2011.NO.9第10卷总第95期 doi:10.39694.issn.1671-9107.2011.O9.013 道桥工程13 某高速公路双连拱隧道施工技术 Construction Technique on Double.Arch Tunnel ofCertain Expressway 刘尚雨 (北城致远集团公司 重庆401147) 摘要:本隧道工程为高速公路大跨径双连拱暗挖隧道,采用新奥法指导施工:三导洞法施工,分部开挖,分部支护;光面爆破、工字钢支撑、锚杆、 喷射混凝土、钢筋网联合临时支护、复合式衬砌;掘进采用气腿式风钻钻孔,出碴采用无轨运输。 关键词:双连拱隧道;暗挖;三导洞;新奥法;施工技术 中图分类号:U455.4文献标识码:A文章编号:1671—9107(2011)09—0013—08 Abstract:This tunneling engt‘neefing is a large span double-arch concealed excavated tunnel,using new austrian method and three-pilot drift method to guide and conduct the construction,divisional digging and supportng;smootih blasting,joist steel supporting,anchor rod,sprayed concrete,combined bar-mat reinforcement for temporary support,combined lining;when tunnelling it uses he fteedleg pneumatic drill;mucking,trackless transport. Key words:double—arch tunnel;concealed excavated;three-pilot drift method;new austrian method;construction technique 1.2设计情况 1工程概况 本隧道全长111m。包括明洞、Ⅱ、Ⅲ类围岩,其设计情况 如表1所示。 1.1地形地质 表1夏家村1#隧道工程设计情况统计表 夏家村1#隧道进口端无滑坡等不良地质现象.洞口稳定 性较好.但进口端开挖坡脚时产生临空面可能导致洞门表层碎 石土失稳滑塌。进口端右侧为高达60m的高边坡,锚杆框架植 草防护。故在洞口段边坡开挖中要及时进行边坡防护的施工, 为隧道施工创造一个安全的施工环境 出口端地形较进口端陡,斜坡坡度52o,坡向SE。出口斜坡 分布有危岩块体,施工震动易产生滚石及小规模崩塌。出口段 围岩由强一弱风化黑云石英片麻岩组成.强风化黑云石英片麻 岩浅白一灰色,鳞片状花岗变晶结构,片一板状构造。节理、裂隙 本隧道的工作内容包括进口地表注浆加固、洞口施工、明 洞施工、注浆小导管超前支护、中导洞开挖、中墙混凝土浇筑、 发育,呈张开一微张状,有泥质物、岩屑充填。呈碎石一块状镶嵌 结构,属Ⅱ类围岩,施工时易坍塌,处理不当可能产生大坍塌。 洞室潮湿,雨季施工时有滴水或线状水流。在出口端紧邻小桐 树沟中桥,施工存在相互干扰。故要采取可靠的防护措施确保 侧导洞开挖、主洞开挖、锚喷支护、工宇钢钢支撑、衬砌混凝土 浇筑、防排水作业、洞内路面混凝土作业等工作内容。