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1、太平隧道软弱黄土围岩段施工概况及技术措施,1.工程概况 太平隧道为甘肃平（凉）至定（西）高速公路第11合同段的控制性工程，位于甘肃省会宁县境内。 本隧道为分离式隧道,上行线全长862m，位于主线SK251+905SK252+767段。下行线全长885m，位于主线XK251+887XK252 +772段。,2.地质情况 隧址区揭露的地质从上到下依次为:一般新黄土、饱和黄土和泥岩，一般新黄土土质均匀，稳定性好，分布在隧道进口端，饱和黄土软塑，不均匀，稳定性差，主要分布在隧道出口端，泥岩分布在隧道洞身。,3.黄土围岩衬砌设计情况 隧道暗埋进洞时设一环长20米89大管棚超前注浆支护。 在洞内围岩较差地
2、段，拱顶设8米长89大管棚超前注浆支护，搭接长度为2.75米，斜插角为5度，环向间距为40cm。 在围岩较好地段，每榀拱顶设42小导管超前注浆支护，斜插角为15度，环向间距为35cm。 一次衬砌内设20a型工字钢支撑，间距75cm，采用50cm厚C25混凝土模筑。 二次衬砌为35cm厚钢筋混凝土，仰拱采用85cm厚钢筋混凝土。,4.软弱围岩段施工概况及技术措施 4.1 总体施工概况 太平隧道于2006年4月开始施工，上行线从进口端单口掘进，上行线围岩较好，于2007年10月顺利贯通，施工方法为上下导坑留核心土法，较常规的方法。,下面主要介绍下行线在施工中遇到的问题及解决的办法，下行线从出口端单
3、口掘进，在施工到XK252+680断面时，此时距贯通还剩40米，围岩出现大的变化，出水量明显增大，主要在左侧拱腰部位，经量测每昼夜达30多方。 掌子面从拱顶往下2米-4米范围为饱和黄土，呈软弱状。根据实际地质情况来看，该段围岩基本都处于饱和软弱黄土层。,在施工过程中掌子面左侧发生塌陷，向核心土方向挤压有1米多，采用在塌陷处打设导管并挂网喷射混凝土进行封闭.并对整个掌子面进行了喷射混凝土封闭，掌子面暂时停止了施工，继续施工下导坑及仰拱， 4.2 地表沉陷及处置 2007年11月28日在XK252+648XK252+687段洞顶，发现地表出现沉陷裂缝，裂缝呈椭圆形，纵轴线长39m，横轴线长34.5
4、m，沉陷区域偏向隧道的左侧，沉陷区的裂缝左侧距隧道中线19.5m，右侧距隧道中线15m。,裂缝宽度310cm，同时可看见地表有明显的下沉，下沉约220cm。在沉陷区的外围同时出现一道12cm的环向裂缝，裂缝的最前端延伸到XK252+692.7。整个沉陷区域呈漏斗状，中间低，四周高，沉陷区域拱顶埋深25米。此时掌子面初期支护桩号为XK252+680，仰拱施工桩号为XK252+665，二次衬砌施工完成桩号为XK252+650。,地表沉陷后通过对洞内初期支护的观察及对地表的观测，发现洞内初期支护无变化和破坏，同时对初期支护的安全稳定性进行了验算，结果是初期支护完全能够满足拱顶土体的核载要求。 地表沉
5、陷区域通过几天的观测也没有继续下沉的迹象，随趋于稳定状态。为确保洞内结构的稳定性，对一衬加强了临时支护，并为了安全停止了洞内的一切施工。 针对沉陷情况我们分析其原因，主要是隧道洞身开挖后，将山体原有的水脉切断，使得大量的地下水涌向洞身部位排出后，山体的固有平衡被破坏。随着地下水继续渗流排出，地应力会持续减小，地下水在黄土的空隙、裂隙中,流动时形成空洞，随着地下水潜蚀作用不断的进行，土中空洞会由少变多，由小变大，引起饱和黄土地层的竖向压缩变形，直接导致了上部一般新黄土的原状大孔隙垂直节理结构被破坏，最终导致地表沉降变形。 设计院有关专家和代表通过对现场的详细勘查和了解，决定对沉陷区域采用地表注浆
