山區(qū)高速鐵路隧道機(jī)械化開(kāi)挖方案設(shè)計(jì)

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摘要:針對(duì)大斷面隧道，機(jī)械化施工是未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)。以鄭萬(wàn)高鐵某隧道為研究對(duì)象，進(jìn)行了機(jī)械化大斷面隧道開(kāi)挖方法的技術(shù)探討，主要對(duì)全斷面法不帶仰拱的隧道開(kāi)挖方案進(jìn)行了研究，在施工工序和施工注意事項(xiàng)中進(jìn)行了詳細(xì)論述，并進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)用，運(yùn)用效果良好，表現(xiàn)出安全、高效、快速的優(yōu)點(diǎn)，可為類似工程起到借鑒作用。

關(guān)鍵詞:大斷面隧道，機(jī)械化，施工方案，設(shè)計(jì)

1工程概況

某隧道位于湖北省襄陽(yáng)市境內(nèi)，全長(zhǎng)5360m，最大埋深約439m。隧道設(shè)計(jì)縱坡為25‰，19．7‰的單面上坡;全隧共分進(jìn)口和出口兩個(gè)工區(qū)。隧道地處荊山山脈，屬構(gòu)造侵蝕剝蝕中山地貌區(qū)。隧址區(qū)位于揚(yáng)子準(zhǔn)地臺(tái)一級(jí)構(gòu)造單元北緣，上揚(yáng)子陸塊褶皺帶之神農(nóng)架—荊門臺(tái)坪褶皺帶內(nèi)。本區(qū)地層倒轉(zhuǎn)，洞身頂部以?shī)W陶系中下統(tǒng)寶塔組(O2+3b)灰?guī)r、頁(yè)巖互層為主，其下為志留系下統(tǒng)龍馬溪組(O3S1l)頁(yè)巖夾砂巖，再下為志留系下統(tǒng)新灘組(S1x)砂質(zhì)頁(yè)巖，洞身段主要在新灘組(S1x)穿過(guò)。隨著地下工程施工技術(shù)的不斷發(fā)展，隧道機(jī)械化快速建造是未來(lái)地下工程的大勢(shì)所趨。根據(jù)業(yè)主單位的要求，本文在某隧道進(jìn)行了機(jī)械化大斷面隧道開(kāi)挖方面的技術(shù)探討，現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)用效果良好，可為類似工程起到借鑒作用。

2設(shè)計(jì)預(yù)案

根據(jù)隧道圍巖地質(zhì)分類情況，采用大型機(jī)械化配套進(jìn)行全斷面(微臺(tái)階)工法開(kāi)挖，為保證施工安全，對(duì)各類圍巖分類情況采取不同的針對(duì)性措施。1)試驗(yàn)段中Ⅳ級(jí)圍巖地段采用全斷面開(kāi)挖，Ⅴ級(jí)圍巖采用全斷面或微臺(tái)階開(kāi)挖。2)充分利用施工機(jī)具，超前支護(hù)均采用長(zhǎng)大管棚代替原設(shè)計(jì)超前小導(dǎo)管。3)為保證全斷面或微臺(tái)階掌子面穩(wěn)定性，掌子面開(kāi)挖完成后根據(jù)開(kāi)挖揭示地質(zhì)情況采取合理的封閉、加固等處理措施。并在掌子面封閉后對(duì)掌子面開(kāi)展監(jiān)控量測(cè)及應(yīng)變測(cè)試，根據(jù)測(cè)試結(jié)果確定是否采取補(bǔ)強(qiáng)措施。4)每一循環(huán)掌子面開(kāi)挖后，應(yīng)根據(jù)“掌子面穩(wěn)定性評(píng)價(jià)分類表”率先對(duì)掌子面穩(wěn)定性做初步評(píng)價(jià)，待加固后再進(jìn)行二次評(píng)估，以判定是否可以采用全斷面/微臺(tái)階工法開(kāi)挖。5)試驗(yàn)段將開(kāi)展隧道初期支護(hù)、二次襯砌、鋼架等應(yīng)力應(yīng)變測(cè)試，根據(jù)測(cè)試結(jié)果，以優(yōu)化調(diào)整支護(hù)參數(shù)。

3隧道洞身開(kāi)挖方案設(shè)計(jì)

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)機(jī)械化配套設(shè)備布置要求及相關(guān)規(guī)范要求，試驗(yàn)段試驗(yàn)全斷面或微臺(tái)階工法開(kāi)挖，仰拱初支封閉成環(huán)安全步距要求不大于60m;Ⅳ級(jí)、Ⅴ級(jí)圍巖地段二襯安全步距不宜大于200m，但在確保圍巖穩(wěn)定和施工安全的前提下，試驗(yàn)段根據(jù)監(jiān)控量測(cè)及應(yīng)力應(yīng)變測(cè)試情況合理確定二次襯砌安全步距。為保持掌子面穩(wěn)定，開(kāi)挖時(shí)按照1∶0．1放坡處理，并根據(jù)掌子面穩(wěn)定監(jiān)控量測(cè)情況，采取預(yù)加固措施。采用微臺(tái)階開(kāi)挖時(shí)，上臺(tái)階縱向長(zhǎng)度取2m～3m，根據(jù)圍巖地質(zhì)情況和掌子面穩(wěn)定性適當(dāng)調(diào)整上臺(tái)階縱向長(zhǎng)度。本文重點(diǎn)分析全斷面開(kāi)挖不帶仰拱的隧道的開(kāi)挖方案，對(duì)于全斷面仰拱一次開(kāi)挖方案和微臺(tái)階開(kāi)挖方案可參考全斷面開(kāi)挖不帶仰拱的隧道的開(kāi)挖方案。全斷面法不帶仰拱開(kāi)挖適用于Ⅲ級(jí)、Ⅳ級(jí)圍巖地段及Ⅴ級(jí)圍巖硬質(zhì)巖地段。

