双连拱隧道正洞上下台阶开挖施工工法[标准工法]

连拱隧道正洞上下台阶开挖施工工法

工法编号:GGG(鄂)D1 —2021

王慧XXXX公司

1 前言

近年来,随着我国公路建设的快速发展,连拱隧道作为公路隧道的一种结构形式,由于其平面线型顺畅、占地面积小、便于运营管理等优点,尤其是在山区高速修建短隧道(隧道长≤500m)中,具有较大优势而常被采用,但由于受结构形式所限,连拱隧道施工工序较复杂,导致施工工期较长,且质量难以控制,因此根据不同的工程情况选择技术可行、经济合理的开挖方法显得尤为重要。

目前连拱隧道的主要施工方法分为导坑施工法和正洞施工法两大类,早期的连拱隧道多采用导坑法施工,施工工序多,对围岩扰动频繁,施工周期长,工效慢、工期长、成本高,不利于隧道防水。宜巴高速第三合同段的毡帽山隧道设计的施工方案为导坑法,考虑到隧道围岩情况较好,工期短等实际情况,后采用正洞上下台阶法施工,取得了较好的经济效益和社会效益。据此总结完成连拱隧道正洞上下台阶开挖施工工法。

2 工法特点

1、先组织进行中导洞开挖、支护,直至贯通,可以改善后期隧道内的通风环境,也起到地质超前预报的作用。

2、正洞上下台阶法是连拱隧道的一种高效施工方法,采用新奥法施工,减少了对围岩的扰动,并充分保护和利用围岩的自承载能力,提高隧道结构的整体安全；

3、施工工艺及条件相对简单,质量容易控制；

4、与导坑法相比,减少了两个侧壁导洞的开挖及临时支护,且工序简单,有效地降低了对围岩的扰动,缩短了施工周期,降低成本。

3 适用范围

本工法可适用于公XX市政、铁路连拱隧道的IV类围岩,II、III类围岩也可参照本工法。

4 工艺原理

本工法的基本理论基础为新奥法。根据新奥法原理,采用光面爆破大断面开挖,使用锚、喷、网、钢拱架和超前导管及超前管棚等支护手段,先开挖贯通中导洞,浇筑中隔墙混凝土,然后采用上下台阶法开挖左右正洞,左右洞围岩经多次扰动,应力重新分布均衡后进行主洞二次衬砌。施工过程中加强对围岩和支护监控量测,以量测信息反馈来指导施工。

5 施工工艺流程及操作要点

结合宜巴高速公路三合同段内毡帽山隧道的施工过程叙述施工工艺流程及操作要点。

5.1 施工工艺流程

施工主体流程如下:中导洞开挖支护→中隔墙浇筑→开挖主洞上台阶及初期支护→开挖主洞下台阶及初期支护→二次衬砌。

施工顺序图及具体工序如下:

图-1 施工工序平面示意图

图-2 施工工序立面示意图

注:(1)、先期进行开挖的主洞与中隔墙回填抵抗方向一致,假设主洞开挖从右洞开始。

(2)、主要施工工序如下:

①中导洞全断面开挖,并施工对应临时支护

②中导洞贯通后,自中间向两端浇筑中隔墙,顶部回填、注浆；

③中导洞临时支撑

④开挖主洞上台阶,并施工支护和及时架设钢拱架,要求左、右洞上台

阶开挖至少错开2倍洞径。

⑤跳槽开挖主洞下台阶,并施工支护和及时架设钢拱架,此时应严格

控制开挖循环进尺和及时支护,并注意量测洞内、地表的变形；

⑥主洞下台阶落底,并拆除临时支护；

⑦施工防水系统和二衬模注混凝土；

(3)、隧道围岩开挖、支护顺序:

(4)、左洞主洞开挖和支护顺序参考右洞。

5.2 施工方法及操作要点

5.2.1中导洞开挖及初期支护

中导洞开挖采用全断面开挖,开挖应采用光面爆破,以直眼掏槽为宜,爆破设计参数应经过试验段检验和调整,如果无条件试验时,可按《公路隧道施工技术规范》有关内容选用。开挖进尺控制在1~3米,开挖时应严格控制洞顶和洞底的超欠挖。

