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1、隧道施工技术现场交流材料 大跨度风积砂隧道综合施工技术大跨度风积砂隧道综合施工技术张志伟【内容提要】 经棚隧道是国道306线经（棚）陈（营子）段控制工程，其围岩属于类。开挖断面处于松散风积砂丘中，砂丘主要为粉细砂、稍湿，粘土含量极少，洞身开挖跨度大。本文详细介绍了具体的施工过程，包括隧道开挖方式、支护手段、大管棚注浆等，旨在对以后同类型工程提供一点参考。【关 键 词】 风积砂隧道 大管棚 双侧壁导坑 施工技术1.前言随着我国公路建设事业的高速发展，特殊地质隧道的采用越来越广泛，研究总结特殊地质隧道的施工技术无疑具有十分重要的现实意义。而对于砂质隧道的施工技术研究仍在探索之中，相应的施工技术和方
2、法还不够完善，尤其不良地质地段施工，正处于经验积累阶段中，还没有成型的系统的可供运用的施工模式。我处在经棚隧道风积砂软弱围岩地质施工中采用加强超前支护、进洞挂网喷浆预加固、大管棚先行注浆、双侧壁导坑钢插板支护、缩小开挖断面、短挖短支、全断面格栅喷射砼初期支护、先墙后拱分部进行二次衬砌等项技术，在围岩松散软弱的不利地形地质条件下，顺利贯通隧道，实现安全生产，按期完成任务。现将该隧道施工的具体情况介绍于下。2.工程概况经棚隧道位于内蒙古自治区赤峰市克什克腾旗经棚东侧，是国道306线控制工程，也是呼海大通道进入经棚的要道。隧道进口里程K515+940,出口里程K516+230,全长290m，进口段设
3、有60米的明洞接长段，出口设有20米的明洞接长段。隧道开挖净空宽高为12.38m9.31m。地质情况 ：中低山区，册势险要，多悬崖峭壁，地形起伏较大。隧道洞身处在风积砂丘中，坡面植被稀少，多为荆棘植物或蒿草，最大埋深约34m；隧道通过地区上层为第四系上更新统（Q3）地层，下部为燕山中期花岗岩，由进口向出口依次为粉砂层、细砂层、中砂层、局部见基岩风化壳出露。本地区属温带大陆性季风气候区，年平均气温07度,一月份最冷，七、八月份最热，日温差大，多晴朗天气，属季节性冰冻地区，年平均降雨量300538毫米,雨季为78月。3.施工平面布置通过对该隧道现场实际情况的考察及设计资料的分析，隧道进口为粉砂地层
4、，进洞困难，因此在隧道出口设一施工场地，布置施工便道、空压机站、水池、沉淀池、拌合站、材料库、宿舍及火工品库等临时施工设施，从出口单向掘进。4.施工顺序出口明洞开挖出口明洞衬砌暗洞双侧壁导坑开挖、边墙衬砌拱部开挖、衬砌中部开挖、仰拱衬砌进口段明洞开挖、衬砌进出口洞门洞内路面及附属工程5.主要施工方法及工艺5.1明洞段施工明洞施工前先作好截、排水沟，避开雨季。明洞段施工中，先清除地表松散的粉砂层，临时边坡按1：1.5施工，下部中密砂层临时边坡按1:1施工，开挖完成后，立即施工做明洞钢筋砼结构，开挖过程中，注意边坡开挖面变化，发现不稳定迹象及时处理。5.1.1开挖5.1.1.1按设计要求放出隧道中
5、线、边坡开挖桩位，自上而下开挖。5.1.1.2隧道进口段明洞部分为粉砂，采用挖掘机挖装，自卸车运输，出口段明洞表层为粉砂，下部为中砂及强风化的花岗岩，粉砂层及中砂层采用挖掘机挖装，花岗岩采用推土机、风镐、爆破法施工。5.1.1.3开挖至边坡部位时，辅以平地机配合，做到不超挖，不破坏地层稳定。5.1.1.4发现边坡地层不稳定时，立即停止开挖，采取压浆方式稳定地层。5.1.2结构砼施工明洞开挖完成后，立即施工结构砼。5.1.2.1采用自制衬砌台车每8.4m一段衬砌结构砼。5.1.2.2钢筋在施工现场加工，由人工搬运并组装绑扎。5.1.2.3砼在拌和站集中拌和，车送入洞，人工入模，插入式振捣器振捣。
