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15、元山隧道两台阶预留核心土环形开挖施工工法(冯锡良).doc
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元山隧道两台阶预留核心土环形开挖施工工法
冯锡良(工程部 副总工程师)
1 前言
随着国家对基础设施建设投入的加大和西部大开发战略的实施,高速铁路、公路等建设已从沿海地区向西南、西北山岭区延伸,在这些地区修建高速铁路、公路等有一个显著的特点,就是隧道建设较多,而且受自然环境、气候、地形、地貌的影响也越来越大。
目前隧道的主要开挖方法有全断面法、台阶法、三台阶七步开挖法、中隔壁法(CD法)、交叉中隔壁法(CRD法)、双侧壁导坑法等,对于软弱围岩、土质围岩等主要采用三台阶七步开挖法、中隔壁法(CD法)、交叉中隔壁法(CRD法)、双侧壁导坑法,但这些开挖方法在施工过程中存在一些局限性,如在软弱围岩隧道施工中采用三台阶七步开挖法施工,将会对围岩造成七次扰动,严重破坏围岩的自稳能力,特别是在施工中台阶和下台阶时,通过监控量测资料可反映隧道初期支护会出现两次大的沉降,严重威胁隧道施工安全及施工质量。
两台阶预留核心土环形开挖法在软弱围岩施工过程中相比三台阶七步开挖法施工将减少围岩扰动次数4次,且初期支护封闭成环时间断,隧道二次衬砌能及时跟进,能很好的缩短初期支护变形时间,保证隧道施工安全及施工质量。
结合元山隧道设计开挖方法及现施工开挖方法比选,最终确定两台阶预留核心土环形开挖法比三台阶七步开挖法对软弱围岩施工更具有明显的优势。元山隧道采用设计的三台阶七步开挖法施工的段落先后出现了5段初期支护大变形侵限;而采用两台阶预留核心土环形开挖的段落未出现一处初期支护变形侵限情况,直至元山隧道顺利贯通,该开挖工法成功运用于中铁二局兰新铁路甘青段项目经理部元山隧道施工中,取得了良好的效果,保证了业主工期及架梁通道的畅通。
2 工法特点
2.1 有效控制初期支护变形
采用两台阶预留核心土环形开挖,减少了对围岩的扰动次数,通过监控量测资料反映初期支护在施工完成后只发生一次突变,隧道初期支护变形时间减短,初期支护封闭成环时间明显减短,二衬紧跟掌子面施工,确保施工安全。
2.2 施工工序减少
两台阶预留核心土环形开挖法相比较三台阶七步开挖法,施工工序明显减少,工人作业时间减少,施工进度加快,工费成本减少,取得了较好的经济效益。
2.3 施工进度加快
采用两台阶预留核心土环形开挖施工后,初期支护封闭成环时间快,二衬紧跟掌子面施工,隧道施工进度加快。采用三台阶七步开挖法月进尺20m,采用二台阶预留核心土环形开挖法后,每月进尺30m,进度加快50%。
3 适用范围
(1)适用于隧道同多地层岩性为石炭系上统砂岩,山坡坡面分布有第四系粉土、细角砾土、粗角砾土等软弱围岩地段。
(2)适用于可采用三台阶七步开挖法施工的隧道。
4 工艺原理
4.1 开挖断面设置
通过合理的布置开挖台阶长度、预留核心土长度、高度、环形开挖宽度等,有效的组织现场施工,从而达到控制初期支护变形、加快施工进度的作用(如图1、图2所示)。
图1 两台阶环向开挖预留核心土横断面示意图
图2 两台阶环向开挖预留核心土纵断面示意图
图3 两台阶环向开挖预留核心土平正面示意图
4.2 开挖工作原理
通过人工配合机械开挖的工作原理进行开挖,减小对初期支护的扰动,先开挖周边环向土,预留中部核心土后对岩面进行初喷,再进行初期支护,最后施做锁脚锚管及复喷。
5 施工工艺流程及操作特点
5.1 施工工艺流程
两台阶环形开挖预留核心土横断面如图4-1:1-上台阶弧形开挖;Ⅱ-上台阶初期支护;3-上台阶核心土开挖;4-下台阶一侧开挖;V-下台阶一侧初期支护;6-下台阶另侧开挖;VII-下台阶另侧初期支护;8-下台阶核心土开挖;9-隧道底部开挖;X-仰拱初支、衬砌;XI-拱墙二次衬砌。
两台阶预留核心土环形开挖法施工工艺流程图如图3所示。
施工前工法调整测量放样型钢钢架加工及超前支护
施工前工法调整
测量放样
型钢钢架加工及
超前支护
上台阶弧形开挖及初期支护
核心土、下台阶开挖及初期支护
施工仰拱及填充
施工防排水
进行衬砌钢筋、埋设预埋件及砼浇筑
围岩量测,数据分析,并进行动态施工管理,及时进行加强措施或停止施工
5.2 操作要点
5.2.1 施工准备
两台阶预留核心土环形开挖法施工采用人工配合机械开挖的方法进行开挖,为确保挖掘机作业,预留核心土上净空保证1.8m(如图4所示)。为保证开挖后二次衬砌断面厚度,在开挖过程中应将预留沉降量加大30~40cm,通过后期的监控量测数据反映请况,可按照现场实际情况合理调整预留沉降量值。
图4 两台阶环形开挖预留核心土法
5.2.2 超前支护
超前支护是软弱围岩隧道施工的关键。应按照设计要求施做超前支护,并对超前支护进行注浆处理。
5.2.3 上台阶开挖及支护
上台阶采用机械开挖,以减小对围岩的扰动,严格控制循环进尺,及
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