黄土隧道洞身开挖、支护施工方案.docx

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1、黄土隧道洞身开挖、支护施工方案1、工程概况1.1 宝兰客运专线10标段二工区通渭至榆中苏家川隧道及西坡 隧道段位于定西市安定区，隧道全长(759+1187) m,为双线隧道。 隧道洞身均位于直线上，洞身纵坡为3%。的单面上坡，洞身均为黄土。 隧道衬砌后断面最大净宽12. 81m,净高8. 68m。1.2 隧址区地貌形态属黄土高原沟壑、梁郎区，地面相对高差约 60m,区内黄土梁期起伏，沟壑纵横，自然坡度约为2060之间， 隧道顶谷深切多呈“V”字型，山坡上多为风积黄土包裹，梁顶植被 包裹较差。隧道位于陇西系内旋褶带，构造相对简单。晚第三纪以来，区内 新构造运动较为活跃，表现为河沟阶地地上升显著，

2、现代河流侵蚀, 下切明显，高差达100150m,洞身仅通过第四系上、中更新统砂质 黄土，无褶皱、断裂通过。1.3 隧道进口、出口均为东河的支沟，平时干涸无水，仅在暴雨 季节有暂时性水流，水量一般不大。隧道区内地下水主要为第四系松散层孔隙水。松散层孔隙裂隙水 赋存于第四系上更新统砂质黄土中，无统一潜水面，受大气补给，水 量小，季节性变化大，水位埋藏变化大。地下水对混凝土存在氯盐、 硫酸盐侵蚀性，侵蚀性等级为L2、H202施工方案针对黄土基底承载力低、侧应力较大、湿陷性及埋深浅等特点, 施工时严格执行“管超前、短进尺、强支护、勤量测、早成环”的施 工原则，确定黄土隧道总体施工方案采用三台阶临时仰拱

3、法及三台阶 临时横撑法，即洞身分上中下三个台阶，上导坑采用环形预留核心土 开挖初期支护紧跟，中、下导坑左右边墙间隔开挖支护，仰拱紧跟下 导施作，二次衬砌采用自动计量集中拌和混凝土，自行液压式衬砌台 车泵送混凝土施工。施工中加强超前地质预报检测频次，初期支护及早封闭成环，并 进行持续的监控量测，对数据进行现场分析，指导现场施工。隧道衬砌混凝土养护采用高压水喷雾养护，以防止隧道积水浸泡 围岩影响围岩稳定。喷雾养护一般为7天。(3)黄土隧道要坚持二衬紧跟,确保衬二距掌子面不得大于70m。 当处于软弱围岩及断层破碎带时，由于其围岩自稳能力差，初期支护 难以使其达到完全稳定，可根据支护情况及量测信息，及

4、早进行二衬 施工。9衬砌背后回填注浆隧道衬砌施工完成并达到100%强度后，进行衬砌背后回填注浆。 注浆管采用孔径0 5OmniPVC管，钢模台车就位前，沿拱顶轴线每隔间 距3m布设于拱顶模筑衬砌外缘、防水板内侧。注浆前对注浆管进行 清理，保证注浆管畅通。回填注浆材料采用1:1水泥浆液。水泥浆采用浆液搅拌机拌合, 单液注浆泵注浆。注浆采用隔孔注浆方式，当发生各孔串浆现象时, 采用群孔注浆方式。注浆压力为0.5l.OMPa,注浆材料、注浆方式 及注浆压力等参数根据注浆试验结果及现场情况调整。10结束语宝兰客专苏家川隧道、西坡隧道洞身通过地层主要为第四系上更 新统风积砂质黄土、冲积砾砂，第四系中更新

5、统风积砂质黄土、洪积 砾砂，基地为上第三系泥岩；其中砂质黄土颗粒以粉粒为主，土体较 疏松，垂直节理发育，虫孔及针状孔隙发育，具IV级自重湿陷性，且 隧道进出口黄土陷穴发育，施工时极易掉土、坍塌。通过超前大管棚 预注浆法+超前小导管加固洞口段，短进尺及时施工初期支护，仰拱 先行，二砌紧跟等一系列施工方法，安全地通过了洞口围岩浅埋段的 施工，为隧道正常施工创造了条件。隧道开挖过程是地层内应力重新分布的过程，开挖前土体处于天 然应力平衡状态，隧道开挖后周边土体失去原有支撑，向洞室空间膨 胀位移，改变了围岩土的平衡关系，破坏了这种天然应力平衡状态, 应力进行重分布，从而引起开挖土体周围产生一定量的移动

