破碎岩体带高速公路隧道临空零仰坡洞口开挖进洞施工工法.docx

破碎岩体带高速公路隧道零仰坡洞口开挖进洞施工工法宋建军X建文詹发成李连亮X国军米小强〔XX路桥建立集团XX〕1 前言高速公路的施工越来越重视环境保护工作，随着“以人为本〃理念在各行各业的深入，平安生产在高速公路施工中已经占有非常重要的作用，甚至比传统意义上的效益更加重要破碎岩体隧道的施工平安隐患大，尤其是“进洞〃容易发生坍塌，导致进洞失败武罐八标汪家坝隧道左线出口地质为强风化片岩，节理发育，岩体破碎，呈松散构造，次棱角状，粉质黏土充填，稍湿，中密隧道开挖易产生坍塌，地下水类型为基岩裂隙水，富水性弱2 工法特点2.1“零仰坡〃进洞可以减少隧道洞口边仰坡的开挖，实现隧道和周围景观的协调统一有利于保护仰坡植被，实现生态保护2.2进洞前工序少，可以实现快速进洞2.3“零仰坡〃进洞是遵循“早进洞晚出洞〃的隧道施工原那么进展的，有利于隧道施工平安3使用范围3.1适用于旅游景区隧道和环保要求相对较高的隧道工程；3.2适用于洞口围岩相对较好，没有松散堆积体的隧道工程；3.3适用于非雨季隧道进洞4工艺原理“零仰坡〃进洞是充分保护、合理利用生态环境的施工理念，在隧道洞门采用超前大管棚等预支护方式，实现小开挖或不开挖洞口仰坡，保护周边原始地貌、植被的进洞方式。

零仰坡〃进洞遵循的的是“矿山法〃的理念，也就是以超前大管棚为洞体开挖提供洞顶支撑，辅助以坡体注浆加固，拱部施工后立即进展钢拱架和喷射混凝土，转入“新奥法〃施工的理念，即用围岩的白承能力实现荷载的再分布以及平衡5施工工艺流程和操作要点“零仰坡〃进洞的施工工艺流程如下：确定进洞桩号-布设地表位移观测点并进展初始观测-开挖洞口掌子面-施工套拱-施工大管棚-大管棚注浆加固-上导坑开挖及支护-监控量测-下导坑开挖及支护-封闭成环5.1进洞桩号确实定“零仰坡〃进洞先要针对洞口地形实测洞口左、中、右3个纵断面，根据实测的地面高程初步确定进洞桩号，然后在此桩号实测横断面，确定能否实现“零仰坡〃，如果结果不行需要重新确定进洞桩号，直到实现“零仰坡〃另外在确定的进洞桩号洞口如果有薄层松散堆积体，那么应将此堆积体可以局部去除，或采取地表注浆加固后在实施进洞5.2布设地表位移观测点在施工前应做好监控量测准备，设置相应观测点，引入高程控制点编制详细的地表位移观测方案书洞口浅埋段，布置4-6个观测横断面，地表下沉量测纵向间距S为：H〔埋深〕v15m时，S〔断面间距〕=5m;15vHv30m时，S=10m.在隧道开挖前开场，开挖面离量测断面后＜2b〔隧道开挖宽度〕时，2次/1d;开挖面离量测断面前＞2b时，1次/2d;开挖面离量测断面后2b〜5b时，1次/2天；开挖面离量测断面后〉5b时，1次/7d。

图5.2-1汪家坝隧道地表监控量测范围及测点布置示意图5.3开挖洞口掌子面5.3.1土方确定好进洞桩号后我们就要确定开挖方案，一般来说土方米用挖掘机直接开挖出套拱轮廓，预留核心土，保持掌子面的稳定两侧边坡同步开挖，根据土质的不同选择不同的坡率，并喷射混凝土作临时防护，喷射时注意不要污染开挖面以外的地表植被5.3.2石方洞口石方开挖一般采用松动爆破尤其是临空临边的洞口，一般洞口下面有住户或村镇道路、其他建筑物，包括产生的飞石很容易危机其他行人和建筑物的平安松动爆破设计时要考虑以下原那么：一是平安第一，严格控制飞石；二是爆破后岩体松动，大块率低，便于机械装车；汪家坝隧道左线洞口开挖为强一中风化片岩，洞口开挖采取风枪人工打眼“浅孔松动控制爆破〃和“边坡光面爆破〃施工钻爆技术相结合，使爆破的岩石“松动而不飞散、岩石开裂坍塌而无抛散〃1) 炮眼深度隧道洞口采用明挖“零仰坡〃进洞，开挖深度一般都在3〜5m为保证边坡开挖效果，同时确保爆破后的岩石块小宜装车，另外一方面防止飞石，我们采取两层打眼爆破的方法，炮眼深度为1.5〜2.5m;所有炮眼均从高处往低处打眼，每次纵向开挖1.5~2m,布置2排炮眼，两排炮眼均垂直打眼，在靠近边坡处炮眼走向逐渐趋向边坡开挖线，最后一排炮眼打在边坡线上。