6、的处置办法，主要目的是在沉陷区域洞身左侧地下形成一道止水帷幕墙，阻断地下水的来路，同时对左侧软弱围岩进行加固，确保隧道下一步施工的安全。,注浆方案为：在XK252+640XK252+694段洞身左侧，距洞身1.5米外设三排注浆孔，梅花形布置，间距为1米，孔深16-33米，中间孔注水泥黄土浆，两边注水泥水玻璃浆。,地表注浆平面示意图,注浆效果:在注浆的过程中，有部分浆液从一衬缝隙和掌子面围岩裂隙流出，通过观察掌子面处的出水量明显减少，能减少原来的四分之三。通过开挖掌子面发现，原来左侧塌陷处的松散体已被固结，同时在掌子面原来有裂隙的地方可以看到水泥浆固结体，说明地表注浆起到了一定的作用。,围岩内浆
7、液固结体,4.3 进口端施工情况 由于下行线出口端已经停止施工，经与业主及监理研究从进口端进行掘进，在进口端明洞及明洞回填完成后于2007年6月底开始开挖，由于进口端围岩特别差，洞身整个断面基本上都处于饱和黄土中，且渗水量也大，围岩软弱，极易坍塌，为了控制下沉量和保证施工的安全性，决定采用双侧壁法进行施工。,双侧壁法施工,双侧壁法的优点是先墙后拱，开挖断面小，能有效地控制拱顶的下沉量，施工比较安全。,缺点是工作面小，大型机械无法操作，只能人工进行，施工进度缓慢。,侧壁高度按3米控制，每榀进尺50cm，由于围岩极易坍塌掉块，每榀拱架安装好后，及时采用15cm厚挂网喷射混凝土进行封闭，然后再进行5
8、0cm厚的模筑混凝土施工。 在刚开始掘进的4米范围内，围岩渗水量比较小，还比较顺利。,但在继续往里掘进时，围岩的渗水量逐渐增大，由原来的慢渗变成了流淌，挖出来的土质很快就会变成流塑状，同时掌子面处坍塌严重，每次开挖完后要及时对掌子面进行挂网喷射混凝土封闭，但有时喷射混凝土也起不到作用，只能采取用砂袋码砌的办法才能挡住。,挖出的土很快变成流塑状,洞内集水池,在掘进到7米多的时候，发现侧壁临时支护（刚拱架喷射混凝土）出现开裂现象，同时地表下沉严重，当时开挖面正好处于仰坡的第一个台阶处，观察发现整个核心土有向洞外方向滑动的迹象，发现这种情况后，立即停止了掌子面的施工，一方面对侧壁临时支护进行了加强，
9、另一方面从洞外拉土进来堆到核心土前面，对核心土起到阻挡作用。,地表仰坡裂缝,鉴于以上情况，如果继续往前施工的话，存在着很大的安全隐患，经与业主及设计方研究暂停该端掌子面的施工，再从另一端即下行线出口端进行掘进。 4.4 出口端施工情况 在经过一系列准备工作后，于2008年9月底又开始从出口端进行掘进，当时掌子面桩号为XK252+680，由于该端进行了地表注浆处理，围岩情况比以前有所改善，因此开挖采用上下台阶留核心土法，每榀开挖进尺60cm，从揭露的围岩情况来看，上台阶拱顶下1米为饱和黄土，其余为强分化泥岩，含水量大。,下台阶为完整的泥岩，围岩中原来的裂隙已被水泥浆填充，围岩稳定性较好，掘进比较
10、顺利，为控制拱顶下沉量，在上台阶施做了临时仰拱，临时仰拱采用20a工字刚做支撑，浇筑50cm厚的C20混凝土。,但当掘进到XK252+693时，在XK252+680-+685段一衬左侧向洞内发生挤压变形，变形范围为左侧拱顶到拱脚，右侧完好，最大变形量有12cm。 发现该问题后，立即停止了掌子面的施工，并对掌子面进行了封闭。,变形处,变形处,4.5 出口端变形段处理措施 4.5.1、紧急处置措施： （1）、架设临时支撑，采用200mm和150mm的钢管呈扇形状，对XK252+680-+690段一衬全部进行临时支撑加固。,临时加固支撑,（2）、临时支撑架好后，在左侧拱脚处垂直向下打设4米长89mm
