隧道右线膨胀岩地段施工技术

　　一、工程概况

　　1、线路简介

　　隧道设计为两座单线隧道，长20050m，线间距40m，线路坡度主要为11‰的单面下坡，隧道洞身最大埋深1100m左右。

　　2、气象特征

　　施工现场海拔高(2900～3600m)，气温寒冷，日温差大，阴雨风雪冰雹天气多变，冰冻时间长。年平均气温-0.1～5.1℃，属中温带干旱气候区，春季多风，少雨干旱;夏无酷热，降水增多;秋季凉爽，降温较快;冬季寒冷，干旱少雪。绝对最高气温28.1～34.7℃，最低气温-29.0～-30.6℃;冻结深度138～200cm。

　　3、水文地质

　　隧道右线进口段为中等富水区第三系膨胀性泥岩段。泥岩，浅红色，主要由亲水性矿物蒙脱石组成，其蒙脱石含量17.53～22.54%，阳离子交换量CEC140.7～212.2mmol/kg，泥质胶结，岩质软弱，自由膨胀率约42.98%，中厚层状，裂隙发育，自稳能力差，开挖后拱墙易掉块，易软化、风化和崩解。最大涌水量约为2000m3/d，

　　4、膨胀岩基本特征

　　1超固结性与塑性流变性：膨胀岩具有原始地层的超固结特性，由于膨胀土体中储存有较高的初始应力，当隧道开挖后，引起围岩应力释放，强度降低，产生卸荷膨胀。同时，膨胀土体在天然原始状态下具有高强度特性，隧道开挖后洞壁土体失去边界支撑而产生胀缩，因此，膨胀岩具有明显的塑性流变特性，开挖后将产生较大塑性变形。

　　2多裂隙性：膨胀岩实际上是土块与各种裂隙和结构面相互组合形成的膨胀土体。因此，膨胀岩体中发育有各种形态的裂隙，具多裂隙性。同时因风干脱水使原生隐裂隙张弛，使围岩强度急剧衰减。裂隙也为水的入侵形成了通道，也使围岩强度大大降低。因此，隧道开挖施工过程中，有初期围岩变形大，发展速度快等现象。

　　3吸水显著膨胀软化性和失水收缩硬裂性：膨胀岩含有较多强亲水性粘土矿物如蒙脱石，会因吸水而膨胀，失水而收缩，土体中干湿循环产生胀缩效应。一是使土体结构破坏，强度衰减或丧失，围岩压力增大。二是造成围岩应力变化，无论膨胀压力还是收缩压力，都将破坏围岩的稳定性，特别是膨胀压力将对增大围岩压力起叠加作用。

　　二、施工方法

　　1、采用正台阶法开挖，上半断面采用光面爆破技术，下半断面及仰拱采用人工风镐和液压振动锤混合开挖，上半断面超前距离控制在50m，仰拱距下半断面20m，衬砌在20m内紧跟。

　　2、为防止隧道开挖后，围岩风干脱水或浸水而产生胀缩效应，一是拱部采用超前ф42小导管预注水泥—水玻璃双液浆措施，以起到加固地层、支护及堵水作用;二是隧道开挖后及时喷射混凝土，封闭洞壁和掌子面，同时起支护作用。

　　3、采用锚杆、格栅钢架、钢筋网及喷射混凝土等综合措施快速施作初期支护，一方面可加强围岩的自承能力，另一方面在允许围岩有15cm变形的情况下而又不失稳。

　　4、无钉铺设EVA防水板，拱墙环向设φ5cm盲沟，间距5m，侧沟部位设φ5cm纵向盲沟，与环向盲沟接三通将衬砌背后水流汇入侧沟。

　　5、仰拱及时跟进，使初期支护及早封闭成环，形成 “鸡蛋壳” 式的最佳受力结构。若下半断面还未开挖，施作永久性仰拱困难，但初期支护变形较大，可采用施作临时地梁的形式，以确保隧道施工安全。

　　6、建立完整的施工围岩变形量测监控系统，实施动态管理，并根据量测分析数据，及时施作衬砌。

　　7、采用“以堵为主、适量排放、多道设防、排堵结合、综合治理”的原则治水，避免积水浸泡围岩及污染环境，加快施工进度。

　　三、关键施工技术

　　1、开挖及支护

　　1采用正台阶法分上、下断面施工,施工工序如下:

　　拱部小导管注浆超前支护→上半断面开挖支护→左、右错开挖井并支护→中槽开挖→跳挖仰拱及施作填充→拱墙衬砌

　　2拱部ф42超前小导管双液注浆，小导管长4m(管壁四周按15cm间距梅花型钻设ф8mm压浆孔)，环向间距30cm，纵向水平搭接长度大于1m，外插角5°～10°。双液浆配比一般为水泥:水玻璃=1:1～1:0.6，水泥浆液浓度为1:1.25～1:0.8，水玻璃浓度为35Be'，缓凝剂掺量为2%～2.5%，浆液扩散半径50cm。注浆压力为0.5～1.0MPa。

　　3上半断面开挖高度为6.2m，采用钻爆法开挖，YT28风动凿岩机钻孔，光面爆破，每循环进尺约2.5m。每循环进行一次初期支护,支护形式为:4肢Ф22钢筋格栅钢架,1榀/m, 2根Ф45注浆小导管锁脚，Ф22砂浆径向锚杆,L=2.5m,间距1.0×1.0m,梅花型布置,网喷C20早强混凝土，厚15cm。

