隧道浅埋土质地层段施工工法.docx
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隧道浅埋土质地层段施工工法
隧道浅埋土质地层段施工工法
1前言
前山隧道属特长隧道，设计为双洞四车道，隧道左线（ZK56+045～ZK54+500）全长1545m，右线（YK56+000～YK54+500）全长1500m。
隧道地质结构复杂，围岩破碎，分为Ⅳ和Ⅴ级围岩；浅埋段地层表面覆盖黄土，质地疏松，极易崩塌、残坡积层粘土，下伏岩层主要为白垩系和侏罗系的红色砂岩。
左右线要通过这一浅埋段，浅埋段是一条“V”型冲沟。
2工法特点
该隧道开挖断面大，围岩软弱，隧道拱部处在砂层或软弱土层，整个隧道位于遇水易软化、崩解的砂岩岩残积土中，围岩类别为V类。
施工现场条件差，运输条件差，施工难度大。
3适用范围
1，适用于隧道软弱，浅埋地层施工。
2，隧道进出洞口浅埋段施工。
4工艺原理
短进尺，少扰动，强支护，早封闭，勤观测
5．施工工艺流程
前山隧道浅埋段在护拱开挖的同时对边仰坡进行支护，暗洞段在超前大管棚支护下短进尺掘进。
隧道进洞采用上下台阶法，上台阶预留核心土施工，开挖后及时进行初期支护封闭岩面。
开挖支护过程中重点进行隧道的周边位移、拱顶下沉等量侧项目的工作，根据量测数据，及时调整施工方案。
上断面开挖约10~15m后，开挖下部。
在施工过程中隧道防坍塌问题是本工程在浅埋段的最大施工控制重点。
5.1关键施工技术
土石方施工首先施工洞口边仰坡顶的截水沟，开挖过程避开雨天进行。
采用挖掘机开挖，孤石和挖掘机挖不动的岩石，采用小型控制爆破，装载机或挖掘机装碴，自卸汽车运输。
浅埋段边仰坡开挖严格按设计控制坡度，松软地层开挖时从上至下，随挖随防护，随时监测、检查山坡稳定情况。
边仰坡上浮石、危石要清除，坡面凹凸不平处予以修整平顺。
根据浅埋地形地质条件分为盖挖段施工。
盖挖段施工顺序：
护工上部开挖——护拱施作——护工下部开挖，初期支护，二衬施作——土石回填——粘土隔水层，片石铺砌（铺砌应与原地貌平顺，不应积水）。
盖挖段护拱采用整体开挖，边坡随挖随支护，支护参数为：
φ22早强砂浆锚杆长3.5m，按1.2×1.2m间距梅花型布置，Φ8钢筋网网孔间距0.20m，C20喷射混凝土厚10cm。
开挖到浅埋段时，必须在盖挖段护拱施工完成后再进行开挖进尺。
护拱采用c25现浇模筑混凝土厚60cm.
5.2超前大管棚施工
超前大管棚作为浅埋段暗洞出进口加强段的辅助施工措施，它通过管棚和注浆来稳固地层，防止隧道开挖爆破时造成拱部坍塌。
前山隧道超前大管棚支护长30m，采用外径φ108mm，壁厚的6mm的热轧无缝钢管，钢管前段呈锥形，管壁四周钻φ10mm压浆孔。
管棚的环向布置间距为40cm，共布置35根，外插角为2度，在拱部150度范围内布置。
3.2.1管棚施工工艺流程框图
5.3混凝土套拱施工
套拱即导拱，主要是起到管棚支撑及导向作用。
套拱由四榀I16钢拱架间距60cm、35根2m长的Φ133×4mm导向钢管及厚60cm、长2m的C25混凝土护拱组成。
管棚导向管安装时，考虑到隧道圆曲线半径及30m长度，外插角控制在2°。
每根导向管安装时均采用水平尺及仪器测量检测，以保证钻机钻孔时不侵入隧道开挖净空，并能很好地起到超前支护的作用。
架立钢拱架，在钢拱架背部焊接2m长的Φ133×4mm导向钢管后，安装模板，浇注C25混凝土护拱。
图1-1套拱
5.4管棚钻孔及钢管施工
①钻孔：
在套拱完成并养护3天后开始钻孔，采用两台水平地质钻机从套拱两侧底部开始施钻，并把每孔标号，方便施工时记录每孔的成孔时间、顶管时间及注浆量，以保证超前管棚的施工质量。
在钻孔施工时为了确保钻杆接头有足够的强度、刚度和韧性，钻杆联接套应与钻杆同材质，两端加工成内螺扣（钻杆首尾端外螺扣），联接套的最小壁厚≥10mm。
