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1、土夹石围岩铁路双线隧道施工工法1、前言 土夹石围岩极易坍塌变形，有时土砂常与水一齐涌出， 浅埋时易坍塌至地表。因此、施工难度较大，选择先进、 科学、合理的施工方法至关重要。我项目部对土夹石围岩 隧道经过技术攻关、应用超前导管注浆预支护、三台阶七 步短台阶留核心土环向人工配合小型挖掘机开挖掘进；锚 、网、喷联合支护、量测监控；仰拱超前施做、全断面衬 砌紧跟；短开挖、紧支护、勤量测、早封闭、快衬砌施工 技术在宋家梁隧道实施，确保了安全、质量和工期。在张 唐铁路项目取得了较好的信誉和效益，经总结整理形成本 工法。n2、工法特点n2.1、三台阶七步短台阶留核心土环向开挖，锚、网、喷 联合支护，仰拱超前
2、施做，全断面衬砌紧跟施工，确保隧 道施工安全优质高效。n2.2、短台阶开挖、快衬砌、早封闭，施工作业虽空间小 、但满足小型挖掘等机械平行施工作业，减少了对围岩的 扰动。n 2.3、适应不同跨度和不同断面形式，不需架设及撤除临 时支护，所需人员、设备少，工艺可操作、易推广、省投 资。n3、适用范围n本工法适用于铁路、公路土夹石围岩隧道施工；对大跨度 地下工程及其它交通、水利水电、工业民用建筑工程施工 亦有参考价值。 4、工艺原理 三台阶七步短台阶留核心土作业法是采用短台阶，分 步平行开挖，分步平行施作拱墙初期支护，保护围岩 的自然承载力，有效抑制围岩变位，失稳，经监控量 测信息化反馈指导施工，及
3、时调整支护参数和混凝土 衬砌施工时间。 5、施工工艺流程及操作要点 5.1工艺流程转入下一道工序整体模筑衬砌整体模筑衬砌转入下一道工序初期支护开挖上、中、下台阶预留核心土左右错开开挖中台阶，施作初期支护左右错开开挖下台阶，施作初期支护超前支护测量放样施作仰拱施作仰拱填充围岩稳定性评判、 修正支护参数分段开挖隧底，施做初期支护断面检查否满足整体模筑衬砌图5.1-2 开挖步骤图衬砌仰拱 栈桥施工步骤：第1步：施作超前支护后，开挖拱部弧形导坑，预留核心土 ，施作拱部初期支护；第2、3步：开挖左右侧中台阶并施作初期支护；第4、5步：开挖左右侧下台阶并施作初期支护；第6步：分别开挖上、中、下台阶核心土；
4、第7步：开挖隧底并施作仰拱初期支护封闭成环图5.1-3 开挖透视图图5.1-4 施工工序l5.2施工步骤l5.2.1、超前支护l1注浆参数设计l超前小管在拱部131.4范围内设置长3.5m的42超前小导 管，t=3.5m，环向间距33cm，每2榀格栅施作一环，其纵 向搭接长度不小于1.0m（图5.1-4），注浆材料为1：1水 泥浆，注浆压力0.51.0Mpa，注浆量以单孔注浆量及扩 散注浆量计算，采用经验公式，并根据实验取得适合的各 项工艺参数。Q=R12L+R22LN （5.2.1-1）式中：Q设计 注浆量m3R1注浆小导管内径m R2浆液扩散半径mL设计注浆孔深m N围岩空隙率：取0.15
5、0.20浆液填充系数：取0.70.8浆液有效增长系数：取1.1超前小导管注浆设计参数 表5.2.1-1序号项目单位参数备注1注浆终压Mpa0.5-1.02小导管内径mm353扩散半径m0.34导管间距m0.335导管外插角10156注浆孔深m3.507水泥浆浓度0.5:1-2:18水泥#4259单孔注浆量M30.150.18图5.2.1-1 超前支护示意图n2预注浆施工n超前支护施做严格控制间距，岩体中注入浆液并确保浆液 饱满；在确保浆液饱满的同时具有一定的扩散性；充分发 挥其超前支护“棚架”作用。n注浆前先将掌子面初喷5混凝土，形成止浆墙，用YT28 凿岩机钻孔，钻头直径40cm。为防止小导