其设计典 型断面如图2所示。 桥梁施工的安全(出口端地貌照片见图1所示) 疼 l T\ -| } ‘| . .M \ : J =%=== —一艮 I 770 图1出口端地貌照片 收稿日期:2011一O5—11 图2Ⅱ、Ⅲ类围岩设计典型断面 作者简介:刘尚雨(1973一),男,助理工程师,主要从事地隧工程的管 理工作。 2施工平面布置 重庆建筑 14 Chongqing Architecture 三导洞法即在中隔墙处设中导洞.两侧边墙处设侧导洞。 本隧道施工的临时设施根据现场情况进行规划布置。现场 布置空压机房、变压器房、值班房、小型仓库、临时工房、钢筋 加工房、蓄水池。火工品库房布置在1(65+050右侧200m处。混 凝土拌和站统一布置两个,集中拌和混凝土,输送车供料。临 时设施布置如图3所示。 用以修筑中墙及两侧导洞初期支护工字钢。施工过程中必须 先进行中隔墙的开挖及衬砌,从而保证拱部初期支护、钢支撑 及二次衬砌具有着力点 对II类围岩的左右主洞开挖采用拱部 环状留核心开挖的方法:对III类围岩的左右主洞开挖采用短台 阶法。 由于本隧洞仅111m,计划工期12个月(见表2),不是本合 同段的控制工期工程。因此采用导洞法分部开挖不会影响整 体工期。但是该方法分部开挖、分部支护,极大地保证了施工 安全,所以是切实可行的。 施工顺序如下:中导洞超前小导管注浆预支护一中导洞 开挖一中导洞初期支护一浇筑中墙混凝土一左(右)导洞超前 小导管注浆预支护一左(右)导洞开挖一左(右)导洞初期支 护一左(右)主洞超前小导管注浆预支护一左(右)主洞上部开 图3平面布置示意图 挖一左(右)主洞拱顶初期支护一左(右)主洞下部开挖一左 本合同段的施工用水都从河内抽水,在河边设立泵站,在 洞口处修建蓄水池。施工用水与空压机用水共同用一个蓄水 池,利用空压机冷却循环水的温度(约30℃)防止水结冰,再用 高压水泵往洞内送水以保证风枪等旌工用水(其布置如图4所 示)。 (右)主洞仰拱初期支护一浇筑左(右)洞仰拱衬砌一浇筑左 (右)洞二次衬砌。施工流程分解如图5所示。 1、中导洞超前支护、开挖并初期支护 2、中隔墙混凝土浇筑 ] 高压凤 图4施工供水、供风系统联合布置平面图 3、侧导洞超前支护、开挖及初期支护 3施工方案 本隧道拟采用新奥法施工。导洞法开挖,光面爆破、锚喷 网临时支护、复合式衬砌。掘进采用气腿式风钻钻孔,出碴采 用无轨运输。 4、主洞上半断面超前支护、开挖及初期支护 201 1.NO.9第10卷总第95期 某高速公路双连拱隧道施工技术 道桥工程15 施工准备 中导洞开挖及初期支 2 护 3 中隔墙混凝土浇筑 侧导洞开挖及初期支 4 护 5 主洞开挖及初期支护 6 仰拱开挖及初期支护 7 仰拱混凝土浇筑 侧墙及顶拱混凝土浇 8 筑 仰拱回填 电缆槽及 9 水沟 10 附属及收尾 7、主洞侧墙及顶拱混凝土浇筑 5、主洞仰拱开挖及初期支护(初期支护形成闭合环) 8、仰拱回填、电缆槽、水沟及路面 6、仰拱混凝土浇筑 图5施工流程分解示意图 对于每个导洞及主洞的开挖,采取“管超前、短进尺、弱爆 破、强支护、勤量测、早构筑”的原则进行施工。其施工作业流 程如图6所示。 重厌建筑 16 Chongqing Architecture 短进尺、弱爆破。对进、出口段中导洞采用半断面微台阶控制 爆破开挖技术,即洞身拱部约超前洞身下部3~5m,以满足新 奥法施工喷锚支护工作台的需要。