1、. 環(huán)形開挖預留核心土法施工工藝工法QB/ZTYJGYGF-SD-0103-2011第五工程陽剛1.前言1.1 工藝工法概況環(huán)形開挖預留核心土法施工，可以有效地防止洞身開挖造成較大的收斂和下沉,為近早突破軟弱圍巖地段加快了進度。該工法在我國西客專東隧道、浙贛復線新羊石大跨軟巖隧道、鹽壩高速公路B段溪涌隧道、沙坡頭水利樞紐北干渠輸水隧洞等工程中都得到廣泛應用。1.2 工藝原理按照新奧法原理，遵循少擾動、早噴錨、勤量測、緊封閉原則，著眼于如何開挖，才能更有利于洞室的穩(wěn)定和便于支護：一方面，環(huán)形開挖將面拓展到點，減少軟弱圍巖大圍開挖而引起的擾動，加之利用預留核心土來支頂工作面，從而到達充分保護巖體的

2、目的；另一方面，按照洞室開挖后巖體受力特點，利用環(huán)形開挖預留的作業(yè)空間及時進展支護，充分利用支護構造來限制巖體的變形，保證巖體不致過度松弛而喪失或降低巖體的承載能力。2 工藝工法特點2.1施工難度小。由于化面到點，工序簡單，各部位開挖及初支較容易控制，施工難度降低。2.2降低施工本錢。與雙側壁導坑、CRD工法相比,大大節(jié)省了臨時鋼架和臨時噴射混凝土，省工省料。2.3施工平安有保障。核心土支頂工作面，穩(wěn)定性好；開挖均在支護的保護下進展；短進尺及設備的利用縮短了圍巖的暴露時間；工序少、工序之間距離短，能盡早使初期支護封閉成環(huán)，發(fā)揮支護效應。2.4加快了施工進度，容易轉換工序。與雙側壁導坑、CRD工

3、法相比，無臨時支護，節(jié)省了撤除臨時支護的時間，所以當圍巖變化時候，容易轉換工序。2.5本工法可靈活應用。單獨使用時，錯臺的高度可根據(jù)實際圍巖情況，進展靈活調整，其工法核心容之一預留核心土亦可廣泛應用在臺階法、雙側壁導坑法、CRD法等工法的分部施工中。3 適用圍本工藝工法適用于黃土隧道、隧道洞口、具淺埋、富水、偏壓、大跨特征和典型的、級圍巖軟弱地段，對其他類似地下工程亦有借鑒意義。4 主要引用標準4.1高速鐵路隧道工程施工技術指南鐵建立【2010】241號、鐵路隧道工程施工技術指南TZ204、鐵路隧道工程施工質量驗收標準TB10417、鐵路工程測量規(guī)TB10101、公路隧道施工技術規(guī)JTG F6

4、0、公路工程質量檢驗評定標準JTG F80/1。4.2設計圖紙、合同文件。5 施工方法環(huán)形開挖預留核心土法是在上部斷面以弧形導坑領先，并進展支護，其次開挖下半部兩側，再開挖中部核心土的方法。為方便采用機械化作業(yè)，提高開挖進度，施工中應盡量采用大斷面分部。本工法的實質，可以認為是在微臺階法的根底上增加預留核心土容。在施工時，環(huán)形開挖預留核心土每循環(huán)開挖進尺宜為0.51m，預留核心土面積的大小應滿足開挖面穩(wěn)定的要求，不宜低于開挖斷面面積的50%；開挖完成后及時施作噴、錨支護，安裝鋼支撐，每兩榀鋼架之間應采用鋼筋連接，并應加鎖腳錨桿管；上部弧形，左右側墻部，中部核心土開挖各錯開35m平行作業(yè)；仰拱施