6、管注浆口损伤 ，采用自制长20cm的套管连接于凿岩机上，撞顶注浆管 环，确保小导管按设计要求安装到位。注浆次序自两拱脚 向拱顶顺序进行。压浆时根据注浆参数来控制注浆压力， 若个别注浆孔注浆不通畅而被提前终止，可在临近孔内适 当加压补浆。n 全部注浆完成后，间隔2小时即可进行钻孔检查注浆。检 查开挖轮廓线周围的围岩固结情况，同时弥补上一次注浆 时浆液末达到的注浆死角。n5.2.2掘进开挖n三台阶七步短台阶留核心土环向开挖施工步骤见(图5.1-2) ，开挖透视图(图5.1-3)，施工工序见(图5.1-4)所示。n第1步，上部弧形导坑开挖：在拱部超前支护后进行，环 向开挖上部弧形导坑，预留核心土，核
7、心土长度宜为3 5m，宽度宜为隧道开挖宽度的1/31/2。开挖循环进尺 应根据初期支护钢架间距确定，最大不得超过1.5m， 开挖后立即初喷4cm混凝土。上台阶开挖矢跨比应不大于 0.3，开挖后应及时进行喷、锚、网系统支护，架设钢架 并复喷至设计厚度。n第2、3步，左、右侧中台阶开挖：开挖进尺应根据初期支 护钢架间距确定，最大不得超过1.5m，开挖高度一般 为33.5m，左、右侧台阶错开23m，开挖后立即初喷 4cm混凝土，初喷混凝土后及时安装系统锚杆，挂钢筋网 ，接长钢架并复喷至设计厚度。 n第4、5步，左、右侧下台阶开挖：开挖进尺应根据初期支 护钢架间距确定，最大不得超过1.5m，开挖高度一
8、般为3 3.5m，左、右侧台阶错开23m，开挖后立即初喷 4cm混凝土，初喷混凝土后及时安装系统锚杆，挂钢筋网 ，接长钢架并复喷至设计厚度。n第6步，上、中、下台阶预留核心土开挖：各台阶分别进 行，台阶开挖长度宜为35m，上台阶高度为1.52.5 m，中、下台阶高度为33.5 m。 n第7步，隧底开挖：开挖长度宜为23m，开挖后及时施 作仰拱初期支护，完成两个隧底开挖、支护循环后，及时 施作仰拱，仰拱分段长度宜为46m。 n5.2.3初期支护n初期支护由喷射混凝土、锚杆（管）、钢筋网和钢架等组 成，各部分联合受力。初期支护应在开挖后立即施作，以 保护围岩的自然承载力，其施工工艺流程见(图5.2
9、.3-1) 。清理岩面初喷混凝土封闭岩面施作系统锚杆，挂钢筋网安装钢架复喷混凝土至设计厚度围岩量测数据分析、反馈 开挖图5.2.3-1 初期支护施工工艺流程l1 初喷混凝土封闭岩面l1） 初喷混凝土应在开挖后立即进行。l2） 用高压风自上而下吹净岩面，埋设控制喷射混凝土厚 度的标志钉。l3） 喷射混凝土必须满足设计强度、厚度及其与岩面粘结 力要求。l4） 喷射作业应分段分片依次进行，喷射作业从拱脚或墙 脚自下而上进行，这也是避免上部喷射回弹料虚掩拱（墙 ）脚；先找平凹洼部分，后喷射凸出部分，各部平顺连接 。喷头应与受喷面垂直，喷嘴口至受喷面距离宜保持在 1.02.0m，沿水平方向以螺旋形划圈移
10、动。l2 系统锚杆、钢筋网施作l1） 初喷混凝土后应及时施作锚杆，锚杆必须设置垫板。 隧道拱部系统锚杆为25中空锚杆，边墙为22砂浆锚杆 。 2） 加强拱（墙）脚锁脚锚管施工，各台阶每单元钢 架拱（墙）脚处左右均应设置锁脚锚管，锁脚锚管为 42mm，壁厚5mm，长度为4m，上台阶每拱脚处 设置4根，中台阶、下台阶每拱脚处设置2根，钻孔角 度为45，以控制基脚变形。 3） 钢筋网采用纵向为8环向为6的HPB235钢筋 制作，网格尺寸采用20cm20cm，搭接长度为1 2个网格，网片间采用焊接方式连接。 4） 钢筋网随受喷面起伏铺设，其间隙不应大于3cm ，钢筋网应与锚杆、钢架连接牢固，且钢筋保护
11、层厚 度不应小于4cm。 3 钢架安装 1） 拱部单元安装工序：放样确定钢架基脚位置施 作定位锚杆架设钢架布设纵向连接筋。n2） 墙部单元安装工序：墙脚部位铺设槽钢垫板施作定 位锚杆对应拱部单元架设墙部钢架单元布设纵向连接 筋。连接筋在确保根数不变的情况下，略增加其长度， 改变“一”字型的连接为“之”字型的连接方式，使拱架相互 间形成桁架效应，提高拱架与拱架之间相互牵制性。拱、 墙部钢架单元采用栓接的方式连接。n3） 施工注意事项及要求：n 钢架拱（墙）脚应架设在稳固的基岩上或底部铺垫槽 钢，以保证钢架基础稳固。安装前应清除基脚下的虚碴、 虚土及杂物。n 钢架安装允许偏差：钢架间距、横向位置和