6、，即围岩 变形，而围岩变形过大就会发生坍塌，所以在施工过程中应加强围岩 量测，除对地表及洞内拱顶下沉、周边收敛进行常规量测外，还应加 大量测频率，并对量测数据进行分析，及时预测围岩的稳定状态，为 支护参数的选定提供依据；隧道上导开挖时，预留核心土，对掌子面 围岩进行反压，阻止围岩应力释放，有效保障拱顶土体的稳定及施工 人员的安全，同时为施工人员提供工作平台，便于施工。总之对于浅埋黄土隧道施工，应严格遵循“先预报、管超前、短 进尺、强支护、勤量测、早成环”的施工原则。3洞口工程及防护排水工程施工3. 1洞口防护排水隧道进洞施工前，根据设计图纸要求结合现场地形确定水沟位置, 水沟流向顺山势由高向低

7、，引排至路基水系统或直接引排至路基外。4. 2洞口开挖及防护洞口边坡尽量减少开挖，以减小对山体黄土扰动，防止上体应力 突变。对针黄土具有特点，边坡开挖在晴天进行，雨天停止施工。仰 坡坡率采用1:1.25,按照自上而下的顺序分级开挖，开挖一级防护 一级。当仰坡较高时，68nl设一级，留24nl宽平台，坡脚设置临 时排水沟。边仰坡开挖完成后保证坡面直顺、平整，测量检测合格后，立即 对边仰坡进行素喷混凝土封闭、打设锚杆、挂网、二次复喷喷混凝土 防护。5. 3对洞顶及周边发育的陷穴排查处理根据陷穴发育情况和所处位置，采用灌注砂浆+夯填改良土或自 底部向上分层夯填改良土回填，顶部包裹50cm厚老黄土封口

8、。4导向墙、超前支护施工隧道出口、出口采用套拱法、“108长管棚+”42超前小导管， L=30m超前预支护进洞、具体作法如下：洞口开挖至起拱线，采用两 根型钢钢架紧贴仰坡放置，间距0.5m,纵向22所钢筋连接，预埋 140管棚导向管，其环向间距40cm及倾角0度至3度角同设计的 管棚环向间距及外插角，与仰坡锚杆焊接固定，浇筑导向墙混凝土厚 100cm,然后施做长管棚，形成洞室轮廓。4. 1导向墙施工边坡开挖至起拱位置时，预留核心土并进行修整，导向墙直接坐 与核心土上施作，施作时底部铺设彩条布隔离。导向墙宽100cm,厚度为100cm,墙内预埋140X 5mm导向钢管 并与墙内埋设的2根118工

9、字钢钢拱架焊成整体；为保证导向墙整体 受力稳定，拱脚设置混凝土扩大基础。导向墙内导向管安设的平面位 置、倾角、外插角的准确度等直接影响大管棚的施工质量，施工中严 格控制。6. 2超前长管棚施工针对本工区黄土遇水崩解特点，为防止洞口发生滑坍，洞口采用 超前大管棚注浆支护，以确保安全进洞。（2）管棚参数长管棚中心距开挖轮廓线50cm,拱顶144范围内设置，钢管间 距环向0.4m,外插角1采用巾108热轧无缝钢管，壁厚6mm,管节 长度为46m,采用丝扣相接，接头相互错开；管棚环向间距40nb 纵向长度根据浅埋段围岩长度及洞口包裹层厚度而定，取30mo4. 3超前小导管施工超前小导管采用外径42ml

10、l1、壁厚3. 5mm热轧无缝钢管制作，导 管前端加工成锥形并封焊密实，管身设若干注浆孔，孔径10mm,孔 间距15cm,按梅花型布置；尾部长度不小于100cm,作为不钻孔的止 浆段。超前小导管设置于拱顶144范围内，搭接长度不小于lmo单层 超前小导管单根长3. 5m、环向间距40cm,插入角度1015 ；双 层小导管单根长5小环向间距30cm,插入角度为10和40 ,设置 时交错布置。导管安装前，测量放样定位，采用电煤钻打孔，成孔后检查管 内有无虚渣异物，若有用吹管吹出或掏勾勾出；将小导管用锤击或钻机顶入，顶入长度不小于钢管长度的90% 小导管安设后，用塑胶泥封堵孔口及周围裂隙，必要时在小

