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滑坡体中隧道进洞施工工法
中铁二局第五工程有限公司 曾孝洋 蒲安国 代云宽
1前言
滑坡体中隧道进洞施工工法以王家坪隧道出口滑坡段为载体, 采用洞口地表及仰拱注浆, 洞内增设临时仰拱、 加强初期支护和超前支护的施工方法实现了安全快速进洞, 为类似工程施工提供了可借鉴的经验。
2工法特点
本工法主要采取加强洞内支护的施工原则, 以”管超前、 严注浆、 短进尺、 少扰动、 强支护、 早封闭、 勤量测”为指导思想进行施工。
1) 施工方法比较简单, 施工难度低, 不需要大型机械设备。
2) 施工进度快, 洞口滑坡段治理时间短, 缩短了后续进洞施工工期。
3) 加强超前支护和初期支护措施, 易保证施工质量, 确保了隧道施工安全。
3适用范围
本工法适用于穿越滑坡堆积体地段的浅埋隧道工程, 地质差、 软弱围岩、 土层富含水、 土地利用率低的环境下。
4工艺原理
本施工方法采用加强超前支护稳固围岩后, 再加强洞内支护, 增设临时仰拱及时封闭初支成环的方法, 减少因局部支
撑强度不够造成拱顶沉陷和周边位移, 增加结构整体受力的结构原理; 采用洞口回填土方反压, 对滑坡体进行一定的抵制以减小滑坡体对隧道洞身的推力的基本原理。
5施工工艺流程及操作要点
5.1施工工艺流程
洞口管棚及明洞施工
明洞回填施工
洞口段边仰坡刷坡及支护
施工准备
暗洞施工( 加强超前支护及初期支护)
二次衬砌施工
洞口段滑移区地表深孔预注浆

图5.1 施工工艺流程示意图
5.2基本工艺过程及操作要点
5.2.1施工准备
首先根据施工图纸准确进行测量放线, 确定边仰坡开挖范围, 然后根据工程量大小确定挖掘机和运输车数量, 提前做好边仰坡开挖准备。
5.2.2洞口滑移区边仰坡施工
对洞口段滑移区边仰坡进行刷坡, 尽量增大边仰坡坡率, 开挖边仰坡尽量要平顺, 成形好, 不损坏开挖范围外地表。
挖掘机开挖一级并修整平顺后, 即支护一级。支护采用锚、 网、 喷支护, 根据现场实际情况增设钢管作为泄水管。在喷射混凝土施工过程中适当调整外加剂的添加量, 以加快喷射混凝土凝固速度, 减少回弹量。
5.2.3洞口段滑移区地表深孔预注浆
由于滑坡体较为松散, 地质软弱, 且堆积体富含水, 洞口段初期支护极容易发生沉降, 导致初期支护侵限。另外, 地质土层过于松散, 极易诱发滑坡体失稳, 将对隧道洞身区域施以很大的推力, 故应对洞口段开裂区域山体进行注浆加固, 注浆方法为深孔地表注浆。注浆钢管可采用Φ89~108mm无缝钢管, 注浆钢管间距为200cm×200cm, 呈梅花形布置, 横向布置范围为洞身两侧10m~15m范围, 隧道两侧钢管穿过滑动面嵌入基岩不小于2.0m。