形成台阶后拱部与洞身的 下半部同时开挖,在洞身开挖的正面,始终保持一个3~5m的 微台阶。 (2)侧导洞开挖 侧导洞开挖与中导洞开挖一样,仍然采用半断面微(短) 台阶减弱振动的控制爆破技术;II、III类围岩的侧导洞开挖,一 次循环进尺控制在1OOcm以内。 (3)主洞开挖 总体方法:先开挖上半断面,并进行初期支护:然后进行 二 出碴作业 核心土开挖:最后开挖仰拱并进行初期支护。 上半断面的开挖必须在中墙混凝土达到设计强度以及中 隔墙加固(平衡初期支护右侧拱圈的水平推力)完成后才能进 行。对于地质很差段采用弧形开挖法,其余段采用微台阶法进 行开挖。 在弧形断面开挖完成且顶拱初期支护结束后.即可进行 三、挂钢筋嗣、安设工宇钢支撑(如果有)、喷混凝土作业 核心土的开挖。但应合理安排,不能影响上拱部的开挖、出渣 和初期支护的作业。其开挖方法因有两个临空面,主要是以松 动爆破为主,但也应严格控制装药量,避免对上拱部和中隔墙 已完工程造成损坏 图6开挖及初期支护作业流程图 4施工方法 仰拱的开挖,必须在核心土开挖完成后进行。开挖时应严 格控制其标高。左右主洞的施工作业面应滞后15m以上,时间 4.1洞口开挖 应错开15天以上。避免施T#fl互干扰造成洞室施工的不安全。 当隧道右(左)侧主洞室先开挖时,应先做好中墙左(右) 开挖前,应做好开挖范围外危石清理和坡顶排水工作。洞 口削坡必须自上而下分层进行,随着坡面开挖,按设计要求做 好坡面加固。洞门完成后,洞门以上仰坡脚受破坏处,应及时 处理。 侧空洞的临时支护,以防止中墙受力抗弯破坏。采用钢板和钢 管支撑,其纵向间距和中导洞临时支护钢拱架纵向间距相同。 将钢板密贴中隔墙,钢管一端焊接在钢板上,另一端固定在中 导洞临时支护钢支撑上。该临时支护拆除时,应保证未拆除的 临时支护距离掌子面距离不小于10m。 4.2.2爆破作业 (1)钻爆设计 根据该工程地质条件差的特点,施工中采用浅孔松动控 制爆破,非电微差起爆网路,在开挖的周边采用光面爆破。 爆破器材:选用2#硝铵岩石炸药和低爆速、猛度的乳化炸 药;采用非电毫秒雷管。 4.2洞身开挖 4.2.1开挖方法 采用三导洞法组织施工。即在中隔墙处设中导洞,两侧边 墙处设侧导洞,用以修筑中隔墙及边墙初期支护(工字钢及锚 喷支护)。 (1)中导洞开挖 中导洞系整个隧道开挖的关键,既决定着洞身开挖方向, 又是对洞身岩层情况的探察,可以为主洞开挖积累资料。采用 20]1.NO.9第10卷总第95 某高速公路双连拱隧道施工技术 道桥工程17 钻爆参数:爆破采用中空直眼掏槽形式,非电毫秒雷管微 -FJ室内开挖线测量标定:采用全站仪测量中线和纠正偏 差起爆网络。施工时为保证工程进度,采用短循环进尺,快速 差:根据测量工程师标定的底板高程在两侧墙上以高出1.5m 施工,每循环进A0.8~1.2m。周边眼采用空气间隔装药。严格 位置划出腰线。 控制一次最大装药量。减少对围岩的扰动,提高爆破质量,确 钻眼: 保施工安全。分部开挖爆破设计如El7所示。掏槽眼设计如图 钻孔采用空压机、风动凿岩机。根据开挖线圈定的范围, 8所示。 在该立面内,将断面炮眼布置图设计的眼位标在开挖面上。 先在中心线上钻眼,保证钻进方向与中线一致。达到深度 后.在眼中插入一根1.5倍孔深的圆钢用来指示钻眼方向。 ——————— 璺L—————一 蕾 嗣 膏 —H■—露 量量誊量蕾鼍蕾 掏槽眼深度约为1.0m,在该眼位处开钻,钻进1~3cm时停 钻,钻机向侧邦偏,使钻钎与中线方向夹角与设计布置角度一 ●● 1 致,进行平钻。 