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1、高原高寒地区复杂地层黄土双线隧道施工工法1. 前言我部承建的兰渝铁路地处高原高寒复杂地层黄土地段，给隧道施工带来一定的施工难度，马家坡隧道是我部控制性工程，全长5830m，为黄土隧道，在该隧道的施工中，我们分析了黄土地质所具有的高膨胀性、土加砂地层、软岩地层等对隧道开挖控制的影响因素，掌握隧道土体变形收缩破坏的基本规律，确定科学合理的施工方法的先进技术的应用，寻求出适合复杂地层黄土隧道的合理开挖方式、开挖顺序和支护形式，从而保证隧道安全快速施工；马家坡隧道海拔在2200m左右，属高海拔寒冷地段隧道，而防冻胀一直是寒冷地段隧道施工的核心内容，我们以防冻胀为基准点，通过解决防水和保温两个问题确保了
2、工程质量和施工安全。以下为我们在施工中所积累的经验总结，形成本工法。希望为在日后的同类地下工程施工提供技术参数。2. 工法特点1、技术先进、可行，工序紧凑，施工中多工序平行作业，组织简便，充分利用空间快速施工；2、能有效的保证复杂地层黄土隧道开挖的安全；3、经济性良好，通过配套技术措施的合理采用和先进控制技术的保障可实现良好的经济性，保证工程项目效益；4、适用性强，可灵活应用于不同地质情况的纯土质类隧道；3. 适用范围本工法适用于海拔2500m范围内高原高寒复杂地质黄土双线隧道的施工，也可为其他类型软土地下工程借鉴。4. 工艺原理高原高寒复杂地质隧道属典型的特殊地质和最软弱围岩地质铁路隧道，围
3、岩级别均为、级，先期施工时通过对隧道围岩变形预测及支护结构内力，加大开挖预留量，为围岩变形提供较大空间，正常施工时，根据先期围岩量测数据，及时灵活地调整开挖预留量；掘进方案采用三台阶七步法为基本的开挖方法。通过仰拱的紧跟，根据黄土易发生振动液化特性合理把握开挖支护，二衬衬砌施工时机等技术措施。入洞及掘进采用大管棚及注浆小导管超前支护措施，开挖采用机械开挖，人工辅助配合的施工方法，悬吊法无钉孔铺设防水板技术，湿喷施工工艺、整体台车衬砌工艺，新奥法施工量测新技术，保证隧道施工作业快速、稳定、高效地进行。5. 施工工艺流程及操作要点5.1 开挖5.1.1地表处理5.1.1.1完善地表排水系统，把地表
4、水疏引至不影响隧道施工安全的地方；5.1.1.2浅埋地段地表采取防渗封闭措施，并集中地表水，统一排放；5.1.1.3对隧道上部的冲沟沟底进行封堵硬化，防止流水下渗，对陷穴、溶洞进行密实回填和封口处理，对隧道上方的居民蓄水窑、水井等进行改建或防渗处理；5.1.1.4对隧道施工影响范围内产生安全隐患的建筑物进行拆移或重点监控保护；5.1.1.5加强地表沉降、开裂、附近水井水位变化等情况的观测，发现异常，及时采取措施处理。5.1.2洞口边仰坡支护及进洞5.1.2.1 开挖 (施工工艺图如5-1图)边、仰坡采用分层小切口开挖，开挖时采用挖掘机开挖，人工配合小型机具刷坡；刷坡后立即喷射砼封闭围岩，并按相
5、关设计要求防护，确保边仰坡的稳定； 5.1.2.2边仰坡防护喷射砼的各项材料要严格按配合比准确计量，各项材料必须经过检验合格后再使用，不合格料严禁进入施工现场，水泥使用标号为P.O42.5级水泥，粗骨料最大粒径不得大于15mm，采用质地坚硬耐久干净的碎石，砂采用硬质洁净的中砂，喷射用水中不应含有影响水泥正常凝结与硬化的有害杂质，各项材料拌和均匀，颜色一致，拌和后的材料存放时间不得超过20min，喷射砼要求初凝时间不超过5min，终凝时间不超过10min；喷射时喷头与受喷面尽量垂直。测量放线 监控量测 洞口开挖防 护立架立模浇注管棚注浆导向墙端墙、翼墙 防排水5-1施工工艺图对锚杆施工的要求：