5、工緊跟下臺階，全斷面初期支護完成距離拱部開挖面不宜超過30m。當?shù)刭|條件差，圍巖自穩(wěn)時間較短時，開挖面在拱部設計開挖輪廓線外，進展超前支護。6 工藝流程及操作要點6.1 施工工藝流程施工工藝流程圖見圖1、施工順序圖見圖2圖1 環(huán)形開挖預留核心土法施工工藝流程圖圖2 環(huán)形開挖預留核心土法施工順序圖6.2 操作要點施工準備 1 風水管、電線敷設，施工便道、施工場地布置，機械設備、人員配置，材料準備，修建環(huán)保、水保、防排水設施。2 根據(jù)設計資料，詳細分析、了解工程地質、當?shù)厮那闆r，制定合理的施工方案和施工措施，制定施工監(jiān)控量測方案及沉降觀測方案。3 按照設計或規(guī)要求做好超前地質預報工作，指導現(xiàn)場施

6、工。 超前支護采用的超前支護方式有超前大管棚、超前小導管預注漿、超前錨桿等，超前大管棚多用在洞口段施工，洞因受操作空間的限制，非必需情況下一般不提倡采用。洞一般采用超前小導管或超前錨桿。施工時，應嚴格按照技術要求布眼，掌握好超前外插角度，根據(jù)現(xiàn)場實際情況，調整外插角度。相鄰段的搭接長度應符合設計及規(guī)要求，支護尾部必須與鋼支撐焊接結實，注漿施工應嚴格按照設計配合比施工，并控制好注漿壓力。開挖環(huán)形開挖預留核心土法施工，主要采用挖掘機開挖，人工及風鎬或解小炮配合修整開挖面。1拱部環(huán)形開挖。核心土頂面距離開挖拱頂高度宜控制在1.5m左右，核心土斷面宜按照環(huán)形開挖斷面積50%、方便人員操作進展控制；環(huán)形

7、開挖高度根據(jù)實際圍巖情況，結合鋼支撐加工尺寸自行擬訂，應方便人員操作，宜控制在3.54.0m；開挖循環(huán)進尺宜按照2榀鋼支撐間距進展控制，一般0.51m。2 開挖拱部核心土。3 側墻開挖，左右錯開，錯開距離宜為35m；單側一次開挖進尺不大于1.5 m，宜按照2榀鋼支撐間距控制；開挖作業(yè)寬度1.52.0m，中間暫留核心土。4 開挖中間核心土。5 開挖仰拱。全幅開挖，采用棧橋保持通行。仰拱鋼支撐和邊墻下部鋼支撐通過焊接連接結實。初期支護每次開挖后都應及時進展初期支護，做到早噴錨。初期支護施工順序為：初噴混凝土打設系統(tǒng)錨桿掛網(wǎng)架立鋼支撐打設鎖腳錨桿管復噴混凝土至設計厚度。初噴混凝土厚度45cm，用于找

8、平、封閉巖面，防止圍巖應力集中及松弛變形。噴射混凝土進展時，應連續(xù)進展，并掌握好風、水壓，以確保噴射混凝土強度及整體性。錨桿施工時，應通過測量定位，保證其縱向間距與鋼支撐間距一致，并處于同一法線，以便錨桿安裝好后與鋼支撐焊接在一起，形成整體受力構造。鎖腳錨桿的作用是防止拱墻腳初期支護受力后下沉及移，在施工中不能減少，應加強。網(wǎng)片按照設計要求加工，掛設結實。鋼支撐架立，應按照設計尺寸架立，接頭用螺栓連接固定，必要時候進展焊接連接?？v向連接鋼筋的間距、焊接嚴格按照設計及規(guī)要求進展，以保證初支的整體性，在特別松軟地層，拱墻腳可設置型鋼托梁，以增強整體性及防止不均勻沉降引起初期支護開裂或變形過大。仰拱

