《第二章不稳定地层隧道洞身段施工技术》由会员分享，可在线阅读，更多相关《第二章不稳定地层隧道洞身段施工技术（16页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第二章不稳定地层隧道施工技术引言东马各庄隧道所处位置地质条件大都复杂多变，特别是洞口段围岩一般较为破碎，多为严重风化的堆积体，且覆盖层一般较薄，顶部为第四系坡积物，主要为粉质粘土及碎石。而且东马各庄隧道雨季可能出现淋流滴水，在此情况下不稳定地层极易受到降水的影响，从而造成隧道围岩恶化。不稳定地层即软弱地层的特点是：结构松散、胶结性弱、岩体稳定性差、在施工过程中极易发生坍塌，若有地下水则更严重。在开挖到距离洞口不远的洞身时，并且在上复层很薄的情况下，对于主要为粉质粘土及碎石的围岩，极易破坏山体原有平衡，如果不采取有效的施工措施和方法可能导致洞身塌方而无法进洞。而且，浅埋隧道在开挖时难以形成承载拱
2、，下沉变形容易直达地表。因此，不稳定地层隧道浅埋洞身段施工中应采取必要而有效的支护 手段，对确保隧道施工和后期运营安全具有重要的作用。为此，本章以东马各庄隧道不稳定地层洞身段施工为背景，详细介绍进洞施工方法，同时阅读大量国内外相关文献，并且结合国内外不稳定地层隧道施工经验，总结并提出不 稳定地层隧道洞身段施工技术。工程概况张涿高速公路位于河北省西北部、北京市西部，局部地段位于两行政区的接合部位。该高速公路的建设将直接沟通河北北部与中部的交通往来，缓解北京市的交通压力，对河北南北经济发展将起到关键的作用。东马各庄隧道，隧道右线从YK83+164YK84+381,全长1217.0m,左线从ZK83
3、+157ZK84+370,全长1213.0m，隧道设计采用分离式洞室， 相邻两侧轴间距约 25.035.0m,设计隧道采用双车道，隧道净宽12.75m，高5.0m，设计标高左线 380.36361.10m,右线380.23360.69m,设计车速100km/h。工程地质及水文地质特征东马各庄隧道左线 ZK83+157ZK83+210 ( 53m)为五级浅埋，岩层走向与洞轴交角 61 度，围岩主要为侏罗系东岭台组凝灰岩，呈暗紫褐紫色，块状构造，属较坚硬岩，发育二组节理，层间结合差。凝灰岩Rc=37.2MPa, C=0.2MPa “ =25.3 ，软化系数 0.57。隧道围岩波速12001700m
4、/s，完整性系数0.200.40，岩体破碎较破碎，岩体稳定性差。顶部为第四系坡积物，主要为粉质粘土及碎石。隧道出水形式以潮湿及滴水为主，雨季可能出现淋流。BQ=206.6，其中埋深13.6-24.1 米。隧道右线K84+250K84+330为四级围岩，岩层走向与洞轴交角34度，围岩主要为侏罗系东岭台组凝灰岩，呈红褐色，块状构造，属较坚硬岩，发育二组节理，层间结合较差。凝灰岩 Rc=43.4MPa, C=0.4MPa, =35.2。，软化系数 0.70。隧道围岩波速 13502450m/s,完整性系数0.350.65，岩体较破碎较完整，岩体稳定性较差。隧道出水形式以潮湿及 滴水为主。BQ=285
5、.2，其中埋深24.6-40米。本区含水岩组主要以裂隙水、孔隙水为主，富水性具有明显的不均匀性，多以淋流方式充入下部。而隧道底标高均在地下水位以上，洞身和洞身以上含水岩组虽有储水能力， 但无储水条件，所接收的大气降水，一部分通过地表径流而排泄，一部分通过岩体裂隙、 孔隙渗入地下，最终渗入深部。综合分析表明，本区各含水岩组不会发生涌、突水现象。公路隧道围岩分级及本隧道围岩分布情况公路隧道围岩分级围岩级别岩土体主要定性特征围岩基本质量指标BQ一类坚硬岩，岩体完整，巨整体状或巨厚层状结构 550二类坚硬岩，岩体较完整，块状或巨厚层状结构 较坚硬岩，岩体完整，块状整体结构550-451三类坚硬岩，岩体