12、高程与设 计位置的偏差不超过5cm，垂直度允许偏差为2。n 钢架应与纵向连接筋、锁脚锚管焊接牢固，以增强钢 架的整体稳定性。w 锁脚锚管施工应作为施工质量控制的重点，锁脚锚管 通过U筋与钢架焊接牢固。钢架连接板采用栓接牢固连接 。 w 钢架和初喷混凝土间有较大间隙时，每隔2m应采用骑 马或楔形垫块顶紧；钢架与围岩的间隙不应大于5cm。 w4喷射混凝土厚度应符合设计要求，二次复喷混凝土应分 层喷射，每层厚宜为56cm。喷射混凝土表面应平顺， 无空鼓、裂缝、松酥，平整度宜采用2m靠尺检查，允许 偏差为侧壁5cm、拱部7cm。喷混凝土采用工艺，使 得喷射混凝土紧密和围岩相粘结，无论超挖多严重，严禁
13、在喷混凝土内部填塞片石，确保监控量测数据的真实可靠 性。 w5.2.4施做仰拱及填充 隧底开挖应采用全幅分段施工，上面铺设仰拱栈桥，每循 环开挖长度宜控制在23m。每开挖一段及时施做一段仰 拱，确保仰拱施做及时紧跟开挖面，使初期支护及早封闭 成环。仰拱开挖时监控量测随时进行观测。当仰拱施工滞 后下部台阶开挖面3040m时，应停止前方工作面开挖。 隧底开挖后，应及时清除虚碴、杂物、泥浆、积水，立即 初喷4cm厚混凝土封闭岩面，按照设计要求安装仰拱钢架 ，复喷混凝土至设计厚度，使初期支护及时闭合成环。 仰拱应超前拱墙衬砌，每循环浇筑长度宜为46m，仰拱 应采用浮放模板支架成型。仰拱混凝土分段全幅浇
14、筑，一 次成型，不留纵向施工缝，仰拱施工缝和变形缝应设置止 水带。仰拱表面应平顺，不积水。v仰拱填充混凝土应在仰拱混凝土终凝后浇筑，浇筑前应清除 仰拱表面的杂物和积水，连续浇筑，一次成型，不留纵向施 工缝。填充混凝土强度达到5MPa后允许行人通行，达到设 计强度的100后允许车辆通行。仰拱填充表面坡度应符合 设计要求，应平顺、排水通畅、不积水。 v 5.2.5围岩量测v 加强监控量测指导施工，修正支护参数，监控量测采用8点 测量法，布点：每5m设一个量测断面。每次测试成果后及 时绘制变形散点图，以分析初期支护的可靠度，随时掌握支 护变形的动态。v采用无尺量测进行隧道洞内拱顶下沉和周边收敛量测。
15、对施 工过程中围岩及支护结构的稳定状态进行动态跟踪，合理安 排施工工序，及时根据量测结果调整支护工艺参数。w监控量测工作必须紧跟开挖、支护作业进行布点和监测，量 测数据可运用工程类比法及时分析反馈，必要时应根据分析 结果调整支护参数，以保证施工安全。 w量测项目可分为必测项目和选测项目，必测项目见（表5.2.5 -1），选测项目可结合工程实际情况，按照铁路隧道监控 量测技术规程的规定选取。 w监控量测必测项目 表5.2.5-1序号监测项目测量方法和仪表测量精度备注1洞内、外观察 现场观察，地质罗盘仪2初期支护拱（墙）脚净空变化 采用非接触无尺量测法，全站仪0.1mm3初期支护拱顶下沉 采用非接
16、触无尺量测法，全站仪0.1mm4 地表沉降 水准测量的方法，水准仪1mm浅埋隧道（H02b） 洞口段、下穿高速公路 （建筑物）段必测5仰拱变化观测水准测量的方法，水准仪1mm选测项目注：H0隧道埋深；b隧道最大开挖宽度。 净空变化量测测点布置和初读数的读取应符合下列规定。 测点、测线布置详见（图5.2.5-1）。图5.2.5-1 净空变化测点布置n1 上部弧形导坑开挖后，布设拱顶下沉测点A和第一条净 空量测基线BB， 并施作拱部初期支护后36h内取得 初读数；n2 中台阶开挖后，布设第二条净空量测基线CC， 并 施作上部边墙初期支护后36h内取得初读数；n3 下台阶开挖后，布设第三条净空量测基线DD， 并 施作下部边墙初期支护后36h内取得初读数；n4 隧底开挖后布设仰
