一、工程概況
1、工程介紹
閿鄉(xiāng)隧道地處黃河二級(jí)階地,全長
2、地質(zhì)
全隧位于第四系砂質(zhì)黃土層中,均為V級(jí)圍巖。土質(zhì)為灰黃色,疏松、孔隙率大,節(jié)理發(fā)育,土體間粘結(jié)力極差。本隧道施工區(qū)域內(nèi)主要不良地質(zhì)有黃土陷穴、黃土沖溝及水源抽水井,特殊巖土有濕陷性黃土、松軟土及棄填土。 
3、連霍高速公路通行情況
 
 

4、施工重難點(diǎn)分析
隧區(qū)秦人古墓穴分布密集,且圍巖分布不均勻,下穿段高速公路路面要求沉降量控制在
二、下穿段支護(hù)參數(shù)介紹
| 作業(yè)項(xiàng)目 | 作業(yè)內(nèi)容 | |
| 拱部超前支護(hù) | ¢159大管棚雙層支護(hù),兩環(huán)管棚中至中間距為 | |
| 掌子面預(yù)加固 | 下穿連霍高速公路段掌子面采用¢25纖維錨桿進(jìn)行預(yù)加固,錨桿長度分為12、8m、 | |
| 初期支護(hù) | 第一層 | 拱墻設(shè)¢8鋼筋網(wǎng),網(wǎng)格間距為20* | 
| 第二層 | 拱墻設(shè)¢8鋼筋網(wǎng),網(wǎng)格間距為20* | |
| 臨時(shí)支護(hù) | 臨時(shí)側(cè)壁噴C25砼 | |
| 仰 | C35鋼筋砼 , | |
| 二次襯砌 | C35鋼筋砼 , | |
三、下穿連霍高速公路段施工方法
拱部超前預(yù)支護(hù)設(shè)計(jì)為施作雙層¢159大管棚。常規(guī)管棚的作業(yè)方法為濕式鉆進(jìn),即先鉆孔,待鉆孔達(dá)到設(shè)計(jì)深度后,一次性安裝導(dǎo)管,最后注漿。閿鄉(xiāng)隧道下穿段由于土層極其松散,采用濕式鉆進(jìn)成孔后安裝管體的過程中塌孔現(xiàn)象嚴(yán)重。按照常規(guī)方法難以施作,為此我們采用跟管鉆進(jìn)法來施工大管棚。所謂跟管鉆進(jìn)法指的是邊鉆孔邊安裝導(dǎo)管。即管棚體分節(jié)制作,待鉆進(jìn)深度夠一根導(dǎo)管長度后,就安裝一節(jié)導(dǎo)管,然后接著鉆進(jìn),每夠一節(jié)導(dǎo)管長度后就安裝一節(jié),以免塌孔。
跟管鉆進(jìn)法的原理是利用有線導(dǎo)向方法,回旋鉆進(jìn)破碎孔前黃土結(jié)構(gòu),使用壓縮空氣排渣,最大限度減小打設(shè)施工對(duì)周圍土體的影響。鉆進(jìn)過程中控制風(fēng)壓,保持出渣通暢。鉆進(jìn)采用一次成孔法,用異型接頭把鉆桿與鋼管連接起來,鋼管前端安裝有線導(dǎo)向儀,鋼管隨進(jìn)度連續(xù)接長,直到設(shè)計(jì)位置。
采用常規(guī)濕式鉆進(jìn)法作業(yè)時(shí)導(dǎo)管管壁要鉆溢漿孔,采用跟管鉆進(jìn)法作業(yè)時(shí)由于要靠導(dǎo)管作為高壓風(fēng)管排渣,因此管壁上沒有溢漿孔。
2、掌子面超前預(yù)支護(hù)
閿鄉(xiāng)隧道前期施工時(shí),通過監(jiān)控量測我們發(fā)現(xiàn),在離掌子面10多米遠(yuǎn)的地方地表即開始出現(xiàn)下沉,另外洞內(nèi)掌子面有外移的現(xiàn)象。鑒于此設(shè)計(jì)上掌子面按等邊三角形布設(shè)¢25纖維錨桿,以此一方面來控制掌子面的位移,另一方面通過對(duì)纖維錨桿桿體注漿來固結(jié)掌子面前方的土體。
纖維錨桿的施作工藝同中空注漿錨桿,即采用煤電鉆成孔,插入桿體后注漿而成。
3、下穿段開挖方法
閿鄉(xiāng)隧道下穿連霍高速公路段全部采用雙側(cè)壁導(dǎo)坑法施工。該雙側(cè)壁法是參照臺(tái)灣高鐵的作業(yè)方法優(yōu)化而成的。
3.1與傳統(tǒng)雙側(cè)壁法的區(qū)別
