并行隧道超小净距施工技术

《并行隧道超小净距施工技术》由会员分享，可在线阅读，更多相关《并行隧道超小净距施工技术（5页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。

1、世 界 隧 道2 0 0 0 年增干 X1 ( 3 2 - 3 6 ) 并行隧道超小净距施工技术 钟世航 ( 铁道部科学研究院北京 1 0 0 0 8 1) 摘要本丈以招宝山公路隧道为例， 说明可以采用必要的措施将开挖跨度达 1 4 . 5 m的两并行隧道的净距 缩小到4 m左右， 保留两隧道间的岩体。这项成果在一定条件下具有很好的经济效益。 关挂词并行陇道超小净距施工技米 1 前宫 并行隧道的间距， 按规范要求其净距应保持 1 . 5 -5 倍隧道开挖宽度( B ) 。 例如对于I 类围岩， 两 隧道净距应大于2 . 5 -3 . O B。 对于高速公路、 高等级 公路来说， 这就意味着在道

2、路接近隧道时， 左右幅应 当分叉， 增加了公路占地( 图 1 ) ; 对于复线铁路来 图1 保持较大净距的两并行隧道 说， 若采用两座单线铁路隧道， 则线路必须增大间 距， 由隧道间距控制线路， 特别在站隧相连时， 更增 加了隧道的修建难度。 采用梁柱法或中壁法， 实际上 将两座隧道并成一个两倍跨度的隧道， 是一个办法， 但将大大增加隧道造价， 并且难以解决衬砌防水问 题。 如果能采取必要的设计及施工措施， 使两隧道的 净距缩小到3 -4 m， 保留两座并行的独立的隧道， 工 程造价又不明显地增加， 这将为公路、 铁路带来很好 的经济和社会效益。宁波镇海招宝山公路隧道的建 成， 为此提供了一个

3、成功的实例及可供推广的科研 成果。 该隧道由两座并行的各 3 车道的隧道组成， 开 挖跨度约为 1 4 . 5 m左右， 长1 6 5 m, 隧道穿过 . 类和 w类围岩， 有 1 / 2 为埋深小于2 0 m的浅埋段， 设计 为净距3 . 5 -4 . 2 m的两座并行隧道， 保留两隧道中 .3 2. 间的岩体， 已于1 9 9 8 年初建成。除增加了检测及量 测费用、 控制爆破略增加一些费用外， 其它费用与两 座大净距隧道基本相同。 2 招宝山隧道概况 2 . 1 隧道的自然情况 招宝山隧道为城市高等级公路隧道， 道路为上 下行各 3 车道， 总宽度为1 2 . 7 5 m,隧道东口距跨越

4、 函江的大桥 1 8 号墩仅 8 m， 西口距西引桥 ” 号墩 2 5 m, 隧道穿越招宝山公园， 穿过由流纹岩为主组成 的招宝山。隧道东西口从埋深不足 l m向隧道内逐 渐加深， 最大埋深约 3 5 m， 全隧道不足 2 0 m埋深的 段约占1 / 2 。 埋深浅， 且岩体风化严重。流纹岩节理 发育， 隧道又受4 条断层横切， 断层两侧均有岩体较 破碎的断层影响带， 断层面上有断层泥、 糜棱岩等。 岩体中还有细晶岩脉穿切并强风化成泥状， 开挖后 发现某些段横断面上泥状物占总面积1 / 3 -1 / 2 , 隧 道两端洞口 均有部分在剪切破碎带中。 总的来说， 川 类围岩( 老分类标准， 下同

5、) 约占6 0 写， 其余为IV 类 围岩。 隧道正上方有重点保护文物镇远炮台城门( 干 砌片石建成) 和佛教寺庙圆通寺的建筑。 隧道西口 距 佛教寺庙观音阁的建筑最近才 l o m。 这些都必须在 施工时予以保护。 2 . 2 保留两隧道间岩体的超小净距设计及随道的 某些设计参数 隧道为上、 下行各3 车道的两座隧道组成， 每一 隧道净宽1 2 . 7 5 m， 开挖毛跨 1 4 . 5 -1 5 m， 路面至拱 顶净高8 . 2 6 m， 仰拱底到拱顶开挖岩面高约1 2 . 2 m, 两隧道间净距为4 m( 1 1 类围岩) -4 . 2 m( N 类 围岩) ， 东洞口与桥相衔接， 净距

6、缩小到3 . 4 m, 初期支护采用格栅拱架+钢筋网+喷混凝土 ( 2 5 c m厚) +系统锚杆的形式， 二层衬砌为厚 3 5 c m 钟世航: 并行隧道超小净距施工技术 c N 类围岩) 及4 5 c m ( N 类围岩) 的模筑混凝土衬砌，两层衬砌之间设防水板( 图2 ) . 图2 招宝山 隧道横断面 这样一种设计是基于岩体力学角度来考虑， 充 分利用隧道围岩的自 承、 自 稳能力， 将支护看作促成 围岩自 稳的措施， 通过加固围岩来利用岩体以达最 合理而经济。 随道采用这种结构形式施工技术比较简单， 工 序安排比较灵活， 造价比中间柱梁法和双连拱隧道 要低 3 0 %-5 0 ， 比建