防止钻杆在推力和振动力的双重作用下，上下颤动，导致钻孔不直，钻孔时，把扶直器套在钻杆上，随钻杆钻进向前平移；钻机开孔时钻速宜低，钻深20cm后转入正常钻速。
第一节钻杆钻入岩层尾部剩余20-30cm时钻进停止，用两把管钳人工卡紧钻杆（不得卡丝扣），钻机低速反转，脱开钻杆。
钻机沿导轨退回原位，人工装入第二根钻杆，并在钻杆前端安装好联接套，钻机低速送至第一根钻杆尾部，方向对准后联接成一体。
换钻杆时，要注意检查钻杆是否弯曲，有无损伤，中心水孔是否畅通等，不符合要求的应更换以确保正常作业。
钻孔达到要求深度后，按同样方法拆卸钻杆，钻机退回原位。
同时详细记录前方的地质岩层情况。
图1-2管棚布置平面图
图1-3两台钻机钻孔顺序示意图
图1-2钻孔
②顶管：
利用改装后钻机的冲击和推力，将安有工作管头的棚管沿引导孔钻进，接长棚管，直至孔底。
管棚采用Φ108mm无缝钢管，管棚接长时先将第一根钢管顶入钻好的孔内，再逐根联接。
事先加工好的管节联接套，要预先焊接在每节钢管两端，便于联接。
第一根钢管前端要焊上合金钢片空心钻头，以防管头顶弯或劈裂。
相邻管的接头应前后错开，避免接头在同一断面受力。
将钢管安放在大臂上后，凿岩机要对已钻好的导向孔，低速推进钢管，其冲击压力控制在18－22Mpa，推进压力控制在4.0－6.0Mpa。
当第一根钢管推进孔内，孔外剩余30-40cm时，开动凿岩机反转，使顶进联接套与钢管脱离，凿岩机退回原位，人工装上第二节钢管，大臂重新对正，凿岩机缓慢低速前进对准第一节钢管端部（严格控制角度），人工持链钳进行钢管联接，使两节钢管在联接套处联成一体。
凿岩机再以冲击压力和推进压力低速顶进钢管。
顶进钢管后即可安设加工好的钢筋，起到管棚补强的作用。
图1-3顶管
5.5管棚注浆
钢管及钢筋笼安装后即封堵管口，留注浆孔、止回阀及止浆塞，即可进行注浆。
根据地质条件、围岩特性及注浆目的的不同，注浆材料一般分为两类：
第一类为注水泥砂浆，其主要作用为增强钢管强度；第二类为注水泥浆或水泥-水玻璃双液浆等化学浆液，其主要作用为：
①浆液通常超前压注到岩体裂隙中经过物力化学作用，即能将破碎围岩或松散颗粒在短时间内胶结成整体，起到超前预支护作用，为隧道开挖施工安全提供保障，又能增强围岩的整体稳定性；②浆液填充岩体空隙，凝结固化后，阻隔了地下水或雨水向隧道内的渗入，起到了堵水防水的作用。
注浆前对管棚套拱周围的地表进行8～10cm厚的喷射混凝土封闭，防止浆液从岩面裂隙中反渗。
浆液通过过滤网用HVF-50注浆机进行注浆，首先从无渗水孔进行，然后再注有渗水孔。
严格控制注浆压力，既要有足够的注浆压力来克服岩（土）内天然水压力和地层裂隙阻力才能使浆液充分扩散填充，达到加固堵水的作用；也不能压力太大而压裂开挖面。
配制的浆液要在规定时间内用完，同时严格记录注浆机吸管头容器内的原有浆液体积、中间加入的浆液体积、剩余浆液的体积，把握总体注浆量。
图为大管棚施工完成后
5.6暗洞开挖及支护
在超前大管棚达到设计强度后进行暗洞段的开挖、支护。
在无较大构造影响的一般地段，根据超前地质预报确定的前方围岩软弱破碎程度，施工中及时调整开挖断面及支护措施。
在进口浅埋段均为Ⅴ级围岩土质地段，为适应钻孔台车掘进需要并缩短作业循环时间，采用大半断面短台阶并预留核心土法施工的掘进方法，取得良好效果。
5.6.1开挖方法
在软弱围岩的条件下，采用台阶法开挖。
洞身拱部超前10～15m，以满足施工工作平台的需要，而后进行洞身的下半部爆破开挖，洞身开挖后，立即进行喷锚支护。
围岩非常破碎的情况下采用侧壁导坑法施工，先开挖中夹岩侧导坑上台阶，支护完成后开挖中夹岩侧导坑下台阶及仰拱，并及时做好支护。
导坑侧壁安装临时钢拱架支撑，保证隧道施工安全。
