淺埋砂層隧道施工關(guān)鍵技術(shù)

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1、淺埋砂層隧道施工關(guān)鍵技術(shù)摘要：結(jié)合大斷面淺埋砂層隧道洞室變形量大，穩(wěn)定性差的特點(diǎn)，經(jīng)過(guò)實(shí)際工程的實(shí)踐和探索，總結(jié)了砂層隧道施工的關(guān)鍵技術(shù)，并分別作了論述，以期為砂層隧道施工積累經(jīng)驗(yàn)。關(guān)鍵詞：大斷面隧道，砂層，超前支護(hù)，施工1、工程概況1.1工程地質(zhì)干慶隧道地處山西聞喜縣境內(nèi)，設(shè)計(jì)為單洞雙線黃土隧道，總長(zhǎng)6693m,是大西客運(yùn)專線五條重點(diǎn)隧道之一，地形起伏較大，最大高差約為261m。隧道通過(guò)區(qū)范圍內(nèi)地層巖性變化大，地質(zhì)情況較復(fù)雜，出口端表層為第四系上更新統(tǒng)坡、洪積（Q3dl+pl）新黃土，細(xì)砂層，中間為第四系中更新統(tǒng)沖洪積（Q2pl）老黃土，細(xì)砂、粉砂層，下伏上第三系新統(tǒng)（N2）粉質(zhì)粘土，粉砂、

2、細(xì)砂。隧道洞身穿越部分多夾有細(xì)砂層，細(xì)圓礫土，層間結(jié)合差，開挖后易發(fā)生剝落，而產(chǎn)生坍塌。1.2水文地質(zhì)隧道區(qū)有少量第三系孔隙水，雨季施工富水量可能增大，易匯聚不同巖層分界面處，在隧道中應(yīng)引起重視。2、淺埋砂層隧道穩(wěn)定性特征　　由于隧道開挖擾動(dòng)的影響，圍巖中的原始應(yīng)力平衡狀態(tài)被破壞，應(yīng)力產(chǎn)生重分布，巖體的受力狀態(tài)改變，致使巖體的強(qiáng)度降低，承載能力下降。當(dāng)二次應(yīng)力值大于巖體強(qiáng)度時(shí)，巖體發(fā)生塑性變形，形成圍巖松動(dòng)圈，隧道發(fā)生內(nèi)空收斂變形。淺埋砂層隧道，由于上覆地層較薄，開挖引起的變形極容易誘發(fā)地表下沉和圍巖大變形。又由于砂層的物理力學(xué)性質(zhì)較差，開挖后圍巖自身難以形成支撐環(huán)來(lái)維持洞室穩(wěn)定，若施工方法和

3、支護(hù)加固措施選取不合理，易造成隧道圍巖變形過(guò)大，引起圍巖坍塌破壞，甚至冒頂。3、砂層地質(zhì)中初期支護(hù)施工方法3.1超前支護(hù)3.1.1水平旋噴樁超前預(yù)支護(hù)水平旋噴樁是通過(guò)水平鉆機(jī)鉆桿、噴嘴把配制好的漿液噴射到土體內(nèi),高壓噴射流以巨大的能量將土體射穿,并在做緩慢旋轉(zhuǎn)和進(jìn)退的同時(shí)切割土體,強(qiáng)制土顆粒與漿液攪拌混合,混合漿液凝固后,便形成水泥土柱狀固結(jié)體,即水平旋噴樁。旋噴形成樁土體相互咬接以同心圓形式在隧道拱頂及周邊形成封閉的水平旋噴樁帷幕體,可起到防流砂、抗滑移、防滲透的作用。由于注入水泥漿在粉細(xì)砂層中擴(kuò)散效果不佳，呈線性分部，不能對(duì)砂層起到固結(jié)作用，與常規(guī)的大管棚超前預(yù)支護(hù)技術(shù)相比，水平旋噴樁技術(shù)

