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关于隧道施工的开挖施工方法研究

 昵称0I1A7 2017-06-17


前言:隧道即地下、水下或山体中修建的,为铺设铁路或修筑公路而修建的构筑物,现阶段主要包括山岭隧道、水下隧道和城市隧道三种,在隧道施工的过程中,需要按照设计完成对施工现场土体、岩石等进行松动、破碎、挖掘和运出等工程,这些工程即开挖施工工程,在具体的隧道施工中选用何种开挖施工方法要结合施工现场的实际条件进行。

一、案例介绍

    大坪子隧道为分离式双向六道高速公路隧道,左、右幅隧道的长度分别为735m750m,建筑界限净宽为14.75m,围岩级别主要为V级和Ⅳ级,施工地域白云岩及灰岩分布广泛,地下水以裂隙水、岩溶水为主,大气降水为主要的补水方式。在开挖施工的过程中,考虑到大坪子隧道隧址区总体呈单斜构造,地质构造简单,区域地质较稳定,但局部分布岩溶、堆积体、危岩体等不良地质的现实情况,依据新奥法原理,应用了双侧壁导坑开挖法、三台阶法开挖法。

二、隧道施工的开挖施工方法分析

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(一)双侧壁导坑开挖法

双侧壁导坑开挖法即在隧道两侧导坑开挖的同时进行导坑四周初期支护和临时支护,然后对中部剩余土体进关于隧道工程相关的论文写作投稿联系杂志社杨编辑行分步开挖的方法,现阶段在跨度较大、超浅埋、偏压低层或沉降要求较为严格的隧道工程中应用较为广泛[1]。案例工程中此方法主要应用于隧道主洞V级围岩位置,施工的立面图如图1所示,在开挖施工的过程中,以机械开挖人工辅助为主,弱爆破、放小炮开挖手段主要应用于局部硬岩的松动,爆破孔孔径为φ40mm,起爆方式为非电毫秒雷管分段起爆[2]。在施工中,先要完成超前地质预报、掌子面清理,测量放线以及施作超前支护、注浆等工作,然后在监控测量下,进行I部和III部的开挖,同时对两部进行喷砼封闭岩面、施作洞身锚杆和架立钢架与临时钢架及横撑、锚喷支护,闭合成环,对II部和IV部开挖,最后逐步进行架立周边钢架(必要时设底部横撑),施作锚喷支护,依次开挖VVI部,喷砼封闭掌子面,施作锚喷支护,接长临时钢架,拆除下部横撑,拆除临时钢架(56m),浇筑仰拱,浇筑填充混凝土,施作防水层,浇筑二次衬砌。

此方法在应用的过程中需要注意以下方面:首先,要通过超前锚杆、管棚等方式对围岩进行超前加固,案例工程主要采用超前锚杆方法;其次,由于导坑断面的宽度在隧道断面的1/3左右,为保证工程质量,应坚持管超前、短进尺、弱爆破、强支护、勤量测、紧封闭的原则;再次,为保证工程进度应使与中部位置关系相差1020米的两侧侧壁导坑和中部同时平衡作业;另外,临时支护拆除时但此拆除的长度要在15米以内,伴随监控量测进行[3]。除此之外,为了稳定掌子面,应合理的应用预留核心土法。图2为双侧壁导坑法施工全景图片。

 

1 案例工程双侧壁导坑法施工立面图

(图中IIIIIIIVVVI为开挖导坑;①、②、③、④、⑤、⑥为与其对应的初期支护和临时支护;⑦代表浇筑仰拱;⑧代表仰拱回填;⑨代表整体模筑二次衬砌)

 

