保留核心土法開挖大跨度黃土隧道施工技術(shù)1工程概況新莊嶺隧道位于于讒(口)蘭(州)高速公路CL7合同段內(nèi)，是是該線最長(zhǎng)的的一座隧道。該該隧道分上下下行線，上行行線長(zhǎng)1455m，下行線長(zhǎng)1422m，總計(jì)全長(zhǎng)2877m。設(shè)計(jì)為單單心圓斷面，I類圍巖開挖挖寬度13.2m，高度9.5m，面積106.77m2；Ⅱ類圍巖開挖挖寬度13.1mm,高度9.4m，面積101.11m2。襯砌采用用復(fù)合式，分分兩次模注砼砼，一次襯砌砌為變截面結(jié)結(jié)構(gòu)，厚度為為50～70cm((I類圍巖)、45～65cm((II類圍巖)；二次襯砌砌為等截面結(jié)結(jié)構(gòu)，厚度均均為35cm，襯砌后內(nèi)內(nèi)徑為555cm。新莊嶺隧道地處處黃土山梁，地地形起伏大，山山梁大致呈南南北走向，基基本與線路方方向正交，梁梁頂窄長(zhǎng)面平平緩，兩側(cè)為為深切溝谷，西西安側(cè)山坡較較陡，自然坡坡度70°，蘭州側(cè)山山坡較緩，自自然坡度50°。隧道最大大埋深94m，最小埋深17m。2開挖方案隧道開挖遵循“短開挖，強(qiáng)強(qiáng)支護(hù)，勤量量測(cè)，緊封閉閉”的原則。隧隧道上下行線線進(jìn)出口共四四個(gè)工作面同同時(shí)作業(yè)，針針對(duì)不同地質(zhì)質(zhì)條件采取不不同的開挖方方法。洞口Ⅰ類圍巖淺淺埋段采用礦礦山法雙側(cè)壁壁導(dǎo)坑先墻后后拱法施工。Ⅰ類圍巖深埋段段及Ⅱ類圍巖采用用礦山法正臺(tái)臺(tái)階先拱后墻墻法施工，拱拱部采用開挖挖1.8m寬環(huán)形帶保保留核心土法法開挖，開挖挖后即施行一一次模注襯砌砌。側(cè)墻馬口口采用四步跳跳躍法施工，中中間4m寬，修成斜斜坡道，以保保證上半斷面面同時(shí)施工。3施工方法及及工藝要點(diǎn)Ⅱ類圍巖采用正正臺(tái)階先拱后后墻，拱部采采用環(huán)形開挖挖施工的理由由：工作面多多，進(jìn)度快，拱拱部環(huán)形開挖挖保留核心土土，能保證圍圍巖穩(wěn)定，避避免坍方，便便于支撐，施施工安全。3.1上導(dǎo)坑坑開挖根據(jù)黃土地質(zhì)特特性和施工工工期要求，為為避免塌方，上上導(dǎo)坑采用每每循環(huán)掘進(jìn)2.4m，并根據(jù)土土質(zhì)的松密程程度，隨時(shí)調(diào)調(diào)整為1.2m或1.0m開挖，貫徹徹短開挖原則則。每個(gè)掌子子面配備10榀鋼拱架，640塊120cmm×30cmm鋼模板，一一臺(tái)挖掘機(jī)，一一臺(tái)裝載機(jī)，6臺(tái)出碴運(yùn)輸輸車。其工藝藝要點(diǎn)如下：：(1)先開挖拱拱頂環(huán)形I部拱部開挖由開挖挖工班負(fù)責(zé)施施工，工班人人數(shù)7人。用羊鎬鎬沿開挖輪廓廓線由上向下下依次開挖，配配合鐵鈀將松松土扒離掌子子面，每次掘掘進(jìn)2.4m。拱頂中心心處掌子面要要向前多掘進(jìn)進(jìn)0.5m，以備砼一一次支護(hù)封頂頂時(shí)使用。