一是側(cè)導(dǎo)洞的大小設(shè)置不同。閿鄉(xiāng)隧道雙側(cè)壁法側(cè)導(dǎo)坑設(shè)置的較小,中間導(dǎo)坑5號(hào)洞室較大。這樣設(shè)置的目的是使先行施做的兩側(cè)導(dǎo)坑盡可能地減小到圍巖的擾動(dòng)。
二是側(cè)導(dǎo)的初支仰拱封閉時(shí)間不同,傳統(tǒng)的雙側(cè)壁法是在最后才進(jìn)行仰拱的封閉,而閿鄉(xiāng)隧道雙側(cè)壁法是在開挖中間導(dǎo)坑之前先封閉側(cè)導(dǎo)初支仰拱,而后再行施作中間洞室,以此來控制沉降量。
三是大拱腳結(jié)構(gòu)不同,傳統(tǒng)的雙側(cè)壁法大拱腳為素砼結(jié)構(gòu),而閿鄉(xiāng)隧道雙側(cè)壁法大拱腳內(nèi)加設(shè)有型鋼支撐。
四是臨時(shí)支撐的彎制弧度不同,閿鄉(xiāng)隧道臨時(shí)支撐彎制的弧度更為圓順,更有利于控制圍巖變形。
3.2閿鄉(xiāng)隧道雙側(cè)壁法各洞室開挖順序及步長關(guān)系
Ⅰ、⑴拱部及掌子面進(jìn)行超前預(yù)加固。⑵人工開挖①部。⑶必要時(shí)噴
Ⅱ、⑴在滯后于①部2
Ⅲ、在滯后于②部
Ⅳ、在滯后于①部
Ⅴ、在滯后于③部2
Ⅵ、在滯后于④部
Ⅶ、⑴在滯后于④部
Ⅷ、在滯后于⑤部
Ⅸ、⑴在滯后于⑦部滿足一次仰拱模注長度后開始⑧部的施工,機(jī)械開挖,人工配合整修。⑵隧底周邊初噴


    四、下穿段施工監(jiān)控量測變形規(guī)律
1、地表沉降規(guī)律
地表監(jiān)控量測點(diǎn)位的布設(shè)情況:縱向每隔
隧道地表監(jiān)控量測資料表明:當(dāng)隧道掌子面未開挖到該斷面時(shí),沿隧道開挖方向的地表各點(diǎn)已產(chǎn)生了沉降,開挖掌子面對(duì)前方土體的影響范圍一般為 0.5h~0.8h(其中:h為洞頂覆蓋層厚度),從布點(diǎn)至洞內(nèi)掌子面到達(dá)地表觀測點(diǎn)斷面止一般下沉量為4~
監(jiān)控量測資料顯示:開挖期間隧道內(nèi)拱頂下沉趨勢與地表下沉趨勢基本一致。地表與洞內(nèi)沉降時(shí)間差一般不超過2個(gè)小時(shí)。
2、洞內(nèi)拱頂下沉規(guī)律
洞內(nèi)縱向布設(shè)點(diǎn)位與地表位于同一里程斷面,橫向3個(gè)洞室拱頂各布設(shè)一個(gè)監(jiān)控點(diǎn)位。
隧道拱頂監(jiān)控量測資料表明,側(cè)導(dǎo)洞從掌子面開挖到側(cè)導(dǎo)初支仰拱封閉期間,下沉量比較顯著,平均3~
3、洞內(nèi)收斂規(guī)律
洞內(nèi)收斂觀測點(diǎn)在側(cè)導(dǎo)1、2、3、4號(hào)洞室各布設(shè)一對(duì)量測點(diǎn)位。量測方法為全站儀無接觸式量測。
隧道監(jiān)控量測資料表明,側(cè)導(dǎo)的兩個(gè)上部洞室收斂量較小,開累為5~
五、下穿段變形控制措施
1、控制開挖進(jìn)尺及步長間距
根據(jù)圍巖的穩(wěn)定情況,下穿段1、2、3、4、5號(hào)洞室開挖循環(huán)進(jìn)尺均為一榀鋼架間距即
2、控制工序施工質(zhì)量
建立隧道各工序的質(zhì)量卡控表,使每道工序質(zhì)量都處于受控狀態(tài),以質(zhì)量保證隧道施工的安全和達(dá)到控制變形的目的。各工序質(zhì)量要求如下:
開挖:1號(hào)、3號(hào)、5號(hào)洞室掌子面核土面應(yīng)盡可能的留大。1號(hào)、3號(hào)洞室底部臨時(shí)橫撐應(yīng)采用掏槽法進(jìn)行安裝。
鋼架安裝:拱墻腳下墊槽鋼縱向應(yīng)連成一個(gè)整體,鋼架應(yīng)盡可能的貼緊掌子面的土體,鋼架接頭墊板應(yīng)密貼,連接螺栓應(yīng)上緊、數(shù)量上足。同一榀鋼架各單元拱架應(yīng)位于同一里程斷面內(nèi)。1號(hào)、3號(hào)洞室底部臨時(shí)橫撐應(yīng)緊跟核心土。