3．1施工工序

1)開(kāi)挖①部，施作①部周邊的初期支護(hù)，即初噴4cm厚混凝土，鋪設(shè)鋼筋網(wǎng);鉆設(shè)徑向錨桿、架設(shè)拱墻鋼架后復(fù)噴混凝土至設(shè)計(jì)厚度;2)在滯后于①部一段距離后，開(kāi)挖②部;3)灌注Ⅲ部仰拱與邊墻基礎(chǔ)，仰拱要求整幅灌注;4)待仰拱混凝土初凝后灌注仰拱填充Ⅳ部至設(shè)計(jì)高度;5)清理好初期支護(hù)基面，初期支護(hù)與二次襯砌之間拱墻鋪設(shè)EVA防水板加土工布，二次襯砌背后設(shè)環(huán)、縱向透水盲溝。根據(jù)監(jiān)控量測(cè)結(jié)果分析，待圍巖和初期支護(hù)變形基本穩(wěn)定后利用襯砌模板臺(tái)車一次性灌注Ⅴ部襯砌(拱墻襯砌一次施作)，并于拱頂預(yù)埋PVC注漿管及縱向排氣管;6)待混凝土達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后，進(jìn)行充填注漿。施工工序斷面圖見(jiàn)圖1，圖2。

3．2施工注意事項(xiàng)

1)隧道施工應(yīng)堅(jiān)持“弱爆破、短進(jìn)尺、強(qiáng)支護(hù)、早封閉、勤量測(cè)”的原則。2)Ⅳ級(jí)、Ⅴ級(jí)地段采用全斷面法施工時(shí)，每循環(huán)開(kāi)挖進(jìn)尺，根據(jù)注漿效果不應(yīng)大于4榀鋼架;仰拱開(kāi)挖前必須完成鋼架鎖腳。試驗(yàn)過(guò)程中，根據(jù)圍巖監(jiān)控量測(cè)、應(yīng)力應(yīng)變測(cè)試結(jié)果進(jìn)行調(diào)整開(kāi)挖進(jìn)尺，如圍巖穩(wěn)定且應(yīng)力應(yīng)變測(cè)試均在安全范圍內(nèi)，則可適當(dāng)拉大開(kāi)挖進(jìn)尺。3)鋼架施工應(yīng)嚴(yán)格按設(shè)計(jì)要求設(shè)置拱腳墊板、墊槽鋼等，各施工工序間應(yīng)注意互相保護(hù)，嚴(yán)格按照作業(yè)程序操作，避免施工機(jī)械對(duì)已完成的支護(hù)形成破壞，以確保安全。4)復(fù)合式襯砌段在施工時(shí)，須按Q/CR9604—2015高速鐵路隧道工程施工技術(shù)規(guī)程及有關(guān)規(guī)范及標(biāo)準(zhǔn)圖的要求，進(jìn)行監(jiān)控量測(cè)，根據(jù)監(jiān)控量測(cè)的結(jié)果進(jìn)行分析，確定灌注二次襯砌的時(shí)機(jī)及調(diào)整支護(hù)參數(shù)。5)隧道的開(kāi)挖、支護(hù)及襯砌應(yīng)按Q/CR9604—2015高速鐵路隧道工程施工技術(shù)規(guī)程及相關(guān)施工技術(shù)規(guī)范的要求辦理。6)全斷面開(kāi)挖時(shí)，邊墻底鋼架接頭處鎖腳錨管采用42鋼化管，拱腰接頭處鎖腳錨桿(管)利用附近系統(tǒng)錨桿(管)代替。

4結(jié)語(yǔ)

本文以鄭萬(wàn)高鐵某隧道為研究對(duì)象，根據(jù)業(yè)主單位的要求，在某隧道進(jìn)行了機(jī)械化大斷面隧道開(kāi)挖方法的技術(shù)探討。主要對(duì)全斷面法不帶仰拱的隧道開(kāi)挖方案進(jìn)行了研究，在施工工序和施工注意事項(xiàng)中進(jìn)行了詳細(xì)論述，并進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)用，運(yùn)用效果良好，表現(xiàn)出安全、高效、快速的優(yōu)點(diǎn)，可為類似工程起到借鑒作用。

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作者：李鵬飛 李洪濤 單位：濟(jì)南力穩(wěn)巖土工程有限公司