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1、冰川堆积体隧道开挖施工工法第一章 前言 在高海拔严寒地区，隧道施工受到地形、地貌的影响，特别是冰蚀作用强烈的高山峡谷冰川地貌，山势险峻，沟谷发育，冰崩、雪崩发育。冰川在运动过程中，不仅具有强大的侵蚀力，而且还能携带冰蚀作用产生的许多岩屑物质，接受周围山地因冻融风化、雪崩、泥石流等作用所造成的坠落堆积物，从而形成各种冰碛地貌类型，岩堆内部为较大的碎石、块石错乱叠置而成,细颗粒的泥砂较少,碎屑物之间没有胶结,结构松散,围岩稳定性极差。因此隧道工程,尤其是隧道洞口浅埋段影响极其显著,将给隧道施工带来很大困难。近年来，我们根据多年的隧道施工经验，对冰川堆积体隧道开挖施工关键技术进行了总结，遵循“短进尺
2、、多分部、弱爆破”的原则，加强超前预加固措施，同时充分重视量测数据的及时反馈，经过实用，特别是在嘎隆拉隧道的施工中，收到了显著的效果，我们对之进行了总结，充实和提高，形成本工法。 第二章 工法特点2.1开挖隧道中，尽可能的维持了土体原有稳定状态，对围岩做到了尽量少扰动、少破坏。2.2 尽可能保持原地形的草皮植被坡面，边坡防护与边坡开挖同步进行，减少洞口边仰坡的开挖，保证了坡体的稳定性。2.3 采用预留核心土环形开挖法，施工支护采用较强的钢拱架喷锚支护，并辅以超前小导管等辅助施工手段，保证了隧道的顺利进洞。第三章 适用范围该工法一般适用于地质条件复杂，隧道围岩为较为松散的冰川堆积体，达到确保软弱
3、围岩段安全施工的目标。第四章 工艺原理 隧道穿越冰川堆积体施工主要采取综合治理的方法，以确保隧道施工过程中堆积体的稳定性。采取开挖时尽量不扰动边坡的方法，做好边坡坡面防护；在进洞位置及时采取超前支护和预加固，确保开挖进洞前围岩的安全稳定；施工过程中坚持“短进尺、弱爆破、强支护、勤量测、早封闭”的原则，按照新奥法施工原理，认真实施网、锚、喷、注等支护措施和安全监测。第五章 施工工艺流程5.1边仰坡防护5.1.1采取尽量不扰动边坡的方法,在边仰坡防护前组织人员将坡面危石及杂草清除干净,并在隧道开挖轮廓以外用轨排防护,避免危石溜坍。5.1.2做好边仰坡外侧的截排水工作,防止雨水或泥石流冲刷坡面。5.
4、1.3在正洞开挖轮廓线以外进行坡面防护,可先用细钢丝网防护后再铺设钢筋网，施作锚杆及喷射砼，保证边仰坡的稳定和施工安全。5.1.4同时在洞口浅埋段地表埋设地表下沉观测桩点，随时监控地表变化情况(图1)。 图1 洞口浅埋段监控量测5.2 超前支护和预加固5.2.1在浅埋、进洞位置或当探明前方围岩破碎时,应及时采取辅助施工方法对地层进行预加固、超前支护或止水。5.2.2超前支护方法采用超前小导管预注浆的施工方案,应符合下列要求： 1 小导管采用32mm焊接钢管或42mm无缝钢管制作，长度宜为35m。管壁每隔1020cm交错钻眼，眼孔直径宜为68mm。 2 沿隧道纵向开挖轮廓线向外1030的外插角钻
5、孔，将小导管打入地层。 3 小导管注浆前，应对开挖面及5m范围内的坑道喷射厚为510cm砼或用模筑砼封闭。 4 注浆后至开挖前的时间间隔，视浆液种类宜为48h。开挖时应保留1.52.0m的止浆墙，防止下一次注浆时孔口跑浆。5.2.3注浆材料应根据地质条件确定: 1 断层破碎带和砂卵石地层，当裂隙宽度（或粒径）大于1mm时，加固地层注浆宜优先采用水泥类浆液和水泥-水玻璃浆液。 采用水泥浆液是，水灰比可采用0.8：12：1。需缩短胶凝时间，可加入食盐、三乙醇胺速凝剂。 采用水泥-水玻璃浆液，应根据胶凝时间配制。一般水泥浆液的水灰比为0.8：11.5：1；水玻璃浓度为2540波美度，水泥浆与水玻璃的
