大斷面單洞雙線變雙洞單線隧道施工工法(新)

大斷面單洞雙線變雙洞單線隧道施工工法中鐵十二局三公司石太客運(yùn)專線Z1標(biāo)王志強(qiáng)李有生張自強(qiáng)1、前言由于客運(yùn)專線的時(shí)速到達(dá)250km/h、300km/h和350km/h，所以對(duì)隧道的要求就更加嚴(yán)格。首先隧道的凈空要符合空氣動(dòng)力學(xué)，線路的設(shè)計(jì)要能到達(dá)火車的時(shí)速，這就要求線路上曲線的半徑要滿足速度上的要求，因此就會(huì)出現(xiàn)隧道的開挖斷面面積大。而小凈距隧道雙洞的中間巖柱寬度介于連拱隧道和別離隧道之間，小于1.5倍隧道開挖斷面的寬度；隧址區(qū)為山嶺重丘區(qū)，受地形的限制路線分幅展線十分困難，在這種情況下，小凈距隧道顯示出了優(yōu)勢，與別離式隧道型式相比，隧道兩端接線的長度大大縮短，與雙連拱隧道相比，簡化了施工工序，節(jié)約了工程工期和造價(jià)。本工法生成背景是2005年上場的鐵路石家莊至太原客運(yùn)專線Z1標(biāo)段的南梁隧道單洞雙線變雙洞單線的段落。南梁隧道全長11.526公里。其中雙線5.795公里，單線5.731公里〔雙延米〕。其中在單洞雙線變雙洞單線的過渡段包括480米長的雙線喇叭口大跨隧道及250米長的雙洞單線小凈距隧道。2、工法特點(diǎn)2.1解決了大斷面隧道施工過程中斷面在不斷變化的情況下的開挖及二次襯砌施工。2.2解決了小凈距隧道的開挖施工。3、適用范圍3.1開挖斷面面積大于120m2，3.2并行雙洞隧道凈距小于1.5倍隧道開挖斷面寬度，且開挖斷面寬度小于13m。4、工藝原理4.1隧道斷面在不斷地變化，可以看做是喇叭口形式。開挖時(shí)斷面逐漸變大，其開挖時(shí)的光爆效果會(huì)很差，超欠挖難以控制；在二次襯砌施工時(shí)，由于斷面是流線型的，所以就不能使用整體式液壓臺(tái)車，只有用鋼拱架加小模板來施工二次襯砌，每施工一米襯砌就要加工一榀鋼拱架，而且得重新安裝小模板，這樣即浪費(fèi)時(shí)間又浪費(fèi)鋼材。我們只有改變了隧道的斷面變化形式，才能在源頭上改良其施工工藝。見圖4.1-1單洞變雙洞流線型漸變平面示意圖。圖4.1-1單洞變雙洞流線型漸變平面示意圖4.2小凈距雙洞隧道施工的難點(diǎn)、重點(diǎn)是控制爆破作業(yè)，必須確保隧道在開挖過程中圍巖的穩(wěn)定，減小兩隧道之間由于凈距較小引起的圍巖變形、爆破震動(dòng)等不利因素。小凈距雙洞隧道施工的關(guān)鍵是中間巖柱的加固和穩(wěn)定，由于圍巖自穩(wěn)性和支護(hù)結(jié)構(gòu)的受力較一般隧道復(fù)雜，必須充分利用隧道圍巖的自承、自穩(wěn)能力，通過圍巖加固措施使隧道修建到達(dá)經(jīng)濟(jì)、合理的目的。見圖4.2-1小凈距隧道照片。圖4.2-1小凈距隧道照片5、施工工藝流程及操作要點(diǎn)5.1喇叭口大跨段施工工藝。在施工前全面地了解原設(shè)計(jì)的施工工藝及其在施工過程中的難度。據(jù)我部了解喇叭口大跨段為流線型漸變，開挖上難度不是很大，但是在以后的二次襯砌施工中難度就很大了。因此我部從盡量少地投入資金及不影響原來隧道結(jié)構(gòu)的角度出發(fā)，與設(shè)計(jì)單位、建設(shè)單位積極溝通、探討，最后將喇叭口段的流線型漸變形式變更為臺(tái)階型漸變形式。每個(gè)開挖斷面變化時(shí)通過設(shè)置3米長的過渡段直接由上一個(gè)小斷面變化到下一個(gè)大斷面。具體見圖5.1.1-1單洞變雙洞臺(tái)階型漸變平面示意圖。