图5.2 地表深孔注浆加固示意图
5.2.4洞口管棚及明洞施工
1、 洞口管棚施工
1) 施做管棚导向拱, 预埋管棚导向管, 导向管安装角度可适当放大1~2°, 为管棚施钻做好准备。
2) 洞口超前大管棚钻进。钻孔顺序为从拱顶向两侧进行施工, 成孔后经清孔验孔合格后立即进行顶管施工。钻孔过程中要始终注意钻杆角度的变化, 并保证钻机不移位。
3) 管棚注浆。根据实际情况可选择以下两种方式: ①边装管边注浆; ②先安装完毕管棚后再依次从拱脚向拱顶注浆。如遇串浆或跑浆, 则可间隔一孔或数孔灌注。
2、 明洞施工
1) 基础处理。明洞基础位于松散的坡积体上, 地基承载力较低, 视基底松散土体厚度情况, 选择基底换填或注浆加固基底。
2) 明洞衬砌。从洞内向洞外方向进行, 明洞混凝土分为两部分施工, 先施工明洞仰拱及填充、 边墙基础钢筋混凝土及洞门基础; 混凝土达到规定强度后, 即整体模筑施工上部拱墙及拱圈混凝土。
5.2.5明洞回填施工
明洞衬砌混凝土达到设计强度后, 便进行两侧及洞顶回填施工。回填施工前必须做好明洞防排水施工, 两侧应对称进行回填, 先由人工夯实回填至拱顶以上1m, 方可采用机械回填。
5.2.6暗洞施工
1、 洞身开挖
1) 视围岩实际情况选择采用交叉中隔壁法( CRD法) 、 隔壁法( CD法) 或环形开挖预留核心土法开挖。每次开挖进尺尽量控制在0.5~0.75m, 并尽量采用挖掘机开挖。开挖过程中根据围岩稳定情况在上部初支设置临时仰拱, 以尽早使支护封闭成环。
2) 洞口段地质松软, 为滑坡堆积体, 施工中极容易发生变形沉降, 故预留沉降变形量应在在原设计放大的基础上适当放大10~15cm( 施工中根据监控量测反馈信息进行动态调整) 。在每次开挖进尺结束后, 视围岩稳定情况, 可对掌子面采取喷混凝土进行封闭, 防止滑塌。施工过程中要加强地表、 洞内支护等的监控量测, 并及时反馈分析量测结果, 根据监控量测数据动态调整开挖方法。
2、 采用完善的超前支护体系
1) 为减小隧道初期支护荷载, 防止隧道掌子面发生坍塌和涌砂突泥等现象的发生, 应沿着隧道开挖轮廓施做斜向的超前小导管进行注浆加固和起到堵水的作用。
2) 若经钻探揭示及现场调查发现地下水较丰富, 为提高施工安全, 应在掌子面处设置注浆止水措施。在部分涌水量较大的段落应先进行适量的排放, 待水流稳定后再进行注浆封堵。施工期间根据地下水发育情况及时调整掌子面注浆方案, 确保施工安全。

图5.3 掌子面预注浆立面示意图

图5.4 掌子面预注浆剖面示意图
注: 图中尺寸除直径以毫米计外, 其余均以厘米为单位。
3、 根据围岩实际情况加强支护
隧道在洞口滑坡体段所承受的荷载很大, 而且其荷载在开挖后初期即已形成, 随着时间的推移该荷载还将继续加大, 因此需根据围岩实际情况增强支护强度和刚度。
1) 初期支护
滑坡体段隧道初支钢架采用I20a~I22b工字钢, 间距40~60cm; 系统锚杆采用注浆导管, 若土体含水率较高, 注浆浆液采用水泥—水玻璃双液浆; 喷射混凝土强度和厚度均应适当提高。为防止隧道变形过大侵入二次衬砌, 隧道开挖预留变形量应适当比设计加大10~15cm, 在施工过程中结合现场监控量测情况进行动态调整。

图5.5 滑坡段隧道洞身支护结构示意图
注: 本图数字单位除特殊说明或已标注外, 其余均以厘米为单位。
2) 二次衬砌
由于隧道所承受的压力巨大, 二次衬砌应采用不低于50cm厚的钢架混凝土结构, 为增强结构的强度, 混凝土标号不低于C25。二次衬砌环向主筋不小于Φ22,内外双层布置。
5.2.7二次衬砌施工
因洞口段处于滑坡体内, 将在施工中承受巨大压力, 应尽快施工仰拱及二衬, 二衬与掌子面间距控制在50~60m内, 以尽早封闭成环, 改进结构受力, 提高洞体结构承载力。
6材料与设备
本方法施工简易, 机械使用较少, 使用材料和机械设备为隧道施工常见, 主要材料和设备见表6-1。
表6-1 施工材料与设备配备表
序号
材料名称
规格型号
序号
设备名称
型号
数量
性能
1
喷射混凝土
C25
1
挖掘机
PC200
2台
良好
2
锁脚锚杆
Φ22螺纹钢, L-3.5m
2
装载机
ZL50C
2台
良好
3
钢筋网
Φ6盘条, 网格20×20cm
3
空压机
VY20
6台
良好
4
混凝土
C25防水混凝土
4
自卸汽车
东风15 t
4辆
良好
5
钢架
I20a型钢
5
喷浆机
TK961
4台
良好
6
钢板
d-14mm
6
钻机

12台
良好
7
系统锚杆
Φ25×5mm, L-3.5m
7
型钢冷弯机
GZ·22型
1套
良好
8
注浆钢管
Φ42×4mm, L-3.5m
8
潜孔钻机
yMK-7
4台
良好
9
Φ89×5mm, L-20m
9
注浆机
2TGZ 60/210
2套
良好
10
水泥
P.0 425