6、体积比宜为1：11：0.3。 2 断层泥地带，当裂隙宽度（或粒径）小于1mm时，加固注浆宜优先采用水玻璃类和木胺类浆液。 小导管注浆采用注浆压力和流量两个条件来控制，注浆压力一般控制在0.51.0MPa之间，注浆材料、注浆方式和注浆压力在实际操作中将根据现场的实际情况进行调整；如发现漏注或有空洞,应及时补注或用砼补喷,保证结构总体均匀。浆液扩散半径根据导管密度确定，考虑注浆范围相互重叠的原则，扩散半径按以下公式计算：RK=（0.60.7）L0式中 L0为导管间的中心距离单根导管的浆液注入量Q按下式计算：Q= Rk2 L式中 L导管长度岩体孔隙率5.2.4开挖前在洞口施作适当长度(一般为2.0m
7、)钢筋砼棚洞,防止边仰坡脚溜坍。 5.3 隧道洞身开挖5.3.1隧道进洞段开挖采用短正台阶分部施工法, 开挖原则上采用人工或机械开挖；如遇石方必须放炮开挖时,必须格执行弱爆破、短进尺的原则；当围岩特别破碎或遇到夹泥夹沙层时,必须采用人工或机械开挖。5.3.2 进洞部分施工步骤：先将拱部刷方到核心土上部位置,利用平台作超前支护；然后把边墙部分刷方到设计高程,按洞身初期支护要求加固,再在棚洞外缘用编织袋装土石进行反压回填后,方可进行洞身部分开挖。5.3.3 为探明前方地质情况,采用短台阶开挖方式(图2) ,即先开挖1 部(1部领先2部5 m)，架立1部钢架；再开挖2 (3) 部,架立2 (3) 部
8、钢支撑，将钢支撑合拢,视实际情况在钢支撑中部架设木支撑或型钢作为对口撑,必要时在底部设置临时仰拱,保证初期支护稳定； 使用人工或挖掘机、自卸汽车出渣。 5.4 施工支护 开挖后应尽快施作锚杆、喷射混凝土、敷设钢筋网或钢支撑。当采用复合衬砌时，应加强初期锚喷支护；锚喷支护或构件支撑，应尽量靠近开挖面，其距离应小于1倍洞跨。5.4.1 锚杆的施工 1 采用系统锚杆作为衬砌结构的一部分时，应符合设计要求和公路隧道设计规范的有关规定。 2 锚杆宜采用级钢筋制作，根据现场实际情况选择锚杆类型，施工时应符合各类型锚杆施工要求。 3 锚杆安设作业应在初喷混凝土后及时进行。施工钻孔应圆而直，钻孔方向宜尽量与岩
9、层主要结构面垂直；锚杆安设后不得随意敲击，其端部3天内不得悬挂重物。5.4.2 挂网钢筋网片在系统锚杆施做后安设，按设计要求加工和安装钢筋网，随受喷面起伏铺设，同定位锚杆固定牢固，钢筋网与受喷面的间隙以3cm左右为宜，混凝土保护层大于2cm。钢筋网施做时注意：加工前对钢筋进行校直、除锈及去油污等，确保钢筋的施工质量。5.4.3 喷射混凝土 1 应根据对喷射混凝土的质量要求和作业条件的要求，以及现场的维修养护能力等选定喷射方式，同时尚应考虑对粉尘和回弹量的限制程度。 2 在喷射混凝土之前，应用水或高压风管将岩壁面的粉尘和杂物冲洗干净；喷射中发现松动石块或遮挡喷射砼的物体时，应及时清除。 3 采用
10、钢架喷射砼时，钢架的型式、制作和架设应符合下列要求： （1）钢架支撑可选用H型钢、工字钢、U型钢或钢筋格栅等制作。钢架加工尺寸等应符合设计要求。（2）钢架支撑必须具有必要的强度和刚度，刚架的设计强度，应保证能单独承受24m高的松动岩柱重量，其形状应与开挖断面相适应。（3）支撑接头由螺栓连接牢靠，当作为衬砌骨架时，接头应焊接。（4）钢架应按设计位置架设，钢架之间必须用纵向钢筋联接，拱脚必须放在牢固的基础上。5.5 特殊情况处理 5.5.1隧道开挖过程中随时加强观察,避免出现人为原因的塌方现象。隧道在掘进时出现塌方,如规模较小,应先加固未塌方段防止塌孔扩大;塌方规模较大时,立即封堵掌子面,封堵采用
