《隧道洞口淺埋偏壓明挖暗做施工工法》是湖南路橋建設集團有限責任公司完成的建築類施工工法。完成人是潘朝暉、陳偉航、李國鳳、劉宙輝、石鈺勝。該工法適用於有淺埋偏壓地段且有不良地質隧道洞口的施工,如在極破碎岩體、塌方體、砂土質地層、腐質土堆積地層地段;及一般沿溝谷進行布線的山區公路,存在一定偏壓的隧道地段。
《隧道洞口淺埋偏壓明挖暗做施工工法》主要特點是:施工機具簡單,容易操作;反壓回填工藝簡單,能夠就地取材;對回填土的導管注漿,使整個回填層形成固結體,與邊坡注漿形成一個整體結構;改變原設計的淺埋變成深埋,明洞變為暗洞;相對原設計的偏壓擋牆,後期維護成本有所降低。
2020年9月2日,《隧道洞口淺埋偏壓明挖暗做施工工法》被湖南省住房和城鄉建設廳評定為湖南省2019年度工程建設省級工法。
基本介紹
- 中文名:隧道洞口淺埋偏壓明挖暗做施工工法
- 工法編號:HNJSGF078-2019
- 完成單位:湖南路橋建設集團有限責任公司
- 完成人:潘朝暉、陳偉航、李國鳳、劉宙輝、石鈺勝
- 審批單位:湖南省住房和城鄉建設廳
- 主要榮譽:湖南省2019年度工程建設省級工法
形成原因,工法特點,操作原理,適用範圍,技術理論,施工工藝,材料設備,質量控制,安全措施,環保措施,效益分析,套用實例,榮譽表彰,
形成原因
中國隧道洞口施工地段很多處於山體側面,而山體側面一般存在不同程度的淺埋偏壓,傳統的方法是對隧道邊坡加固後直接對洞口進行施作,此方法施工時極易冒頂坍塌,甚至因為對邊坡擾動過大,直接出現山體位移、滑坡等,給施工帶來極大的困難,同時也帶來較大的安全隱患。針對此情況,湖南路橋建設集團有限責任公司承建的安徽黃山休寧縣G205五里亭至桃林公路改建工程02標的茶子嶺隧道洞口施工採用反壓回填、明洞暗做的施工工藝,在規定的時間內完成洞口施工,既滿足現場施工的需求保證了現場施工質量,又極大的提高了洞口施工的安全性。湖南路橋建設集團有限責任公司經過施工實踐總結後形成了《隧道洞口淺埋偏壓明挖暗做施工工法》。
工法特點
《隧道洞口淺埋偏壓明挖暗做施工工法》的特點有:
1.施工機具簡單,容易操作。
2.反壓回填工藝簡單,能夠就地取材,偏壓擋土牆與回填填土均能夠快速築成,不耽誤工期,同時可增加隧道和邊坡的穩定性。
3.對回填土的導管注漿,使整個回填層形成固結體,與邊坡注漿形成一個整體結構,改善原有的不良地質,既能有效的觀察邊坡是否下沉,又能防止洞口的施工塌陷,洞口施工的安全性得到最大程度的控制。
4.改變原設計的淺埋變成深埋,明洞變為暗洞,達到增加隧道洞口施工安全和邊坡的穩定性的效果。
5.相對原設計的偏壓擋牆,後期維護成本有所降低,且維修洞口工程時,不影響隧道的正常運營。
操作原理
適用範圍
《隧道洞口淺埋偏壓明挖暗做施工工法》適用於有淺埋偏壓地段且有不良地質隧道洞口的施工,如在極破碎岩體、塌方體、砂土質地層、腐質土堆積地層地段;及一般沿溝谷進行布線的山區公路,存在一定偏壓的隧道地段。
技術理論
《隧道洞口淺埋偏壓明挖暗做施工工法》的 技術理論是:
