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1、大断面黄土隧道机械配套和施工工艺（朱华平）内容摘要郑西铁路客运专线黄土隧道， 开挖面积近 170m 2，洞 口段大部分为浅埋、偏压、 湿陷性黄土，隧道开挖后地表沉降及初期 支护的变形均比较大，洞身大部分地段为W级围岩，稳定性较好，沉 降也较小，现国内外并没有成熟的大断面黄土隧道变形稳定性判别标 准，对大断面黄土隧道的设计、施工均缺乏认识与经验。本文通过对郑西线潼洛川、 高桥、凤凰岭三座大断面湿陷性黄土 隧道的施工，分析与总结出大断面黄土隧道V级围岩 CRD法开挖、 W级围岩弧形导坑法开挖施工的合理工序、步长、人员、机械设备配 置，确定出切合实际的进度指标和各个工序的作业循环时间；结合施工取得的
2、经验教训， 总结出大断面湿陷性黄土隧道施工安 全与质量控制要点，并提出需进一步研究探讨的施工技术方案， 如V 级围岩的开挖方法、拱墙脚的加强设计、增加开挖预留沉落量、初期 支护变形不趋于稳定而二衬需提前施作且加强设计、 浅埋段地表全封 闭防水处理及洞内需加固消除湿陷性而进度缓慢增加斜井确保工期 等问题。 关键词 客运专线 大断面黄土隧道 机械配套 施工工艺1 、工程概况郑西客运专线设计时速 350Km/h ，由我单位施工的有潼洛川 隧道，全长 3817m ；高桥隧道，全长 1458m ；凤凰岭隧道，全长 842m 。隧道位于陕西省潼关县与华阴市，隧道洞身位于 I 级 黄土台塬区，表层为第四系上
3、更新统风积砂质黄土及黏质黄土， 下伏第四系中更新统风积砂质黄土及黏质黄土，中间夹有数层古 土壤层。隧道洞口段基本为浅埋，埋深在 545米之间，且有不 同程度的湿陷性。V级围岩开挖面积近170m 2，设计采用CRD法施工。 IV 级围岩采用弧形导坑法开挖。2、大断面湿陷性黄土隧道设计参数隧道内轮廓采用铁道部新近优化后的时速 350km 客运专线隧 道内轮廓，轨面以上有效内净空面积按 100m 2 设计，隧道衬砌采 用曲墙带仰拱的封闭结构，二衬和仰拱均采用 C35 防水钢筋混凝 土，暗挖段采用复合式衬砌。V级围岩采用喷锚初期支护，全断面设125a型钢钢架，间距1榀/0.6m，拱部设 42超前小导管
4、（l-4.5m，环向间距40cm，外插 角510 ，搭接长度羽.5m ）,小导管内充填M20水泥砂浆。拱部 120 范围内采用022药包锚杆，L-2.5m，间距1 Xlm ;边墙22砂 浆锚杆，L-4m，间距1 X1m ,梅花型布置；湿陷性黄土地段拱部120 范围内不设系统锚杆。钢筋网：Q235 8，拱墙布设，钢筋网间距 20X20cm 。喷混凝土采用 C25 喷混凝土，拱墙喷层掺加聚丙烯微纤 维，掺量 1.2kg/m（3） ，厚度 35cm 。二衬混凝土采用 C35 钢筋砼， 厚 60cm 。预留变形量为 10cm 。W级围岩采用喷锚初期支护，全断面设1榀/0.8m工20a型钢钢架，局部含水
5、量较大地段拱部设 42 超前小导管（ l-3.5m ，环向间距40cm ,外插角510 搭接长度1.5m ),小导管内充填M20 水泥砂浆。拱部120。范围内采用022药包锚杆，L-2.5m，间距1 X 1m ;边墙22砂浆锚杆，L-4m，间距1 Xlm，梅花型布置；钢筋 网：Q235 8，拱墙布设，钢筋网间距 20 X20cm。喷混凝土采用 C25喷混凝土，拱墙喷层掺加聚丙烯微纤维，掺量1.2kg/m(3)，厚度35cm。二衬混凝土采用 C35钢筋砼，厚60cm。预留变形量为 10cm。衬砌支护参数：见“双线隧道复合衬砌支护参数”表。双线隧道复合衬砌支护参数表围岩级别初期支护预留变形量二次衬