2) 炮眼布置炮眼间距临空临边距离为1m,相邻炮眼间间距也为1m,两排炮眼呈梅花状布置图5.3.2-1汪家坝隧道洞口开挖炮眼布置示意图（3）炮眼装药量计算药量计算公式为:Q=qabH〔式5.3.3-1〕式中：Q:每个炮眼装药量（kg）;q:单位用药量，根据该工点地质，q取0.5kg/m3;a：炮眼间距（m）;b:炮眼排距（m）;H:台阶高度,H=0.9L,L为打眼深度单个炮眼装药量：Q=0.5kg/m3ximximX0.9>^m〔平均钻孔深度〕=0.9kg根据设计图纸和实际地形实测，洞口平均宽度约14米，那么每排布置15个炮眼，共计30个炮眼炸药总消耗Qz=0.9*0=27kg〔4〕起爆网络起爆网络采用塑料导爆管非电起爆系统起爆网络为“同排同段孔外等间隔控制微差起爆〃方法，即靠近掌子面侧均装第3段毫秒雷管，外侧装第1段毫秒雷管，孔外用第3段毫秒雷管串联，一次起爆此爆破方案在施工现场起到很好的指导作用，松动爆破效果非常好，爆破后可以采用挖掘机直接装车运输在实际施工中，我们可以根据围岩的地质构造对单孔炸药使用量和炮眼间距可以适当调整，确保爆破效果5.4施工套拱洞口土石方开挖到临近进洞桩号2米时停顿全断面开挖，改为开挖套拱，套拱开挖时预留核心土，核心土据套拱的护拱50~100cm,以方便护拱的支撑和套拱的施工。

套拱施工应分台阶进展，我们在汪家坝隧道施工时采用上下台阶法开挖，同时套拱也分两段进展5.4.1上台阶拱脚扩大根底施工在一般的隧道设计中，套拱一般都是均匀断面，也就是说套拱的厚度全环都是一致的，但对于“零仰坡〃开挖的隧道而言，一次性开挖套拱势必造成临空面过高，进而影响施工平安，为此我们将套拱的施工分阶段进展，为防止下台阶开挖时套拱的稳定，我们在上台阶施工时需要将拱脚1米高的范围放大为扩大根底扩大根底的平均厚度为1米，高1米，一侧和设计边坡直接连接在一起详见图5.4.1.1图5.4.1-1上台阶套拱扩大根底扩大根底的开挖由挖掘机配合人工进展，要求扩大根底和边坡相连的部位围岩必须牢靠，将浮渣清理干净确保套拱拱架在重力作用下不发生水平位移，同时在下台阶开挖时能够起到局部支撑白重的作用5.4.2拱架拼装一般套拱长度为2m,为此设计上的套拱的拱架一般为3棉，拱架间距60cm拱架间用中22的螺纹钢作为纵向连接筋，环向间距1m拱架间用高强螺栓通过连接钢板连接拱架的制作在加工厂分三段制作，然后在加工厂试拼，满足要求后运到现场安装拱架安装前要在掌子面上准确放出拱架安装的控制点，确保拱架安装准确三段拱架先安装拱脚两段，然后用装载机将拱顶一段挑起，用人工和拱脚两段连接。

需要注意的时拱脚两段拱架安装的平面和高程位置直接影响整个套拱拱架安装的准确性，因此我们要对拱架拱架的两个点精心测量，高程符合要求采用木板调节，木板调节高度的好处时在下导坑开挖时木板能够白动脱落，方便上下导坑拱架的连接另外拱架安装要保证拱架的垂直度，将每棉拱架严格控制在同一个平面上，到达拱架的有效支撑作用三棉拱架从掌子面向外安装，第一棉安装完成后用木棒支撑牢靠，然后安装第二、三棉，每棉拱架安装完成后用纵向连接钢筋和前一棉拱架焊接连接，使三棉拱架连成一个整体图5.4.2-1套拱拱架安装图5.4.3导向管安装导向管在安装前要根据钻具规格选择导向管的大小，设计图纸中有时不会考虑钻头尺寸，一般潜孔钻机的钻头从80mm开场，每10mm一级，即80mm,90mm,100mm,110mm在导向管选用时我们要根据设计的超前大管棚的钢管尺寸逐级推出导向管的尺寸在汪家坝隧道施工中，超前大管棚为中89X5的钢管，为保证超前大管棚能够顺利穿孔，孔径至少比管棚外径大5mm,因此计算孔径应该为89+5=94mm,在以上钻头中只能选择100mm的钻头，因此孔径也就是导向管的内径至少为100mm，而设计中的导向管为106X5mm的钢管，实际内径为96mm,不满足钻孔需要，我们就根据实际情况选择了114X5mm的钢管，内径为104mm,以上在施工中一定要提前计算，否那么按设计的导向管安装后就无法钻孔和施工大管棚。

