隧洞施工中几种典型洞口成洞方式的探讨.docx

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隧洞施工中几种典型洞口成洞方式的探讨

隧洞施工中几种典型洞口成洞方式的探讨

1 节理发育、裂隙较多的岩石情况下的成洞方式

1.1 成洞原则

   早进洞、少开挖、保护植被；短进尺、快支护、安全成洞。

1.2 施工方法

1.2.1 洞口边坡开挖

   根据洞口实际情况，采用机械施工和光面爆破相结合的方法开挖洞口边坡。

同时在洞口上方1~3m的边坡上做好排水沟，截堵引排山水，防止山水倒灌进洞。

1.2.2 洞口边坡防护

   洞脸开挖完后，仰坡面洞脸轮廓开挖面外5m范围铺设￠8@200×200mm钢筋网；环向布设三排L=3.5mФ22@500mm砂浆锚杆，喷射15cm厚C25砼封闭，钢筋网与锚杆进行焊接。

洞口开挖轮廓线外50cm拱部范围布设长5.0m，￠42的钢管管棚，环向间距为30cm，纵向搭结长度1.0m。

具体如图1所示。

1.2.3 隧洞开挖及初期支护

   洞口段及Ⅳ类围岩段采用短台阶法施工，光面爆破，每循环进尺控制在50~100cm。

洞口段锚喷挂网及工字钢钢拱架支护及时跟进，Ⅳ类围岩段采用格栅钢架与锚杆联合支护，钢拱架底座下卧到基岩面，挖不到基岩面的部位采用扩大基础避免拱架下沉。

钢拱别样的水平受力在施工中也进行了充分考虑，在底板处对钢拱架封闭成环以免横向收缩挤压变形，衬砌及时跟进并封闭成环。

1.2.4 沿口段初期支护类型详见下表

   表1      洞口段初期支护类型表

支护类型

参数

喷射砼

C25；喷射厚度25cm

钢筋网

￠8@200×200

￠22系统锚杆

L=3.5m，环向间距1m

I16钢拱架

纵向间距1m

1.2.5 明洞施工

   为了及时地支顶边坡和保护洞口，在洞口处施作了1.0m长的明洞做为护拱，具体型式详见图2。

2 松散坡积物夹带碎石情况下的成洞方式

2.1 成洞原则

   短进尺、强支护、紧衬砌、勤量测。

2.2 施工方法

2.2.1 洞脸开挖及支护整平洞口施工场地，清除洞脸边仰坡开挖所残留的碎渣和危石，进行洞脸土方明挖，之后对洞脸进行了锚喷挂网联合支护。

   为使现场施工安全进行，先搭脚手架，在洞口及其这仰坡范围喷射厚25cm厚的C25砼，并挂安设L=1.5m￠22@600×600锚杆，呈梅花形布置，及时封闭、预加固边仰坡。

   锚喷挂网联合支护封闭边仰坡后，在洞口处开挖深1.5m到2.5m的基坑，以加固洞口处松散坡积物。

先用C25砼浇注，使其形成稳固的基座，确保边仰坡的稳定。

然后在靠近洞口两侧边墙处用C25砼浇注，并配三层加密钢筋笼（￠22@50×50×80cm）。

边坡基底部分1m宽度范围的竖向钢筋均留出50cm长的接头，用做砼止浆墙的接茬钢筋.