6、砌喷层系统锚杆钢筋网钢架位置锚杆类型长度间距位置锚杆类型长度间距位置间距钢架类型间距拱墙仰拱c m(m)(m )(m)(m)(cm )榀/m(cm )(cm )(cm )W老 黄土26药包2.51 X1砂浆3.51 X120 X20120a1/0.810506030药包2.51 X1砂浆3.51 X1全 断 面20 X20I22a1/0.8105060V35拱部药包2.51 X1边墙砂浆41 X120 X20I25a1/0.6106070V新 黄土35砂浆41 X120 X20I25a1/0.6106070V下 穿段35药包2.51 X1砂浆41 X120 X20I25a1/0.6128080
7、注：1、湿陷性黄土地段拱部不设系统锚杆，但需布置固定钢架用锚杆，每榀钢架设8根锚杆;2、下穿段指高桥隧道岀口段下穿南同蒲复线地段。隧道防排水采取“防、排、截、堵结合，因地制宜，综合治理” 的原则，满足地下工程国家一级防水标准。防水系统：全隧道拱墙敷设 EVA防水板，防水板厚度1.5mm，土工布重量400g/m 2,隧道二次衬砌采用防水混凝土，其抗渗等级不小于 P8 。排水系统： 隧道内设置双侧水沟， 道床中心设置直径为 16cm 的 半圆形排水明沟。隧道衬砌防水板背后环向设置 100mmHDPE单壁打孔波纹管，间距812m，隧道两侧边墙墙脚外纵向分段设置 lOOmmHDPE双壁打孔波纹管，每段
8、纵向盲沟设置一处(底端) 100mm 泄水孔连接到隧道侧沟，泄水孔间距 12m 。施工缝及变形缝防水设计： 施工缝及变形缝是隧道防排水的薄弱 环节，施工缝表面涂界面剂并设置中埋式止水带、 背贴式止水带防止 地下水的渗入；变形缝防水采用中埋式止水带、背贴式止水带。3、大断面黄土隧道施工方法 在施工工程中严格遵循“管超前，短开挖，强支护，早封闭，勤 量测”的原则，采用动态施工，实行网络信息化管理，加强地质超前 预报，加强对地表、围岩和支护的监控量测，及时对信息进行分析， 以科学、合理的施工方法做到优化施工。3.1 施工方法3.1.1 超前支护3.1.1.1 V级围超前支护V级围岩开挖前沿拱部设计开
9、挖轮廓线外10cm施作超前小导管(L = 4.5m,40cm ),预注M20水泥砂浆加固地层。超前小导管 外插角为35，纵向搭接长度不小于1.5m，采用ZM-12T型煤电 钻钻孔，采用 YT28 型风枪顶进超前小导管，小导管插入孔内的长度不小于管长90%。尾部与型钢钢架焊接固定，JYZ 2型注浆泵进行 注浆作业。制作钢花管：42mm超前小导管在钢构件加工场制作。前端做成尖锥形，尾部焊接 8mm钢筋加劲箍，管壁上每隔15cm交错布 置注浆孔，孔眼直径为68mm，详见图1注浆小导管加工图。小导管安装：采用ZM-12T型煤电钻钻设锚杆孔后，将小导管按设计要求插入孔中，或用YT28型风枪直接将小导管从
10、型钢钢架上部中部顶入，外露端支撑于开挖面后方的钢架上， 与钢架共同组成预支护体系8mm加劲箍42mm普通钢管图1 注浆小导管加工图注浆：注浆设备采用JYZ 2型注浆泵，注M20水泥砂浆，在 管口处设止浆塞。水泥砂浆采用小型砂浆搅拌机拌制， 注浆压力一般 为0.5I.OMPa。注浆前先喷射混凝土 35cm封闭掌子面作止浆 盘，注浆量一般为钻孔圆柱体的1.5倍，若注浆量超限，未达到压力 要求，应调整浆液浓度继续注浆，直至符合注浆质量标准，确保钻孔 周围岩体与钢管周围孔隙均为浆液充填，方可终止注浆。注浆先从拱顶开始向下注，先灌注“单”号孔，再灌注“双”号 孔。注浆参数应根据注浆试验结果及现场情况适当