装药与填塞: 注1、本图尺寸单位均 厘米计。 装药主要采用间隔装药(如图10所示)。一次只能压装一 2、在施工中。根据断面型式和围岩 地质进行适当调整。 3 1—10的编号代表冒管起爆顺序 个药卷,不允许捣固药包。 图7分部开挖区爆破设计图 图8掏槽眼大样图 具体的钻爆设计图根据开挖分步和导洞断面形式确定。 旦 ● 爆破参数如下: 炮眼间距a=0.35~0.40m 一 最小抵抗线W=0.35~0.50m 爆破密集系数K=1.0~1.20m 单位耗药量K=I200-1 500g/m。 充填材料采用粘土和砂的混合物。充填长度一般应大于 炮孔深度L=0.5~1.Om 最小抵抗线。充填时应分多次捣固,以免发生冲炮。 单孔装药量Q=kabl 起爆:采用非电毫秒雷管起爆网.起爆雷管放在炮孔底 k一单位耗药量 a一炮眼间距 部.保证底部装药全部起爆.起爆药包不许硬塞进炮孔或扔进 b一炮眼排眼 l一炮眼深度 炮孔内,以免雷管位置变动影响起爆。 (2)爆破施工 4.3出碴 掘进作业网络图如图9所示。 采用无轨出碴方式,用侧卸式装载机装车,自卸车运输。 出口段废渣运至填方。 开挖主洞时自卸汽车正向 进洞.在洞内汇车道上调头.倒 _ 测量布眼 敲帮问顶并通风 初喷混凝土 退至工作面,装碴后正向出洞。 30 30 退装运磕设备 进临时支护设备 由于洞身短,断面小,故导洞开 注1、每循环进洞0 5m。 挖时用装载机铲运出碴。 2、每循环总用时17小时。 3、每6个开挖循环进行一次超前支护,其时间未计入本循环。 自卸汽车数量满足装碴要 求,根据运距及时调整数量,确 图9开挖循环网络图 重庆建筑 18 Chongqing Architecture 保装载机连续作业,发挥最大效率。 路面保持平整,应有良好的排水设施,并设专人维护,定 期保养,不得在路面上堆放施工器材和杂物。 4.4通风防尘 宽约2m,每片均自下部起水平方向旋转移动往返一次喷射,然 后向上移行。喷射前先将个别凹面处喷射找平。最佳喷射距离 与角度,喷嘴口至受喷面以O.6~1.Om为宜,喷射料时以垂直喷 面为最佳。 4.7格栅钢架的施工 因隧道单向长度小于30Om,自然出烟时间较短,拟采用 26kW移动式通风机通风。采用湿式凿岩,在开挖面设置压气 水幕降尘器,喷雾洒水,冲洗岩面和碴堆,干式除尘机吸收空 自行加工,洞外热弯或冷弯预制,按1:1比例放样设AT 作台,按设计分节、垫板、螺栓连接。 加工应做到尺寸准确,弧形圆顺,格栅钢架节点焊接长度 气中的残余粉尘,降低洞内粉尘浓度,使洞内有害气体、粉尘 和温度达到隧道施工规定的卫生标准。 4.5超前小导管 应满足设计或规范要求,焊接成型时,沿钢架两侧对称进行, 格栅钢架主筋中心与轴线重合,连接孔位置准确。 钢架加工后应试拼,检查其平面翘曲和横断面误差:钢架 堆放、运输不得有变形损坏。 按设计位置测量定位,首先定出隧道中线,确定高程,然 用手持式普通凿岩机配大钻头凿孔并清孔.钻孔方向应 用测斜仪检查控制,钢管不得侵入开挖轮廓线。钻孔平面误 差≯15cm,角度误差:/-0.5。;钻孔完成后,将前端加工成尖锥 状的钢管插入钻孔内;采用单液注浆,注浆液采用水泥浆掺入 5%的水玻璃通过牛角泵向钢管注入浆液。注浆压力控制在 后再测定钢架的纵向位置;钢架平面与隧道中线垂直。 运至现场的单元钢架分单元堆放.