武广客运专线石门岭隧道台阶法多工作面开挖施工技术

武广客运专线石门岭隧道台阶法多工作面开挖技术 武广客运专线石门岭隧道台阶法多工作面 开挖施工技术 46 铁道建筑 RailwayEngineeringSeptember,2007 文章编号:1003.1995(2007)09.0046.04 武广客运专线石门岭隧道台阶法 多工作面开挖施工技术 蒋全 (1.武广铁路客运专线有限责任公司,武汉430000;2.中南大学土建学院,长沙410083) 摘要:在武广铁路客运专线石门岭隧道施工中,针对不同地质情况,采取台阶法多分块施工 技术,文章介 绍了主要施作参数,施工技术措施及施工效果评价,采用该方法实现了大跨双线隧道施工安 全和结构安 全,对长大隧道的快速掘进施工有很好的借鉴意义. 关键词:大跨软岩隧道台阶法 中图分类号:U455.4文献标识码:B l概况 武广铁路客运专线设计最高行车时速350km/h, 石门岭隧道位于湖南省湘潭市与衡阳市交界的低山丘 陵区,全长1704m.隧道设计为多心圆曲墙式衬砌形 式,轨面以上有效面积100m,最大开挖断面160m, 最大开挖洞跨15.26m,最大开挖高度13.14m. 隧道表层为种植土及粉质黏土层,底层为强风化 , 全风化?,V级板岩,地质构造为单斜结构,局部有 褶皱,岩体节理裂隙发育,较破碎.地下水以基岩裂隙 水为主,局部水量较大.隧道一般埋深40,80m,最 大埋深150m,大部分为浅埋段.石门岭隧道是其所 在施工标段内最长的隧道,工期紧张,施工中必须采用 较为合理,科学的快速施工方法以确保工期. 2台阶法施工 2.1施工总体思路 根据石门岭隧道的地质条件,经过台阶法和CRD 工法的方案比选,采用台阶法多分块施工技术进行隧 下台阶 (a)正面图 道开挖,具体方案为:对于岩质较硬,整体性好,自承能 力强,开挖以弱爆破为主的区段,仰拱以上范围采用两 台阶开挖;对于围岩岩质相对较软,自承能力稍差,开 挖主要以机械及人工开挖为主的区段,仰拱以上范围 采用三台阶开挖.开挖前进行超前地质预报,施工时 做好围岩监控量测,以监测数据指导施工,开挖后及时 施作支护结构,仰拱和隧底填充,形成整体受力,确保 大跨双线隧道施工安全和结构安全. 2.2台阶法多分块开挖方法 2.2.1两台阶法 两台阶法开挖示意图如图1所示. 主要施作参数说明: 1)该台阶形式适用围岩情况:围岩岩质较硬,整 体性好,自稳能力强,以弱爆破开挖为主. 2)上台阶主要施作参数:?为了便于机械辅助开 挖和出砟,上台阶开挖高度为6.0,7.0m;台阶最大长 度为50m,以确保爆破施工时钻孔台架距离爆破工作 面有足够的安全距离;?根据围岩情况,在掌子面自稳 能力差时,为保证掌子面稳定性,上台阶掌子面要预留 (b)纵剖面图 图l两台阶法开挖正,纵剖面图(单位:m)’ 收稿日期:2007.05.10;修囤日期:2007—06.20 作者简介:蒋全(1968,),男,湖南长沙人,工程硕士研究生. 核心土,尺寸如图2所示:核心土顶面宽度为2.0m,纵 向长度为1.0,1.5m;顶面至开挖拱顶高度为1.8一 2007年第9期武广客运专线石门岭隧道台阶法多工作面开挖施工技术47 2.0ITI;两侧斜坡坡度为1:0.75,纵向坡度不大于1:1. ?上台阶每循环开挖进尺要求:?级围岩地段,每循环 进尺长度不超过3榀拱架间距.V级围岩地段,每循 环进尺长度不超过2榀拱架间距.施工中当几项指标 有偏差时,以小指标值进行控制. 3)中台阶主要施作参数:?为了便于上台阶施工 车辆上下及方便钻爆施工,中台阶高度确定为上台阶 底面至边墙底高度,约4.1,5.1ITI;纵向最大长度为 30ITI,能够确保爆破作业时小型机具的安全和出砟车 图2两台阶法预留核心土尺寸图(单位:m) (&】正面图 辆有足够的调整方向的空间.?为了便于上下台阶间 的平行交叉作业,中台阶采用两侧交错开挖,每一开挖 进尺长度在?,V级围岩地段均不得超过3榀拱架间 距以确保拱脚稳定.?为确保车辆行驶安全,上中台 阶之间的斜坡道坡度为1:5. 4)下台阶主要施作参数.?下台阶开挖高度为 边墙底至仰拱底,最大开挖深度为1.7,1.8m(仰拱中 心开挖深度);在隧底为软基时,开挖深度为边墙底至 基底硬岩或设计开挖底面标高,按照设计软基处理措 施回填至仰拱底面标高后进行仰拱施作.?