其次开挖另侧导坑上、下台阶及仰拱，及时支护，形成全断面封闭支护环。
仰拱开挖后及时进行仰拱、填充和边墙基础砼施工，与拱墙初期支护封闭成环。
前山隧道浅埋段地层极为软弱，地层松散。
由于开挖面大，开挖后洞体容易变形，周边稳定性较差，拱部极易坍塌。
所以采用人工开挖，工人手持风镐、铁锹配合挖掘机进行开挖，同时控制开挖进尺，开挖后及时进行初期支护。
在人工无法开挖，确须爆破施工时，重点控制装药量，采取松动爆破，减少对周围围岩的扰动。
隧道开挖时，要求施工浅孔爆破分部开挖，400m范围内安全震动速度控制在1.2cm/s，相当于Ⅵ级以下地震烈度。
5.6.2喷射混凝土施工
喷射机安装调试后先注水后通风，清通机筒及管路投料。
连续喂料，经常保持料斗内料满，料斗上设12mm孔径的筛网一道，避免超径骨料进入机内，造成堵管。
喷射时，先注水（注意喷嘴要朝下，避免水流入输料管），后送风，然后上料，根据受喷面和喷出的拌和物情况调整注水量，以喷后易粘着，回弹小和表面呈湿润光泽为度。
喷射顺序：
采取分段、分块，先墙后拱，自下布上的顺序，进行喷射作业。
喷射时，喷嘴做缓慢的螺旋形运动，使喷射料束运动轨迹呈环形螺旋式移动，旋转直径约20～30cm，自喷射面的下部开始，水平旋转喷射，喷料要一圈压半圈，喷至段尾时上移返回，同时要求一排压排，如此往复喷射。
为保证喷射砼密实度，减少回弹量，对于风压、水压及喷头的喷射距离、喷射角度都应合理调整。
喷嘴至受喷面距离以0.6～1.0m为宜，料束以垂直于喷射面为佳。
喷射料束放置速度及一次喷射厚度，以每2秒左右转动一圈为宜，一次喷厚以不回落时的临界厚度或达到设计要求厚度时向前移动，每次喷射厚度一般不小于5cm。
若喷射要求厚度较大，一次不能达到时，第二次喷射应在第一层砼终凝1小时后进行。
两次喷射注意找平岩面，以便于铺设防水层。
5.6.3锚杆施工
开挖后先进行第一层喷射砼施工，待该层砼终凝并形成一定强度后，按设计要求布置锚杆，用红油漆标示清楚位置后利用开挖台架进行锚杆钻孔。
钻孔完成后将制作好的锚杆插入孔内至设计深度，安好垫板及螺帽，并安装止浆塞。
注浆采用水泥砂浆，注浆压力控制在0.5～1.0MPa，并随时排除孔中空气，保证锚杆砂浆饱满。
5.6.4钢筋网施工
按设计要求加工钢筋网，随受喷面起伏铺设，并将钢筋网同定位锚杆固定牢固，钢筋网与受喷面的间隙以3cm左右为宜，砼保护层厚度应大于2cm。
5.6.5钢支撑施工
按测量给定的中线，水平标高，标准间距垂直架立，支撑钢架应与围岩尽量靠近，留2～3cm的间隙做保护层，当钢架与围岩间隙较大时，安设楔形木块，确保岩面与拱架密贴。
控制钢拱架受力情况的薄弱环节在于节点联结螺栓，定位锚杆及纵向连结筋，因此，所有螺栓要上齐，旋紧、拧好，按设计焊连定位锚杆和纵向连接筋，确保安装质量。
钢架的架设应由专人按规定的信号进行指挥，随时观察围岩动态或喷射砼的情况，防止落石，坍塌引起伤人事故。
当紧固顶部连接螺栓，楔紧钢架时，作业人员应以正确的姿势站在平稳，牢固的脚手架上，并配带安全防护用具防止发生坠落事故。
5.6.6隧道监控量测
监控量测的项目主要根据隧道工程的地质条件、围岩类别、跨度、埋深、开挖方法和支护类型等综合确定。
而且，在隧道工程中进行量测，绝不是单纯地为了获取信息，而是把它作为施工管理的一个积极有效的手段，因此量测信息应能确切地预报破坏和变形等未来的动态，对设计参数和施工流程加以监控，以便及时掌握围岩动态而采取适当的措施。
结合施家梁隧道的实际情况，将地质与初期支护观察、水平净空收敛量测、拱顶下沉量测作为施工监控量测项目。
6.资源配备
6.1为了保证现场科学管理，保质量促进度，根据工程需要人员配备如下：
表6.1人员配备表
序号
职务
人数
备注
1
现场负责人
2
2