針對洞口的崩塌體採用反壓回填、明洞暗做。反壓回填對隧道洞口偏壓邊坡噴錨處理,錨桿呈梅花形布置,在邊坡與隧道平行線上的另一側澆築大體積的偏壓擋土牆,偏壓擋土牆與回填填土快速築成,並對回填土的導管注漿,使回填土形成一個深層固結層,對不穩定邊坡形成有效抵抗力,使隧道洞口周圍邊坡的土層受力均勻,化被動為主動。明洞暗做則在取消原設計明洞的施工,直接在注漿後的回填土下進洞,改變淺埋偏壓地形地貌,使淺埋變成深埋,明洞變為暗洞,避免對崩塌體的施工擾動。
施工工藝
《隧道洞口淺埋偏壓明挖暗做施工工法》的工藝流程及操作要點如下:
- 工藝流程
該工法的施工工藝流程見圖1。
![隧道洞口淺埋偏壓明挖暗做施工工法 隧道洞口淺埋偏壓明挖暗做施工工法](/img/d/99b/UmNkhTNkJWM0YWZwIWM1MmZ0cTY3IGO3QTO3gjZzQDZ4gjNkVDNykzMwQmZvMWaw9SbvNmLz9mYlNmYu4GZj5yZtl2ai9yL6MHc0RHa.jpg)
圖1 施工工藝流程圖
- 操作要點
一、施工準備
邊坡植被處理:先清除邊仰坡上的植被、浮土、危石,做好邊仰坡的施工排水設施,以防地表水沖刷而造成仰坡失穩,並隨時監測,檢查山坡穩定情況,如圖2所示。
![隧道洞口淺埋偏壓明挖暗做施工工法 隧道洞口淺埋偏壓明挖暗做施工工法](/img/3/9a3/AjNxUDOzgjM4AzNwYmM5gTZyQmZxE2NhJGOxEWMwcDOjFzMiRDZihzM3YmMvMWaw9SbvNmLz9mYlNmYu4GZj5yZtl2ai9yL6MHc0RHa.jpg)
圖2 邊坡植被處理圖
二、邊仰坡噴錨注漿處理
按照圖紙設計,仰坡布置1.5×1.5米梅花型砂漿錨桿孔,採用人工手持風鑿機鑽孔,砂漿錨桿外露10~15厘米,然後進行注漿,注漿壓力不得大於0.4兆帕,直到鑽孔注滿流出為止。
1.錨桿按設計要求尺寸截取,並進行整直、除銹和除油,外端不用墊板的錨桿先彎制彎頭。
2.水泥選用普通矽酸水泥,砂子粒徑不大於3毫米,並過篩。
3.配合比為水泥:砂:水,具體配合比按實驗室出具施工配料單配比,施工前必須作施工配合比試驗。
4.鑽孔應符合下列要求,孔徑應與錨桿直徑配合好。孔徑比管徑大15毫米,孔位允許偏差為±15~50毫米;孔深允許偏差為±50毫米。
5.砂漿拌合均勻,並調整其和易性,隨拌隨用,緩慢均勻將注漿管往外抽出,並始終保持注漿管口埋在砂漿內,以免漿液出現空洞。注漿體積應約大於需求體積。將注漿管全部抽出後立即將桿體強行插入,桿體插入孔內的長度不得短於設計長度95%,實際長度亦不短於設計長度的95%,並根據孔口是否有漿液擠出來判定注漿是否飽滿,如圖3所示。
![隧道洞口淺埋偏壓明挖暗做施工工法 隧道洞口淺埋偏壓明挖暗做施工工法](/img/e/6c6/AjNyUGO1EDZygzY5UGZ0EGO1IGMmJDZzUGN2UDN1QGZzITOwQTN5QzMxE2YvMWaw9SbvNmLz9mYlNmYu4GZj5yZtl2ai9yL6MHc0RHa.jpg)
圖3 隧道洞口側上邊仰坡注漿圖
三、修築自然坡坡腳擋土牆
在儘量不擾動原自然坡的情況下,修整好坡腳曲線、清理浮土等,挖好擋土牆基礎,通過承載力試驗後,修築一道擋土牆對坡腳進行抵擋防護,與噴錨防護一起對整個邊坡形成一個整體防護體系。
四、修築偏壓擋牆
偏壓擋土牆修築在洞口偏壓段的正對面,設定長度為洞口至偏壓邊坡末端,高大堅實牢固,能夠在回填土後對整個偏壓段形成一個有效的抵抗力。