6、边仰坡锚杆采22mm-3.0m1.0米螺纹钢,钻眼根据受喷面情况和设计要求布设孔位，并做标记据以钻眼，钻孔直径应比小导管及钢筋直径大15mm，以保证注浆质量，注浆前应将孔眼吹净，水泥砂浆应拌和均匀，随拌随用，注浆饱满，注浆时从孔底开始均匀进行，不得中断，严防拔管过快，导致砂浆脱节和灌注部欠饱满，锚杆安装前应平直、除锈，灌注后应立即将锚杆匀速插入，位置居中，钢筋尾端外露长度宜稍小于喷层厚度，安装好后严禁敲击和碰撞，锚杆插入深度不应小于设计。喷浆机要求密封性能良好，输料连续、均匀，技术条件要能满足喷射砼作业需要，空压机性能应满足喷射机工作风压和耗风量的要求，压风进入喷射机前，必须进行油水分离，输料
7、管应具有良好的耐用、耐磨性能。对钢筋网施工的要求：钢筋网采用825cm，钢筋网宜在喷一层5cm厚砼后铺挂，使其与喷砼形成一体。喷射中如有脱落的石块被钢筋网卡住时，应及时清除。钢筋应冷拉调直后使用，钢筋表面不得有裂纹、油污颗粒状或片状锈蚀。搭接长度为两倍网格间距。钢筋加工允许偏差见下表5-2：表5-2钢筋加工允许偏差（mm）序号项 目允 许 偏 差检验方法检验数量1受力钢筋全长10尺量施工单位按钢筋编号各抽检10%，并且不3件2弯起钢筋的弯曲位置203拉筋内净尺寸5喷射作业要求：喷射砼前先用高压风将岩面吹干净，砼严格按配合比拌和，砼应随喷随拌，喷射作业应分段、分片、分层由下而上依次进行；喷射距离
8、与风压协调，初喷厚度5cm，第二遍喷射要在初喷砼终凝后1小时进行。喷护完成后施作仰坡小导管注浆后施做导向墙。5.1.2.3导向墙 导向墙采用模板浇注砼法施工，C20砼，截面尺寸为1m1m.该导向墙设计尺寸为拱顶120范围施工，但黄土土质较软，自稳能力差，沉降量可能较大，故施工时采用拱部180范围施工，拱脚采用扩大基础，用槽钢支撑，C20砼浇注来提高地质稳定性。详见图5-3 图5-3 导向墙示意图立架按设计采用20b工字钢，设3榀，间距50cm，中间用22纵向钢筋连接，左右各采用4根4m42小导管锁脚固定，拱架抬高以满足导向管设计角度需要。采用1405mm钢管作为导向管。施工时将孔口管与钢拱架焊
9、接在一起预留孔口，并用22的钢筋做固定筋，将孔口管压固。钢架各单元由20024015mm连接板焊接成型，单元间由螺栓连接。立模模板采用5cm厚木板，作为导向墙的边模板。边板按设计弧度加工，在安装时用钢筋固定，底模采用地模固定支撑。浇注导向墙采用机械（挖机，装载机）端料配合人工浇筑C20砼，长度100cm，厚度100cm。管棚洞口拱部180范围设一环108管棚预支护进洞，长30m，环向间距40 cm，灌注M10水泥砂浆充填密实，管棚间设42超前小导管注浆支护。为提高导管的抗弯能力，在钢管内设置钢筋笼，钢筋笼由4根18主筋和固定环组成，固定环采用短管节，节长5cm将其与主筋焊接，按150cm间距设
10、置。（a）采用潜孔钻机钻孔，首先施做潜孔钻机平台，潜孔钻头采用130钻头，钻机立轴方向必须准确控制，以保证孔口的孔向正确，每钻完一孔便顶进一根长钢管，钻进中应经常采用测斜仪量测钢管钻进的偏斜度，发现偏斜超过设计要求，及时纠正，并用高压水洗钻孔。（b）钢花管采用1086mm热轧无缝钢管，长30m，钢管接头采用1146mm无缝钢管，采用丝扣连接，丝扣长15cm。管棚每节长度为6m，共5个接头钢管。（c）钢管环向间距为40cm，仰角为12（不包括路线纵坡），方向与路线中线平行。钢管的施工误差径向不大于20cm。隧道纵向同一横断面内的接头数不大于50%，相邻钢管的接头至少须错开1m。（d）大管棚孔钻好
