三導(dǎo)洞法隧道工程論文

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1新奧法技術(shù)要點(diǎn)

新奧法的思想和基本理論形成于上世紀(jì)的60年代，是奧地利學(xué)者在長(zhǎng)期的隧道工程實(shí)踐過(guò)程中，在巖土開(kāi)挖理論的一個(gè)系統(tǒng)總結(jié)的基礎(chǔ)上提出來(lái)的。新奧法的核心是將圍巖不僅視為荷載，也是結(jié)構(gòu)的一部分，最大限度地利用和發(fā)揮圍巖的自承能力。利用這一基本思想，根據(jù)地層條件，在隧道的設(shè)計(jì)施工中最大程度地利用圍巖的自穩(wěn)能力，合理確定支護(hù)的時(shí)機(jī)，使支護(hù)的代價(jià)最低。新奧法的基本思路有以下幾點(diǎn)：

1）因?yàn)閲鷰r要參與整個(gè)結(jié)構(gòu)的承載，應(yīng)盡量減少對(duì)圍巖的擾動(dòng)，充分保護(hù)巖體。

2）為充分發(fā)揮圍巖承載能力，應(yīng)允許并控制巖體的變形。施工中應(yīng)采用能與圍巖密貼、及時(shí)筑砌又能隨時(shí)加強(qiáng)的柔性支護(hù)結(jié)構(gòu)，就能通過(guò)調(diào)整支護(hù)結(jié)構(gòu)來(lái)控制巖體的變形。

3）開(kāi)口不利于結(jié)構(gòu)形成整體的受力結(jié)構(gòu)，為此，在施工過(guò)程中應(yīng)使襯砌盡早封閉成整環(huán)。

4）利用信息化施工技術(shù)，合理布置監(jiān)測(cè)點(diǎn)，及時(shí)掌握圍巖及支護(hù)結(jié)構(gòu)的應(yīng)力和變形，通過(guò)監(jiān)測(cè)信息的反饋及時(shí)調(diào)整支護(hù)參數(shù)。

5）多采用噴錨式初襯外加現(xiàn)澆混凝土二襯的復(fù)合式襯砌結(jié)構(gòu)。二次襯砌等初襯施工完成、圍巖基本穩(wěn)定之后再施作。二次襯砌可以用來(lái)承擔(dān)圍巖流變等引起的后續(xù)荷載。基于上述描述，新奧法的精髓可以概括為十二字方針，即“少擾動(dòng)、早噴錨、勤量測(cè)、快封閉”。新奧法自創(chuàng)立以來(lái)，在我國(guó)的諸多軟弱破碎圍巖中也得到了廣泛而成功的應(yīng)用，目前已經(jīng)發(fā)展為山嶺隧道及地下工程施工的一種重要方法。金雞嶺隧道所處地層圍巖穩(wěn)定性差，故采用新奧法修建，在修建過(guò)程中克服多種施工中的難題，取得了較大的成功。本文將對(duì)該隧道的施工技術(shù)進(jìn)行系統(tǒng)地分析。

2工程概況

金雞嶺隧道位于鄂州市新廟鎮(zhèn)月陂村，為雙向四車(chē)道，非獨(dú)立式雙連拱隧道。隧道穿越的山體的最高海拔約為98.5m，隧道最大埋深約為40.7m。隧道起訖樁號(hào)為K37+870～K38+215，全長(zhǎng)345m。進(jìn)口隧道設(shè)計(jì)標(biāo)高為左洞57.493m，右洞57.483m；出口隧道設(shè)計(jì)標(biāo)高分別為左洞56.757m，右洞56.747m。隧道進(jìn)口、出口采用端墻式洞門(mén)。隧道地段進(jìn)出口及淺埋地段上覆巖體比較薄，風(fēng)化相對(duì)更強(qiáng)烈，圍巖變形模量較小、穩(wěn)定性較差。隧道地段以層次多、結(jié)構(gòu)較松散的軟質(zhì)、較軟質(zhì)巖石為多，有軟弱的炭質(zhì)層存在，巖石強(qiáng)度及穩(wěn)定性較差，洞壁開(kāi)挖容易產(chǎn)生較大不良變形，產(chǎn)生掉塊、坍塌。

3施工技術(shù)方案

根據(jù)隧道的長(zhǎng)度、現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)條件及工期要求等因素，本隧道采用從進(jìn)口單口掘進(jìn)的施工方案。

3.1洞口施工

洞口工程主要施工流程如圖1所示。因洞口圍巖風(fēng)化強(qiáng)烈、穩(wěn)定性差，為保證其穩(wěn)定性，在洞門(mén)表土開(kāi)挖施工過(guò)程中，利用挖掘機(jī)而采用不爆破或弱爆破方式挖掘洞門(mén)土石方。為增加洞口穩(wěn)定性及安全，采用強(qiáng)支護(hù)處理。在洞口邊坡及影響范圍內(nèi)的仰坡上打設(shè)錨桿，為增強(qiáng)圍巖的整體性和錨桿支護(hù)效果，錨桿打入方向應(yīng)垂直于巖面。錨桿打入深度為4m。同時(shí)布置25cm×25cm的鋼筋掛網(wǎng)，鋼筋直徑6.5mm，在鋼筋掛網(wǎng)上噴射混凝土，形成錨噴支護(hù)。