初期支护的施工应紧跟掌子面,做到随开挖随支护。采用“工字钢架+湿喷砼+水泥砂浆锚杆+钢筋网”支护,钢支撑纵向间距1米。

施工要点:①采用液压弯曲机加工钢架,把平面翘曲度控制在允许范围内,并充分保证连接板与钢架的焊接质量,将加工好的钢架先在平整的场地上预拼,检查合格后批量加工、编号分类存放；②钢架安装时,拱脚置于牢固的基础上,连接钢板的螺栓必须拧紧；③钢架之间采用纵向钢筋连接；④在拱脚处增设两根砂浆锚杆,并与钢架焊接牢固；⑤混凝土喷射时,应先将钢架与围岩间隙以喷射混凝土充填密实,再喷射钢架周围,将钢架用喷射混凝土包裹,最后喷平钢架之间的部分。

5.2.2 中隔墙施工

中导洞贯通后,自中间向两端浇筑中隔墙,分段长度为10m,施工前要将洞底的水、泥、碴清理干净,一般先施工中隔墙基础,再施工墙身,模板采用定型穿销式组合钢模板,混凝土浇筑宜采用泵送混凝土施工,施工中加强振捣,确保砼密实,预留排水管必须固定牢固,保证畅通。

施工要点:①中隔墙施工时,中隔墙砼应与中导洞顶部顶紧、密实,无缝隙；②中隔墙施工时应注意预埋主洞钢支撑连接钢带。③为加快施工进度,施工中隔墙的同时进行护拱及管棚的施工。

5.2.3 开挖主洞上台阶及初期支护

中隔墙浇筑完毕后,即可进行主洞上台阶的开挖,若先进行右洞开挖,则左洞上台阶应滞后右洞30 ～50m。施工时应采用光面爆破,严格控制每次开挖长度和支护距掌子面的距离,每循环进尺控制在3m以内。

爆破出渣后及时施作初期支护,先喷射5cm混凝土,再安装钢拱架,然后施作锚杆、挂钢筋网,分层喷射混凝土达到设计断面为止。

施工要点:右幅主洞开挖时,对应开挖位置的左幅中导洞需回填密实并增加临时支撑,防止拱部推力不平衡对中墙结构造成危害。

5.2.4 开挖主洞下台阶及初期支护

当主洞上台阶每单洞开挖支护完成50m后,经量测围岩稳定,即可进行下台阶边墙部分围岩开挖。为减少上台阶作业与下台阶作业相互干扰,同时为了平衡左、右洞对中隔墙的推力,进、出口的左、右两洞工作面要同时掘进,下台阶开挖工作面和上台阶开挖工作面相距不应小于两倍的洞径。边墙部分围岩采取采用松动爆破,挖掘机装渣,自卸汽车运输的作业方式,为避免

开挖边墙处围岩时使整段拱圈悬空,需采用马口跳槽施工。为防止拱圈下沉,马口开挖长度应予以控制,不宜超过4m。马口开挖过程中,要注意拱脚顺层滑动,必要时设置卡口梁,阻止拱脚下滑。

下部台阶(边墙)爆破出渣后,即刻进行侧墙支护,同时开挖该处下台阶其他部分围岩。

侧墙支护注意事项:①安装拱架时,连接螺栓一定要紧固。加工拱架时,应避免在隧道拱架高度2/3高处附近设置接头,拱脚底必须回填密实,严禁拱架底悬空；②墙脚底面1m范围内严禁欠挖,超挖部分用与拱圈同标号砼回填密实；③锁脚锚杆须按施工要求做,防止拱架受力时墙脚内移,引起拱圈开裂。

5.2.5 二次衬砌施工

二次衬砌可滞后开挖面20210m,在初期支护基本稳定后施作,但其二次衬砌的仰拱和仰拱回填应紧跟初期支护。

为尽快使初期支护封闭成环,首先安排仰拱施工。仰拱开挖时采用分段开挖,为了保证在仰拱施工时,隧道洞内能正常通行,在开挖处设置栈桥供车辆通行,仰拱开挖后及时施作仰拱,仰拱施工前将隧底虚碴、杂物、泥浆等清除干净,并用高压风将隧底吹洗干净,超挖采用同级混凝土回填。仰拱混凝土终凝后,清理仰拱表面,回填仰拱。