9、灌注及回填隧道拱部壓力大，初期支護成環(huán)后，拱部壓力通過初期支護向下傳遞，仰拱中部受力最大，仰拱開挖后，及時進展仰拱灌注及回填是改變仰拱受力的主要手段，同時也是保證洞運輸?shù)男枰?，因此仰拱二襯應緊跟開挖進展。監(jiān)控量測監(jiān)控量測，可掌握圍巖變化規(guī)律及支護構造的力學狀態(tài)和穩(wěn)定程度，判斷支護參數(shù)設置是否合理，因此必須加強監(jiān)控量測，切實做到勤量測。主要施工監(jiān)測工程見下表1：表1 監(jiān)控量測工程表序號量測工程量測方法和儀器測點布置測量頻率測量精度1水平收斂量測收斂計、反射膜片配合全站儀每1030m一個斷面，上下2條基線4個點5mm01B2次/d；1512B1次/d；0.51 12B1次/23d；0.20.5 2

10、5B1次/3d；0.2 5B1次/7d。0.1mm2拱頂下沉水準測量的方法，水準儀、鋼尺等每1030m一個斷面，1個點1mm注：B隧道開挖寬度，變形速速7 勞動力組織采用環(huán)形開挖預留核心土法施工，由于循環(huán)進尺短，工序銜接緊湊，合理地配置人員可以起到減少資源、加快工序施工的作用。*單個工作面勞動力單班作業(yè)配置見表2，供參考。表2 *單工作面作業(yè)勞動組織表單班序號工作工程作業(yè)容人數(shù)1開挖風鎬手6礦用電鉆手2挖掘機司機2自卸車司機62初期支護型鋼加工6鋼筋網(wǎng)片加工2鋼架安裝8噴射混凝土15混凝土攪拌運輸罐車司機43混凝土生產(chǎn)混凝土攪拌機司機3裝載機司機2機械修理工14測量及其他技術員2測工45其他隊

11、長1技術負責人1質檢工程師1專職平安員1試驗員2電工3修理工2空壓機司機3調度3輔助人員58 主要機具設備環(huán)形開挖預留核心土法施工，合理安排機械不但可以加快施工進度同時還可以節(jié)約施工本錢。 根據(jù)機械工作能力和實際工作量，*單個工作面單班作業(yè)主要機械配備如表3，供參考。表3單個開挖面機械設備配備表序號作業(yè)機具設備名稱規(guī)格型號單位數(shù)量備注1施工通風軸流式通風機SDFc-NO110臺1通風2施工照明低壓變壓器24v,10kw臺2掌子面及二襯施工平臺3施工用電發(fā)電機250kw臺1備用變壓器500kw臺1施工及生活用電4開挖挖掘機PC-300-6臺1開挖自卸車15t輛3出碴空壓機LWJ-20/7-1臺3

12、高壓供風風鎬臺10礦用電鉆50臺5掘進打錨管、錨桿5初期支護工字鋼彎曲機GW1-200臺1型鋼加工鋼筋彎曲機GW臺1鋼筋加工鋼筋切斷調直機GQ臺1鋼筋加工等離子切割機GW臺1鋼板切割交流電焊機B*1-500臺6鋼架、網(wǎng)片加工及安裝臺式鉆床24025臺1鋼板加工壓漿機臺1錨桿注漿混凝土濕噴機TK-500臺3噴漿6量測及測量儀器全站儀萊卡402臺1方向控制水準儀萊卡N2臺1標高控制塔尺5m個2標高控制精細水準儀萊卡N2臺1沉降觀測銦瓦尺個2收斂儀JSS30A個2量測錨桿拉拔儀BL150B個1錨桿拉拔應力測試儀套1應力測試9 質量控制9.1易出現(xiàn)的質量問題9.1.1富水等地段容易發(fā)生坍塌掉塊，變形大

13、。鋼支撐安裝，連接質量不牢靠、鎖腳質量差、設計凈空尺寸不能保證。分部施工,增加了對支護的擾動頻率，鋼支撐易產(chǎn)生下沉。開挖步距過大，閉環(huán)時間過長，鋼架發(fā)生變形。超前注漿效果較差造成局部坍塌；超前支護搭接長度缺乏造成局部坍塌； 管棚導管角度控制不好造成局部坍塌。9.2 保證措施施工中對有縫隙水出露地段，應加強引排，絕不允許浸泡基底。視情況通過采用放大拱腳、墻腳，增加沉降預留量等來保證凈空尺寸滿足設計要求。鋼架連接必要時采用焊接連接，鎖腳錨桿管采用加設、增長、盡量徑向打設，尾部與鋼架焊接，鋼架腳板必要時設置混凝土根底。錯臺開挖時，鋼架腳板位置，盡量采用人工處理，防止機械碰撞擾動。嚴格控制錯臺長度和工