7质量控制
本工法在质量上, 遵照国家和部颁有关隧道施工、 质量验收规范, 依据《公路工程质量检验评定标准》JTG F80/1- 验收文件进行验收, 依据《公路隧道施工技术规范》JTG F60- 进行技术指导, 现场安排隧道工程师和质检工程师现场指导施工, 重点检查注浆效果、 初期支护拱架安装质量、 超前支护质量等, 检查操作成果。
8安全控制
除遵守国家及部颁有关隧道施工安全操作规程外, 还应特别注意以下几点:
1) 设专人对滑坡地段地表进行地面观察, 采取定量观测和定性分析相结合, 发现地表裂缝或变形异常立即停止开挖, 采取可靠措施处理后方可继续开挖。
2) 施工中安排有经验管理能力强的安全和管理人员进行现场管理, 做到技术指导合理到位, 能根据实际情况合理安排工序, 调整施工方法, 同时密切关注洞身支护和掌子面的稳定情况。
3) 在恶劣天气条件下, 如下暴雨、 涨洪水等, 停止施工, 撤出人员和机械设备。
4) 做好监控量测工作, 在隧道进洞阶段, 加大监测力度, 提高监测频率。特别是对滑坡体地表进行位移监测, 掌握施工期间滑坡的动态信息, 指导施工, 保证施工人员安全, 同时也为今后安全运营提供数据保证。
5) 注浆、 喷射混凝土工人作业时, 必须佩戴防护眼镜, 以防高压喷射造成人身伤害。
9环保措施
在环境保护方面, 尽量减少植被破坏, 废弃的砂、 石、 土必须运至指定的弃碴土场堆放, 做好挡护和绿化。工程完工后, 对弃土场及施工便道等, 按照当地水土保持主管部门的要求进行复耕或绿化, 同时修建好排水系统, 防止水土流失。
10效益分析
以王家坪隧道为例, 设计提供了两种安全进洞方案: 一种是在洞口设置抗滑桩+增强洞内支护, 另外一种是洞口滑移区地表及仰拱注浆+增强洞内支护是即本工法。王家坪隧道采用本工法实现了隧道从滑坡体中安全进洞。该工法施工方法简单, 易保证安全质量, 保证了隧道总体工期, 节约了工程造价。当前隧道洞口及地表经监控量测数据反馈处于稳定状态, 很好地保证了安全。从下表10-1效益分析可见洞口滑移区地表及仰拱注浆+增强洞内支护( 本工法) 具有较好的效益性。

表10 效益分析表
项 目
地表及仰拱注浆+增强洞内支护
设置抗滑桩+增强洞内支护
工程造价
地表及仰拱注浆造价约232万元。
抗滑桩工程造价约503.5万元。
施工设备
潜孔钻机4台, 双浆液注浆机1台, 普通高压注浆机1台, 投入约需10.8万元。
提升机6台, 直螺纹车丝机1台投入约需3.5万元。
施工便道及加工场地
不需要修筑专门便道及加工场, 约需1万元内。
需要修筑专门施工便道和材料加工场, 约10万元。
弃 渣
无
弃渣约3488m³
工 期
60天
150天
安全质量
易保证施工安全和质量
人工挖桩施工安全威胁大
11应用实例
王家坪隧道从一古滑坡前缘进洞, 隧道走向近似与滑坡主滑方向平行, 隧道左右线分别约有95m的洞身纵穿滑坡体。因此, 隧道建设必然破坏该滑坡体的平衡, 引起滑体位移, 对滑坡稳定性造成不利影响, 危及隧道施工及后期运营安全, 同时对滑坡体上当地村民生命财产安全也造成隐患。王家坪隧道采用本方法实现了安全快速进洞, 洞口段施工仅用了60天时间。施工过程中未发生任何安全事故, 施工质量及工期得到了保证, 而且多次得到重庆市交委、 业主及监理等的好评。

施工照片

1 王家坪隧道出口进洞安全的滑坡全貌图 2王家坪隧道洞口边仰坡开挖

3 导向拱施工 4 管棚施工

5 王家坪隧道洞口段采用挖掘机开挖 6 钢拱架安设

7 超前小导管施工 8 防水板施工

9 二次衬砌施工 10 明洞施工

11 施工后的明洞 12 隧道洞口