11、枕和洞渣回填,待塌方稳定后,施作小导管注浆,如范围较大,可分次注浆固结洞身周围围岩和渣体,浆液凝固后,按先上后下的原则清除塌方体。 5.5.2 塌方回填比常规回填规模大,当塌穴特别大,难以全部填满时,可采用喷锚支护对塌孔加固后,用浆砌或干砌回填一定厚度,或用木支撑将塌穴内岩体撑紧,然后施作衬砌。 5.5.3 塌方地段,防排水与回填处理一样重要,应一并考虑;当掌子面出现涌水或有水头出露时,应先进行小导管注浆堵水,或用导管将水排出塌方段,然后开挖。 5.5.4 开挖过程中遇到较大孤石时,应先在孤石周围注浆固结石块周围土体,待注浆体达到强度后,将孤石撬除,然后再进行初期支护。第六章 材料与设备6.1
12、 主要施工材料及要求 6.1.1水泥 应优先采用普通硅酸盐水泥，也可采用矿渣硅酸盐水泥；在软弱围岩中宜选用早强水泥。水泥标号不得低于425号，使用前应做强度复查试验。6.1.2速凝剂 必须采用质量合格产品。应注意保管，不使其变质。使用前应做速凝效果试验，要求初凝不超过5min，终凝不超过10min。应根据水泥品种、水灰比等，通过试验确定速凝剂的最佳掺量，并应在使用时准确计量。6.1.3 砂 喷射砼应采用硬质洁净的中砂或粗砂，细度模数宜大于2.5，含水率一般为5%7%，使用前应一律过筛。6.1.4石料 采用坚硬耐久的碎石或卵石，粒径不宜大于15mm。6.1.5 水 水质应符合工程用水的有关标准，
13、水中不得含有影响水泥正常凝结与硬化的有害物质。6.1.6 外径42mm、壁厚3.5mm热轧无缝钢管。6.1.7 35波美度的水玻璃浆液。 6.1.8 HRB335级热轧带肋钢筋（直条），HPB235级热轧带肋钢筋（直条）。6.1.9 I18工字钢 屈服强度235 Mpa，抗拉强度375500 Mpa。 6.1.10 浸水式锚固剂 端锚时间：初凝14 min ，终凝7 min；端锚0.5h强度12 Mpa ，端锚1h强度18 Mpa ，端锚24h强度25 Mpa 。6.2 主要施工机具及仪器 6.2.1主要设备 挖掘机、手风钻机、空压机、喷浆机、注浆机、砼搅拌机、装载机、拱架加工设备、潜孔钻 6
14、.2.2其它设备 砼运输车、自卸运输车、电焊机、钢筋切割机、钢筋弯曲机 6.2.3检测仪器 水准仪、全站仪、收敛仪、钢卷尺、砼震动台、冲框砂石筛、净浆搅拌机、水泥稠度仪、万能材料试验机 第七章 质量控制7.1 严格贯彻相关的国家标准和交通部颁布的有关技术标准、行业规范、规程。7.2 施工中应根据现场实际地质情况，及时调整施工支护参数，以体现“动态施工、过程控制”的理念。7.3 编制施工组织设计时，应考虑隧道长度和断面、工期要求、地质条件和当地自然条件等，确定合理的施工方法和施工进度。7.4严格执行质量检查制度，遵守操作规程，做好材料试验工作；施工中应做好技术交底工作，进行技术、质量教育，确保工
15、程质量。7.5 合理安排施工机具设备周转时间，提高机械利用率。施工中应加强技术管理，并合理安排工序进度和关键工序的作业循环，组织均衡生产，提高劳动生产效率。7.6 施工前应结合工程特点和新材料、新技术、新工艺的推广应用等情况，对职工进行安全教育、技术交底和培训。7.7 组成专业测量组，严格按照新奥法施工原则要求，在施工过程中开展监控量测工作，通过对量测数据的分析和判断，对围岩-支护体系的稳定状态进行预测，并据此确定相应的施工措施，以确保围岩及结构的稳定。其主要监控量测项目有： 7.7.1 洞内、外观察 1 洞内观察(1) 开挖面观察：每次开挖后进行一次，当地质情况基本无变化时可每天观察一次。观