4、在防流沙方面具有更高的安全性，施工進(jìn)度好，成本較低等優(yōu)勢(shì)。本工程設(shè)計(jì)水平旋噴樁沿隧道斷面外側(cè),設(shè)置在隧道上半斷面（砂層中），每500mm（樁心距）均勻布置一個(gè)樁徑為600mm的旋噴樁，咬合厚度10cm，由于鉆桿剛度不夠，如果樁長(zhǎng)度太長(zhǎng)，樁的底部在鉆桿的自重作用下會(huì)逐漸向下方偏移，最終侵入開挖輪廓線內(nèi)而失去作用，故施工中設(shè)計(jì)樁長(zhǎng)12m,縱向搭接長(zhǎng)度2m，近水平方向布設(shè),形成圓拱。旋噴技術(shù)參數(shù)：旋噴注漿壓力20～25MPa,后退速度20cm/min~25cm/min,旋轉(zhuǎn)速度20r/min~25r/min;噴嘴個(gè)數(shù)及直徑:雙噴嘴,?2.5mm~?2.8mm。水泥采用P.O42.5R普硅水泥,按水灰

5、比w:c=1:1配合比配制、拌和。3.1.2超前小導(dǎo)管從開挖后暴露出來(lái)的情況看，水平旋噴樁樁體質(zhì)量均勻、穩(wěn)定，加固效果可靠。在充分利用水平旋噴樁剛度和強(qiáng)度的前提下，發(fā)揮超前小導(dǎo)管的靈活性，將兩則較好的結(jié)合，施工中超前小導(dǎo)管由原設(shè)計(jì)1200范圍調(diào)整至1800，每3榀施做一環(huán)改為每榀一打,長(zhǎng)度為2m/根～3m/根,局部環(huán)向間距加密,調(diào)整為10cm/根~20cm/根。3.2開挖方法由設(shè)計(jì)的三臺(tái)階臨時(shí)仰拱法改進(jìn)為短臺(tái)階預(yù)留核心土弧形開挖法，上臺(tái)階長(zhǎng)度不超過(guò)4m，中部臺(tái)階分為中上、中下兩個(gè)臺(tái)階，兩個(gè)臺(tái)階長(zhǎng)度均為1.8m，下臺(tái)階長(zhǎng)度不超過(guò)3m，仰拱距離掌子面不超過(guò)16m,臺(tái)階連接處安設(shè)I20b臨時(shí)橫撐，必

6、要時(shí)增加豎撐。并且在開挖過(guò)程中短區(qū)段人工開挖，減少對(duì)圍巖的繞動(dòng)，盡量縮短圍巖的暴露長(zhǎng)度，開挖與噴射混凝土交叉作業(yè)，有漏砂處及時(shí)插入木板并噴射混凝土封閉，確保砂子不漏不掉，避免致密砂層擾動(dòng)后形成松散壓力。3.3初期支護(hù)洞身設(shè)計(jì)圍巖級(jí)別為黃土Ⅴb，支護(hù)參數(shù)為：全斷面設(shè)置I25a工字鋼鋼架，間距0.6m/榀，噴射C25混凝土35cm，拱墻設(shè)置φ8鋼筋網(wǎng)，網(wǎng)格20cm×20cm，臺(tái)階連接處由原設(shè)計(jì)的4根鎖腳錨管加強(qiáng)至6根，長(zhǎng)度4m，并且在上、中臺(tái)階拱腳也用槽鋼支墊，施工過(guò)程中進(jìn)行倒用，通過(guò)這些措施有效地減少鋼架下沉。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)施工信息反饋，砂層地段不能采用設(shè)計(jì)的濕噴工藝，原因：①濕噴準(zhǔn)備工作時(shí)間較長(zhǎng)，由

7、于砂層自穩(wěn)能力差，不能及時(shí)封閉開挖面②濕噴混凝土初凝時(shí)間較長(zhǎng)，不能及時(shí)起到支護(hù)的效果③濕噴的風(fēng)壓較干噴略高，對(duì)砂層擾動(dòng)更大。由于濕噴在砂層段施工中具有明顯的不足之處，故將原設(shè)計(jì)濕噴工藝調(diào)整為干噴。3.4步距控制根據(jù)砂層段變形釋放快，易失穩(wěn)的特點(diǎn)，在鐵道部120號(hào)文的基礎(chǔ)上，施工過(guò)程中以仰拱距掌子面距離不超過(guò)16m,襯砌距掌子面距離不大于35m的強(qiáng)制性規(guī)定來(lái)指導(dǎo)施工，這一強(qiáng)有力措施很大程度保證了施工