6、5.1.3回填明洞衬砌完成后，立即施工作防水层，横向铺设防水板，搭接良好，接缝用胶水粘贴严实。然后进行人工回填，在墙背（拱背）两侧同时对称分层回填，每层厚度不大于30cm，两侧回填土面高差不大于50cm，以防止产生偏压；墙底按设计高度填长碎石并夯实，夯实设备选用0.6T的小型振动夯实机，回填至拱顶齐平后，立即分层满铺填筑至要求高度，按要求做好粘土隔水层。施工时注意保证隔水层与边、仰坡搭接良好，封闭紧密，防止地表水下渗影响回填体的稳定。5.2暗洞段施工暗洞施工采用双侧壁导坑法，施工顺序如下图所示。双侧壁导坑法施工示意图本隧道设计全部为类围岩，但实际上在出口处底端有一小部分为强风化花岗岩，故该施工
7、应用人工开挖，实际施工中人工开挖有困难时，就采用爆破法开挖，施工原则为弱爆破、短进尺、强支护。5.2.1进洞方法明洞开挖完成后，按设计仰坡放样并施工仰坡，然后在仰坡设5cm厚网喷混凝土加锚杆防护层，锚杆长度5m，间距2m，梅花形布置。为保证暗洞进洞，暗挖进洞面处采用加密大管棚超前支护，大管棚环向间距每米5根，施做范围至侧壁导坑顶部，大管棚为108热扎钢管，每根长8m（钻入时焊接成为20m），使用ZTC型地质钻钻入，钢管向上倾斜1.4角。5.2.2侧壁导坑施工侧壁导坑顶部采用钢插板做超前支护，钢插板采用10号槽钢，设计间距为每米4根，施工时根据实际情况有所增减，钢插板长度为4m。5.2.2.1开
8、挖在钢插板的保护下人工进行1部、2部开挖作业，开挖过程中密切注意顶部围岩动态，发现漏砂时立即停止开挖，补充钢插板，以短开挖、强支护为原则，开挖一米，支护一米，1部开挖超前2部开挖距离在3-5m之间，以便及时封闭初期支护。在侧壁导坑施工过程中，及时进行初期支护断面的量测。5.2.2.2侧壁导坑贯通后，拆除中间临时横撑，施做边墙和部分仰拱。5.2.3拱部开挖、拱圈衬砌拱部开挖采用大管棚做超前支护，在大管棚的掩护下由人工进行开挖作业，拱部开挖采取短开挖、强支护的方法，拱圈衬砌比开挖面落后10-15m，必要时衬砌紧跟开挖。5.2.4中部开挖在拱圈衬砌完成后，开始开挖中部，分上下部开挖，此时已为冬季，为
9、避免冬季施工砼，仰拱部位不挖到位，到日平均气温达到5以上时，开挖仰拱并施作仰拱砼。在开挖过程中，加强拱脚及墙脚量测，发现收敛值异常时，立即封闭仰拱（砼冬季施工）。5.2.5出碴根据本标段隧道工程特点及洞口场地情况，出碴采用无轨运输方式。ZL50型装载机装碴，侧壁导坑及拱部采用轻型翻斗车运碴，运至临时弃碴场，中部开挖时用自卸汽车运碴至指定的路基填方地段。5.2.6通风防尘由于隧道较短,通风采用自然通风。在开挖面设置压气水幕降尘器，喷雾洒水，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。5.2.7钻爆施工工艺（人工开挖困难时采用）5.2.7.1放样布眼：用红铅油准确绘出开
10、挖断面的中心线和轮廓线，标出炮眼位置，其误差不超过5cm。5.2.7.2定位钻孔：按炮眼位置钻孔，周边眼和掏槽眼，误差要控制在3-5cm以内。5.2.7.3周边眼开钻时，钻杆保持与隧道轴线外插3角，与外轮廓线偏差不大于5cm，开挖台阶在15cm范围内。掏槽眼钻孔精度要高，误差在3cm之内，控制炮眼间距、深度和角度，严禁炮眼打穿、相交。掘进眼均匀分布，为便于排水，钻孔可稍微向上，但倾斜不大于1角，孔眼间保持互相平行，底板眼向下倾斜，最大不超过轮廓线10 cm。5.2.7.4装药：装药前，用高压风吹扫炮孔，药串和起爆药卷按要求加工好，盘好脚线，分段号存放在箱内，确保装药作业有序地进行；装药作业分片