11、的钢管，利用下部泥岩相对较高的强度，对拱脚起支撑作用，间距按50cm控制 4.5.2、变形段的加固措施 （1）、从XK252+677处向掌子面方向往拱背打设一环长15米89mm的管棚，施作范围为左侧拱脚到拱顶，间距按40cm控制，使其穿过塌陷区域。对大管棚进行注浆，利用前端已经浇注的初支和后端稳定的土体作支撑，使管棚作起到支撑梁的作用，以便对变形区域的进一步下滑趋势起到阻止作用。（如下示意图所示）。,变形区大管棚加固示意图,（2）、大管棚施作完成后，在XK252+680+685段内再施作两环注浆小导管，每环长度6米，间距40cm，角度按40控制。目的是进一步加固沉陷变形区域松散的围岩体。,（3
12、）、在左侧拱腰处每榀拱架打设两根89mm长8米的锁脚钢管并进行注浆，对拱部起进一步的支撑作用。 在完成以上加固工作后，要将二衬跟进，二衬施工从XK252+650开始到XK252+678处，每节按8米控制，继续往前在进入变形区域后，下台阶及仰拱每施工完3米，二衬就跟进3米，(二衬台车原来为8米长，现拆成4米），同时拆除3米范围的临时支护。 如此施工直到二衬施工至XK252+687处，此时二衬距掌子面的距离为6米，通过按照以上方案的施工，安全穿过了沉陷变形区。,4.6 下一步的掘进及贯通方案 4.6.1施工方法 此时距贯通还有24米，掌子面的围岩情况为：从拱顶往下4米范围为饱和软弱黄土，渗水量比以
13、前增加，4米以下虽然是泥岩，但含水量较大，稳定性差。,为确保施工的安全性，掌子面开挖采用四台阶法进行，第一台阶高3米，第二、三台阶高均为1.5米，第四台阶高2.9米。,开挖顺序图,每榀进尺按60cm控制，上台阶每掘进3米多后即停止，然后架设临时支撑，进行中台阶及下台阶的施工，全部采用人工开挖，同时跟进3米二衬，使二衬和掌子面间的距离始终保持在4-5米左右。,准备安装拱架,上台阶开挖,中台阶施工,下台阶施工,4.6.2 拱顶下沉量的控制 由于围岩软弱，控制下沉量就成了多台阶开挖的关键，上台阶每施工完一榀，就架设一环竖向和斜向的临时支撑，每个台阶的拱脚处两侧都打设四根4米长的42mm锁脚钢管，上台
14、阶在遇到拱脚特别软的地方，就在拱脚处斜向下梅花形布置打设7根4米长的42mm钢管，将钢拱架底端置于钢管上，经采取以上办法后，通过测量发现拱顶下沉量很小。,当施工到XK252+700时，距贯通还有12米（对面桩号为XK252+712），此时施做最后一环大管棚，管棚长18米，间距30cm，使其搭接到对面一衬上5米多，为了有效控制管棚的角度和方向，管棚施工前在拱部施做一套拱，安装上导向管，能够很好地控制钻头的钻进方向。,套拱,管棚施工,该环管棚左侧从拱顶打设到下台阶，右侧打设到中台阶。,左侧下台阶管棚施工,右侧施工完的管棚,大管棚施工完成后，按上述同样的方法进行掘进，直至贯通。 5 、总结 通过对本隧道的施工，得出对于软弱黄土围岩隧道在施工中一定要注意以下几点： (1)、要根据围岩的实际情况，选择合理的开挖方法。 （2）、对于饱和黄土隧道的施工，在采用多台阶法施工时，一定要做好临时 支护工作，可以较好地控制拱顶下沉量，且能保证施工安全。,（3）、各工序间的衔接一定要紧凑，尽量减小开挖暴露面，一衬必须要及时成环，同时二衬要跟紧，使一衬和二衬间的距离控制在最短。 （4）、做好监控量测工作，出现安全隐患后，要及时采取措施进行排除，在确保安全的情况下才能继续施工，切勿抱有侥幸心理。 （5）、要做好洞内的临时排水，不要让水浸泡拱脚处。,