技术员
3
3
安全员
1
4
材料保管
1
5
钢筋工
2
6
模板工
8
7
砼工
6
8
劳工
8
钻工
4
6.2本工法仅列出了麻柳高架桥盖梁施工所需要的机械设备需求量。
实际施工时，可根据具体情况适当调整：
表6.2材料与设备表
序号
名称
规格
型号
数量
1
水准仪
1台
2
钻机
2台
3
注浆机
1台
4
全站仪
1台
5
运输车
30吨
5台
6
输送泵
1台
7
振动棒
3台
交流电焊机
1台
空压机
12立方米
1台
挖机
220
1台
装载机
50
1台
7质量控制
7.1盖挖法施工简便，质量要求高，施工过程中主要对以下方面进行重点控制。
主要质量标准及规范：
《钢筋焊接及验收技术规范》JBJ18-84
《建筑机械使用安全技术规程》JGJ33-86
《施工现场临时用电安全技术规程》JGJ46-88
《公路工程质量检验评定标准》JTGF80/1-2004
《公路工程施工安全技术规程》JTJ076-95
8．安全防护措施
⒈建立健全安全组织保证体系。
逐级签订安全承包合同，使各级明确自己的安全目标，制定好各自的安全规划，达到全员参加，全面管理的目的，充分体现“安全生产，人人有责”。
按“安全生产，预防为主”的原则组织施工生产，做到消除事故隐患，实现安全生产之目的。
⒉坚持定期的安全教育、讲话和检查制度，设立安全监督岗，安全员持证上岗，支持和发挥群专安全人员的作用。
⒊制定详细的安全管理制度，在施工中做到安全工作有章可循。
加强统一指挥，相互协调，确保安全生产。
9环保措施
环境保护是我国的一项基本国策，在施工中和当地政府及环保部门取得联系并联合协作，保护生态环境，控制施工污染，减少污水、空气粉尘及噪音污染，严格按环保法规，扎扎实实搞好环保工作。
在整个施工过程中严格遵守国家和浙江省有关环境保护、控制环境污染的规定，采取措施防止施工中的燃料、油料、污水、废料和垃圾等有害物质对河流、池塘和水库的污染，防治扬尘、汽油等物质对环境的污染，把施工对环境、空气的影响减少到法规允许范围内。
（一）环境保护方案
⒈成立以项目经理任组长的环境保护领导小组,配备一定数量的环保设施和技术人员,认真学习环保知识，共同搞好环保工作。
⒉采取各种有效措施，对容易引起环境污染的各种渠道严格控制。
⒊认真贯彻各级政府相关水土保护、环境保护的方针、政策和法令，结合设计文件和工程特点，及时申报有关环保设计，切实按批准的文件组织实施。
（二）环境保护措施
⒈认真做好施工调查,编制和贯彻工程实施性施工组织设计,把环境保护工作作为施工组织设计的重要组成部分。
⒉生态环境的保护措施
⑴在施工期间应始终保持工地的良好排水状态，修建临时排水渠道，并与永久性排水设施相连，不得引起淤积和冲刷。
⑵在生活区周围种植花草、树木，美化生产和生活环境。
⑶生活垃圾要集中堆放，统一运至指定地点废弃。
⑷对有害物质（燃料、油料等）要通过可行的措施处理后运至监理工程师指定的地点进行掩埋，以防泄漏，造成对、植物的损害。
⑸拆除临时设施时，应将一切废弃物运往监理工程师及当地环保部门同意的指定地点。
恢复场地原貌。
⑹运输车辆必须作好防止漏失措施，以防物料污染道路。
⒊水环境保护
⑴生产中含油废水区别不同情况,分别采用隔油池处理设施进行处理，生活污水采取挖渗抗集中处理，检验符合环保标准后，才能排放到。
不得将含有污染物质或可见悬浮物质的水排入河流或现有的灌溉系统，以免造成水源污染。
⑵施工废水、生活污水不得直接排入农田、耕地、灌溉渠，更不得排入饮用水源，要集中处理排放。
⑶冲洗集料或含有沉积物的操作用水，应设沉淀池处理，达标后再排放。
⒋大气环境及粉尘的防治
为了减轻施工现场的环境空气污染，保护施工人员和附近居民的健康必须采取以下措施。
⑴水泥混凝土拌和站应有防尘设备。
操作人员要配备必要的劳保防护用品。