仰拱施工要点:①仰拱与边墙衔接处要机械捣固密实；②仰拱混凝土强度达到一定强度后方可允许车辆通行。

在隧道初期支护形成稳定的闭合环后,立即进行二次衬砌边拱墙的施工,施工时首先要在初期支护和二次衬砌之间铺设无纺土工布和防水板。二

次衬砌采用全液压模板台车浇筑,砼由输送泵泵送,附着振动器结合插入式震动棒振捣。

施工要点:①台车对位时,其隧道中线、台车拱顶标高、断面尺寸和净空大小必须符合设计要求；

②台车模板放样时,允许将设计测衬砌轮廓线扩大5cm,确保衬砌不侵入隧道建筑界限；

③二衬砼浇注前,应将浇筑处的基面积水、泥浆、油垢、有害的附着物和松散物、半松散物或风化岩块等清除干净,尤其是明洞及偏压区；

④二次衬砌施作完成后应检查背后与喷射砼之间的空隙,一旦发现应及时回填。

⑤在有预埋件的具体里程桩号,预留出来,以便确保预埋件的正常施工。

5.2.6 劳动组织(单口作业)

①开挖

钻爆手(兼钻锚杆眼)6~8人,出渣1~2人,记录1人,合计9~11人。

②初期支护

网片、锚杆、钢支撑制作安装:12人。

锚喷:锚杆安装2人,砼喷射手2人,砼供料4人,砼运输车司机2人,质检、记录各1人,合计12人。

③衬砌

立模6~8人,砼供料2~4人,成品砼运输2~4人,砼灌筑4~6人,合计14~22人。另配备搅拌机操作手、输送泵司机各2人,质检、记录各1人。

④测量及量测

测量放样2人,量测2人。

⑤其他

风压机操作手1人,电工2人,管道工2人,试验员2人,安全员2人,调度及管理人员4~6人。

6 材料与设备

主要施工机具和设备

1、施工通风机具

2、开挖机具

3、初期支护机具

4、衬砌机具

5、其他

测量、高压风管、水管、通风管、照明灯具的规格和数量,应根据隧道长度、设计水风压力、光照度等参数来确定。

7 质量控制

1、本工法执行的规范标准

《公路隧道施工技术规范》(JTG F60—2021)

2、关键部位、关键工序的质量要求

(1)、洞身开挖施工质量应符合表1规定

表1 洞身开挖质量标准

(2)喷射混凝土支护施工质量应符合表2规定

表2 喷射混凝土支护施工质量标准

(3)锚杆支护施工质量应符合表3规定

表3 锚杆支护施工质量标准

(4)钢筋网支护施工质量应符合表4规定

表4 钢筋网支护施工质量标准

(5)钢支撑支护施工质量应符合表5规定

表5 钢支撑支护施工质量标准

(6)钢支撑支护施工质量应符合表6规定

表6 混凝土衬砌施工质量标准

(7)衬砌施工质量应符合表7规定

表7 衬砌钢筋施工质量标准

(8)仰拱施工质量应符合表8规定

表8 仰拱施工质量标准

3、质量保证措施

(1)编制质量保证体系,成立质量管理小组,以项目经理为组长,项目总长为副组长,施工负责人、技术员、质检员等为组员的组织机构。质量保证体系中明确每个岗位的质量职责。

(2)坚持三级技术交底制度,各分项工程开工前,由工程技术部隧道工程师对现场施工员、技术员、操作人员进行技术交底。讲清楚图纸设计要求(包括结构尺寸)、技术标准、测量方法、各部位的功能作用、施工参数、操作要点及安全等注意事项。开挖班、支护班、爆破班、钢筋班、模板班、混凝土班之间协调由现场施工员督促,各班班长之间自行协调,确保下道工

序与上道工序之间衔接,对施工位置的预埋件、结构尺寸和质量要求做好文字记录交接卡,防止出现质量及安全问题。

(3)项目施工过程实行三级质量控制,即工班实行质量自控自检,工区实行专控互检和工序交接检验,项目经理部实行专控专检。工序之间的质量检查,严格按技术规范进行,上道工序不检查签认,下道工序不准进行,要严格执行工序之间的交接、签证手续,本级检查不合格的工程项目不准呈报上一级的质检人员检查、验收。