1.擋牆基底挖土方:挖基底土方採用挖掘機及人工配合進行開挖。挖基配合牆體施工分段進行,先測量放線,定出開挖中線及邊線,起點及終點,設立樁標,註明高程及開挖深度。
2.地基處理:當挖基發現有淤泥層或軟土層時,需進行換土處理,報請監理工程師及業主批准後,方進行施工。
3.擋牆基礎與牆身模板安裝:模板採用鋼模拼裝,側模用Φ16的螺栓對拉定位,螺栓間距為80厘米,螺栓穿孔可採用內徑為20~25厘米的硬塑膠管,牆身模板超過4米高採用二次立模的方法。
4.擋牆基礎澆築:按擋牆分段長,整段進行整體一次性澆築。
5.現澆擋牆牆身砼:澆筑前,在擋牆與基礎的結合面,需按照施工縫處理,即先進行鑿毛,將鬆散部分浮漿鑿除,沖洗乾淨,然後架立模板。砼罐車運輸到現場後,由砼輸送泵澆築,砼澆築由低到高分層均勻進行,分層厚度一般為30厘米,採用插入式振搗。澆灌到頂後,及時抹面,定漿後再二次抹面,如圖4所示。
![隧道洞口淺埋偏壓明挖暗做施工工法 隧道洞口淺埋偏壓明挖暗做施工工法](/img/2/67f/MjN3ADOmJWZ0QzN4MzMiFTMzEjYjVDNhNjNiZTOwUmYmFjMmZDNhBjYjF2NvMWaw9SbvNmLz9mYlNmYu4GZj5yZtl2ai9yL6MHc0RHa.jpg)
圖4 偏壓擋土牆施工現場圖
五、碎石土回填
在偏壓擋牆達到設計強度後,採用碎石土進行分層回填,每層填築高度不超過50厘米,層層碾壓,回填高度超過洞頂5米,如圖5所示。
![隧道洞口淺埋偏壓明挖暗做施工工法 隧道洞口淺埋偏壓明挖暗做施工工法](/img/9/fa4/MjNhFmZhFWNyAjM4AjZ0YjM0IGMzMTY1MDNxQWN5gzYzMTOkdTYyQDNyUGMvMWaw9SbvNmLz9mYlNmYu4GZj5yZtl2ai9yL6MHc0RHa.jpg)
圖5 回填碎石土施工現場圖
六、小導管安裝及注漿對洞頂反壓回填段進行注漿加固,加固採用Φ50毫米的小導管注漿,注漿長為整個偏壓淺埋段,鋼管長度6.0~10.0米,間距1.5×1.5米,梅花形布置,確保注漿擴散;注漿範圍為隧道中心線兩側各20米,注漿採用1:1水泥漿,並摻入水玻璃作為速凝劑,注漿壓力0.5~2.0兆帕,注漿參數可根據現場實施情況酌情調整;沿隧道兩側按1.5米間距30米/根豎向打入Φ108跟管注漿;待整個回填土層形成深層固結體後,採用大管棚進洞施工,進洞後,在固結層洞內右側從洞口至洞內20米下導採用4.5米Φ50毫米的小導管注漿,按1.5×1.5米梅花形布置,注漿參數見表11。
材料名稱 | 水灰比(或濃度) | 模數 | 用量 |
---|---|---|---|
水泥漿液 | 1:1 | - | - |
水玻璃 | 35美波度 | 2.4 | 5% |
注漿壓力 | 單位 | 壓力值 | - |
初壓值 | 兆帕 | 0.5~1.0 | - |
終壓值 | 兆帕 | 2.0 | - |
七、洞口施工
洞頂回填層的注漿經過試驗檢測達到設計強度後,開始進行洞口施工。洞口支護採用長管棚支護,管棚為Φ108毫米壁厚6毫米熱軋無縫鋼管,長度28米,環向間距0.4米。待管棚安裝完畢並注漿後,採用預留核心土法挖掘進洞,開挖每循環進尺不超過1.2米,每循環及時進行清渣、噴射砼、錨桿注漿、鋼支護等初支工作,待本循環工序作業完畢後,方能進行下一步開挖循環支護。