2.2.2 锁口段钢筋砼施工

   锁口段砼衬砌总长5.31m，底板厚550mm，壁厚800mm，配比层钢筋，其中明洞长2.0m。

具体详见图3、图4。

2.2.3 止浆墙施工

   为了确保坡积物山体稳定及后续灌浆顺利进行，在洞口设计范围外沿洞脸这仰坡浇筑C25砼止浆墙，具体尺寸详见图5。

2.2.4 洞身开挖

   支洞开挖采用微台阶法施工，微台阶法分步开挖见图6所示。

2.2.5 初期支护

   由于斜坡段为松散的块石坡积物，对于斜井支洞及时采用自进中空迈式超前锚杆、迈式系统锚杆、116钢拱架、￠8钢筋网、喷射C25砼联合支护。

   对0+005.31~0+042段进行了钢筋混凝土衬砌，混凝土衬砌厚度500mm，衬砌断面及配筋图如图2-5，衬砌具体分段如下：

0+500~0+010、0+010~0+015、0+015~0+020、0+020~0+028、0+028~0+042。

3 富含水且胶结松散的黏土层情况下的成洞方式

3.1 成洞原则

   先加固、后开挖、超前支护、做好排水、减少明挖、保护环境。

3.2 施工方法

3.2.1 边坡支护

   根据开挖边线及坡度，利用反铲修整开挖边坡，人工配合削坡清坡，考虑到土质边坡的稳定性及环境保护的因素，对这仰坡采用喷锚支护的形式。

支护紧跟坡积物明挖施工，开挖一段后立即支护一段，在下一梯层开挖前完成上一层锚喷支护工作，确保边坡稳定。

喷射混凝土强度等级为C25，厚度200mm。

3.2.2 洞身开挖

   由于进洞施工难度较大，采取了超前支护与洞内支护配合，并加强短期超前预报和监控量测。

   超前支护及洞内支护方式为：

施工时洞口外设置2m长的混凝土套拱，套拱内设置两榀H180钢支撑，并在套拱周边设置孔口管，通过孔口管打设108@500长管棚并进行注浆，进洞时插设钢板进行支护。

洞内初期支护采用H180@500钢支撑配合￠25@1000系统锚杆进行支护。

3.2.3 超前支护

   超前支护方式为管棚。

施工过程为：

套拱施工→钻机就位与安装→钻孔→安装管棚→注浆。

3.2.3.1 套拱施工

   套拱起始点距进洞点为4m，首先准确定出套拱工字钢底座位置，调整每榀拱架使弧度正确，在工字钢拱架周这焊接￠127×4孔口管，长度随坡面距离进行调整，并严格控制好环向间距，在钢拱架内侧将背负式模板固定在拱架上，进行混凝土浇注。

混凝土强度C25，厚度为500mm。

   养护混凝土至设计强度的70%后拆模进行管棚钻孔作业。

3.2.3.2 钻机平台的搭建及钻机安装

   ①钻机平台由上向下，由两边向中间，根据孔位依次搭建，要求钻机平台搭建牢固，利于安装固定钻机，防止施工时钻机下沉、摆动、移位、倾斜而影响钻孔质量，钻孔距工作面的距离不小于1.0m。

   ②钻机定位 架立钻机时，用罗盘测量钻杆角度，确保钻杆轴线与开孔角度一致。

   ③钻孔 钻孔方式为空压机带动MK-5型水平钻机于式成孔。

钻机角度水平，钻孔深度由现场确定，终孔标准为进入新鲜岩石1.0m。

钻机开孔时，要低速低压，等成孔几m后，再快速加压。

终孔后，用Ф108岩芯管高压风扫孔，其目的是顺孔及清孔，岩芯管长度为2.5m。

3.2.3.3 安装管棚钢管

   ①钢管以丝扣连接，丝扣全长5cm，加工成方丝。

为使钢管接头错开，编号为奇数孔位的第一节管采用L=3m钢管，偶数孔位为L=6m钢管，后续钢管全部为6m。

   ②钢管顶进时钻机低速推进，在钻机上必须安装与管棚钢管直径相应的顶进连接套管，控制好冲击力、推进压力。

   ③接管

   当前一根钢管推进孔内，孔外剩余20~30cm时进行接管工作。

3.2.3.4 注浆

   注浆采用打一注一的方法，砂浆强度等级为M20。

注浆时为了及时排出管内空气，达到注浆密实的目的，在管内通长放置一根￠20的塑料排气管。

完成长管棚注浆施工后，在管棚支护环的保护下，按施工步骤进行掘进施工。

4.2.4 洞内支护

4.2.4.1 钢插板 采用分部分台阶开挖措施，在掘进过程中适时沿钢支撑周边插设钢插板封闭岩面、防止坍塌。

钢插板厚度为3mm，尺寸根据现场情况确定。

4.2.4.2 初期支护 每掘进0.5m立即进行初期支护，支护采用H180@500钢支撑、￠22@1000系统锚杆，挂￠8@150×150钢筋网，喷C25混凝土厚150mm。

4 结语

   从上述三种不同地质条件下的洞口成洞方式可以看出：

这几种情况都采用了短开挖，强支护，争取提前进洞的原则。

其自然地质状况和进洞方案基本包含了工程施工中所能遇到的绝大部分情况，具有典型意义，几种方式的实施都达到了预期目的。

   成洞方式比较：

相同之处是都采用强行进洞方式，都采用了超前支护，加强了边坡防护。

不同之处主要是超前支护的方式不同，分别以普通锚杆、迈式锚杆、管棚为主。

   施工用时比较：

岩石情况下成洞用时15d；松散坡积物情况下成洞用时21d；富含水且胶结松散和黏土层情况下的进洞用时26d。

   施工费用比较：

岩石情况下成洞每米约1万元；松散坡积物情况下成洞每米约1.3万元；富含水且胶结松散的黏土层情况下成洞每米约1.5万元。

   实践证明，减少边坡开挖，采取相应的工程措施提前进洞，不但技术上可行、经济上合理，而且有利于保护环境。

穆国华，班树春 辽宁润中供水有限责任公司，辽宁沈阳110003