圖-1單洞變雙洞臺(tái)階型漸變平面示意圖圖5.1.1-2臺(tái)階型漸變照片道開挖面積從117.6平方米漸變?yōu)?99.56平TSP203超前地質(zhì)預(yù)報(bào)儀來確定其開挖方法〔臺(tái)階分部法、CD法或CRD法〕。.1對(duì)圖.1-1大跨隧道Ⅱ、Ⅲ級(jí)圍巖采用臺(tái)階分部法施工示意圖圖.1-2臺(tái)階分部法施工工藝流程圖1－上半斷面開挖Ⅱ－施作上半斷面初期支護(hù)3－拉中槽圖.1-2臺(tái)階分部法施工工藝流程圖1－上半斷面開挖Ⅱ－施作上半斷面初期支護(hù)3－拉中槽4－左邊墻開挖Ⅷ－施作仰拱Ⅸ－仰拱填充Ⅹ－二次襯砌施作Ⅺ－水溝電纜槽施工Ⅴ－左邊墻支護(hù)Ⅶ－右邊墻支護(hù)6－右邊墻開挖5.1.2.2對(duì)于圍巖較差的大斷面隧道，如Ⅳ、Ⅴ具體CD法開挖及施工工藝流程見圖.2-1大跨隧道Ⅳ、Ⅴ級(jí)圍巖采用CD法施工示意圖及圖5.1.2.2-2CD法施工工藝流程圖。圖.2-1大跨隧道Ⅳ、Ⅴ級(jí)圍巖采用CD法施工示意圖5.1.2.2-2CD法施工工藝流程圖5.1.2.2-2CD法施工工藝流程圖Ⅰ－施作上半斷面初期支護(hù)1′－上導(dǎo)中隔壁施工2－開挖左側(cè)下導(dǎo)ⅣⅣ′－右邊墻、仰拱初支撤除中隔壁仰拱混凝土施工仰拱填充混凝土施工4－開挖右側(cè)下導(dǎo)ⅡⅡ′－左邊墻、仰拱初支3－開挖右側(cè)上導(dǎo)Ⅲ－右側(cè)上導(dǎo)支護(hù)1－上半斷面開挖二次襯砌施做水溝電纜槽施工2′－下導(dǎo)中隔壁施工5.1.2.3對(duì)于圍巖非常破碎的Ⅴ級(jí)加強(qiáng)大斷面隧道采用CRD分部施工法施工〔即交叉中隔壁法〕。施工方法見圖5.1.2.3-1CRD法分部施工示意圖5＇ⅤⅡⅥ5＇ⅤⅡⅥ圖5.1.2.3-1CRD法分部施工示意圖具體的施工工藝流程如下：第一步：①-左側(cè)上導(dǎo)開挖，Ⅰ-左側(cè)上導(dǎo)初期支護(hù)施工，1′-左側(cè)上導(dǎo)中隔壁施工，1″-左側(cè)上導(dǎo)臨時(shí)仰拱施工；第二步：②-左側(cè)中導(dǎo)開挖，Ⅱ-左側(cè)中導(dǎo)初期支護(hù)施工，2′-左側(cè)中導(dǎo)中隔壁施工，2″-左側(cè)中導(dǎo)臨時(shí)仰拱施工；第三步：③-右側(cè)上導(dǎo)開挖，Ⅲ-右側(cè)上導(dǎo)初期支護(hù)施工，3″-右側(cè)上導(dǎo)臨時(shí)仰拱施工；第四步：④-右側(cè)中導(dǎo)開挖，Ⅳ-右側(cè)中導(dǎo)初期支護(hù)施工，4″-右側(cè)中導(dǎo)臨時(shí)仰拱施工；第五步：⑤-左側(cè)下導(dǎo)及左側(cè)仰拱開挖，Ⅴ-左側(cè)下導(dǎo)初期支護(hù)施工，5′-左側(cè)下導(dǎo)中隔壁施工，5″-左側(cè)下導(dǎo)仰拱初期支護(hù)施工；第六步：⑥-右側(cè)下導(dǎo)及右側(cè)仰拱開挖，Ⅵ-右側(cè)下導(dǎo)初期支護(hù)施工，6″-右側(cè)下導(dǎo)仰拱初期支護(hù)施工；第七步：撤除中隔壁及臨時(shí)仰拱；第八步：⑧-整體澆筑仰拱混凝土；第九步：⑨-整體澆筑仰拱填充混凝土；第十步：⑩-拱墻二次襯砌施工。5.1.2.4以上幾種開挖方法應(yīng)注意的操作要點(diǎn)：〔1〕保持合理的分部開挖斷面和各部的縱向間距，每個(gè)分部及時(shí)閉合。開挖輪廓要圓順，防止應(yīng)力集中。〔2〕鋼架各節(jié)點(diǎn)及鋼架間嚴(yán)格按工藝要求施工，確保連接牢固可靠?！?