11、后采用挖机向洞内顶进。超前小导管超前小导管采用423.5mm热轧无缝钢管，长4m，环向间距40 cm，外插角510。在管身设注浆孔，孔径6mm，孔间距15 cm，呈梅花形布置，前端加工成锥形，尾部长度不小于100cm，作为不钻孔的止浆段。小导管安设采用钻孔打入法，即先按设计要求钻孔，钻孔直径比钢管直径大35mm，然后将小导管穿过钢架，用锤击或钻机顶入，顶入长度不小于钢管长度的95，并用高压风将钢管内的沙石吹出；小导管安设后，用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混凝土，以防止工作面塌陷。注浆为1：1的水泥浆。注浆采用注浆泵注浆，注浆压力控制在0.51.0Mp，做好注浆记录，
12、注浆完成后及时清除管内浆液，并用M10水泥砂浆紧密充填，增强管棚的刚度和强度。（a）注浆参数：注浆浆液采用纯水泥浆液，水泥采用P.O42.5级水泥。注浆压力:初压0.51.0Mpa,终压2.0 Mpa.浆液扩散半径不小于0.5m。（b）注浆工艺流程见图5-4。搅拌机水泥浆池注浆泵水泥水孔口阀止浆塞注浆管120cm15cm108无缝钢管钢花管示意图砂高压阀注浆孔图5-4 水泥浆液注浆工艺流程图（c）施工程序及方法注浆前先检查管路和机械状况确认正常后做压浆实验,确定合理的注浆参数,据以施工。注浆过程中随时检查孔口,邻孔,覆盖层教薄部位有无串浆现象,如发生串浆,应立即停止注浆或采用间斜式注浆封堵串浆
13、口,也可采用麻纱,木契,快硬水泥砂浆或锚固剂封堵,直至不再串浆时再继续注浆,注浆过程中压力如突然升高,可能发生堵塞,应停机检查。注浆按单管达到设计注浆量作为注浆结束的标准,当注浆压力达到设计终压10min后,进浆量仍达不到设计注浆量时,也可停止注浆,并及时堵封注浆口。注浆过程应派专人负责,填写,记录注浆时间,浆液消耗量及注浆压力等数据,观察压力表值,监控连通装置,避免因压力猛增而发生异常情况。（d）注浆效果评定:通过无孔钢管钻孔,对注浆加固区进行钻孔取芯,观察注浆充填情况,如果注浆效果不好,进行补注和重注。5.1.3洞身开挖及支护5.1.3.1施工工艺（1）工艺流程框附图1 附图1 工艺流程框
14、图（2）工艺流程说明a) 洞身开挖采用自上而下分三台阶、七步骤，每开挖一步均应及时施作锚喷支护、安设钢架。上台阶分部开挖完成后，及时施作初期支护。上台阶开挖完成后，滞后3m开始第二台阶左、右部开挖及支护，形成左、右两侧开挖及支护相互交叉的形式，同样方法开挖第三台阶。b) 各部开挖时，周边轮廓尽量保持圆顺，减小应力集中。c) 各部的底部高程与设计的钢架接头一致。d) 后一侧部位开挖后全断面及时封闭。e) 同台阶左、右部纵向间距，适当拉开一定距离。f) 仰拱开挖后，及时进行仰拱初支封闭，并回填仰拱基坑。g) 开挖仰拱土方，绑扎钢筋，灌注及填充仰拱混凝土。h) 防排水施工，绑扎二衬钢筋，灌注二衬混凝土。5.1.2.2开挖方法三台阶七步开挖法施工工序横断面图、纵断面图、透视图如附图2，3，4所示。附图2 三台阶七步开挖法施工工序横断面图附图3 三台阶七步开挖法施工工序横断面图附图4 三台阶七步开挖法施工工序透视图（一）施工工序:(1)利用上一循环架立的钢架施作隧道超前支护。人工配合机械分部开挖 1 部，同时，每循环进尺一次，掌子面喷5cm厚混凝土封闭。分步施作 1 部周边的初期支护，即初喷4cm厚混凝土，架立钢架。施作4m长42mm锁脚钢管。钻设系统锚杆后复喷C20混凝土至27cm。（2）在滞后于 1 部一段距离后，人工配合机械左右交错开挖 2 、3 部。喷5cm厚混凝土封闭掌子面。
