三導(dǎo)洞法隧道工程論文
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1新奧法技術(shù)要點
新奧法的思想和基本理論形成于上世紀的60年代，是奧地利學(xué)者在長期的隧道工程實踐過程中，在巖土開挖理論的一個系統(tǒng)總結(jié)的基礎(chǔ)上提出來的。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)計施工中最大程度地利用圍巖的自穩(wěn)能力，合理確定支護的時機，使支護的代價最低。新奧法的基本思路有以下幾點：
1）因為圍巖要參與整個結(jié)構(gòu)的承載，應(yīng)盡量減少對圍巖的擾動，充分保護巖體。
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、及時筑砌又能隨時加強的柔性支護結(jié)構(gòu)，就能通過調(diào)整支護結(jié)構(gòu)來控制巖體的變形。
3）開口不利于結(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)測點，及時掌握圍巖及支護結(jié)構(gòu)的應(yīng)力和變形，通過監(jiān)測信息的反饋及時調(diào)整支護參數(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。二次襯砌可以用來承擔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、早噴錨、勤量測、快封閉”。新奧法自創(chuàng)立以來，在我國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，在修建過程中克服多種施工中的難題，取得了較大的成功。本文將對該隧道的施工技術(shù)進行系統(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，為雙向四車道，非獨立式雙連拱隧道。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。隧道起訖樁號為K37+870～K38+215，全長345m。進口隧道設(shè)計標高為左洞57.493m，右洞57.483m；出口隧道設(shè)計標高分別為左洞56.757m，右洞56.747m。隧道進口、出口采用端墻式洞門。隧道地段進出口及淺埋地段上覆巖體比較薄，風(fēng)化相對更強烈，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，巖石強度及穩(wěn)定性較差，洞壁開挖容易產(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)隧道的長度、現(xiàn)場地質(zhì)條件及工期要求等因素，本隧道采用從進口單口掘進的施工方案。
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)化強烈、穩(wěn)定性差，為保證其穩(wěn)定性，在洞門表土開挖施工過程中，利用挖掘機而采用不爆破或弱爆破方式挖掘洞門土石方。為增加洞口穩(wěn)定性及安全，采用強支護處理。在洞口邊坡及影響范圍內(nèi)的仰坡上打設(shè)錨桿，為增強圍巖的整體性和錨桿支護效果，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。
3.2超前管棚注漿施工
為防止巖層坍塌和地表下沉，保證掘進和后續(xù)支護工藝安全，本工程洞口設(shè)置有22m長超前管棚作為臨時超前支護。管棚采用φ127×4.5mm的鋼管，鋼管長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，形成一個模擬的洞門，在臨時洞門的防護下進行洞身開挖。長管棚內(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隧道段開挖
根據(jù)不同的地質(zhì)斷面，選擇不同的開挖和支護方式。V類和Ⅳ類圍巖地段采用三導(dǎo)洞超短臺階式開挖，施工時采用預(yù)裂爆破，上下臺階分開，采用短進尺，弱爆破。對于Ⅲ類圍巖洞身開挖，采用全斷面開挖，施工時采用光面爆破，循環(huán)進尺3.0m。中導(dǎo)洞的斷面形式為圓頂直墻，整個斷面全部開挖。采用光面爆破進行全斷面開挖，爆破前用鑿巖機鉆眼掏槽。中導(dǎo)坑開挖完畢之后，對整個中導(dǎo)坑底板進行標高復(fù)核，用低標號砂漿鋪底平整，然后進行底部錨桿施工。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長模襯臺車、滑模施工工藝進行施工。左右導(dǎo)洞采用全斷面法開挖，左右正洞采用上下臺階法開挖，進洞口、出洞口8m范圍內(nèi)掘進進尺為0.5～1.0m，其余位置掘進進尺為1m（Ⅴ級圍巖）或2m（Ⅳ級圍巖）。
3.4初期支護
巖體開挖后須及時進行支護，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)、噴錨支護緊跟開挖面及時施作，以減少圍巖暴露時間，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，利用自制鑿巖臺架，風(fēng)動鑿巖機鉆孔，孔深、孔位、外插角偏差應(yīng)符合設(shè)計和規(guī)范要求。錨桿采用φ25鋼筋按設(shè)計長度加工而成，按不同圍巖的設(shè)計間距梅花形布置。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，型號采用D25型。首先需要使用風(fēng)槍進行鉆孔，然后使用注漿泵完成注漿工藝。2）注漿施工要點注漿壓力控制是注漿施工關(guān)鍵，根據(jù)工程經(jīng)驗可取為地下水壓的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)驗類比法或者現(xiàn)場注漿試驗來進行確定，注漿量一般通過注漿壓力達到0.3MPa來進行控制，單孔注漿量一般不超過1t。
3.4.3鋼拱架支護
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)前由運輸車運至洞內(nèi)，用人工進行螺栓連接和拼裝。拼裝完成之后，掛網(wǎng)噴漿。
2）施工要點
首先，在鋼拱架架設(shè)之前應(yīng)認真檢查鋼拱架的加工質(zhì)量；在架設(shè)時，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。同時要校核拱架中線的標高和尺寸。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、壓緊。
3.4.4鋼筋網(wǎng)
按設(shè)計要求加工鋼筋網(wǎng)，隨受噴面起伏鋪設(shè)，同定位錨桿焊接或綁扎固定牢固，鋼筋網(wǎng)與受噴面的間隙以3cm左右為宜，混凝土保護層大于2cm。
3.4.5噴射混凝土
按設(shè)計要求的厚度在掛網(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度，混凝土噴嘴應(yīng)做直徑為20cm～30cm的螺旋路徑移動，反復(fù)緩慢地進行噴射?？刂扑畨?、壓縮空氣的風(fēng)壓，掌握好噴射距離，避免過多的回彈。如果設(shè)計厚度大于5cm，應(yīng)分兩層進行噴射，第二層需在第一層終凝一個小時之后進行，同時有必要對第一層的混凝土面層進行沖洗。
3.5二次襯砌
二襯的施工一般要等圍巖變形穩(wěn)定之后才能進行，而圍巖穩(wěn)定的判斷要依據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)進行分析，等變形數(shù)據(jù)趨于收斂時方可。在本隧道的施工中，襯砌距離開挖面約為30m～40m之間，一方面能使各工序在空間上互不沖突，同時能保證圍巖在開挖后無支護暴露的時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式液壓模板臺車和泵送混凝土整體澆筑，以保證二次襯砌的密實，超挖部分采用同級混凝土回填。每模襯砌混凝土連續(xù)澆筑，一次完成。二次襯砌施作時先澆筑仰拱和矮邊墻，再立模進行拱部混凝土澆筑。
3.6施工監(jiān)測
現(xiàn)場施工監(jiān)測和監(jiān)測數(shù)據(jù)的及時分析和反饋是及時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)測斷面、布置監(jiān)測元件，合理頻率的動態(tài)監(jiān)測，實時分析監(jiān)測數(shù)據(jù)，判斷圍巖狀況，分析初襯和二襯是否達到隧道設(shè)計要求，并及時地反饋，從而使工程設(shè)計人員和施工人員能夠及時調(diào)整設(shè)計和施工方案。
4結(jié)論
在長期的工程實踐中，在國內(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格按照新奧法施工要求，通過選擇合理的開挖方法、支護以及二次襯砌形式，并及時進行監(jiān)控量測，實現(xiàn)了高度安全、經(jīng)濟合理、進度高效的目標.
作者：吳波 郭斌峰 陳迪 單位：湖南省建筑工程集團總公司