3.2超前管棚注漿施工

為防止巖層坍塌和地表下沉，保證掘進(jìn)和后續(xù)支護(hù)工藝安全，本工程洞口設(shè)置有22m長(zhǎng)超前管棚作為臨時(shí)超前支護(hù)。管棚采用φ127×4.5mm的鋼管，鋼管長(zhǎng)24m，管棚與4榀I20b做成的拱架連接在一起，并用C25混凝土澆注，形成一個(gè)模擬的洞門(mén)，在臨時(shí)洞門(mén)的防護(hù)下進(jìn)行洞身開(kāi)挖。長(zhǎng)管棚內(nèi)注漿采用水泥單液漿。水泥漿水灰比0.9∶1，注漿初壓0.5～1.0MPa，終壓2.0MPa。

3.3隧道段開(kāi)挖

根據(jù)不同的地質(zhì)斷面，選擇不同的開(kāi)挖和支護(hù)方式。V類(lèi)和Ⅳ類(lèi)圍巖地段采用三導(dǎo)洞超短臺(tái)階式開(kāi)挖，施工時(shí)采用預(yù)裂爆破，上下臺(tái)階分開(kāi)，采用短進(jìn)尺，弱爆破。對(duì)于Ⅲ類(lèi)圍巖洞身開(kāi)挖，采用全斷面開(kāi)挖，施工時(shí)采用光面爆破，循環(huán)進(jìn)尺3.0m。中導(dǎo)洞的斷面形式為圓頂直墻，整個(gè)斷面全部開(kāi)挖。采用光面爆破進(jìn)行全斷面開(kāi)挖，爆破前用鑿巖機(jī)鉆眼掏槽。中導(dǎo)坑開(kāi)挖完畢之后，對(duì)整個(gè)中導(dǎo)坑底板進(jìn)行標(biāo)高復(fù)核，用低標(biāo)號(hào)砂漿鋪底平整，然后進(jìn)行底部錨桿施工。鋼筋安裝好后，分為基礎(chǔ)及墻身兩部分混凝土澆筑；基礎(chǔ)采用普通拼裝模板，墻身采用8m長(zhǎng)模襯臺(tái)車(chē)、滑模施工工藝進(jìn)行施工。左右導(dǎo)洞采用全斷面法開(kāi)挖，左右正洞采用上下臺(tái)階法開(kāi)挖，進(jìn)洞口、出洞口8m范圍內(nèi)掘進(jìn)進(jìn)尺為0.5～1.0m，其余位置掘進(jìn)進(jìn)尺為1m（Ⅴ級(jí)圍巖）或2m（Ⅳ級(jí)圍巖）。

3.4初期支護(hù)

巖體開(kāi)挖后須及時(shí)進(jìn)行支護(hù)，以維持圍巖穩(wěn)定，保障后續(xù)施工有安全的工作空間。金雞嶺隧道施工中，采用中空注漿錨桿、砂漿錨桿、鋼拱架、鋼筋網(wǎng)、噴錨支護(hù)緊跟開(kāi)挖面及時(shí)施作，以減少?lài)鷰r暴露時(shí)間，抑制圍巖變形，防止圍巖在短期內(nèi)松弛。各區(qū)段采用的初期支護(hù)參數(shù)如表3所示。

3.4.1砂漿錨桿

本工程選用20MnSiφ22砂漿錨桿，利用自制鑿巖臺(tái)架，風(fēng)動(dòng)鑿巖機(jī)鉆孔，孔深、孔位、外插角偏差應(yīng)符合設(shè)計(jì)和規(guī)范要求。錨桿采用φ25鋼筋按設(shè)計(jì)長(zhǎng)度加工而成，按不同圍巖的設(shè)計(jì)間距梅花形布置。砂漿錨桿的砂漿應(yīng)拌制均勻并防止石塊或其它雜物混入，隨拌隨用，初凝前必須用完畢。

3.4.2中空注漿錨桿

1）施工方法在隧洞的頂部采用中空注漿錨桿，型號(hào)采用D25型。首先需要使用風(fēng)槍進(jìn)行鉆孔，然后使用注漿泵完成注漿工藝。2）注漿施工要點(diǎn)注漿壓力控制是注漿施工關(guān)鍵，根據(jù)工程經(jīng)驗(yàn)可取為地下水壓的2～3倍。另外，還需根據(jù)圍巖自身的裂隙阻力進(jìn)行調(diào)整，最大壓力值理論上不宜大于0.4MPa。而注漿的范圍一般根據(jù)經(jīng)驗(yàn)類(lèi)比法或者現(xiàn)場(chǎng)注漿試驗(yàn)來(lái)進(jìn)行確定，注漿量一般通過(guò)注漿壓力達(dá)到0.3MPa來(lái)進(jìn)行控制，單孔注漿量一般不超過(guò)1t。