8 安全措施

(1)建立健全安全生产管理机构,成立以项目经理为组长的安全生产领导小组,全面负责并领导本项目的安全生产工作；

(2)实行逐级安全技术交底制,由安全部安全工程师组织有关人员对工程项目进行书面详细安全技术交底,凡参加安全技术交底的人员要履行签字手续,并保存资料。专职安全员要对安全技术措施的执行情况进行监督检查,并做好记录；

(3)加强安全教育,对各类作业人员上岗前进行安全学习、培训,并要求持证上岗。

施工过程中除应遵守以上最基本的要求外还应注意以下事项:

1、设专职工程技术人员做好地质描述和超前地质预报,并根据监控量测结果,调整支护参数,确保施工人员、设备的安全。

2、隧道开挖,采用光面爆破,严格按爆破设计和爆破安全规程操作施工,严格控制药量,做好软岩的防塌、光爆成形工作。

3、洞内施工严格控制进尺,严格按设计和施工方案施作初期支护,在

上一环初支未完成前不得进入下一环开挖作业。

4、结构应及早封闭成环。

5、隧道施工的各班组间,应建立完善的交接班制度,并将施工、安全等情况记载于交接班的记录簿内。工地值班负责人应认真检查交接班情况。

6、所有进入隧道工地的人员,必须按规定配戴安全防护用品,遵章守纪,听从指挥。

9 环保措施

(1)、隧道采用早进洞、晚出洞,减少深挖路段,保护自然坡体及植被。

(2)、隧道开挖石渣尽可能纵向调配,作路基等填料；不得不弃方者,根据实际情况,集中堆放,弃方时,应保护植被；堆放时,选好弃渣场地,作好坡脚挡墙防护,以防止洪水期冲走弃渣,形成人为泥石流,并在弃渣顶覆盖土层,复垦还田或种树造林。

(3)、施工期的污水应集中排放,并应经过沉淀、过滤。

(4)、洞口边仰坡开挖应以光面爆破为主,严禁放大炮。

(5)、对洞口路堑边坡稳定性较差地段,应做好永久防护(护坡)工程。

(6)、做好施工场地竣工后的清理、绿化及复耕还田工作,保护自然环境。

10 效益分析

施工工期:实践证明,连拱隧道采用正洞上下台阶法较导坑法施工可XX省35%-45%的时间。

经济效益:同导坑法相比,减少了两个侧壁导洞,施工干扰小,临时支护量小,降低了成本,节约资源,取得了明显的经济效益。经初步估算,毡帽山隧

道采用该施工技术节约支护费用、人工、机械等费用100余万元。

11 工程实例

11.1 应用实例一

XX省宜昌至巴东(鄂渝界)高速公路土建第3合同段毡帽山隧道设计为双连拱隧道,隧道全长348m,其中明洞34m(进口21m,出口13m),暗洞长314m。设计推荐“导坑法”施工,根据隧道的地形、地质条件及工期要求,此方案无论在开挖进度、安全和二次衬砌质量上都存在着不少困难和问题。经施工技术人员反复讨论、研究和实验,提出了“正洞上下台阶法”的施工方案。该方案在毡帽山隧道上应用,从2021年3月开始施工,到2021年5月完工。已完工分项工程经质量检测合格率100%,为安全、优质、按期、高效地建成毡帽山隧道打下了良好的基础。正洞上下台阶法工法工序相对简单、施工干扰少、可以增加各工序之间平行作业的时间、施工周期快、劳动力少、成本低、质量容易控制,具有很强实用性,在连拱隧道施工中值得很好的推广和应用。

11.2 应用实例二

麻武高速公路第六合同段的胡家山隧道采用该工法施工,隧道为上、下行分离的四车道高速公路连拱隧道,隧道最大埋深约为89.8米。隧道左洞起讫桩号为ZK35+485～ZK36+194.5,全长709.5m,右洞起讫桩号为YK35+510～YK36+185,全长675m。隧道进、出口采用削竹式洞口。隧道从2021年12开工,2021年3月完工。通过正洞上下台阶法,确保了隧道的安全施工,节约工程成本约21万元,取得了良好的社会和经济效益。