材料設備
《隧道洞口淺埋偏壓明挖暗做施工工法》的材料設備要求如下:
1.該工法對材料要求見表2。
序號 | 材料名稱 | 材料規格 | 用途 |
---|---|---|---|
1 | 無縫鋼管 | Φ108×5毫米 | 導管 |
2 | Φ108毫米鑽頭 | Φ108毫米 | 鑽孔 |
3 | 工業潤滑劑 | - | 鑽孔潤滑 |
4 | 水泥 | P.O32.5、42.5 | 配製水泥漿液、擋牆砼 |
5 | 水玻璃 | 35美波度 | 配製雙液漿 |
6 | 回填土 | 碎石、土 | 回填 |
7 | 砂 | 中 | 擋土牆砼 |
8 | 鋼模板 | 1.5x1.2米 | 擋牆立模 |
2.該工法對設備要求見表3。
序號 | 機械、材料類型 | 單位 | 數量 | 型號 | 備註 |
---|---|---|---|---|---|
1 | 鑽機 | 台 | 1 | 普通地質鑽機 | 鑽孔 |
2 | 挖掘機 | 台 | 2 | 922-D | 擋牆基礎開挖、 回填 |
3 | 裝載機 | 台 | 1 | ZG-833 | 材料運輸 |
4 | 發電機 | 台 | 1 | 150千伏 | 備用 |
5 | 插入式振搗器 | 個 | 2 | ZX50 | 砼澆築 |
6 | 混凝土罐車 | 輛 | 3 | 9立方米 | 砼運輸 |
7 | 電焊機 | 台 | 3 | BF500 | 鋼管、鋼筋加工 |
8 | 注漿泵 | 台 | 1 | ZTG2-60/210 | 注漿 |
9 | 輸送泵 | 台 | 1 | HBT60-13-110S | 澆築砼 |
10 | 切割機 | 台 | 1 | - | 製作孔口管 |
11 | 漿液拌制桶 | 個 | 2 | - | 拌制注漿漿液 |
12 | 雙液注漿機 | 台 | 2 | ZKSY90-125 | 壓注注漿漿液 |
質量控制
施工企業採用《隧道洞口淺埋偏壓明挖暗做施工工法》施工時,應採取的質量控制要求如下:
1.該工法遵照執行的標準規範《公路隧道施工技術規範》(JTGF60-2009)、《公路隧道施工技術細則》(JTG/TF60-2009)、《公路工程質量檢驗評定標準》(JTGF80/1-2017)。
2.開工前對所有作業班組進行技術交底,使每一位施工人員明確工程的意義、施工的方法、過程的工序等。
3.鑽孔順序由高孔位向低孔位進行。
4.認真作好鑽進過程的原始記錄,及時對孔口返漿岩屑進行地質判斷及描述,作為洞身開挖時的地質預測預報參考資料。
5.鋼管在專用的管床上加工好絲扣,導管四周鑽設孔徑15毫米注漿孔,呈梅花型布置。
6.回填土注漿量應滿足設計要求;若注漿量超限,未達到壓力要求,應調整漿液濃度繼續注漿,確保鑽孔周圍岩體與鋼管周圍孔隙充填飽滿。注漿壓力:初壓0.5~1.0兆帕,終壓2兆帕。
7.嚴格把控原材質量,各材料的型號、質量和規格等應符合設計和規範要求。對進場的鋼材、水泥、砂、石等必須經過試驗合格後,報監理批准方能使用。並加強過程控制,試驗室取樣、過程試驗必須嚴格按照規範要求進行。
安全措施
施工企業採用《隧道洞口淺埋偏壓明挖暗做施工工法》施工時,除應執行國家、地方的各項安全施工的規定外,尚應遵守注意下列事項:
1.建立完善的施工安全保證體系,項目部成立了安全領導小組,對本工程施工現場安全生產標準化管理,採用三級安全交底、日常安全巡查,班前安全會議、醒目安全標牌提醒等一系列安全生產工作,對安全工作精細化、日常化,杜絕傷亡事故的發生及其對工程進度的影響,確保工程順利施工。
2.嚴格按技術交底進行施工,提前做好安全技術交底,為保證施工安全,現場要求專人統一指揮,並設專職安全員負責現場的安全工作,堅持班前進行安全教育制度。
3.施工區域應設定警示標誌,嚴禁非工作人員出入。
4.施工中應對機械設備進行定期、養護、維修。
5.堅持安全教育,加強全員安全意識教育。
6.嚴格按設計及施工規範要求進行施工,認真執行相關的施工安全規程。
7.加強對圍岩進行動態監控量測,實行信息化管理,科學組織施工。
8.拆卸鑽桿時,要統一指揮、明確聯絡信號,板鉗卡鑽方向應正確,防止管鉗及扳手打傷人。
9.鋼管內注漿時,操作人員應戴口罩、眼鏡和膠手套。
10.氧氣瓶與乙炔瓶隔離存放,嚴格保證氧氣瓶不沾染油脂、乙炔發生器有防止回火的安全裝置。
11.施工現場使用的手持照明燈使用36V安全電壓。
12.室內配電櫃、配電箱前要有絕緣墊,並安全漏電保護裝置。
13.施工現場的臨時用電嚴格按照《施工現場臨時用電安全技術規範》(JGJ46-2005)的有關要求執行。
環保措施
施工企業採用《隧道洞口淺埋偏壓明挖暗做施工工法》施工時,應採取的環保措施是:
1.成立施工環境衛生保證管理機構,認真學習環境保護法和公司環境體系程式檔案,執行當地環保部門的有關規定,並充分發揮項目部中環保組的作用,會同有關部門組織環境監測,調查和掌握環境狀態,督促全體職工自覺做好保護工作,並認真接受業主和環保部門的監督指導。
2.保持施工場地良好的通風排氣效果,禁用排氣量超標的工程車輛。
3.設立專用排漿溝、集漿坑,對廢漿、污水進行集中沉澱處理後,再進行排放至指定位置,認真做好無害化處理,從根本上防止施工廢漿亂流。
4.將施工場地和作業限制在工程建設允許的範圍內,合理布置、規範圍擋、圍護,做到各種標牌清楚、齊全,標識醒目,施工場地整潔文明。
5.採用先進的環保施工機械。採取設立隔音牆、隔音罩等消音措施降低施工噪音。
效益分析
湖南路橋建設集團有限責任公司採用《隧道洞口淺埋偏壓明挖暗做施工工法》施工的效益有:
一、經濟效益
從長遠來看,採用此工法,使得隧道洞門的使用年限延長,有效抵抗偏壓邊坡的壓力,洞門段受力均勻,避免了2018年後的反覆維修,節省維修經費,而且該工法在少量維修時,基本都是線外維修施工,不需要封閉隧道,不影響運營,經濟效益和維修時期隧道安全性都得到保障,對比圖見圖6。
![隧道洞口淺埋偏壓明挖暗做施工工法 隧道洞口淺埋偏壓明挖暗做施工工法](/img/c/e30/cjN1AjZwETNjRTYxgjZjZWNxQWNmRDO1AjNiZDNyYjZzYjY2kDMlJmZxMjZvMWaw9SbvNmLz9mYlNmYu4GZj5yZtl2ai9yL6MHc0RHa.jpg)
圖6 傳統偏壓牆與反壓回填偏壓牆施工方法比較圖