16、察后绘制开挖面略图，填写工作面状态记录及围岩级别判定卡。用地质罗盘测岩性、结构面产状。同时将炮眼钻孔速度、卡钻、坍孔、水量大小等情况情况记录下来，可作为分析掌子面前方围岩情况提供一定判断依据。(2) 初期支护完成区段观察：每天至少进行一次，观察内容包括喷混凝土、锚杆、钢架的状态。2 洞外观察：洞口地表情况、地表沉陷、边坡、仰坡的稳定、地表水渗漏的观察。 7.7.2 水平净空变化观察 每次开挖后尽早进行，最迟不大于24小时，在下一循环开挖前完成读数。采用全断面开挖时，测一条测线，采用台阶法开挖时，在拱腰及边墙各设一条测线。V、IV类围岩每1015m一个断面，III类围岩每30m一个量测断面。 7
17、.7.3 拱顶下沉量测 拱顶下沉量测与水平净空量测在同一量测断面内进行，其量测频率相同；当地质条件复杂，下沉量大或偏压明显时，除量测拱顶下沉外，还应量测拱腰及基底隆起量（图3）。V、IV类围岩每1015m一个断面，III类围岩每2030m一个量测断面。 7.7.4 浅埋段地表下沉量测浅埋段地表下沉量测断面布置与拱顶下沉量测及水平净空变化量测在同一量测断面内。地表下沉量测应在开挖面前方隧道埋置深度与隧道开挖之和处开始，直到封闭结构、下沉基本停止为止。7.8 特长隧道施工中需开展地质超前预报工作，如TSP、地质雷达等超前地质预报。第八章 安全措施8.1在施工过程中，认真落实公路隧道施工技术规范及公
18、路工程安全技术规程，认真贯彻“安全第一、预防为主”的方针，严格防止各类伤亡事故的发生。8.2开工前进行系统安全教育，使广大职工牢固树立“安全第一、预防为主”的思想意识，克服麻痹思想。组织职工加强学习有关安全方面的规章制度和安全生产知识，做到思想上重视，生产上严格执行操作规程。8.3制订安全制度和措施，加强通风、照明、防尘、降温及防水和防止有害气体的工作，并预防塌方事故，保护施工人员身体健康和安全。8.4按施工组织设计和工艺流程科学组织施工。严格工序衔接，严格操作规程，避免各种违章指挥和违章作业行为的发生；抓好现场安全管理，坚持文明施工，保障人力、机械和器材的安全。8.5各种机械设备操作人员，坚
19、持持证上岗，按照规定操作，严格执行班前检查制度和工作中注意观察及工作后的检查保养制度。明确规定指挥信号，坚决服从指挥。定期组织机电设备、车辆安全大检查，查安全问题，进行调查处理，制定防范措施。8.6 对火工、爆材等物品实行专人跟踪管理，库房、油库等重点场所严禁烟火，认真做好防火、防盗工作，避免各类事故的发生。第九章 环保措施9.1 施工中应符合国家环境保护的有关规定，按照“不破坏是最大的保护”的理念，坚持最大限度的保护、最小程度的破坏、最强力度地恢复，实现隧道工程和周围环境的和谐共存。9.2成立环保小组，制定环保措施，严格遵守国家有关环境保护法令，认真检查、监督各项环保工作的落实。对职工进行环
20、保知识教育，积极主动地参与环保工作，自觉遵守环保的各项规章制度，树立人与自然和谐共处的思想。9.3 严格按照设计施工，严禁乱挖乱填；不得破坏和拆除任何构造物及设施，加强林区的防火防灾工作，不得随意清除地表植被和乱砍树木，红线范围的保护级植物按相关文件进行移栽和避绕。9.4 隧道开挖的土石方要及时清运，不可随意堆弃，弃方时应保护植被，选好弃渣场地，做好坡脚浆砌防护，以免产生次生病害，尽可能覆土层植草防护。9.5污水防治9.5.1 采用清污分流； 9.5.2设置污水处理设施对污水进行处理。处理后符合国家环保保标准，再行排放。 9.5.3妥善处理施工期间产生的各类污染物。对施工产生的固体废物和生活垃
21、圾集中处理，不得随意遗弃。9.6粉尘污染防治9.6.1散装材料采用密闭罐运输、存放。 9.6.2对施工现场和运输便道等易产生粉尘的地段定时进行洒水降尘，勤洗施工车辆，保持湿度、控制扬尘。9.7施工噪声污染防治：严格按建筑施工场界噪声限值（GB12523-90）中的有关规定和要求进行施工。对于噪声影响大的施工，合理安排施工组织计划，避免夜间扰民，尽量减少施工对当地居民的不利影响。9.8振动防治 9.8.1对混凝土搅拌机、抽水机、碎石机、空压机等的基础宜埋入半地下，并铺设砂石垫层以减轻振动影响。 9.8.2适当选择机械的配置地点，防止振动对周围环境造成影响。9.9 隧道施工完毕后应作好施工场地竣工