⑵施工场地和运输道路产生的扬尘,应尽可能防止对生产人员和其它人造成危害,必须的地点可洒水防护。
特别是拌和站应经常洒水，防止二次扬尘。
11文明施工保证措施及方案
我们将此工程作为展示企业形象的窗口，以文明施工来树立企业良好形象，总结我单位以往在高速公路工程中的施工经验，合理安排、精心组织施工。
（一）文明施工管理目标
创省级文明工地。
（二）文明施工保证措施
⒈对施工队伍签订文明施工协议书，建立健全岗位责任制，提高全体施工人员
文明施工自觉性与责任性。
⒉由项目经理组织，分别在内部管理、场容场貌、物资设备管理、环境控制、办公及生活设施、综合治理等方面确定责任人，采取“标准明确，责任到人”的管理目标责任制，将文明施工落到实处。
3、加强宣传活动，统一思想，使广大干部职工认识到文明施工是企业形象、队伍素质的反映，是安全生产的保证，是工程优良快速施工的前提，增强文明施工和加强现场管理的自觉性。
4、在项目部及队负责人中明确分工，落实文明施工现场责任区，制定相应规章制度，确保文明施工现场管理有章可循。
5、合理布置施工场地，现场的临时建筑物必须和施工组织设计的要求相符，且各种设施必须符合规定标准，做到场地整洁、道路平顺、排水畅通、标志醒目、生产环境达到标准作业要求。
6、施工现场设置施工总平面图、工程概况牌、文明施工组织网络牌、安全纪律牌、防火须知牌，规格统一，内容完善，位置醒目。
7、便道平坦、通畅，周边设排水沟，路边设置相应的安全防护设施和安全标志，道路经常维修，路面不得有坑洼积水。
8、各种临时房屋布置要确保符合防火安全和工地卫生的规定，房屋通道顺畅，门窗严紧，通风采光良好。
9、施工现场给排水要统一规划，整齐统一，做到给水不漏，排水顺畅。
施工废水必须经过必要处理后方可排放到城市地下排污管道。
10、施工用电须有用电规划设计，明确电源、配电箱位置及线路方向，制定安全用电技术措施和电器防火措施，现场设置明确、醒目的标牌。
11、现场施工材料堆放要整齐，做到横成排、竖成行、散体材料必要时要砌池堆放，材料要设立栏杆堆放。
12、现场制定安全、保卫制度，专人落实安全、防火等项工作，进入施工现场的人员一律要戴安全帽。
13、经常对工人进行法律和文明教育，严禁在施工现场打架斗殴及进行其它非法活动。
14、工程竣工后，及时拆除一切临时设施，并将工地及四周环境清理整洁，对临时用地及时予以恢复。
15、加强检查与监督，从严要求，持之以恒，使文明施工现场管理真正抓出成绩。
对文明施工现场实行定期和不定期相结合检查，每月组织一次专项检查对照评比，严格奖惩，交流经验，纠正不足。
16、按建设单位的要求，协调好各方关系，搞好安全生产和文明施工，争创安全文明标准工地。
12效益分析
前山隧道明洞段采用“盖挖法”进行隧道施工，该工法施工简便，安全性好，可靠性高，能缩短工期，可以被广泛应用到隧道施工中，特别是在软弱地层隧道施工中使用，较之其他施工方法不仅加快了施工进度，而且节约了施工成本。
对于前山隧道施工具体节约施工成本如下：
项目
盖挖法施工（万元）
明洞施工（万元）
差值
（万元）
备注
机械费用
12
18
6
施工机械台班少，利用率高
人工费用
5
8
3
施工人员少
安全费用
1.2
2.1
0.9
工期成本
292.5
338
45.5
缩短施工工期
合计
13节能措施
11.1在施工过程中优化施工方案以及施工顺序，节约成本使机械、物质利用率高，损耗小。
14应用实例
前山隧道左右线明洞段施工，隧道明洞段的软弱破碎围岩地段、浅埋地段采用长大管棚，护拱盖挖法施工工艺，提前发挥超前支护作用，增长了施工清静度，前进隧道的恒久稳固性，具有显着的经济效益和社会效益。
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