如果開挖時(shí)發(fā)現(xiàn)現(xiàn)頂部土體有有裂紋或疏松松現(xiàn)象，應(yīng)邊邊開挖邊支撐撐，支撐采用用楊木背板加加Φ40鋼管，鋼管管底部撐在核核心土上。(2)管棚超前前支護(hù)黃土隧道土質(zhì)比比較松散，開開挖后易形成成分層坍塌，層層厚一般為20～60cm之間，故需需較強(qiáng)的初期期支護(hù)，而且且以采用管棚棚方案比較適適宜，因?yàn)殇撲摴芘c超前注注漿錨桿相比比較，一是直直徑大，與土土體接觸面積積大；二是與與土體接觸密密貼，沒有空空隙，有利于于力的傳遞。而而注漿錨桿直直徑和剛性比比較小，當(dāng)注注漿時(shí)，由于于水泥漿內(nèi)的的水份對(duì)錨桿桿周圍的土體體侵蝕，使土土體濕陷，周周圍形成空洞洞，起不到對(duì)對(duì)土體的有效效支撐。在拱頂環(huán)形I部部開挖完畢后后，立即進(jìn)行行管棚施工，這這樣，便于施施工人員不用用搭設(shè)腳手架架即可達(dá)到管管棚的高度。管管棚采用Φ40鋼管，長(zhǎng)度3.4m。先用煤電電鉆沿開挖輪輪廓線在掌子子面上打眼，孔孔眼間距35cm，深度240cm。然后用大大錘將鋼管沿沿孔眼打入前前方土體中，鋼鋼管外傾角為為16°左右。(3)開挖Ⅱ部部超前管棚打完后后，緊接著進(jìn)進(jìn)行Ⅱ部開挖，斷斷面尺寸1.8m××4.55mm，導(dǎo)坑一次次掘進(jìn)2.4m。開挖方法法為人工配合合機(jī)械。為有有效縮短施工工循環(huán)時(shí)間，科科學(xué)合理安排排工序，此時(shí)時(shí)，出碴工序序應(yīng)同步進(jìn)行行。出碴采用用無軌式運(yùn)輸輸，柳州產(chǎn)ZL50裝載機(jī)裝碴碴，小松山推推PC200挖掘機(jī)配合合。首先，用挖掘機(jī)機(jī)將一側(cè)Ⅱ部的土體由由上至下開挖挖1.0m，并將土扒扒出核心土范范圍以外，便便于裝載機(jī)裝裝碴。開挖時(shí)時(shí)將掌子面和和側(cè)面開挖輪輪廓線處預(yù)留留50cm厚土體，原原因是挖掘機(jī)機(jī)開挖時(shí)對(duì)土土體的振動(dòng)比比較大，如果果直接按輪廓廓線開挖勢(shì)必必造成土體坍坍方，形成超超挖。然后，人人工用羊鎬將將予留的50cm厚土體沿輪輪廓線開挖，邊邊開挖邊支撐撐，同時(shí)裝載載機(jī)將先前挖挖掘機(jī)扒出的的土裝車出碴碴，而此時(shí)，挖挖掘機(jī)則換至至另一側(cè)Ⅱ部進(jìn)行開挖挖，方法同前前。如此左右右側(cè)反復(fù)交替替開挖和出碴碴，直至開挖挖到拱腳處為為止。這樣開開挖和出碴可可同時(shí)完成。注注意開挖時(shí)，拱拱腳處至少留留20cm深土用人工工開挖，嚴(yán)禁禁拱腳超挖，防防止因拱腳原原狀土被破壞壞造成砼襯砌砌時(shí)拱架下沉沉。(4)開挖Ⅲ部部(核心土整形)格柵支撐安設(shè)完完畢后，用挖挖掘機(jī)將Ⅲ部土挖除，核核心土頂面修修成平臺(tái)，平平臺(tái)沿隧道方方向縱向?qū)挾榷?.6m，并在核心心土的中間高高處再修一縱縱向?qū)挾燃s為為1.2m的二級(jí)平臺(tái)臺(tái)，以備一次次模注砼人工工上料時(shí)使用用。