〕施工中堅(jiān)持“先預(yù)報(bào)、超前護(hù)、弱(不)爆破、短進(jìn)尺、強(qiáng)支護(hù)、勤量測、早襯砌〞的原那么，這樣才能在平安上做到發(fā)現(xiàn)在前、解決在前，杜絕一切事故的發(fā)生?！?〕在分部開挖作業(yè)時(shí)幾局部要平行進(jìn)行，相隔間距在5米至15米之間〔其中CRD法開挖時(shí)各部間距不超過1.5m〕。開挖后初期支護(hù)要及時(shí)封閉成環(huán)。〔5〕施工中認(rèn)真進(jìn)行監(jiān)控量測，根據(jù)監(jiān)控量測的結(jié)果分析，調(diào)整初期支護(hù)參數(shù)和確定灌筑二次襯砌混凝土的時(shí)間。圖5.1.2-1現(xiàn)場做超前地質(zhì)預(yù)報(bào)圖5.1.2-2初期支護(hù)封閉成環(huán)由于喇叭口段斷面漸變形式變更為臺(tái)階型漸變形式，由于喇叭口段變成了假設(shè)干個(gè)臺(tái)階斷面，所以襯砌臺(tái)車的斷面相應(yīng)變化假設(shè)干次。針對(duì)尺寸變化差值較大的特點(diǎn)，全新設(shè)計(jì)了10.2米長襯砌臺(tái)車，該臺(tái)車由主門架結(jié)構(gòu)、拱架、隧道專用模板、液壓系統(tǒng)、走行系統(tǒng)、支撐構(gòu)件等組成。模板采用1.5米×0.5米可調(diào)曲率模板，能根據(jù)斷面尺寸變化逐塊進(jìn)行曲率調(diào)整，以到達(dá)最正確斷面輪廓效果。拱架單元結(jié)構(gòu)簡單、裝拆方便，適合本工程屢次組裝、快速施工的特點(diǎn)。這樣既節(jié)約了工期，又節(jié)省了投資。對(duì)襯砌臺(tái)車門架的選用、加工要遵循以下兩點(diǎn)原那么：〔1〕所做的門架要有足夠的強(qiáng)度，要能滿足重復(fù)屢次使用的要求；臺(tái)車不斷加高、加寬時(shí)，其整體穩(wěn)定性要好?！?〕選用的門架要介于最大及最小兩斷面之間，所有斷面均能滿足使用要求。5.1.3.1-1喇叭口襯砌臺(tái)車圖我部把混凝土拌和站設(shè)置在洞內(nèi)，這樣既縮短了混凝土的運(yùn)距，又滿足了冬季施工要求。圖.2-1洞內(nèi)混凝土拌和站施工圖3米長過渡段5.2小凈距段施工工藝所謂小凈距段指凈距小于1.5倍隧道開挖斷面寬度，且開挖斷面寬度小于13m的并行雙洞隧道。小凈距隧道在施工中主要有以下幾點(diǎn)關(guān)鍵技術(shù)?！?〕小凈距隧道的開挖施工工藝。〔2〕小凈距隧道的初期支護(hù)施工?！?〕小凈距隧道的監(jiān)控量測。在南梁隧道中250m長小凈距段的中隔墻圖5.2-1小凈距隧道照片小凈距隧道開挖步驟為確保開挖過程中圍巖的穩(wěn)定性，要減少因隧道凈距小引起的圍巖變形、爆破震動(dòng)等不利因素的影響，滿足小凈距隧道中夾巖特有的加固要求。開挖見圖-1小凈距開挖周邊眼布置示意圖圖5.2.1-1小凈距段開挖周邊眼布置小凈距隧道的初期支護(hù)施工。為使開挖后的小凈距隧道中隔墻處于穩(wěn)定狀態(tài)，開挖后使用預(yù)應(yīng)力對(duì)拉錨桿，梅花型布置。對(duì)于圍巖差的地段加設(shè)鋼拱架及對(duì)拉錨桿，錨桿與拱架相連接，形成一整體。對(duì)于涌水且圍巖差的地段，采用帷幕注漿的方法止水，加強(qiáng)圍巖的穩(wěn)定性。小凈距隧道的監(jiān)控量測小凈距隧道施工要做好監(jiān)控量測工作。在初期支護(hù)時(shí)預(yù)埋拱頂下沉、邊墻收斂的構(gòu)件。6.材料與設(shè)備主要的材料及設(shè)備見表6.1。