11、导管附近 及工作面喷射碎，以防止工作面坍塌。导管注浆。导管注浆采用定量注浆，即每根锚管内注入300L 浆液后即结束注浆。注浆水泥浆液水灰比为L 1 （重量比），注浆 压力一般为0.5L5Mpa。为加快注浆速度和发挥设备效率，可采用 群管注浆（每次3-5根）。5洞身开挖及支护黄土隧道洞身开挖采用人工配合机械的开挖方法。挖掘机开挖预 留30cm左右厚度，人工开挖修边。同时为防止黄土自陷性沉降侵占 设计开挖体型，实际开挖断面大于设计断面，预留3040cm沉降变 形量。5. 1施工工序挖1部台阶。开挖隧道上台阶土体时，预留核心土确保开挖安 全和初期支护顺利进行。上部环形导坑开挖进尺控制在0. 6m,开

12、挖 后及时进行初喷碎封闭开挖掌子面，施作洞身结构的初期支护及临时 仰拱，即先初喷厚4cm的混凝土，再铺设钢筋网片，然后人工配合机 械架立型钢钢架o钢架设锁脚锚管,锁脚锚管设置于台阶钢架拱（墙） 脚以上30cni高度处，紧贴钢架两侧边沿按下倾角3060打入，并 与钢架采用“U”型钢筋牢固焊接。拱脚采用钢垫板。同时，为保证 拱脚基础牢固，防止拱顶下沉量过大，对拱脚位置采用槽钢或木板支 垫。打设径向锚杆后复喷混凝土到设计厚度。底部架立临时仰拱 （118临时钢架），喷射混凝土封闭。上台阶施工至适当距离后，先拆除1部23根118临时钢架， 再人工配合机械开挖2部台阶，导坑周边部分初喷厚4cm混凝土，铺

13、设钢筋网片、架立接长钢架钢架，打设锁脚锚管及径向锚杆后复喷混 凝土至设计厚度。架立临时仰拱（H8临时钢架），喷射C25混凝土 封闭临时仰拱。开挖3部台阶，3部台阶分两次开挖完成即仰拱面以上和隧底 两部分。根据监控量测结果分析，待初期支护收敛后，拆除部临时 仰拱，开挖仰拱填充面以上，开挖完成后边壁初喷厚4cm混凝土，铺 设钢筋网片、架立接长钢架钢架，打设锁脚锚管、复喷混凝土至设计 厚度；隧底开挖掌子面距离上台阶开挖掌子面控制在2025叫每次 开挖进尺不得大于2根钢架，开挖完成后及时接长钢架、喷射混凝土 封闭初期支护并封闭成环。灌注该段的IV部仰拱及V部仰拱填充（仰拱与仰拱填充分开施 作）。利用衬

14、砌模板台车一次性灌注VI部二次衬砌（拱墙衬砌一次施 作）。开挖过程中，根据施工时围岩的地质情况及监控量测资料调整支 护结构形式，必要时加设中间竖撑（采用圆木），使围岩支护得到有 利的保护和加强。特别是洞口段第一次仰拱成环是进洞成败最为关键的一个环节, 也是非常危险的一个环节，处理不好会造成洞口坍塌。先停止掌子面 开挖进尺，喷混凝土封闭，开挖隧底。第一次开挖2根拱架间距，纵 向长度150cm,开挖后迅速安装工字钢拱架2根与已支护正洞钢架连 接成环，并采用间距1. 0m0 25纵向连接钢筋对隧底两根钢架进行焊 接连接，喷射喷混凝土包裹。三台阶临时横撑法施工与三台阶临时仰拱法施工工艺基本相同, 最大

15、的区别是开挖隧道所设置的临时横撑不需要采用混凝土包裹。5. 2初期支护施工根据隧道洞身土质，初期支护采用锚喷支护，一方面锚喷支护具 有很好的及时性、密贴性和封闭性，它能及时封闭开挖面，阻止土体 变形；另一方面，锚杆和钢筋网片具有一定的延展性，它可以允许洞 身土体沿横向和纵向有较大的变形，甚至和被加固土体一起作整体位 移，而仍能继续工作不失效。5. 2. 1初喷碎隧道开挖整修完毕后，应立即初喷35cm厚的混凝土，其作用 是封闭开挖面并找平，以防止围岩应力集中及土体松弛变形而可能导 致的坍塌。5. 2. 2锚杆施工砂浆锚杆施工工艺流程为：施工准备一布孔一钻孔一清孔一注入 砂浆一插入杆体一安装锚杆垫