鎖腳錨桿:一是嚴(yán)控鎖腳的下插角度,一般與水平面成45°角;二是嚴(yán)控鎖腳的施作長度和數(shù)量;三是嚴(yán)控鎖腳錨管的注漿飽滿度;四是鎖腳與鋼架的連接必須焊接牢固。設(shè)計(jì)院在對(duì)開挖過程采用大型三維巖土有限差分軟件FLAC3D進(jìn)行模擬計(jì)算時(shí),發(fā)現(xiàn)鎖腳在整個(gè)開挖過程中,一直處于受壓狀態(tài),受到的壓力值比較大,而且處于增大的趨勢,充分說明鎖腳的作用是明顯的,鎖腳錨桿施作質(zhì)量的好壞對(duì)變形量影響較大。
噴射砼:一是嚴(yán)控噴砼的密實(shí)度;二是各洞室接頭砼接茌部位的虛碴、浮土應(yīng)清除干凈;三是臨時(shí)鋼架與主拱架的接點(diǎn)部位應(yīng)加噴砼,該接點(diǎn)部位是應(yīng)力較為集中的部位,也是施工最薄弱的地方,故而應(yīng)通過噴射砼來補(bǔ)強(qiáng)。
臨時(shí)支護(hù):設(shè)計(jì)上主拱圈為雙層支護(hù),而臨時(shí)隔墻為單層支護(hù),通過前期的施工我們也發(fā)現(xiàn),臨時(shí)隔墻是引起變形的薄弱環(huán)節(jié)。因此施工中應(yīng)嚴(yán)控臨時(shí)隔墻的噴砼厚度。
加強(qiáng)對(duì)洞內(nèi)施工用水的管理,嚴(yán)禁積水浸泡初期支護(hù)基礎(chǔ)。
3、洞內(nèi)初支補(bǔ)強(qiáng)
洞內(nèi)初支補(bǔ)強(qiáng)采取的措施主要是:增加臨時(shí)支撐的噴砼厚度;增加鎖腳錨桿的數(shù)量;水平臨時(shí)橫撐滿噴砼;加密鋼拱架的間距;加打法向錨桿。
4、初支背后注漿
為了使地層與支護(hù)結(jié)構(gòu)密貼,減小地層沉降變形,改善結(jié)構(gòu)受力情況,在初期支護(hù)拱部背后進(jìn)行壓漿回填。第一層初期支護(hù)施工時(shí)拱部預(yù)埋φ42鋼管,長L
5、洞頂?shù)乇硖幚?span lang="EN-US">
隧道洞內(nèi)施工前應(yīng)對(duì)洞頂?shù)乇淼臎_溝、陷穴、人工洞穴、已探明的墓穴等及時(shí)進(jìn)行回填處理,并應(yīng)完善地表的排水系統(tǒng)。另外施工過程中對(duì)于地表出現(xiàn)的裂縫應(yīng)及時(shí)進(jìn)行灌漿處理,防止雨水順著裂縫下滲。
6、監(jiān)控量測數(shù)據(jù)指導(dǎo)施工生產(chǎn)
圍巖監(jiān)控量測應(yīng)貫穿于施工的整個(gè)過程。監(jiān)控量測應(yīng)安排專人進(jìn)行,過程中要及時(shí)對(duì)量測數(shù)據(jù)進(jìn)行分析,及時(shí)繪制各種變形~時(shí)間關(guān)系曲線,參照收集的以往量測斷面施工各階段的變形量及變形速率來綜合預(yù)測變形發(fā)展趨勢及圍巖和隧道結(jié)構(gòu)的安全狀況,以此來指導(dǎo)施工生產(chǎn)。
監(jiān)測管理值包括設(shè)計(jì)值(DD)、警戒值(DT)及允許值(DA),警戒值(DT)及允許值(DA)是依設(shè)計(jì)預(yù)估變形量的百分比制定。隧道的允許值為100%~125%的設(shè)計(jì)預(yù)估變形量,實(shí)際監(jiān)測變形量不得超過允許值的范圍。
①初支監(jiān)測斷面變形量的管理值如下:
| 開挖階段 | 設(shè)計(jì)值(mm) | 警戒值(mm) | 日變形速率( mm)/日 | 工程措施 | 