另外，导向管的安装角度一定要注意设计纵坡和外插角的问题在实际施工时外插角考虑2~3按照设计的纵坡调整导向管的安装角度由于角度在施工中比拟难测量，实际计算中第一棉拱架和第三棉拱架之间的高差，将第一棉拱架当做基准面，第三棉拱架采取垫支钢板的方法将导向管焊接到拱架上大管棚的外插角实际就是克制钻头和钻杆重力作用下下垂设定的所有管棚施工完成进洞开挖后应刚好是设计开挖线，真正起到导向的作用5.4.4模板安装套拱混凝土的模板采用内外两层，内层模板采用采用3cm厚木板，上面铺设8mm厚胶木板，胶木板用小钉固定在木板上，木板用铁丝直接固定在护拱上，护拱采用I20工字钢制作，根据套拱尺寸和沉降量详细计算护拱尺寸，制作和安装方法同套拱拱架制作安装方法外层木板采用5cm厚木板，事先在套拱拱架上方沿拱架焊接固定三根①22的螺纹钢，将外模固定在螺纹钢上，外模边浇筑混凝土边安装，以保证有混凝土施工有足够的工作面图5.4.4-1护拱、拱架及套拱模板示意图5.4.5混凝土浇筑混凝土采用汽车吊配料斗浇筑，混凝土浇筑必须从套拱两侧对称进展，防止套拱受侧压力而失稳混凝土的振捣采用插入式振捣棒，在混凝土振捣过程中，防止振捣棒触及拱架及纵向连接筋、导向管，防止套拱失稳及导向管位移。

5.5施工大管棚管棚施工工序为：搭设施工平台-潜孔钻就位-钻孔-清孔-顶进钢管5.5.1搭设施工平台用方木搭设钻孔平台架，平台上满铺木板，搭设结实，以防钻孔时钻机晃动施工时利用洞口或洞内预留的核心土，减少平台架设高度，具体方法根据现场施工实际情况选定5.5.2潜孔钻就位潜孔钻机放在施工平台上，反复调试定位，确保钻杆轴线与导向管轴线重合5.5.3钻孔钻头通过导向管向内钻进，严格按照操作规程进展，钻进过程中根据地层不同及时调整操作参数由于洞口围岩比拟松散，钻孔过程中极易卡钻，须严格控制钻进速度5.5.4清孔钻孔到位后，用钻头反复推拉扫孔，并用高压风清孔，去除孔道内岩渣、碎石等5.5.5顶进钢管管棚前端加工成15cm长锥形，便于顶进；每节长3m、6m,以15cm长的丝扣连接；钢管上按梅花形间距10cm钻直径6~8mm的小孔将钻机用2台5t的手拉葫芦拉紧固定在套拱上，利用钻机将钢管逐节顶入孔内，钻机加压时不可过猛，发现顶进阻力大时，可以旋转顶进，或者借冲洗液协助顶进要求钢管偏离设计位置的施工误差不得大于20cm,同一横断面内接头数不大于50%相邻接头应错开管棚顶到位后，钢管与导向管间隙用速凝水泥或其它堵塞严密，以防注浆冒出。

堵塞时预留进浆孔和排气孔5.6大管棚注浆加固大管棚注浆采用从孔口一次注入的方法，将搅拌均匀的浆液通过注浆泵、输送管路、孔口控制阀注入钢管内，同时在孔口上部设一排气孔，以便浆液进入管内时，将空气排出，当排气孔流出浆液后，关闭排气孔，继续注浆,到达设计注浆压力时，稳定15分钟后停顿注浆注浆工艺要求：注浆材料宜选用42.5级普级硅酸盐水泥，拌和所用的水不应含有影响正常凝结和硬化的有害物质，不得使用污水，不得使用pH<4的酸性水，注浆水灰比为1:1制浆：浆液拌和采用机械搅拌，边拌边用，浆液应在初凝前使用完浆液搅拌采用专用水泥浆搅拌机，搅拌2分钟到达规定稠度，然后存入缓慢搅拌的储浆桶中，开场注浆注浆：一般岩石风化程度不高的采用一次注浆，假设围岩破碎，一次注浆达不到设计注浆压力时可以采用二次注浆方法一次注浆持荷后10~15min,然后再次。