16、板一复喷碎覆盖垫板(1)钻孔。采用电煤钻打锚杆孔，严禁使用水钻。(2)锚杆安设。采用先注浆后插入法施工，锚杆孔钻孔完成后 用高压风清孔，采用注浆泵注入M20水泥砂浆，砂浆注入量为锚杆孔 体积的2/3,之后将加工好的22、L=3. 5m锚杆体插入孔内，安装锚 杆垫板。锚杆杆体插入孔内长度不得小于设计长度的95吼 待砂浆强 度达到一定强度能上紧垫板螺母。为便于施工可采用22早强药包式锚杆。先将药包浸泡在清水 中进行，随泡随用。用直径约为3cm竹竿或塑料管将浸好水的药卷送 到孔底，并轻轻捣实，药卷装满后及时插入锚杆。(3)特别注意砂浆锚杆施工，每侧拱边墙设4根锚杆，长度不 小于3. 5m,间距11.

17、2,梅花形布置。5. 2. 3铺设钢筋网钢筋网一般在系统锚杆施作之后安设，但如遇到围岩松散地层， 拱部易坍塌或掉块，为了给作业人员提供防护，可先施作钢筋网(必 要时亦可先架设格栅钢架)。钢筋网采用“6. 5钢筋，网格尺寸为20 X20cm,事先在加工场加工制作成1.6X1. 0m的网片。网片间搭接保 证一个网格。钢筋网铺设紧贴岩面，并保证其保证保护层厚度不小于3cm。钢 筋网与钢筋网连接处、钢筋网与锚杆连接处点焊在一起，使钢筋网在 喷射时不易晃动。5. 2. 4型钢拱架施工洞口段及洞身土质为新黄土时，采用125a工字钢拱架加强支护， 纵向间距60cln；洞身土质为老黄土稳定性较好时，采用120

18、a工字钢 拱架加强支护，纵向间距80cm。钢架在洞外按设计尺寸加工成型，洞内安装在初喷碎和挂网之后 进行，用定位锚杆固定，两侧拱脚和墙脚用锁脚锚杆固定，钢架间设 纵向连接筋并喷设碎包裹。(1)钢架加工制作。钢架应按设计要求预先在洞外加工场分节 加工成型。(2)钢架加工后进行试拼。(3)钢架架设工艺要求钢架必须放在牢固的基础上，施工时将基础底部虚硝清理干净, 铺设槽钢火模板以增加基底承载力，最大程度的减少钢架受自重及围 岩沉降变形发生变形。钢架架立时垂直隧道中线，当钢架和初喷层之间间隙过大时设 置垫块，后期采用喷碎喷填密实。为增强钢架的整体稳定性，将钢架与系统锚杆焊接在一起，同 时钢架与锁脚锚管

19、之间通过“U”型钢筋焊接。钢架间设环向间距1m 的22mm纵向连接钢筋焊接。钢架架立后尽快喷碎作业，并将钢架全部包裹，使钢架与喷碎 共同受力。钢架施工工艺流程图5. 2. 5喷射混凝土施工喷射碎采用湿喷法，喷射前埋设喷厚控制标志钉。选择喷射料时， 要对所使用的各种原材料进行试验，保证原材料的质量。喷射碎时严 格按施工配合比计量配料。将骨料、水泥、合成纤维和水按试验确定的比例拌合均匀，用湿 喷射机压送到喷头处，再在喷头上添加速凝剂后喷出。喷混凝土料由 洞外自动计量拌和站生产，混凝土搅拌车运输，湿喷机喷射，重点控 制隧道采用1015收4的湿喷机喷混凝土。其工艺流程见“湿喷混 凝土工序流程图”。SH

20、APE*MERGEFORMAT喷射作业采用自下而上分层分段进行，一次喷射厚度6cm。喷射 时喷头应垂直于受喷面，喷头距离受喷面以0.61.8m为宜，先找平 凹处再开始喷碎，喷头运行轨迹为螺旋状，后一层喷射在前一层碎终 凝后进行，确保喷层厚度均匀、密实。喷射碎终凝后2小时起即开始喷雾养护，养护期不少于7天。6监控测量施工时应准确及时的进行现场监控量测，通过现场量测掌握洞身 和支护的动态，指导施工，预报险情，确保安全进行日常的施工管理。 在对量测数据进行分析处理与计算后，绘出曲线，根据所绘曲线的变 化情况与趋势，判定围岩的稳定性及时修正和确定隧道初期支护参数, 同时为二次衬砌施作时间提供参考依据。