为了便于 各台阶平行交叉作业,下台阶开挖采用两侧交错开挖, 每开挖循环进尺为4,6ITI.?当下台阶全幅开挖及 支护长度达到一个仰拱浇筑段长度时,即紧跟施作仰 拱,以尽早封闭基底,确保拱脚稳定.各级台阶开挖后 均要紧跟初期支护施工;下台阶开挖和初支施作完成 后要紧跟仰拱和隧底填充施工,尽早封底保护拱脚. 2.2.2三台阶法 三台阶法开挖示意图如图3所示. (b)纵剖面图 图3三台阶法开挖正,纵剖面(单位:m) 主要施作参数说明: 1)该台阶形式适用围岩情况:围岩岩质相对较软, 自承能力稍差,采用机械及人工开挖为主的区段. 2)上台阶主要施作参数:?上台阶开挖高度为 4.0ITI;台阶最大长度为15ITI;?根据实际围岩情况,当 掌子面不能稳定时,上台阶要预留核心土,尺寸如图4 所示:核心土顶面宽度为3.0,3.5ITI,纵向长度为1.0 , 1.5ITI;顶面至开挖拱顶高度为1.5,1.8ITI;两侧斜 坡坡度为1:0.75,纵向坡度不大于1:1.?上台阶每 循环开挖进尺要求:?级围岩地段,每循环进尺长度不 超过3榀拱架间距;V级围岩地段,每循环进尺长度不 超过2榀拱架间距. 3)中台阶主要施作参数:?中台阶高度3.51TI:纵 向最大长度15ITI,能确保出砟车辆有足够的调整方向 空间.?为确保车辆行驶安全,上,下台阶之间的斜坡 //该l吾,,一 {{年台助}1 【lll ll台|l,{ :::: 夕 图4三台阶法预留核心土尺寸图(单位:m) 道坡度不大于1:2.5. 4)下台阶主要施作参数:?下台阶开挖高度为 3.6m;?当下台阶全幅开挖及支护长度达到一个仰拱 浇筑段长度时,即紧跟施作仰拱,以尽早封闭基底,确 保拱脚稳定. 台阶开挖后均要紧跟初期支护施工,下台阶开挖 48铁道建筑September,2007 和初支施作完成后要紧跟仰拱和隧底填充施工,尽早 封底保护拱脚,同台阶两侧掌子面纵向距离不得小于5 m,上下相邻台阶同侧工作面纵向距离不得小于10m. 2.3主要施工技术措施 2.3.1超前地质预报 结合设计地质,水文资料,采用超前地质预报技 术,对隧道施工前方不良地质体的位置,产状,含水情 况及围岩结构的完整性,包括断层,软弱破碎岩体及地 下水等进行预报预测,及时发现异常情况,从而为正确 选择开挖方法和支护参数提供依据,为预防可能形成 的灾害性事故及时提供信息,提前做好准备,采取相应 的技术和安全措施,以保证施工的正常安全进行. 2.3.2超前支护 施工中主要采用超前小导管对掌子面前方的围岩 进行注浆预加固,使围岩在开挖前被固结以达到增强 自承,自稳能力的效果,从而保证后续施工的安全. 2.3.3洞身开挖 为确保掌子面施工安全,采用台阶法开挖时上台 阶要预留核心土,核心土尺寸根据岩质和台阶形式的 不同可以调整.各台阶开挖后均要紧跟初期支护施 工,下台阶开挖和初支施作完成后要及时进行仰拱和 隧底填充施工,尽早封底保护拱脚. 施工时各台阶拱架架立完成后打设锁脚锚杆 (管),每个钢架单元不少于2根;锁脚锚杆(管)长度不 小于4m;施工过程中要严格控制锁脚锚杆(管)的施 作质量. 2.3.4监控量测 为及时掌握围岩变形情况,预测围岩变化趋势,监 控量测必须紧接开挖,支护作业,并按设计要求进行布 点和监测,结合现场情况及时调整量测的项目和. 量测数据应及时处理,并与工程类比法相结合,及 时调整支护参数或加强施工措施.监测项目如表1所 示.净空变化,拱顶下沉和地表沉降(浅埋段)等必测 项目应设在同一断面上,其量测断面间距及测点数量 应根据围岩级别,埋深,开挖方法而定,如表2所示. 表l监测项目 为及时了解开挖对周围的影响,及时在洞口浅埋 段布置了地表沉降监测点,洞内布置了拱顶沉降监测 点,收敛监测点等,通过对监测数据的采集,整理和分 析,找出施工时对围岩变形的影响规律并反馈指导施 表2每断面测点数量 注:?洞口及浅埋地段断面问距取小值;?各选测项目量测断面数 量,宜在每级围岩内选有代表性的1,2个;?软岩隧道的观测断面适 当加密. 工.?进洞18m范围内浅埋段地表沉降点平均沉降 值:7.50mm,沉降稳定.其中,地表沉降点DBCJ1.2于 9月15日,9月20日沉降速率为一2.281mm/d>2 mm/d,截至9月30日,该点沉降速率为一1.22mm/d, 累积沉降751ml3q,沉降趋于稳定.?开挖过程中,隧 道拱顶沉降变化部分断面如表3所示. 