11、、分组进行。捣实堵塞炮泥，堵塞长度不小于20 cm。5.2.7.5爆破：起爆网络为复式网络，以保证起爆的可靠性和准确性，连接时，导爆管不能打结和拉细，各炮眼雷管段数与设计相同，引爆雷管用黑胶布包扎在离一簇导爆管自由端10 cm以上处，网络接好后，由专人负责检查。5.2.8超前钢插板5.2.8.1超前钢插板用于侧壁导坑施工。5.2.8.2钢插板采用10号槽钢，使用前除锈。5.2.8.3钻孔：标示钻孔位置，采用手持式凿岩机钻孔，钻孔长度4m，纵向相邻两排钢插板有不小于100cm的水平搭接长度，环向间距25cm，外插角510度。5.2.8.4钻孔完毕后，吹净孔内积水、积粉及岩碴。用牛角泵注入早强砂浆
12、，然后打入钢插板。5.2.9超前大管棚5.2.9.1超前大管棚用于拱部开挖施工。5.2.9.2大管棚采用108热轧无缝钢管，每根长8m，壁厚5mm。5.2.9.3钻孔：标示钻孔位置，采用ZTC型地质钻机钻孔，钻孔长度20米，纵向相邻两排大管棚有不小于400cm的水平搭接长度，环向间距33.3cm，共28根，外插角1.4，即管棚部高于开控线50cm,为下轮管棚施工留出操作空间，防止侵限。大管棚施工工艺见流程图。架设施工平台架设管棚钢架测设中线及水平基点检查已开挖断面尺寸及形状全过程监控量测钻机就位安设管棚钢架循环施工钻管棚钢管孔眼打设管棚钢管拌和1:1水泥净浆压浆处理开挖断面喷射混凝土安设初期支
13、护钢架锚 喷大 管 棚 施 工 工 艺 流 程 图5.2.10格栅钢架5.2.10.1格栅钢架加工主洞永久支护每个格栅钢架共分为、三种型号单元，由五块格栅组成。临时支护为、两个单元。侧壁导坑格栅分为、四个单元，格栅主筋采用20钢筋，连接件采用钢筋端部焊接角钢，通过螺栓连接，钢筋、角钢按设计图放样、下料，放样时预留焊接收缩余量及刨边切割的加工余量，保证尺寸正确，弧形圆顺。将配置加强筋与主筋焊接，焊接时沿主筋两侧对称焊接，防止变形。焊前及焊后焊缝检查，严格按钢结构工程规范执行。加工后进行试拼，其允许误差为：沿隧道周边轮廓误差不大于3cm；各单元螺栓孔中心间距误差不超过0.5mm；格栅平放时，平面翘
14、曲小于2cm。格 栅 钢 架 拼 装 图5.2.10.2格栅架设为保证钢格栅安设牢固和位置准确，隧道开挖时，在钢格栅基脚部位预留0.15m0.2m的原地基，架设时挖槽，在槽内纵向设置槽钢垫板，与钢格栅底部角钢螺栓连接固定。在钢格栅的各连接板处预留安装钢格栅的连接板凹槽，安装时预先打入定位钢筋定位，按设计位置组装各钢格栅单元。格栅之间设纵向连接钢筋。钢格栅架好后，立即挂网喷砼，将钢格栅覆盖，分层喷射厚度56cm。5.2.11网喷支护5.2.11.1挂钢筋网钢筋网采用6钢筋焊制而成，网格2020cm，钢筋网随受喷面的起伏铺设，与受喷面间隙小于30mm且和锚杆焊接固牢，在喷射作业时不得颤动。5.2.
15、11.2喷射砼采用湿喷法。a.喷射机具设备:强制式拌合机一台,砼喷射机一台,其它材料及小型机具。b.劳动力组织:砼拌合司机1人,拌合机上料4人,运输1人,喷射机上料2人,喷射手2人,工班长1人,总计11人。c.原材料及配合比选择：水泥：采用425号普通硅酸盐水泥，水泥使用前做好强度复查试验。速凝剂：在喷砼中掺入JN-5型速凝剂，掺量为水泥中的4。 在使用前做水泥适应性试验及速凝效果试验，速凝剂密封保存，严防受潮。防水剂：为减少隧道的渗漏水现象，添加防水剂，以提高隧道的防水效果，使用前进行试验，以求得最佳防水效果。STC粘稠剂：为减少回弹量，提高砼粘着性，提高一次喷射厚度，加STC粘稠剂，使用前进行水泥适应性试验，求得最佳值。粗细骨料：砂子以细度模数2.53.0的干净中砂，碎（卵）石粒径以512mm为宜，石质坚硬。配合比设计：配合比由工地试验室经试验选定配合比，并报监理中心试验室审定。5.2.11.3喷射作业a.作业