| 側(cè)導(dǎo)坑開挖 | 40 | 20 | 〈6 | (1)加設(shè)鎖腳錨管(2)臨時(shí)側(cè)壁砼厚度增加(3)水平臨時(shí)橫撐滿噴砼(4)增加法向錨桿(5)加密鋼架間距 | 
| 中間上半斷面開挖 | 40 | 20 | 〈6 | (1)加設(shè)超前小導(dǎo)管(2)加密鋼架間距(3)初支砼厚度增加 | 
| 仰拱閉合 | 20 | 10 | 〈6 | (1)加設(shè)鎖腳錨管 | 
②地表沉降觀測的監(jiān)測管理值如下:
| 項(xiàng)目 | 離隧道中線距離m | 設(shè)計(jì)值(mm) | 警戒值(mm) | 允許值(mm) | 
| 1 | -20 | 4 | 2 | 5 | 
| 2 | -10 | 20 | 10 | 25 | 
| 3 | -5 | 36 | 18 | 45 | 
| 4 | 0 | 40 | 20 | 50 | 
| 5 | 5 | 36 | 18 | 45 | 
| 6 | 10 | 20 | 10 | 25 | 
| 7 | 20 | 4 | 2 | 5 | 
| 8 | 沉降坡度 | 1:679 | 1:350 | 1:280 | 
③監(jiān)測警戒等級(jí)與應(yīng)對(duì)措施
隧道開挖過程中,當(dāng)監(jiān)測值分別超過三級(jí)(警戒、設(shè)計(jì)、允許)監(jiān)測管理值時(shí),參照下表所示監(jiān)測警戒等級(jí)劃分,采取相應(yīng)的對(duì)策。
| 項(xiàng)目 | 警戒等級(jí) | 監(jiān)測值 | 工程措施 | 
| 1 | 等級(jí)I | (1)監(jiān)測值超越警戒值。 (2)地表或隧道有導(dǎo)?,F(xiàn)象,例如位移突然增加或位移加速。 (3)隧道內(nèi)輕微的突發(fā)事件,如發(fā)生損壞、表面輕微滑動(dòng)等。 | (1)檢查監(jiān)測程序。 (2)確定發(fā)生變形的隧道位置。 (3)提交每日監(jiān)測報(bào)告。 (4)檢查是否需要變更施工方法或設(shè)計(jì)。 | 
| 2 | 等級(jí)II | (1)監(jiān)測值超越設(shè)計(jì)值。 (2)位移情形嚴(yán)重加劇。 (3)對(duì)噴砼襯砌或開挖面穩(wěn)定性有疑慮,噴砼壓力過大發(fā)生裂痕等。 | (1)立即停止開挖施工,采取必要的補(bǔ)強(qiáng)措施。 (2)通知各相關(guān)單位人員,立即啟動(dòng)應(yīng)急預(yù)案。 | 
| 3 | 等級(jí)III | (1)監(jiān)測值超越允許值。 (2)位移情形嚴(yán)重加劇。 (3)對(duì)噴砼襯砌或開挖面穩(wěn)定性有較大疑慮,噴砼壓力過大發(fā)生掉塊等。 | (1)采取等級(jí)II的措施。 (2)于事故區(qū)域內(nèi),禁止任何車輛進(jìn)入,確保該區(qū)域安全。 | 
④變形速率(加速度)管理
變形速率分為日變形速率、月變形速率及日變形加速度。
日變形速率為監(jiān)測頻率的變形量與時(shí)間之比值,以R=d/t表示。
日變形加速度(A)為日變形速率的變化率,即后續(xù)變形的斜率A=R/t,以顯示圍巖處于穩(wěn)定或不穩(wěn)定狀態(tài)。日變形速率達(dá)到R>RA(RA--日變形速率注意值,定義為支護(hù)架設(shè)后3日內(nèi)的變形量達(dá)到警戒值,以DA=DT/3表示),且后續(xù)變形加速度A>0時(shí),作為補(bǔ)強(qiáng)的施工依據(jù)。其變形加速度的判斷標(biāo)準(zhǔn)如下表所示:
日變形監(jiān)測管理基準(zhǔn)表
| 項(xiàng)目 | 變形加速器 | 初支狀態(tài) | 判斷 | 
| 1 | A﹤0 | 趨于穩(wěn)定 | 依據(jù)日變形速率可接受 | 
| 2 | A﹥0 | 趨于不穩(wěn)定 | 預(yù)期出現(xiàn)問題 | 