表3隧道拱顶沉降变化断面 GDCJ4.2点拱顶沉降时间位移曲线如图5所示: 根据GDCJ4.2点沉降时间位移曲线,可以看出:?测点 有明显的沉降变化区域,其对应的时间分别相对应于 暗挖或影响区域通过时间.?暗挖通过后,拱顶沉降 值即趋于稳定,这说明影响拱顶沉降的主要因素为掌 子面或侧墙开挖.待支护完成,掌子面成为闭合的稳定 结构后,沉降将明显减小.因此,在施工过程中,采用台 阶法多分块开挖,尽量减少对周围围岩扰动,同时应重 点控制每一循环开挖的时间和导洞闭合成环的时间. 一 5 l?10, 血I 盘.15 一 25 . 20 i ; ‘.’.’ ..,. . 日期 图5GDCJ4—2拱顶沉降时间位移曲线图 2.3.5仰拱及隧底填充施工 仰拱及隧底填充的施工必须超前,即能起到封闭 基底,稳固拱脚,早闭合的作用,同时又能保证洞内道 路的畅通,对保持洞内文明施工,防止隧道基底软化等 都是非常有利的.为避免与开挖相互干扰,仰拱施工 2007年第9期 铁道建筑 RailwayEngineering49 文章编号:1003.1995(2007)09.0049.03 风积砂的压实特性与承载力试验研究 霍永成,辛淑珍 (1.内蒙古呼和浩特市公路工程质量监督站,呼和浩特010051;2.内蒙古工业大学,呼和浩特 010051) 摘要:通过对风积砂原状土样的土粒组成的物理力学试验,以及在不同含水量下风积砂的压 实和承载力 试验,结果表明风积砂压实性能主要取决于压实时含水量的大小,其最佳含水量为7.7%,当 压实度 >90%时,其承载力特征值可以达到160kPa,试验结果可为风积砂的施工提供参考. 关键词:风积砂压实度承载力施工 中图分类号:TU521.2文献标识码:B 风积砂指在风成砂性质上发育起来的土壤,不同 于一般的砂土,风积砂无黏聚性,表面松散,级配差,不 易形成整体,我国西部有大面积的风积砂土质的沙漠, 随着”西部开发”战略的实施,今后在沙漠地区或穿越 沙漠地区的工程建设将不断增加,需要对风积砂的工 程性能做深入的研究.本文主要研究了风积砂的压实 和承载力特性. 1风积砂性能试验 1.1风积砂物理力学性能试验 本试验样本取自鄂尔多斯市达拉特旗境内的库布 收稿日期:2007.03.20;修回日期:2007.06.20 作者简介:霍永成(1967一),男,内蒙古托克托县人,工程师. 其沙漠边缘,分别取自天然地基面下0.5in和1.0in 处.原状土样的土粒组成见表1.土的粒径单一,大 多集中在0.10,0.25mm,不均匀系数为2.2,曲率系 数为1.5,土样呈黄白色,松散状态,经野外观察和室 内试验,定名为细砂.土样的物理力学指标见表2和 表3所示.其中d为土的质量密度;为含水量;y 为天然密度;y为干密度;e为孔隙比;Sr为饱和度; emax为最大孔隙比;emin为最小孔隙比;7为最大干密 度;7为最小干密度. 表I试样土粒组成 时采取防干扰作业平台(栈桥)作为过渡通道,实现多 工作面交叉无干扰作业,提高施工效率. 指标的1.73倍,从而证明,采用台阶法施工,能够在确 保施工安全,隧道结构安全的同时实现隧道快速掘进. 3台阶法实施情况评价4结语 石门岭隧道于2006年9月1413完成洞口段的开 挖,防护及洞口超前支护,9月1513采用台阶法进入 暗洞施工;自2006年10月2013开始单洞6个分块作 业面平行作业;自2006年12月1013,开始防水层施 工,单洞形成8个工作面平行作业.截至2006年12 月3013,进口端完成开挖,支护220in,仰拱及填充56 in,防水层施工30in,折合成洞长度180in,平均月完成 隧道成洞长度52in. 该隧道原设计建议采用CRD法施工单向月施工 进度指标为30ll1/月,而采用台阶法多工作面掘进施 工,该隧道单向月平均施工进度52n1/月,是CRD法进度 从近年来铁路及公路长大隧道施工实例来看,台 阶法是一种比较成熟和便于机械化作业的施工方法. 随着我国高速铁路客运专线建设规模的不断扩大和现 代化铁路客运方式对线路设计要求的不断提高,长大 隧道的数量会更多,长度和断面会更大,台阶法隧道开 挖施工技术将在铁路施工领域越来越完善,且得到更 广泛的推广和应用. 参考文献 [1]王梦恕.地下工程浅埋暗挖通论[M].合肥:安徽教育出版 社,2004. (责任审编王红)