22、后的清理、绿化和复耕还田工作，保护自然环境。第十章 应用实例 本工法综合总结了国内一些隧道的施工经验，已成功应用于国内已建或在建项目中，现以西藏扎墨公路嘎隆拉隧道工程为实例。10.1 工程概括嘎隆拉隧道为单线双向行车隧道，起讫桩号：K48+235K51+545，长3310米。隧道进口设计高程3775.519m，出口设计高程3647.700m，隧道净宽7.5m，净高4.5m，最大埋设857m。隧道纵坡为-4.1%的下坡，中间设-3%的休息坡。隧道进口位于直线段上，出口位于R=160m的圆曲线上，出口超高3%。隧道所在地积雪冰冻期约七个月，洞口段200m为区域变质岩地区（进洞端40m为第四系堆积体
23、，同时也为浅埋段），洞身发育七条断层。该隧道于2008年12月18日开工，2010年12月18日竣工。10.2 施工过程1 在开挖仰坡之前，在仰坡刷坡线5m外顺地势布设洞顶截水沟。在K48+246中桩处左偏14.1m至右偏11.5m范围内按1:0.5的坡率进行成洞面的开挖，两侧临时路堑式边坡坡率为1:0.75。开挖高度应控制在20m内。2 边仰坡防护：布置安装42注浆钢花管并注水泥浆，初喷砼厚度至3cm，挂钢筋网、复喷至设计厚度。3 进洞施工方法：K48+246K48+286段洞身围岩主要为块石、碎石土和强风化黑云母石英片岩，结构松散，稳定性差；片岩片理、裂隙极发育，岩石破碎，产状21044开
24、挖时易坍塌，属于V级围岩。其中K48+246K48+270段覆盖层厚度为5 m30m，属于浅埋段；K48+270K48+286段覆盖层厚度为30 m42m。具体施工程序是：42小导管超前支护上台阶预留核心土开挖法初喷C20混凝土46cm18#工字钢拱架钢筋网片复喷C20混凝土至24cm厚开挖核心土下断面拉中槽下断面初期支护仰拱开挖及填充拱墙二次衬砌 施作超前支护此段超前支护在拱顶128范围内采用42注浆小导管（L=4m）并采用水泥（添加水泥重量5%的水玻璃）浆液进行注浆，稳固围岩。洞口小导管沿隧道开挖轮廓线、按上中下三排布置，排间距为50cm，小导管布置详见洞口42小导管布置图。外斜角为101
25、5，内侧环环向间距20cm，中间环和外侧环128范围内小导管数量与内侧环保持一致均匀布置，纵向前后两小导管水平搭接长度不小于1.0m。洞内在掌子面沿隧道开挖轮廓线（拱顶128范围内）布置一环小导管（L=4m）。外斜角为1015，环向间距0.35m；隔2.4m再打一排小导管，纵向前后两小导管水平搭接长度不小于1.0m。 开挖：采取人工配合机械上下断面开挖，开挖时可采取松动爆破。上断面采取预留核心土弧形开挖法，下断面采取拉中槽预留边墙土体的方法。每次进尺控制在50cm左右，上下开挖断面之间距离控制在5m以内。 初期支护：上断面初期支护施作顺序为先喷射C20混凝土4cm、挂单层8（2020cm）钢筋网片、架立18#工字钢架（每延米2榀）、而后复喷C20混凝土至24cm厚。为防止拱脚下沉，在工字钢拱架拱脚下垫5cm厚木板，且在拱脚处施作25锚杆，锚杆长为3.5m，锚杆与拱架焊接牢固。下断面初期支护施作同上断面，但左右边墙的拱架落底应采取马口跳槽法，马口长度控制在80cm以内。10.3 工程应用效果 针对浅埋段堆积体围岩情况，采用综合治理的方法，在尽可能不扰动周边地质的情况下，及时有效的加固稳定了围岩，确保了隧道进洞开挖的安全稳定性。此项施工工艺操作简单，所需材料与设备较为常用，具有很强的适用性和应用空间，符合工程建设可持续发展的方针。