7、造两座较大的净距的隧道造 价几乎相等或略高一点( 主要在加强A侧监控和控 制爆破方面要多投人一些力量) 。 3 保证超小净距并行成道安全的措施 3 . 1 设计的技术路线 立足在加固、 稳定和利用围岩， 采用喷锚构筑 法， 以初期支护作为主要受力结构。 采用预加固围岩 的办法， 特别要加固两隧道间夹的岩堪。 隧道开挖 时， 特别是开挖边墉时， 要采用控制爆破， 减小对两 隧道间岩墙的破坏。通过it测监控进行信息化设计 和信息化施工， 并视工程设计与施工信要进行必要 的质量检侧及地质预报。 3 . 2 随透设计时对施工过程中国岩力学形态进行 数位模拟， 以确定采取的措施 两个超小净距并行隧道若不

8、采取必要的措施， 隧道围岩一定会在施工时发生破坏。为了解发生破 坏的部位与形式， 以便采取加固措施， 要进行施工过 程中围岩力学形态的数值模拟。 对招宝山隧道， 选取 不同开挖顺序、 不同工况以及不同的围岩力学参数 等 2 0 余种情况进行模拟后， 掌握了以下规律: a . 陇道拱部以 上岩体， 在岩体抗拉强度偏低的 情况下( 节理岩体多数抗拉强度都较低) ， 将出现拉 裂区， 在埋深l 0 m的情况下， 在开挖第二座隧道后， 拉裂区 将发展到地面. 若岩体抗拉强度较大， 则不会 出现这种情况。 b .隧道埋深在3 5 m时， 两隧道间岩体出现塑 性区。隧道田岩抗拉强度较低时， 塑性区范围大，

9、 从 两睡道间边墉达到了褪道拱腰， 隧道拱顶上方岩体 出现拉裂区。 。 . 陇道间夹岩ja宽为4 m时， 其安全程度远大 于宽为2 . 3 m. d 先开挖， 类围岩一侧的隧道比先开挖N类 圃岩隧 道对围岩来说力学形态要有利一些。 根据数值棋拟的 情况， 可以 得出结论: a . 加强团岩， 增大赚道拱顶和两隧道间岩体的 抗拉强度是最重要的措施。 b . 要对围岩进行预加固。 。 . 掌握合理的施工顺序。 d . 要保护围岩、 尽t减小开挖爆破对两隧道中 夹岩墉的破坏。 3 . 3 奋理的施工顺序 原则上采用一座隧道先开挖， 完成初期支护和 仰拱、 加强拱部岩体和两隧道中夹岩体后， 再开挖第

10、二座隧道的施工顺序。 由于施工的 安排及需求， 改为 两隧道弧形导坑错开一定距离先后开挖( 开挖面错 开l o o m以上) 并及时完成初期支护， 然后用穿通两 .3 3. 世 界 隧 道 隧道的低预应力全长粘结水泥砂浆描杆加固两隧道 中夹岩体的拱砚以下部位。 采用长正台阶法开挖。 第 一座陇道下半部开挖、 完成初期支护和抑拱并预加 固两隧道中夹岩墙， 由t测资料指标达到基本稳定 后， 再开挖第二 座隧道。 第二座隧道开挖支护并完成 仰拱后， 达到基本稳定， 再施作两隧道二次棋筑混凝 土衬砌. 3 . 4 磨体的加周技术. 1 . 两成道间夹岩姗的加团， 是隧道建造成功的 关键。 ( 1 )

11、两隧道弧形导坑开挖并施做初期支护后， 用 穿通两陇道的水平低预应力全长砂浆锚杆加固岩 体。 加固段从拱膜部位到拱脚， 这些部位的锚杆长度 为 4 . 5 65 m。 ( 2 ) 在先并抢的 第一座撼道边J.开挖后， 立即 用 长达第二座陇道开 挖轮廓的 水平全长 砂浆锚杆加固 两陇道中夹的边墙岩体并完成其它初期支护。 这些锚杆要求注浆完全饱满。 它们施做之后， 将 起如下作用: 增大岩体抗拉( 抗剪) 强度， 从而增大岩堵的 极限抗压、 抗剪强度. 随粉岩体水平方向的变形， 将增大对岩体变 形的水平约束， 并增大， : ， 相应增大岩体的极限强 度。 预设的两隧遭中夹岩墉的水平锚杆， 在第二