這樣核心心土沿隧道縱縱向方向長(zhǎng)度度約為5.0m，對(duì)前方掌掌子面土體起起到了有效的的支撐作用。(5)測(cè)量放樣樣和立鋼拱架架拱部開挖完畢后后，由測(cè)量班班進(jìn)行一交襯襯砌寬度和拱拱腳標(biāo)高放樣樣。然后由立立模工班按放放樣點(diǎn)位將鋼鋼拱架立好。鋼鋼拱架應(yīng)用不不小于20a的工字鋼制制作，否則施施工中易變形形，鋼拱架分分兩節(jié)拼裝，在在拱頂處設(shè)間間隔鐵，通過過夾板連接成成一整體。模模板采用120cmm×30cmm鋼模。擋頭頭模板用木模模制作。如果果采用建筑模模板，應(yīng)將模模板邊緣的橫橫肋改成坡角角形式，以防防模板與模板板之間密貼不不嚴(yán)，發(fā)生漏漏漿，影響砼砼質(zhì)量(6)模注砼一一次襯砌初期期支護(hù)黃土隧道在開挖挖后30小時(shí)內(nèi)圍巖巖變形比較大大，如不及時(shí)時(shí)支護(hù)，極易易發(fā)生塌方。故故開挖結(jié)束后后，應(yīng)立即進(jìn)進(jìn)行砼初期支支護(hù)。砼施工工采用機(jī)械拌拌合，運(yùn)輸車車運(yùn)輸，人工工上料，插入入式振動(dòng)棒搗搗固的施工方方法，左右交交替澆注。每每個(gè)洞口外設(shè)設(shè)置一臺(tái)JS500型強(qiáng)制式自自動(dòng)計(jì)量拌合合機(jī)一臺(tái)，通通過運(yùn)輸車將將攪制好的砼砼運(yùn)至掌子面面，用人工澆澆注。砼封頂頂時(shí)應(yīng)注意將將頂部搗固密密實(shí)，并用自自制小鏟從擋擋頭模板處將將砼填塞密實(shí)實(shí)。砼養(yǎng)生采用高壓壓水槍，將水水霧化灑至砼砼表面，進(jìn)行行灑水養(yǎng)生。3.2下導(dǎo)坑坑開挖下導(dǎo)坑邊墻施工工與上導(dǎo)坑之之間的距離保保持為60～80m為宜，距離離過短影響上上導(dǎo)坑機(jī)械作作業(yè)，距離過過長(zhǎng)，致使已已施工的拱部部下沉和收斂斂量偏大，造造成二次襯砌砌厚度不夠，影影響下步工序序施工。下導(dǎo)坑邊墻施工工采用四步跳跳躍法。使左左、右邊墻錯(cuò)錯(cuò)開，每個(gè)馬馬口開挖長(zhǎng)度度為2.4m。先用挖掘掘機(jī)挖中槽，中中槽寬度4.0m，長(zhǎng)度20m，不易過寬寬、過長(zhǎng)，寬寬度原則上能能保證上導(dǎo)坑坑施工機(jī)械通通過即可，否否則左、右拱拱腳下的土體體由于受到拱拱圈的擠壓，向向中槽處靠攏攏，容易使拱拱圈下沉，嚴(yán)嚴(yán)重者可使拱拱圈砼產(chǎn)生裂裂縫，中槽挖挖成斜坡形式式，使上、下下導(dǎo)坑連接。然然后用人工左左、右錯(cuò)開開開挖馬口。邊墻的格柵支撐撐應(yīng)與拱部格格柵上、下對(duì)對(duì)正，并按施施工規(guī)范要求求進(jìn)行焊接。格格柵安設(shè)完畢畢后，對(duì)拱腳腳表面的砼進(jìn)進(jìn)行鑿毛，并并用鋼刷清理理干凈，最后后模注砼一次次襯砌。封口口用干硬性砼砼人工分次填填滿搗實(shí)。