　　4下半断面开挖高度约2.8m，采用左右错开，隔4挖2的方式，先人工风镐以挖井的方式开挖马口，下接格栅钢架，施作径向锚杆，网喷混凝土封闭后，再拉中槽，先用液压振动锤破碎土体，后用挖掘机装碴，重庆铁马车运出洞外。下接格栅钢架一定要符合设计及规范要求，首先钢架要顺直，拱脚立在基岩上，对悬空部分用工字钢或方木垫实。其次，钢架接头必须用钢板螺栓连接，使钢架受力得到充分发挥。第三，喷射混凝土要密实够厚。。

　　2、防水板铺设工艺

　　1采用无钉铺设EVA防水板技术，挂钉间距0.8～1.0m，呈梅花型布置。铺设前，先切除初期支护表面的钢筋头和锚杆头，再用手持砂轮机磨平，对凹凸不平部位应修凿喷补，使混凝土表面平顺，局部渗水处，应进行单独处理。

　　2焊接工序与固定工序应紧密配合，一般先焊接，后固定;防水板铺设的搭接宽度为10cm，焊接宽不小于2cm，采用双焊缝技术，两道焊缝间的严密性通过充气检验，压力不小于2MPa，对漏焊和假焊处要补焊，若有烤焦、焊穿处，应用同样的防水板焊贴覆盖或按监理工程师指示办理;固定防水板采用胶热焊接，胶垫与胶垫之间防水层不得绷紧，应有一定的松弛度，同时，要保证板面与喷射混凝土密贴，铺设防水板地段距开挖工作面，不得小于爆破所需要的安全距离。

　　3、仰拱施工

　　1监控量测数据表明，在仰拱施作前，围岩收敛变形较大，且发展速度较快，很难稳定，一旦施作了仰拱封闭成环后，变形很快趋于稳定。可见，膨胀岩隧道施工，仰拱跟进是关键。

　　2为了不影响前方的掘进与支护，仰拱在掌子面钻孔时开挖，采用振动锤配合挖掘机跳槽开挖，每3m一组，之后上铺1.2m宽的两道行车钢栈桥，以满足正常通车需要，最后安设钢架，立模灌注混凝土。灌注前一定要清除干净仰拱底部虚碴及抽干积水，并按设计要求作好锚、网、喷加固及防水措施。

　　4、二次衬砌

　　1根据围岩监控量测数据，在围岩和初期支护变形基本稳定后再进行二次衬砌，即拱脚水平相对净空变化速度小于0.2mm/d，拱顶相对下沉速度小于0.15mm/d。施作二次衬砌前的总变形量，已达预计总变形量的80%以上。

　　2但在围岩变形速率加快，长期不能稳定，出现安全隐患的情况下，采取及时衬砌、并加强衬砌的措施，确保隧道结构与施工安全。衬砌采用抗侵蚀性混凝土，整体式钢模板台车施工，一次衬砌长度12m，混凝土采用拌合站集中拌合，混凝土搅拌运输车运输，泵送入模。混凝土灌注采用HBT60A型混凝土输送泵。

　　四、围岩监控量测

　　1、量测断面

　　由于制定的量测计划主要用来获得围岩和支护在一个测试断面上各部位的动态信息，通过信息反馈，指导施工，而且量测结果可互相对照，相互检验，故水平收敛和拱顶下沉量测断面选用单一量测断面，量测断面纵向间距为5m。

　　2、测点布置

　　布置测点采用三条测线，拱顶下沉量测的测点与周边位移测点共用，以便测设结果能互相校验。测点的量测方向按三角形布置，这样易于核对数据。测点应紧靠掌子面埋设，距离不大于2m，同时应尽早量测，在开挖后12h内，最长不超过24h，且在下次爆破前必须测取初读数。

　　3、量测仪器与量测频率

　　采用JSS30型数显收敛计，读数精度0.01mm;拱顶下沉、地表下沉采用LACA-NA2水准仪、因瓦塔尺，精度为1mm。

　　4、量测数据应用。根据量测分析数据，可随时调整变形预留量，修改开挖断面尺寸与进度，评价围岩稳定性及采取加固措施，调整支护参数及确定仰拱和二次衬砌施作时间。

　　五、综合治理地下水和控制施工用水

　　1、利用超前小导管并进行水泥—水玻璃双液注浆，堵塞岩石裂隙，形成止水帷幕，隔绝地层，减少地下水的渗流。在开挖后立即喷混凝土，封闭洞壁和掌子面，封闭透水层通向膨胀性围岩的通路，隔绝膨胀岩与空气中水分的接触。

　　2、加强排水工作：在掌子面附近设置钢板集水池，采用临时水槽将掌子面施工用水和渗流水引至集水池，用抽水机排出洞外。并派专人把掌子面及初期支护后的渗水、滴水及时集中到临时水池后分级抽出洞外。

　　六、结束语

　　1、合理安排工序及人工与机械的配合是控制膨胀岩施工进度快慢的主要步骤。

　　2、“管超前、严注浆、弱爆破、短开挖、快封闭、强支护、勤量测、紧衬砌”是膨胀岩施工的基本原则。

　　3、围岩监控量测是膨胀岩施工的眼睛,也是安全施工的手段。

　　4、膨胀性围岩隧道施工,仰拱及时跟进并及早封闭成环是确保安全、质量及快速施工的关键。

　　5、膨胀性围岩隧道施工治水是前提。

　　6、本文对膨胀岩隧道施工及其它类似的工程地质条件下的隧道施工有借鉴作用。

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文章名称： 隧道右线膨胀岩地段施工技术

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