6、较破碎，巨块石碎石状镶嵌结构较坚硬岩或较软硬岩层，岩体较完整，块状体或中厚层结构450-351坚硬岩，岩体破碎，碎裂结构，较坚硬岩，岩体较破碎，镶四类嵌碎裂结构；较软岩或较硬岩互层结构，且以软岩为主，岩 体较完整-较破碎，中薄层状结构350-251较软岩，岩体破碎；软岩，岩体较破碎五类极破碎各类岩体，碎裂状，松散结构第四系半干硬至硬塑的粘性土及稍湿至潮湿的碎石土 250六类软塑状粘性土及潮湿，饱和粉细砂层、软土等隧道名称线位隧道桩号隧道长度围岩长度IIIIVV左线左 K83+157K83+21053东左线左 K83+210K83+660450马左线左 K83+660K83+960300左线左
7、K83+960K84+040121380各左线左 K84+040K84+190150左线左 K84+190K84+300110庄左线左 K84+300K84+37070右线右 K83+164K83+24076隧右线右 K83+240K83+650410右线右 K83+650K83+980330道右线右 K83+980K84+1201217140右线右 K84+120K84+250130右线右 K84+250K84+33080右线右 K84+330K84+38151东马各庄隧道不稳定地层洞口段修建技术东马各庄隧道左右线进口围岩主要为暗紫褐紫色凝灰岩，发育二组节理，层间结合差，顶部发育第四系坡冲洪
8、积粉质粘土及碎石，围岩级别为v类，围岩稳定性很差，隧道埋深很浅。由于洞口地质条件差 ，隧道埋深浅，因此，安全顺利地通过洞口浅埋段，对隧道顺利 施工至关重要。鉴于洞口处围岩性质很差，东马各庄隧道对洞口处施工作如下处理： 隧道进洞前按设计对边仰坡进行放样，山坡危石及时处理，土石方开挖按至上而下顺序分层开挖。 地表预加固。为防止不稳定地层滑移开裂现象出现，首先对地表进行预加固，并且在距离洞门顶5米处设截水沟。东马各庄隧道进行地表与加固是在隧道上部地表钻 设直径lOOmnt勺孔，间距为150x 150cmo对地层进行地表注浆加固后，再在孔中插入由三根直径12mr形成的钢筋笼。其中加固范围横向为衬砌中心
9、线左右各8.25m,纵向范围为洞身浅埋段；当锚固砂浆达到设计强度的百分之七十以上时，才能进行隧道开挖。 为了确保洞口稳定性及施工安全，隧道轮廓线外4r范围内采用打砂浆水平锚杆强支护处理，其中砂浆锚杆直径 22mm间距1.5 m,梅花型布置，打3.5深m；并且挂直径6mm勺钢筋网，间距为20x 20cm；最后喷射厚度为15cm的C20昆凝土。洞口边坡、 仰坡的坡率1: 0.75。 隧道开挖遵循新奥法：采用短台阶法、弱爆破、早封闭、强支护、勤测量。东马各庄隧道边仰坡断面图大管棚护拱施作鉴于隧道洞口段埋深浅， 地层性质极差，并且受降水的影响洞口易失稳， 在施工中为了 保证施工安全和顺利进洞，东马各庄
10、隧道除了采取地表预注浆外，洞口段还采取了大管棚超前支护措施对不稳定地层进行加固，事实证明采取该措施能提高地层强度和自稳能力，改善地层性质，维护开挖面及边、仰坡稳定，提高施工进度及安全性，发挥超前支护作用，并且 为今后在不稳定地层中安全进洞提供了依据。东马各庄隧道管棚施工采用127X4的热轧无缝钢管，每节长度为4-6m，每节采用丝扣连接。钢管口段 2.5m不开口，剩余部分每15cm间距钻12的小孔用于注浆。注浆材料 0.5 : 1的水泥砂浆。洞口管棚区长40m,环向钢管共43跟，分别以中间管向两边以 40cm环向分布，外插角约为 1-2。管棚搭接长度不小于 1.5 m。(1) 施工工艺：施作前，