12、座胜道开挖.破时， 将预加固第二座隧道内 侧边城 的岩体。 减小开挖姗破对岩体的 破坏及振动影响， 2 中夹岩墉为极软弱岩体时的支护描施。 胜遭围岩中穿擂一些细晶岩脉， 均已风化成泥 状， 断层两侧还有破碎带及断层泥。 这些极软弱的岩 体若分布在两睡道间夹的岩墉中， 依书水平砂浆描 杆的加固是不够的。为此， 采用以下办法: 在这些极 软弱岩体段， 在两胜道相邻月拱部的格祖拱架下设 立相钢纵向托粱， 边瑞的格.拱架间距加密到0 . 5 m 一福， 并及时完成喷混凝土层， 利用这种较强大的俐 筋棍舰土的边靖支护， 支承隧道拱脚下压的荷载， 转 移和减小边墉岩体的应力。 3 . 极浅埋段地面预设铅垂

13、向锚桩。 为避免极浅埋段拱顶上方岩体出现发展到地面 的拉裂区， 对埋深不到 1 0 m的浅埋段， 在雄道开挖 前预设铅垂向锚桩( 以3 根一束那2 m m锅筋插人钻 孔中， 徽注水泥砂桨) ， 在成道拱顶， 描桩深达拱顶开 挖轮膝外 。 . 5 m, 脸道边绪部位桩底达拱脚标高。 锚 桩将岩体连成整体， 大大增加了这块岩体的抗拉、 扰 剪强度。 3 . 5 拉制爆破 控制婚破的目标是: ( 1 ) 在开挖第二座隧道时， 第一座隧道已形成临 空面， 故第二隧道开挖姗破时要控制向第一座隧道 方向对两隧道中夹岩体的冲 击力。为此采取以下措 施: 控制开挖时的姗破炸药i t . 开挖下半部时， 充分利

14、用弧形导坑这个临空 面。 开挖第二座隧道下半部时， 命第一座隧道一 侧预留厚 4 m左右的岩体作隔离层， 这祥加上中夹 岩崎的4 m ， 在第二座越道下半部娜破开挖时， 命第 一座越道一侧可有约8 m厚的岩体抵抗娜破冲击 力。 ( 2 ) 减小姗破对两隧道中夹岩体的破坏， 将破坏 深度控制在0 . 8 -1 m内。采取措施为: 在姗振隔离层与开伦岩体之间采用预裂爆玻 形成隔振面， 减小姗破对两隧道中夹岩体的破坏。 即 预裂面不是按常规地设在陇道开挖轮脚面， 而是在 其约4 r n外设立。 在开挖第二座隧道相邻第一座滋道的边堵部 分时预留光面层， 搞好光面姗破。 ( 3 ) 防止对雄道西口外观音

15、阁建筑物及隧道顶 上方镇远炮台城门及回通寺的建筑物的破坏。 对地面被保护建筑物的 质点振动速度控制在不 大于3 c m / s ; 在开挖第二座隧道时， 第一座隧道各处 姗破振动速度控制在1 3 c m / s 以下。 3 . 加班信态化设计及信息化施工 ( 1 ) 眺道掌子面前方地质预报。 利用各种手段查明前方不良 地质， 遨免出现坍 方。 首先加强越道施工地质工作， 及时掌握掌子面揭 肠的软弱岩体 并推延到前方。 并采用陆地声纳等地 质预报方法及仪粉摘清掌子面前方软弱岩体的位 t。 在开挖雄道上半部之后， 绘出起拱面的地质平面 图， 以指导对两隧道中夹岩场采取的施工描施。 ( 2 ) 锚杆

16、注浆饱脚密实度的检侧。 本隧道的全长注浆锚杆是主要的加固岩体措 施， 而往浆是否饱浦、 杆体是否够长是关健。 为此， 采 用M-1 0 锚杆检侧仪作质f枪侧， 确定杆体锚人深 度和锚固水泥砂浆的饱满密实度。 凡不合格的锚杆， 均要采取补救措施. ( 3 ) 姗破对岩体破坏深度的检侧。 对两隧道中夹岩体用声波法检测姗破破坏深 .3 4 ， 钟世航: 并行隧道超小净距施工技术 度， 并及时反长以保证破坏深度控制在设计规定范 围之内， 或采取其它加固岩体措施。实践结果， 最终 将破坏深度控制在。 . 6 -0 . 7 m以内( 图3 ) . 3 2 110 r 盘 l . 砚 玻 坏 区 I 孔侧 食.月娜 口 绷溯潮潮 0 0 . 2 0 滋0 . 6 0 . 8 1 . 0 1 . 2 1 A 1 . 6 1 . 8 2 . 0 2 . 2 2 . 4 2 . 6 2 月 3 刀 3 . 2 图3 招宝山隧道用声波法检测 爆破对岩体破坏深度曲线之一 ( 4 其它AM监控手段。 包括浅埋段地面下沉、 地面至拱顶标高岩体垂 直相对位移、 喷层切向应变、 中夹