3.4.3鋼拱架支護(hù)

1）設(shè)置方法

鋼拱架先在洞外分段加工，在端部設(shè)置法蘭。安設(shè)前由運(yùn)輸車(chē)運(yùn)至洞內(nèi)，用人工進(jìn)行螺栓連接和拼裝。拼裝完成之后，掛網(wǎng)噴漿。

2）施工要點(diǎn)

首先，在鋼拱架架設(shè)之前應(yīng)認(rèn)真檢查鋼拱架的加工質(zhì)量；在架設(shè)時(shí)，先清除底腳浮渣；如果遇到超挖的情況，尚應(yīng)加設(shè)墊塊，而中間部位的接頭板應(yīng)用砂或土體埋住，防止噴射混凝土堵住接頭板上已經(jīng)打好的螺栓孔。然后，按照設(shè)計(jì)要求，焊接系筋和縱筋，段與段之間設(shè)置墊片并確保螺栓被擰緊，以保證鋼架的受力性能。同時(shí)要校核拱架中線(xiàn)的標(biāo)高和尺寸。而拱架和圍巖面之間尚需安設(shè)鞍形的墊塊，使鋼拱架與巖面之間貼實(shí)、壓緊。

3.4.4鋼筋網(wǎng)

按設(shè)計(jì)要求加工鋼筋網(wǎng)，隨受?chē)娒嫫鸱佋O(shè)，同定位錨桿焊接或綁扎固定牢固，鋼筋網(wǎng)與受?chē)娒娴拈g隙以3cm左右為宜，混凝土保護(hù)層大于2cm。

3.4.5噴射混凝土

按設(shè)計(jì)要求的厚度在掛網(wǎng)上噴射混凝土，為保證施工質(zhì)量，噴混凝土應(yīng)當(dāng)分段、分塊。施工順序上先噴墻、后噴拱頂，從下往上噴。為保證噴射混凝土的密實(shí)度，混凝土噴嘴應(yīng)做直徑為20cm～30cm的螺旋路徑移動(dòng)，反復(fù)緩慢地進(jìn)行噴射?？刂扑畨?、壓縮空氣的風(fēng)壓，掌握好噴射距離，避免過(guò)多的回彈。如果設(shè)計(jì)厚度大于5cm，應(yīng)分兩層進(jìn)行噴射，第二層需在第一層終凝一個(gè)小時(shí)之后進(jìn)行，同時(shí)有必要對(duì)第一層的混凝土面層進(jìn)行沖洗。

3.5二次襯砌

二襯的施工一般要等圍巖變形穩(wěn)定之后才能進(jìn)行，而圍巖穩(wěn)定的判斷要依據(jù)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，等變形數(shù)據(jù)趨于收斂時(shí)方可。在本隧道的施工中，襯砌距離開(kāi)挖面約為30m～40m之間，一方面能使各工序在空間上互不沖突，同時(shí)能保證圍巖在開(kāi)挖后無(wú)支護(hù)暴露的時(shí)間控制在合理的范圍之內(nèi)。隧道邊墻及拱部二次襯砌的澆筑采用移動(dòng)式液壓模板臺(tái)車(chē)和泵送混凝土整體澆筑，以保證二次襯砌的密實(shí)，超挖部分采用同級(jí)混凝土回填。每模襯砌混凝土連續(xù)澆筑，一次完成。二次襯砌施作時(shí)先澆筑仰拱和矮邊墻，再立模進(jìn)行拱部混凝土澆筑。

3.6施工監(jiān)測(cè)

現(xiàn)場(chǎng)施工監(jiān)測(cè)和監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的及時(shí)分析和反饋是及時(shí)了解圍巖狀況和隧道安全狀況的基本手段，也是現(xiàn)代隧道施工的重要部分，是新奧法的核心之一。根據(jù)圍巖情況，合理地選擇監(jiān)測(cè)斷面、布置監(jiān)測(cè)元件，合理頻率的動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，實(shí)時(shí)分析監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，判斷圍巖狀況，分析初襯和二襯是否達(dá)到隧道設(shè)計(jì)要求，并及時(shí)地反饋，從而使工程設(shè)計(jì)人員和施工人員能夠及時(shí)調(diào)整設(shè)計(jì)和施工方案。

4結(jié)論

在長(zhǎng)期的工程實(shí)踐中，在國(guó)內(nèi)外眾多工程師的共同努力下，新奧法的施工工法愈趨成熟，并不斷發(fā)展和完善。本文所述的金雞嶺隧道嚴(yán)格按照新奧法施工要求，通過(guò)選擇合理的開(kāi)挖方法、支護(hù)以及二次襯砌形式，并及時(shí)進(jìn)行監(jiān)控量測(cè)，實(shí)現(xiàn)了高度安全、經(jīng)濟(jì)合理、進(jìn)度高效的目標(biāo).

作者：吳波 郭斌峰 陳迪 單位：湖南省建筑工程集團(tuán)總公司