11、进行复测中线及水平基点等施工准备，钻孔时把套管与钻杆同时钻入隧道顶板前端至设计深度；成孔后，取出钻杆把套管留在孔内供护孔用；把钢管终 端插入套管内，并且终端要密封，每节钢管用丝扣连接；钢管口端周围岩壁用水泥密封； 注浆管用高压把水泥浆液压入钢管内并通过钢管孔压注入地层缝隙内，固结附近岩土层。(2) 施工要点：导向墙自二衬外轮廓线起厚度1米，浇筑时埋导向管，导向管焊接在工字钢上，施作套拱时将洞端钢架浇注在内，埋设导向管应严格控制好其仰角。由于管棚较长，钻进时要保持一定的仰角，防止变形侵入设计开挖界限。注浆时浆液浓度应由稀到浓， 直到达到设计值。东马各庄隧道修建技术支护方案针对东马各庄隧道左线 Z
12、K83+157ZK83+21( 53m)及右线 YK83+164YK83+24C0 76m),均为五级围岩，甚至可以定为六级围岩，主要为粉质粘土及碎石。东马各庄隧道衬砌采用 了既能满足较大承载能力、又能满足净空要求的曲墙式带仰拱复合衬砌结构。这种结构能 适应不稳定地层围岩隧道拱部承受很大的围岩压力外，边墙和底部亦承受很大的压力。隧 道初支采用122b工字钢钢 架做骨架，沿隧道纵向每0.5 m设置1榀；每榀设两个 可缩接头，接头最大可缩量为10 cm。隧道拱部设42超前注浆小导管，壁厚 4mm的热轧无缝钢管，长5 m,管口段1.0m钢管不开孔，其余部分按15cm间 距交错设置注浆孔，孔径8mm；
13、纵向间距2.0 m，环向间距0.5 m，前后环搭接 长度为超前长度的40%60%左右，外插角为15。超前 42mm小导管施工前， 先行测量并标定钢管的位置，然后用人工手持风钻钻孔，钻孔完成后，经检查 钻孔的位置、深度、方向符合设计要求后，方可进行小导管安设。系统锚杆采 用RD25N 25型普通中空注浆锚杆，杆长4.0 m，纵环向间距为50X 75cm。为 防止隧道开挖后出现底鼓，仰拱采用122b工字钢钢架做骨架，沿隧道纵向每0.5 m设置1榀来加固底部围岩，而且每榀钢拱架用 25mm钢筋连接已增加稳 定性，然后模筑28cm厚的C25混凝土，再绑扎钢筋，完毕后浇筑 60cm厚的 C30混凝土，最
14、后用C15片石混凝土回填仰拱。这种由超前注浆小导管、锚杆、 钢拱架、喷射混凝土组成的联合支护结构，体现了管超前、严注浆、强支护的 隧道支护原则，经施工验证是完全合理的。施工技术锚杆平面展布图1:100纵向V级围岩浅埋复合式衬砌横断面图?42mm、导管，L-5m,环向间距40cm角度约15左右（进洞后）25mm中空注浆锚杆，L-4.0m， 间距 100 x 70cm8mm钢筋网,20 x 20cm双层）122 b钢拱架,纵向间距50cm喷C25昆凝土 28cmC30钢筋混凝土二次衬砌60cm开挖本隧道此段地层层间结合差，顶部发育第四系坡冲洪积粉质粘土及碎石， 围岩稳定性很差，因此采用小导管注浆超前支护，超短台阶法开挖。东马各庄 隧道的开挖流程如下图所示3-1 o不稳定地层地段采用 管超前、严注浆、短进尺、弱爆破、强支护、勤量测、 早封闭”的施工方法，严格控制装药量，以减少对围岩的扰动，并适当预留沉降 量o开挖方式采取环形导坑预留核心土施工方案，减小围岩变形，并及时施作仰拱，封闭围岩。隧道开挖之前需要准确测量放样，沿拱部开挖轮廓线外10cm左右外以插角10。左右打设42超前注浆小导管，然后注浆固结围岩。由于不良地 质初始段岩体整体性较差，因此使用人工风镐，以减少对围岩的扰动。当前进一 段后，围岩整体性和稳定性有了较