2 双侧壁导坑法施工全景图片

(二)三台阶法开挖法

台阶法即将隧道设计断面直接分为上半断面、和下半断面或分为上、中、下三个断面,断面间存在一定距离但同时并行开挖的方法,此方法在工作空间、施工速度等方面均可以得到保证,但在施工过程中不同断面间的作业会产生一定的干扰,在实践中发现,虽然围岩在施工的过程中会被多次扰动,但开挖面的稳定性在台阶的作用下仍较理想,特别是上部已经开挖支护后,下部作业的安全性可以得到一定的保证,但此时应注重上部稳定性受下部施工的影响[4]。图3为案例工程三台阶法开挖法横向施工工序示意图,在此方法应用的过程中爆破的安全性和有效性至关重要,案例工程在超前地质预报、台车就位、测量方向后,结合钻爆设计进行了放样布眼、上下台阶钻眼、装药联网爆破、通风、掌子面检查和瞎炮处理,并结合爆破效果对超挖和欠挖的问题进行了处理,在爆破效果满足要求后,进行装渣运输、上下台阶支护,并在监控量测满足设计要求的情况下进行了下循环施工。为保证施工的整体质量,案例工程各步台阶一次开挖长度控制在2m3m之间,第3部台阶开挖后仰拱应紧跟,以不超过5米的间距进行量测断面,为洞身结构稳定性、支护参数调整方向、灌筑二次衬砌时机等方面判断提供依据;并保证围岩段封闭位置距离掌子面不大于35m、仰拱距开挖面不超过40m、二次衬砌距离掌子面V级围岩不得大于70m,可见监控测量保证开挖断面的各项数据严格按照设计进行,在三台阶开挖法应用过程中也至关重要。

  3 案例工程三台阶法开挖横向施工工序示意图

(图中IIIIII为开挖断面;①、②、③、为与其对应的初期支护;④代表仰拱;⑤代表仰拱回填;⑥代表整体模筑二次衬砌)

三、隧道开挖施工的其他方法分析

除上述隧道开挖方法外,现阶段我国在隧道开挖施工过程中还可以结合实际情况选择其他开挖方法,例如全断面开挖法,即以设计的隧道轮廓为依据,一次性爆破成型,然后进行修建衬砌的方法,通常情况下,其要求施工现场的围岩可以在全断面开挖至初期支护阶段稳定性满足要求,可以应用钻空台车、自制作业台架、高效率装运机械等设备,施工的隧道长度在1千米以上等,以此保证施工的可操作性、安全性和经济性[5]。此开挖施工方法工序较简单,以大型机械设备为主,对围岩的干扰性较小,所以现阶段应用的范围较广泛。在此方法应用的过程中需要注意,大型机械设备开挖的断面通常较大,会直接影响围岩的稳定性,所以对施工中的开挖工序、出碴能力、支护可靠性等方面均具有较高要求,而且需要通过对周边爆破孔眼间距和角度进行合理的调整,使光面爆破的效果得到保证,二次衬砌距掌子面的距离要结合围岩的类型进行调整,并伴随有效的动态量测和监控进行。现阶段人们在三台阶开挖法基础上提出的弧形导坑左右台阶错开开挖支护法在黄土地区隧道施工中或Ⅲ-Ⅳ级围岩中也得到了较广泛的应用,此方法在施工中对隧道洞口、洞顶、东门等位置的防排水系统工程质量具有较高的要求,而且台阶的长度一般要在35米之间,通过初期支护和缩脚锚杆实现封闭成环,对仰拱施工的及时性也具有较高的要求。

除上述开挖方法外,环形开挖留核心土法、中隔壁法、交叉中隔壁法等在隧道开挖过程中也较为常见,可见我国隧道开挖施工方法已经呈现出多样化的发展特征,在施工中可以结合实际需要灵活的选择。

结论:通过上述分析可以发现,现阶段人们已经认识到选择科学合理的开挖施工方法对保证隧道施工的质量、效率和安全性具有重要作用,并在实践中有意识的结合隧道工程的实际情况,对具体开挖施工方法进行灵活的选择和优化,这是现代隧道施工水平和管理理念提升的具体体现,应在不断完善的同时积极推广。

 

 

 

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