施工积累了经验。

参考文献:

[1]李晓红.隧道新奥法及其量测技术[M].北京:科学出版社,2002,(1).