傳統偏壓擋牆直接在隧道外側頂澆築完成,但2018年後因為偏壓、位移原因,偏壓牆容易開裂、從而影響隧道洞門安全,需反覆進行維修,而相比採用該工法進行施工,由於偏壓擋牆遠離隧道,回填土覆蓋厚重,對偏壓邊坡形成一個有效的抵抗力,避免了2018年後的反覆維修,延長洞門的使用年限,大大降低了維修經費。其經濟效益主要體現在反覆維修成本的降低,成本降低60%左右。
以本項目隧道50年的使用時期為例,經濟效益明細如下:
1.傳統方法維修成本(50年需維修5次左右):人工費:250元/人×5人×3天×5次=18750元;材料費:4000元×5次=20000元;機械費:8000元×5次=40000元,合計78750元。
2.該工法維修成本(50年僅需維修2次左右):人工費:250元/人×5人×3天×2次=7500元;材料費:4000元×2次=8000元;機械費:8000元×2次=16000元,合計31500元。
3綜合以上:該工法維修節省費用約78750-31500=47250元。避免2018年後的反覆維修,使維修經費的成本降低60%左右。
因此,在相同的地理、經濟條件下,採用反壓回填工法施工比傳統的偏壓牆施工,僅僅是回填土覆蓋厚一些,擋牆澆築比較厚重,但是在進洞施工時提高了安全性,有效避免因受力不均勻使隧道洞口、明洞部分開裂、冒頂等危險情況發生。且因為對偏壓邊坡的抵抗力,形成一個穩定的受力階層,使洞口在以後的運營階段,無需反覆維修。
二、社會效益
良好的單壓明洞施工工藝能有效的提高施工運營階段安全係數,降低安全事故發生的機率。不需要採用大型的施工設備和專業的技術工人,施工技術和工藝比較簡單,施工成本低,適用性強,施工速度快,對社會發展有著積極的作用。為建設資源節約型、環境友好型社會,實現國民經濟健康、快速發展具有重要意義。
三、推廣套用前景
該工法施工時,不需要採用大型的施工設備,施工技術和工藝比較簡單,施工成本低,能就地取材,適用性強,施工速度快,且對隧道淺埋偏壓處治施工效果明顯,關鍵是施工與運營階段安全穩定,無後續安全隱患,具有廣泛的推廣運用前景。
註:施工費用以2018年施工材料價格計算
套用實例
湖南路橋建設集團有限責任公司採用《隧道洞口淺埋偏壓明挖暗做施工工法》的套用實例如下:
安徽省休寧縣G205五里亭至桃林公路改建項目02標
1.項目名稱:茶子嶺隧道五里亭端洞口
2.施工日期:2018年1月2日至2018年2月12日
茶子嶺隧道五里亭進洞口位於山咀的西北坡,進洞口發育一處崩塌體,崩塌體為花崗岩,在地表形成岩堆,層厚5~10米,如按照原設計施工,洞口坡腳將被挖除,風化層形成臨空狀態,風化層與基岩之間存在天然滑動面,雨季地表水匯入風化層內極易造成洞口大規模滑坡危害,施工風險極大。2017年12月8日,由業主、設計、監理、施工單位等相關技術人員進行現場查看分析後,開會研究採用反壓回填、明洞暗做的方式進行此洞口的施工。
3.套用效果
為了檢查該工法的施工效果,保證隧道施工安全,湖南路橋建設集團有限責任公司在洞口周邊設定了10處沉降觀測點,一直到洞口與明洞施工完畢,洞口邊坡位移、洞口頂、仰拱沉降均在規範要求內,洞內施工時也未出現裂縫、掉塊、塌陷等現象。其施工簡單,安全性高。
榮譽表彰
2020年9月2日,湖南省住房和城鄉建設廳以湘建科〔2020〕136號檔案發布《關於公布2019年度省級工程建設工法的通知》,《隧道洞口淺埋偏壓明挖暗做施工工法》被評定為湖南省2019年度工程建設省級工法。