11、调整。注浆作业中 认真填写注浆记录，随时分析和改进，并注意观察施工支护工作面的 状态，试挖掌子面，无明显渗水时，即可进行开挖作业。工艺流程图：参见图2小导管施工工艺框图3.1.1.2 W级围超前支护本段W级围岩主要以老黄土为主。设计要求在局部含水量大的地 段，拱部采用42小导管进行超前支护。具体钻孔、插管施工方法 同V级围岩小导管施工方法。注浆：注浆采用M20砂浆，具体注浆方法及工艺同V级围岩小 导管注浆施工方法。图2小导管施工工艺框图开挖3.121 V级围岩开挖黄土隧道V级围岩采用CRD法进行开挖。其工艺流程见图3。V级围岩段设计开挖断面尺寸为：15.20m xi3.18m （宽X高）,包括
12、预留变形量10cm,开挖断面积163.81m 2。CRD法开挖将断面分隔成左右两侧、上、下部及底部六个部分，根据临时支撑形式，先开挖左上导，开挖采用预留核心土法施工（核心土高度距拱顶1.6 1.8m,距边墙3m ,距中隔壁2m ,核心土顶部留图3 V级围岩开挖施工工艺流程图超前地质预报测量放线左侧拱部超前支护左侧上部开左侧上部、上部中隔壁围岩监控量测左侧下部开挖、出碴左侧下部初期支护围岩监控量测基底加固左侧底部开挖、出碴左侧仰拱初期支护7 / 32围岩监控量测*加1【七1+乂17二刀 Wr 士“1上1口 MVF右侧上部开挖出碴开碴右侧上部、上部中隔壁1T子加【卞立I7ZIX 站 山施/ I I
13、I| p / I1J Q、 | H J=l.r/TH【甘口士口丿|旳| 口門r理右侧底部开1挖、出碴Fnrr -LPrt I丄宀右侧仰拱初丿J期乂护长1.5m平台便于人工操作，纵向为1:1降坡至开挖线底部），一次掘进 1 榀。采用挖掘机开挖，先开挖边墙处，再开挖中隔壁一侧，预留30cm，采用人工开挖至设计轮廓线。再开挖右侧，右侧滞后左侧 控制在10米以内。每侧上部台阶长度控制在3m左右；中部台阶长度 控制在 6m 以内；下部开挖，根据仰拱施工离掌子面的距离不超过 30 米的原则及时跟进。洞内出碴采用挖掘机装碴， 自卸汽车运输。开挖和装碴同时作业。3.1.2.2 W级围岩弧形导坑法开挖本线黄土隧
14、道W级围岩采用弧形导坑预留核心土法进行开挖。其工艺流程见图 4。 开挖方法W级围岩段设计开挖断面尺寸为：14.82m x12.80m （宽X高）包括预留变形量10cm，开挖断面积155.08m 2。采用弧形导坑预留 核心土法进行开挖，将整个断面分成上、中、下以及底部四部分台阶 错台开挖。其中上部超前中部35m，中部超前下部35m，下部 超前底部10m，逐级掘进开挖。为方便机械作业，上部开挖高度控制在 4.5m左右，中部台阶高 度也控制在4.5m左右，下部台阶控制在 3.5m左右。W级围岩局部含水量大的地方，在开挖前拱部环向以40cm间距 采用L=3.5m长的42超前小导管对开挖岩体进行注浆预加固，待 浆液达到一定强度后，采用小型挖掘机开挖，并预留一定厚度由人工 持风镐修边到位，保证轮廓的圆顺和平整。 开挖及出碴设备根据断面尺寸，W级围岩开挖仍采用 1台PC225型挖掘机开挖 作业，按照左右分部交错开挖的方式开展开挖作业。 根据各部开挖尺 寸，图4W级围岩开挖施工工艺框图上 中 下 部进性评完全满足该挖掘机作业空间需要。洞内出碴采用 PC225 型挖掘机装碴，也可采用装载机配合装
