山區(qū)高速鐵路隧道機(jī)械化開挖方案設(shè)計(jì)

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摘要:針對大斷面隧道，機(jī)械化施工是未來的發(fā)展趨勢。以鄭萬高鐵某隧道為研究對象，進(jìn)行了機(jī)械化大斷面隧道開挖方法的技術(shù)探討，主要對全斷面法不帶仰拱的隧道開挖方案進(jìn)行了研究，在施工工序和施工注意事項(xiàng)中進(jìn)行了詳細(xì)論述，并進(jìn)行了現(xiàn)場運(yùn)用，運(yùn)用效果良好，表現(xiàn)出安全、高效、快速的優(yōu)點(diǎn)，可為類似工程起到借鑒作用。

關(guān)鍵詞:大斷面隧道，機(jī)械化，施工方案，設(shè)計(jì)

1工程概況

某隧道位于湖北省襄陽市境內(nèi)，全長5360m，最大埋深約439m。隧道設(shè)計(jì)縱坡為25‰，19．7‰的單面上坡;全隧共分進(jìn)口和出口兩個工區(qū)。隧道地處荊山山脈，屬構(gòu)造侵蝕剝蝕中山地貌區(qū)。隧址區(qū)位于揚(yáng)子準(zhǔn)地臺一級構(gòu)造單元北緣，上揚(yáng)子陸塊褶皺帶之神農(nóng)架—荊門臺坪褶皺帶內(nèi)。本區(qū)地層倒轉(zhuǎn)，洞身頂部以奧陶系中下統(tǒng)寶塔組(O2+3b)灰?guī)r、頁巖互層為主，其下為志留系下統(tǒng)龍馬溪組(O3S1l)頁巖夾砂巖，再下為志留系下統(tǒng)新灘組(S1x)砂質(zhì)頁巖，洞身段主要在新灘組(S1x)穿過。隨著地下工程施工技術(shù)的不斷發(fā)展，隧道機(jī)械化快速建造是未來地下工程的大勢所趨。根據(jù)業(yè)主單位的要求，本文在某隧道進(jìn)行了機(jī)械化大斷面隧道開挖方面的技術(shù)探討，現(xiàn)場運(yùn)用效果良好，可為類似工程起到借鑒作用。

2設(shè)計(jì)預(yù)案

根據(jù)隧道圍巖地質(zhì)分類情況，采用大型機(jī)械化配套進(jìn)行全斷面(微臺階)工法開挖，為保證施工安全，對各類圍巖分類情況采取不同的針對性措施。1)試驗(yàn)段中Ⅳ級圍巖地段采用全斷面開挖，Ⅴ級圍巖采用全斷面或微臺階開挖。2)充分利用施工機(jī)具，超前支護(hù)均采用長大管棚代替原設(shè)計(jì)超前小導(dǎo)管。3)為保證全斷面或微臺階掌子面穩(wěn)定性，掌子面開挖完成后根據(jù)開挖揭示地質(zhì)情況采取合理的封閉、加固等處理措施。并在掌子面封閉后對掌子面開展監(jiān)控量測及應(yīng)變測試，根據(jù)測試結(jié)果確定是否采取補(bǔ)強(qiáng)措施。4)每一循環(huán)掌子面開挖后，應(yīng)根據(jù)“掌子面穩(wěn)定性評價分類表”率先對掌子面穩(wěn)定性做初步評價，待加固后再進(jìn)行二次評估，以判定是否可以采用全斷面/微臺階工法開挖。5)試驗(yàn)段將開展隧道初期支護(hù)、二次襯砌、鋼架等應(yīng)力應(yīng)變測試，根據(jù)測試結(jié)果，以優(yōu)化調(diào)整支護(hù)參數(shù)。

3隧道洞身開挖方案設(shè)計(jì)

根據(jù)現(xiàn)場機(jī)械化配套設(shè)備布置要求及相關(guān)規(guī)范要求，試驗(yàn)段試驗(yàn)全斷面或微臺階工法開挖，仰拱初支封閉成環(huán)安全步距要求不大于60m;Ⅳ級、Ⅴ級圍巖地段二襯安全步距不宜大于200m，但在確保圍巖穩(wěn)定和施工安全的前提下，試驗(yàn)段根據(jù)監(jiān)控量測及應(yīng)力應(yīng)變測試情況合理確定二次襯砌安全步距。為保持掌子面穩(wěn)定，開挖時按照1∶0．1放坡處理，并根據(jù)掌子面穩(wěn)定監(jiān)控量測情況，采取預(yù)加固措施。采用微臺階開挖時，上臺階縱向長度取2m～3m，根據(jù)圍巖地質(zhì)情況和掌子面穩(wěn)定性適當(dāng)調(diào)整上臺階縱向長度。本文重點(diǎn)分析全斷面開挖不帶仰拱的隧道的開挖方案，對于全斷面仰拱一次開挖方案和微臺階開挖方案可參考全斷面開挖不帶仰拱的隧道的開挖方案。全斷面法不帶仰拱開挖適用于Ⅲ級、Ⅳ級圍巖地段及Ⅴ級圍巖硬質(zhì)巖地段。