安设前应进行断面尺 O.5~1.0MPa,并要求保持到设计终压1O分钟以后,注浆过程 中注意观察分析注浆效果,直到钢管周边围岩裂隙充满浆液, 注浆压力明显增大时,可认为符合注浆要求。完成一根管的注 浆再进行下一管的注浆。当达到设计终压10分钟以后,进浆量 寸检查,及时清理欠挖侵入净空部分,以保证钢架正确安设。 安设拱脚或墙脚前,清除垫板下的松渣,将钢架置于原状岩石 上,在软弱地段,采用拱脚下垫钢板或槽钢的方法。 4,8二次衬砌 4.8.1概述 仍达不到设计注浆量时,也可结束注浆。 4.6喷锚支护 4.6.1锚杆的施工 为了确保结构尺寸准确和外表美观.采用钢模台车浇筑 二次衬砌混凝土。其施工作业内容包括岩壁清理、钢筋制安、 仰拱衬砌浇筑、边墙顶拱衬砌浇筑等。采用流水作业法组织施 工。 采用风钻钻眼,高压风吹孔,注浆泵注浆。锚杆杆体露出 岩面长度不应大于喷层的厚度,以保证锚杆的设计入土深度。 钻孔方向宜尽量与岩石主要结构面垂直。孔钻好后,用高 在各流水节拍中,混凝土浇筑施工是控制工期的关键。衬 砌混凝土施工分为仰拱混凝土施工和边墙顶拱混凝土施工. 压水进行冲洗,并用塞子塞紧孔口,以防止石渣或泥土掉入孔 内。 4.6.2挂网施工 其工作内容包括模板安装、混凝土浇筑、混凝土养护、模板拆 除等。本隧道混凝土施工在混凝土搅拌站拌和混凝土,混凝土 运输车运至工作面,钢模台车支模,采用混凝土输送泵进行隧 采用洞外制作网片,现场拼装。本隧道拟采用半成品网现 场拼装的方式挂网,以加快作业速度。在有钢拱架的地段,网 片的宽度按钢拱架的间距加工:其他地段根据锚杆布置的情 况确定,在墙部的网片上侧预留带钩,以方便挂网。 4.6.3喷射混凝土施工 喷射时喷嘴朝下,先送风再注水,然后上料。根据受喷面 和喷出的混凝土情况,调整注水量,以喷后易粘着、回弹小和 表面呈湿润光泽为度。分段分片进行,先墙后拱再分片,每片 道衬砌浇筑,插入式捣固棒振捣。混凝土衬砌施工及检验流 程如图1 1所示。 4.8.2施工方法 (1)衬砌施做前,做好以下准备工作 需要衬砌的部位初期支护已达到设计要求,防水板及纵、 横向排水盲管设置完毕,预留孔及预埋件按设计及时施作。 衬砌部位的隧道中线、标高、断面尺寸准确无误,隧道无 2011.NO.9第1O卷总第95期 某高速公路双连拱隧道施工技术 道桥工程19 装使用,不宜长期存放。成品钢筋须按使用工程部位写明名 称、编号、加工时间,挂牌存放。 (3)模板作业 为了确保隧道结构尺寸和外表美观.本隧道采用模板台 车进行边墙和顶拱混凝土的施工。钢模台车长9m,委托专业厂 家进行设计加工。 在钢筋检查合格后,首先进行测量放线,放出台车轨道安 装线,模板位置线。然后进行台车轨道的接长,轨道的接长必 须按测量线路进行,否则超出了模板可调节范围,模板将不能 准确就位。轨道接长后,就进行台车的移动,台车到位后,调节 侧向千斤顶和底脚千斤顶,移动边墙模板就位并进行固定。最 后进行项拱模板平移和位置调节,就位后进行固定。模板的拆 卸顺序是先松动底脚千斤顶。启动侧向拆模千斤顶脱边墙模 板,然后脱顶拱模板。 钢模台车使用前。必须进行表面清理,并涂刷脱模剂。每 次脱模后,必须重新进行清理。但应避免因污染而影响钢筋及 混凝土的质量。钢模台车首次安装时预留5cm的沉降收缩量, 待混凝土浇筑脱模后,对结构尺寸进行测量,根据测量成果调 图11混凝土衬砌施工检验流程图 整沉降收缩量,保证混凝土成型的尺寸符合设计和规范要求。 