21、隧洞明洞段边仰坡开挖前，于仰坡开口线外侧50cm处设置地表 沉降观测点。测点埋设时，首先埋设线路中心点，然后横向每间隔25nl埋设观测点，观测点埋设范围为边坡开口线距离隧道拱顶开挖轮 廓线的间距H与隧道开挖最大净空面尺寸B的和（埋设过程中要求埋 设点位处于同一断面里程）。测点埋入地表以下30-50cm,采用混凝 土灌注。地表沉降观测点共埋设3排，分别距套拱5m、10m、20m,用水 平仪观测地表下沉值，每天最少观测1次。正洞测量监控断面每隔5m设置，每个断面埋设9个，分别布置 与拱顶中心及拱顶中心两侧水平间距2. 5m处，拱顶120加角线处、 开挖最大净空断面处、内规顶面处。每次挖完成后根据间

22、距要求及时 埋设，并通知测量进行监测，初读数应在开挖后12h内完成，最迟不 得大于24h且在下一循环开挖前必须完成；沉降观测保证每天不少于 2次。根据观测结果及时反馈到施工中去，对预留沉降量进行调整。7隧道防排水系统施工隧道防排水系统是隧道结构安全及正常运营的重要因素，施工时 应按设计要求严格施作，并根据现场水文地质情况增设防排水体系。(1)纵、横向排水盲管施工排水盲管由纵向盲管、环向盲管和连接盲管组成。纵向排水盲管 沿纵向布设于左、右侧侧沟地板以上20cm处，采用HDPE80双壁打孔 波纹管，每10m为一段；环向排水盲管采用HDPE50打孔波纹管，每 10m一环(地下水发育地段根据实际情况进

23、行适当调整)沿隧洞环向 周边布设。环向盲管与纵向盲管均直接与隧道侧沟联通，纵向排水管中部设 置变径三通连通边墙进水孔及侧沟，以便必要时进行维护。洞内排水 管施工期间应定时进行清洗，确保管道畅通，以免管道阻塞引起衬砌 背后水压升高造成二次衬砌隧道结构破坏。(2)横向排水管施工横向排水管(巾100PVC)主要输导侧沟积水至中心预埋钢筋混凝 土排水管，沿隧道纵向每隔30m设置一道，在施工仰拱碎时预埋。横向排水管(巾80PVC)主要输导道床面积水至中心预埋钢筋混 凝土管，沿隧道纵向每隔30nl设置一道，在施工仰拱碎时预埋。(3)中心排水管中心排水管埋设于仰拱填充内，采用孔径60cm、壁厚6cm预制 混

24、凝土管，主要引排侧沟及道床面积水至线路外。排水管每间隔30m 设置一净空尺寸为(长*宽*深)1*1*1. 26m的检查井，用于检查疏通 管路，保证排水畅通。(4)防水层施工防水层在初期支护变形基本稳定后，二次初砌施作前进行。防水 层所用材料为土工布(土工布：400g/m2)和EVA防水板(厚1. 5mm), 其铺设工艺应符合以下要求：锚杆、钢筋网等凸出部分，先切断后用锤钾平抹砂浆素灰；喷 射混凝土凹凸不平时，应补喷混凝土使其表面平整圆顺，且凹凸量不 得超过 5cm；初喷混凝土表面铺设土工布，用带热熔垫圈的射钉锚钉固定， 水泥钉长度不得小于50nm,平均拱顶点34个/m2,边墙点23个 /m2；

25、 土工布从拱顶中心向两边拱脚、边墙对称固定，搭接长度不得 小于5cm。防水板紧跟土工布施工，铺设前测画出隧道中线，采用整幅长 度的防水板由拱顶中心开始向两侧平铺，用自动爬行手动热焊器将防 水板熔焊在衬垫上；同时采用自动爬行手动热焊器将将防水板焊成整 体，防水板之间互相搭接15cm,搭接原则是：边墙压拱部，下部压 上部。为防止灌注混凝土时挤裂拉坏防水板，铺设时适当留有余地。8隧道二次衬砌(1)施工方法隧道二衬采用全断面整体式衬砌。为了加快衬砌速度并确保洞身 安全，在每个隧道洞口配备一台10. 5m长液压钢模板衬砌台车。混凝 土浇筑采用HBT60c型硅输送泵灌注，砂搅拌运输车运输，以人工采 用插入式振捣器振捣主要，台车自带附着式振捣器振捣配合振捣施工。(2)拆模和养护二衬拆模时间要准确把握，不宜过早，既要保证混凝土结构安全 及外观质量，乂要满足加快台车周转使用要求，一般承重结构，以混 凝土强度达到8. OMpa以上为标准；对于受较大围岩压力的模板须待 碎达到设计强度的100%后才能拆除。