4I類圍巖淺淺埋段礦山法法雙側(cè)壁導(dǎo)坑坑先墻后拱法法施工采用此法施工的的理由：洞口口淺埋段土體體軟弱，易坍坍塌，用此法法施工可以保保證施工安全全和避免拱部部下沉。新莊莊嶺隧道上行行進(jìn)口、下行行出口洞口段段各10m，均采用此此法施工。施施工工藝如下下：(1)挖兩個(gè)側(cè)側(cè)壁導(dǎo)坑，導(dǎo)導(dǎo)坑斷面尺寸寸4.0m××3.0m((寬×高)，成拱形，導(dǎo)導(dǎo)坑一次掘進(jìn)進(jìn)2.0m，采用人工工開挖。(2)架立邊墻墻格柵支撐，立立模澆筑一次次襯砌。(3)人工開挖挖拱部環(huán)形部部位，寬度1.8m留核心土。并并打Φ40超前管棚，管管棚長(zhǎng)3.0m，間距35cm。(4)打Φ400超前管棚，鋼鋼管長(zhǎng)3.0m，間距35cm。(5)架立格柵柵支撐。格柵柵采用20cm××20cm鋼花拱，每每米1榀。設(shè)縱向向連接筋。(6)立模澆筑筑一次砼襯砌砌。5主要技術(shù)對(duì)對(duì)策5.1拱部沉沉降和拱腳收收斂的控制黃土隧道與石質(zhì)質(zhì)隧道的最大大不同點(diǎn)之一一就是拱部沉沉降和拱腳收收斂比較大。針針對(duì)這種情況況采取了以下下措施。(1)監(jiān)控量測(cè)測(cè)在隧道施工過程程中，從第一一組襯砌開始始，一個(gè)斷面面內(nèi)在拱頂和和兩個(gè)拱腳處處用膨脹螺栓栓埋設(shè)三個(gè)觀觀測(cè)點(diǎn)。用收收斂計(jì)和水平平儀分別觀測(cè)測(cè)拱腳水平收收斂值和拱頂頂下沉值。隨隨著隧道施工工的前進(jìn)，每每隔10m做一個(gè)觀測(cè)測(cè)斷面，最前前端的一個(gè)斷斷面緊跟掌子子面。觀測(cè)時(shí)時(shí)間為：前7天每天觀測(cè)測(cè)，以后1個(gè)月內(nèi)3天觀測(cè)一次次，最后每月月觀測(cè)一次。通過觀測(cè)發(fā)現(xiàn)在在拱部一次襯襯砌施工完畢畢至邊墻開挖挖前，拱頂下下沉為6～8cm，拱腳收斂斂為1～2cm。在邊墻開開挖后拱部發(fā)發(fā)生第二次下下沉，下沉量量為6～8cm，收斂量基基本不變。根據(jù)觀測(cè)結(jié)果及及時(shí)反饋至施施工中去，將將原有預(yù)留沉沉降量15cm變?yōu)?7cm。有效地保保證了二次襯襯砌的厚度。(2)及時(shí)封閉閉仰拱據(jù)施工中量測(cè)數(shù)數(shù)據(jù)表明，在在一次砼初期期支護(hù)完成后后，隧道拱頂頂下沉約12～16cm。為避免繼繼續(xù)變形，應(yīng)應(yīng)及時(shí)對(duì)砼初初期支護(hù)實(shí)行行仰拱砼封閉閉。(3)及時(shí)封閉閉二次襯砌永永久支護(hù)在一次襯砌封頂頂時(shí)，由于受受工作面的限限制和人工操操作因素影響響，可能造成成封頂砼不密密實(shí)。而兩側(cè)側(cè)拱腰處的向向內(nèi)擠壓力很很大，如果二二次砼永久支支護(hù)不及時(shí)，容容易在拱頂造造成裂縫。(4)加設(shè)鎖腳腳錨桿在拱腳處每側(cè)加加設(shè)2根鎖腳錨桿桿，錨