钢模台车下的支垫枕木必须支承在稳定基础上.确保混凝土 欠挖,二次衬砌内轮廓符合设计要求。 将浇筑处地基表面的积水、泥浆、岩屑、油污、有害的附着 浇筑过程中钢模台车不下沉、不倾斜,从而确保结构尺寸准确 和安全生产 物和松散物、半松散物、风化的岩块清除干净。 各种机械设备运转正常。衬砌材料已备足,经试验达到要 求,配合比已经试验选定。 (2)钢筋制安 钢筋在洞外加工棚内弯制,用汽车运进洞内,人工进行安 装。 混凝土浇筑过程中。应设置专人负责经常检查、调整模板 的形状及位置。对承重模板的支架,应加强检查、维护。模板如 有变形走样,应立即采取措施,直至停止混凝土浇筑。钢模宜 与相邻仓、段老混凝土面平顺连接,同时兼顾建筑物的体型。 浇筑混凝土时,两侧应均衡上升。 钢筋应符合热轧钢筋主要性能的要求:每批钢筋均应有 产品质量证明书及出厂检验单:每批钢筋均应按规范取样送 检;钢筋堆放在料棚内,不同种类的钢筋分类堆放。 钢筋的表面应洁净无损伤.油漆污染和铁锈等应在使用 前清除干净,带有颗粒状或片状老化的钢筋不得使用。钢筋应 平直无弯曲,无局部弯折,否则应调直除锈。调直宜选用调直 机进行,除锈采用风砂枪进行。 钢筋的加工应符合施工图纸的要求.加工后的偏差不得 超过技术规范的允许值。加工好后的成品应尽快运往工地安 (4)混凝土拌和与运输 混凝土在拌和场集中拌制。混凝土搅拌合格后输入混凝 土自动搅拌运输车并及时运到施工现场.保证混凝土在运输 过程中不发生离析、漏浆。 (5)混凝土浇筑 混凝土运至施工现场,泵送混凝土入仓。从墙基开始分层 浇筑,分层厚度不超过30cm。浇筑速度适当,不致离析:混凝土 倾落高度不超过20cm:当浇筑超过隧道衬砌内拱圈时,混凝土 排出管的末端埋在混凝土中,注意保证充填密实。 某高速公路双连拱隧道施工技术 重庆建筑 Chongqing Architecture 采用附着式振捣器和插入式振捣器联合振捣。人工操作 3-4台插入式振捣器,将混凝土振捣至最佳密实度。插入振捣 器的移动距离不超过振捣器工作半径的1.5倍.插入下层混凝 土浓度为5~10cm,振捣过程中,避免碰撞模板、钢筋、预埋件 等。 5结束语 本隧道由于地质条件很差,全为Ⅱ、Ⅲ类围岩,采用新奥 法理论指导施工。采用三导洞法进行开挖。对于每个一导洞的 开挖,采取“管超前、短进尺、弱爆破、强支护、勤量测、早构筑” 的原则进行施工。在现场施工全过程中对光面爆破、钢支撑、 脱模养护及质量检查:承重结构混凝土强度达到设计强 度的70%:不承重结构混凝土强度达到2.5MPa以后方可拆 模。拆模后混凝土连续养护不小于7天。 (6】仰拱混凝土施工 为提高隧道的稳定性,改善隧道结构受力状况,施工顺序 锚喷支护、模板安装、钢筋制安、混凝土浇筑、养护等各个环节 实行有效控制,保证了施工质量,达到了设计要求和预期目 标,为今后施工中类似工程提供了经验。 为施工仰拱,再施工边墙和顶拱。仰拱每次施工长度20m。施 工前必须对基底松土和石碴进行清理。钢筋安装必须设立可 参考文献: …JTGB01—2003,公路工程技术标准【S1. 【2】JTJ042—94,公路隧道施工技术规范【S1. 【3l GB50086—2001,锚杆喷射混凝土支护技术规范【Sl 【4 GB50330—2002,4】建筑边坡工程技术规范【S】. 靠的架立筋,确保能够承受混凝土浇筑过程中的施工荷载。混 凝土浇筑前必须对钢筋上的泥污等进行冲洗。并将积水清除 干净。 责任编辑:余咏梅