表6.1主要施工材料、設(shè)備配置表序號(hào)名稱規(guī)格型號(hào)產(chǎn)地小計(jì)現(xiàn)狀備注1風(fēng)動(dòng)鑿巖機(jī)YT-28甘肅40新2風(fēng)鎬G10甘肅10新3電動(dòng)空壓機(jī)SA-5150W廣東12新4挖掘機(jī)CAT320C美國2良好5鉆眼臺(tái)車自制1良好6裝載機(jī)WA470-3日本2良好7錨桿臺(tái)車自制1良好8濕噴機(jī)TK76500四川6良好9混凝土攪拌站JS500+PL800山東1良好10噴錨臺(tái)車自制1良好11鉆機(jī)XY-2重慶2良好12高壓雙液注漿泵2TGZ60/210遼寧2良好13注漿攪拌機(jī)LJ-300河北4良好14液壓襯砌臺(tái)車10.2m山西1良好臺(tái)車門架不變，喇叭口段使用15整體式液壓襯砌臺(tái)車9m山西2良好小凈距段使用16仰拱棧橋10m山西2良好17混凝土輸送泵湖南2良好18掛防水板臺(tái)車自制1良好19多級(jí)離心泵125D25×6河北5良好20渣漿泵KD450-603×3山東3良好21污水處理設(shè)備上海1良好7.質(zhì)量控制7.1開工前，進(jìn)行隧道控制測量，布設(shè)滿足精度和施工需要的平面控制點(diǎn)和水準(zhǔn)基點(diǎn)。7.2采用新奧法技術(shù)，充分利用圍巖的自穩(wěn)條件，周邊眼采用光面爆破技術(shù)，減少超欠挖及圍巖擾動(dòng)。7.3對(duì)隧道施工中可能出現(xiàn)的不良地質(zhì)現(xiàn)象，采取超前地質(zhì)預(yù)報(bào)措施，制定針對(duì)性施工方案，備足相應(yīng)的設(shè)備和材料，對(duì)圍巖變形進(jìn)行監(jiān)測，作好記錄，及時(shí)反應(yīng)，以便分析處理，采取補(bǔ)救措施。7.4為保證混凝土襯砌內(nèi)實(shí)外光，專門設(shè)計(jì)鋼結(jié)構(gòu)液壓襯砌臺(tái)車，配足組合鋼模板，保證尺寸準(zhǔn)確，質(zhì)量優(yōu)良。7.5洞內(nèi)水溝、電纜槽使用制式模板，確保結(jié)構(gòu)尺寸、棱角線型。7.6嚴(yán)格噴射混凝土質(zhì)量管理和質(zhì)量檢查制度，指派專人負(fù)責(zé)集料、水泥、摻加劑的檢驗(yàn)，對(duì)噴射混凝土的凝結(jié)效果、早期強(qiáng)度及不同齡期的強(qiáng)度定期檢查，對(duì)噴射混凝土的厚度隨時(shí)抽查，對(duì)錨桿的早強(qiáng)效果及時(shí)做抗拔試驗(yàn)。8.平安措施8.1運(yùn)輸及機(jī)械操作平安管理措施〔1〕機(jī)械作業(yè)時(shí)，現(xiàn)場設(shè)專人指揮、調(diào)度，確定適宜的機(jī)械車輛走行路線，并設(shè)立明顯標(biāo)志，防止相互干擾碰撞，機(jī)械填筑作業(yè)要留有平安距離?！?〕車輛在特殊道路上行駛，必須遵守有關(guān)規(guī)定；長途運(yùn)輸必須配備兩名司機(jī)?！?〕不良?xì)夂驐l件下行車，集中注意力，慢速行駛，平安行車?！?〕汽車駕駛員自覺遵守交通規(guī)那么，同時(shí)注意車輛保養(yǎng)維修，剎車和方向保持靈敏可靠，杜絕帶故障出車，不開快車，不酒后駕車，不準(zhǔn)非駕駛員開車?！?〕各種機(jī)械操作人員，必須得操作合格證方可上崗；不操作與證件不相符的機(jī)械設(shè)備，不準(zhǔn)將機(jī)械設(shè)備交給無本機(jī)操作證的人員操作，對(duì)機(jī)械設(shè)備操作人員建立檔案，專人管理?！?