14、序循環(huán)開挖進尺。嚴格施工技術交底制,對作業(yè)人員定期進展質量教育和考核, 教育作業(yè)隊人員嚴格按設計及規(guī)要求施工,確保施工工程質量。加強監(jiān)控量測，及時反應信息，提高應變能力。鋼架、錨噴網(wǎng)支護要緊跟開挖進展，確保施工平安。鋼架安裝間距誤差要求在10cm，錨桿間距誤差在15cm，錨桿長度不小于設計長度的95%，鋼筋網(wǎng)片搭接長度誤差在5cm，鋼架安裝垂直度誤差在2，型鋼、網(wǎng)片、連接收之間焊接的焊縫應飽滿且不應有假焊、漏焊現(xiàn)象。掌子面與仰拱之間距離不大于30m，仰拱與襯砌之間距離不大于30m。嚴格按配合比施工，控制好水灰比，控制和使用各種添加劑。施工時應做好防水和引排水工作，防止鋼架腳板被水軟化，引起過大

15、下沉。10 平安措施10.1 主要平安風險分析隧道開挖要注重塌方、突水泥、石、大變形等平安風險的評估，提出相應的風險處理措施，編制施工應急預案。10.2 保證措施每次開挖后應派專人進展檢查，處理危石、懸石，并設人監(jiān)護。確認平安后，其他人員方準進入作面。做好洞防塵，降低粉塵濃度。施工中應嚴格控制循環(huán)進尺和施工步距，掌子面到仰拱距離保持不超過30m，仰拱到二襯距離保持不超過30m。施工時應嚴格按照設計要求挖大拱腳并安裝好鎖腳錨桿管，嚴格控制鋼架下沉。施工中發(fā)現(xiàn)不平安因素時，應暫停開挖，加強支護措施。認真做好臨時支護變形的觀察、量測，并認真做好記錄和數(shù)據(jù)處理工作，及時反應，做好信息化施工。加強洞電力

16、、通風、排水管線路的管理，防止漏電、漏風傷人。認真落實施工應急預案，現(xiàn)場配備必要的搶險機械、物資，并應進展針對性演練，出現(xiàn)問題迅速采取措施，減少影響和損失。11 環(huán)保措施11.1控制炸藥爆炸產(chǎn)生的有害氣體和粉塵含量，減少對空氣的污染，節(jié)約炸藥等能源的消耗。11.2采用分部開挖，充分利用人力和小型機具，減少大型設備數(shù)量，從而減少油料的消耗，到達節(jié)能、減排的要求。11.3優(yōu)化設計支護參數(shù)，節(jié)約錨桿和混凝土的數(shù)量，從而節(jié)約建筑材料，起到節(jié)約能源的目的。11.4隧道洞口和棄土場等及時修建擋護和排水系統(tǒng)，做到先擋后棄，防止水土流失，對環(huán)境造成影響。11.5施工廢水采取沉淀、過濾后達標排放。12 應用實例12.1工程簡介本工法在西鐵路客運專線東隧道和寧武高速西銘隧道都有運用。西鐵路客運專線東隧道全長7684m，設計為雙線大跨黃土隧道，開挖寬度15.2m，開挖高度13.18m，開挖面積163.08，隧道圍巖為黃土地質。東隧道設計DK333+520DK338+620、DK338+670DK338+690段共計5120m為級圍巖，該段上臺階采用環(huán)形開挖預留核心土法施工。寧武高速公路西銘隧道全長1243m，設計為別離式單向雙車道雙線隧道，開挖寬度12.40m，開挖高度10.10m，開挖面積102.8，該隧道左右線洞口段均采用了環(huán)形開挖預留核心土法施工。12.2 施工情況東隧