3．1施工工序

1)開挖①部，施作①部周邊的初期支護(hù)，即初噴4cm厚混凝土，鋪設(shè)鋼筋網(wǎng);鉆設(shè)徑向錨桿、架設(shè)拱墻鋼架后復(fù)噴混凝土至設(shè)計(jì)厚度;2)在滯后于①部一段距離后，開挖②部;3)灌注Ⅲ部仰拱與邊墻基礎(chǔ)，仰拱要求整幅灌注;4)待仰拱混凝土初凝后灌注仰拱填充Ⅳ部至設(shè)計(jì)高度;5)清理好初期支護(hù)基面，初期支護(hù)與二次襯砌之間拱墻鋪設(shè)EVA防水板加土工布，二次襯砌背后設(shè)環(huán)、縱向透水盲溝。根據(jù)監(jiān)控量測結(jié)果分析，待圍巖和初期支護(hù)變形基本穩(wěn)定后利用襯砌模板臺車一次性灌注Ⅴ部襯砌(拱墻襯砌一次施作)，并于拱頂預(yù)埋PVC注漿管及縱向排氣管;6)待混凝土達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后，進(jìn)行充填注漿。施工工序斷面圖見圖1，圖2。

3．2施工注意事項(xiàng)

1)隧道施工應(yīng)堅(jiān)持“弱爆破、短進(jìn)尺、強(qiáng)支護(hù)、早封閉、勤量測”的原則。2)Ⅳ級、Ⅴ級地段采用全斷面法施工時，每循環(huán)開挖進(jìn)尺，根據(jù)注漿效果不應(yīng)大于4榀鋼架;仰拱開挖前必須完成鋼架鎖腳。試驗(yàn)過程中，根據(jù)圍巖監(jiān)控量測、應(yīng)力應(yīng)變測試結(jié)果進(jìn)行調(diào)整開挖進(jìn)尺，如圍巖穩(wěn)定且應(yīng)力應(yīng)變測試均在安全范圍內(nèi)，則可適當(dāng)拉大開挖進(jìn)尺。3)鋼架施工應(yīng)嚴(yán)格按設(shè)計(jì)要求設(shè)置拱腳墊板、墊槽鋼等，各施工工序間應(yīng)注意互相保護(hù)，嚴(yán)格按照作業(yè)程序操作，避免施工機(jī)械對已完成的支護(hù)形成破壞，以確保安全。4)復(fù)合式襯砌段在施工時，須按Q/CR9604—2015高速鐵路隧道工程施工技術(shù)規(guī)程及有關(guān)規(guī)范及標(biāo)準(zhǔn)圖的要求，進(jìn)行監(jiān)控量測，根據(jù)監(jiān)控量測的結(jié)果進(jìn)行分析，確定灌注二次襯砌的時機(jī)及調(diào)整支護(hù)參數(shù)。5)隧道的開挖、支護(hù)及襯砌應(yīng)按Q/CR9604—2015高速鐵路隧道工程施工技術(shù)規(guī)程及相關(guān)施工技術(shù)規(guī)范的要求辦理。6)全斷面開挖時，邊墻底鋼架接頭處鎖腳錨管采用42鋼化管，拱腰接頭處鎖腳錨桿(管)利用附近系統(tǒng)錨桿(管)代替。

4結(jié)語

本文以鄭萬高鐵某隧道為研究對象，根據(jù)業(yè)主單位的要求，在某隧道進(jìn)行了機(jī)械化大斷面隧道開挖方法的技術(shù)探討。主要對全斷面法不帶仰拱的隧道開挖方案進(jìn)行了研究，在施工工序和施工注意事項(xiàng)中進(jìn)行了詳細(xì)論述，并進(jìn)行了現(xiàn)場運(yùn)用，運(yùn)用效果良好，表現(xiàn)出安全、高效、快速的優(yōu)點(diǎn)，可為類似工程起到借鑒作用。

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作者：李鵬飛 李洪濤 單位：濟(jì)南力穩(wěn)巖土工程有限公司