月變形速率決定是否趨于平穩(wěn),進(jìn)而開始施作防水板及后續(xù)二襯施工,其監(jiān)測管理基準(zhǔn)如下表所示。此外,最終累計(jì)變形量與設(shè)計(jì)預(yù)估變形量的對(duì)比,作為監(jiān)測回饋參考,以決定是否應(yīng)加強(qiáng)二襯設(shè)計(jì),例如增加鋼筋配筋量,混凝土厚度或強(qiáng)度等。
月變形監(jiān)測管理基準(zhǔn)表
| 項(xiàng)目 | 月變形速率 | 初支狀態(tài) | 判斷 | 
| 1 | 0~1 | 穩(wěn)定 | 初支整體穩(wěn)定完成 | 
| 2 | 1~2 | 趨于不穩(wěn)定 | 持續(xù)量測 | 
| 3 | 2~3 | 潛變中 | 考慮后續(xù)補(bǔ)強(qiáng)措施 | 
| 4 | ﹥4 | 不穩(wěn)定 | 采取必要補(bǔ)強(qiáng)措施 | 
7、高速公路路面防護(hù)
路面防護(hù)主要是盡可能的減少車輛對(duì)初支結(jié)構(gòu)的作用力。具體采取的措施一是對(duì)車輛進(jìn)行限速,在隧道穿越高速公路軸線兩側(cè)
六、取得的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)及下一步需探討的問題
1、小導(dǎo)管代替大管棚。小導(dǎo)管技術(shù)是我國隧道施工中發(fā)明總結(jié)出來的一整套成熟的技術(shù)成果,日本在學(xué)習(xí)我國小導(dǎo)管技術(shù)的基礎(chǔ)上,將大管棚改成小導(dǎo)管修建了“粟山、大貫、第一原、旭丘,北四番丁等城市隧道,橫濱市地鐵區(qū)間及地鐵站等,獲得了極大成功。臺(tái)村隧道、閿鄉(xiāng)隧道在多次處理小范圍的坍塌冒頂時(shí)均是通過打設(shè)小導(dǎo)管后穿過坍塌段的。大管棚施作時(shí)由于對(duì)圍巖的多次擾動(dòng),導(dǎo)致控制沉降的實(shí)際作用不大,特別是采用跟管鉆進(jìn)法施工后管壁沒有溢漿孔,導(dǎo)管四周存在空腔,雖然最后也要注漿,但由于塌孔等多種原因?qū)е聺{液注的飽滿度較差。另外在開挖時(shí)大管棚只不過承受每榀開挖段(
2、纖維錨桿的實(shí)際效果較差。纖維錨桿的作用本來是為了依靠注漿粘合開挖面土體,使錨桿和圍巖粘結(jié)形成整體受力,但是在砂質(zhì)黃土地層,注漿時(shí)漿液滲透效果極不理想,與土體粘結(jié)較差。相反纖維錨桿的打設(shè)擾動(dòng)了土體,更容易造成塌方,而且拉長了工序的作業(yè)時(shí)間反而不利于控制沉降?,F(xiàn)場我們?cè)?jīng)反復(fù)試驗(yàn)注水泥砂漿、水泥凈漿、水玻璃、水泥加水玻璃,但實(shí)際效果都不理想。
3、中隔壁噴砼
4、臨時(shí)支撐的加工弧度設(shè)計(jì)上與初支仰拱的拱架加工弧度不同,現(xiàn)場作業(yè)時(shí),可將臨時(shí)支撐的加工弧度調(diào)整為仰拱的拱架加工弧度,這樣臨時(shí)鋼架拆下后可用于仰拱之中,便于臨時(shí)鋼架的回收利用。
5、合理劃分各洞室的斷面大小及鋼架節(jié)點(diǎn)位置是加快施工進(jìn)度的有效途徑。1、3洞室由于作業(yè)空間的原因不能采用機(jī)械開挖,因此應(yīng)盡量減小1、3洞室的開挖斷面,適當(dāng)增大2、4洞室的開挖斷面,以利于加快施工進(jìn)度。
6、設(shè)計(jì)上要求1號(hào)距3號(hào)的距離為

 
                         
                                
 
                                






 
                        