〕駕駛室或操作室保持整潔，嚴(yán)禁存放易燃、易爆物品。嚴(yán)禁機(jī)械設(shè)備帶病運(yùn)轉(zhuǎn)或超負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)。〔7〕對(duì)機(jī)械設(shè)備進(jìn)行檢查和維修時(shí)，機(jī)械設(shè)備停放在平安地點(diǎn)?！?〕機(jī)械設(shè)備在作業(yè)過程中，派專人進(jìn)行監(jiān)督指揮，嚴(yán)禁盲目和違規(guī)操作，以免造成機(jī)械損壞和人身傷害?！?〕定期組織機(jī)械設(shè)備平安檢查，對(duì)檢查中查出的平安問題或隱患，按照“三不放過〞的原那么進(jìn)行調(diào)查處理，制定防范措施，防止事故的發(fā)生?！?0〕起重作業(yè)嚴(yán)格按照《建筑機(jī)械使用平安技術(shù)規(guī)程》和《建筑安裝工人平安技術(shù)操作規(guī)程》規(guī)定的要求執(zhí)行。8.2隧道施工平安作業(yè)措施〔1〕隧道施工洞內(nèi)設(shè)專人指揮調(diào)度，三管兩線設(shè)專人管理，保證照明、通風(fēng)、排水設(shè)施良好，道路平順暢通、燈光明亮。設(shè)置好運(yùn)輸線路平安信號(hào)標(biāo)志，確保洞內(nèi)運(yùn)輸平安?！?〕專職平安人員上崗必須佩戴平安人員袖標(biāo)，凡進(jìn)洞人員必須戴平安帽?！?〕重視洞口的穩(wěn)定和排水，做好截水溝及排水溝，經(jīng)常檢查洞頂邊坡穩(wěn)定情況?！?〕把軟弱圍巖作為重點(diǎn)和防范對(duì)象，注重圍巖監(jiān)測和觀察，按新奧法原理組織施工，做好隧洞監(jiān)控量測，根據(jù)監(jiān)測資料，判定圍巖的穩(wěn)定性，超前指導(dǎo)施工，保證平安?！?〕隧道開挖斷面輪廓及時(shí)封閉，高壓電線及風(fēng)管通過襯砌臺(tái)車時(shí)，設(shè)置絕緣活動(dòng)裝置和風(fēng)管分節(jié)安裝，防止掛斷電纜和弄環(huán)風(fēng)管。9.環(huán)保措施9.1防治水土流失措施9.1.19.1.29.2棄碴場環(huán)境保護(hù)措施9.2.19.2.2棄碴9.2.3棄碴9.2.4棄碴9.3駐地環(huán)境保護(hù)措施9.3.9.3.9.4水環(huán)境保護(hù)措施9.4.9.4.9.4.9.4.9.5固體廢棄物處理措施9.5.9.5.210效益分析10.1產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)效益表10.1-1喇叭口段襯砌比照表漸變形式鋼拱架襯砌工期備注榀噸費(fèi)用每板混凝土改裝臺(tái)車每板用時(shí)480m長總用時(shí)臺(tái)車就位澆注混凝土拆模萬元天天天天/***天天流線型漸變326326.2244.60.51.50.59.5天/板12576臺(tái)階型漸變414130.70.52.00.530天/3次3174由表可以看出在襯砌工程上節(jié)約投資213.9萬元；節(jié)約工期402天。10.2產(chǎn)生的社會(huì)效益屢次在信譽(yù)評(píng)價(jià)中獲得第一名，而且南梁隧道在2007年11月正洞施工完畢，比業(yè)主要求工期提前60天。11.應(yīng)用實(shí)例石太客運(yùn)專線起自石家莊北站，止于太原站，正線全長188.4km，全線位于河北、山西省局部市縣境內(nèi)。其中Z1標(biāo)段位于河