大跨度黄土公路隧道采用偏心CD环形开挖施工工法.ppt
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1、大跨度黄土公路隧道采用 偏心CD环形开挖施工工法,杜松 中铁十一局集团第五工程有限公司五一路项目部 二一三年四月,一、工法背景,平阳高速公路阳曲1号隧道为一座上、下行分离双向六车道高速公路特长隧道,隧道左线长4685米,右线长4711米;其中隧道进口湿陷性黄土段左、右线长约2000余米,黄土段埋深在2.0m34.0m,开挖跨度为17.23m19.87 m。该隧道为山西省首例大跨度、超浅埋湿陷性黄土特长公路隧道。隧址土体主要以上覆马兰组黄土、下覆离石组黄土为主。马兰组黄土土体疏松,质纯,大孔隙,垂直节理发育。,乏水状态下马兰组黄土,冻融状态下马兰组黄土,离石组黄土以棕黄色亚粘土为主,中间夹钙质结
2、核层,与马兰组黄土相比,土体密实,稳定性好。,富含钙质结核层离石组黄土,由于业主工期要求,阳曲1号隧道进口黄土段进洞施工未避开湿陷性黄土春融期,于2010年初率先进洞施工。但在随后的两个月时间里,采用传统的双侧壁导坑法掘进施工,左、右,双侧壁导坑法施工,拱部马兰组黄土经常失稳溜塌,线单洞掘进平均仅15m/月;由于春融影响,隧道拱顶沉降和周边收敛较大,局部地段侵入二衬净空,无法满足设计和工期要求。,鉴于此,项目部依托公司技术力量和社会资源,邀请铁道部第三勘察设计院、同济大学、重庆大学、西安科技大学、石家庄铁道大学、解放军后勤工程学院、重庆交通大学等单位的业界专家、学者共同对黄土隧道施工工艺进行改
3、良。,首先,采用 “三台阶法”,施工过程中,由于三车道黄土隧道呈扁平椭圆形,开挖跨度较大,达17.23m;分台阶开挖,不利于初期支护及时封闭成环,且结构矢跨比较小,结构受力较薄弱,最后该工艺以掌子面冒顶宣告失败。,三台阶施工隧道冒顶,其次,采用“CD法”,采用CD法施工,先小导坑掘进,释放黄土应力,采用侧壁临时支护和临时仰拱及时封闭成环,初期支护受力体系较好,但该工艺施工步序繁琐,洞内施工组织复杂,月进尺仍不能满足工期要求,该工艺被迫“流产”。,最后,采用我今天所讲的施工工艺(即:浅埋大跨度黄土隧道采用偏心CD环形开挖施工工法)施工,该工法类似CD法,但我们从中省略了临时仰拱工序,简化施工步序
4、,化,偏心CD环形开挖施工,小导坑先行,环形导坑紧跟。,繁为简,为洞内施工组织提供便利,提高机械利用率。同时采用小导坑掘进释放土体应力,环形导坑紧跟施工,利于初期支护及时闭合成环,初期支护结构受力体系完整。采用该工艺施工平均月进尺50m/月左右,最高纪录为单洞掘进93m/月;且安全、质量、进度平稳可控,满足各方要求。,二、偏心CD环形导坑开挖工法特点,2.1 与普通土质隧道开挖相比,阳曲1号隧道由于受隧址埋深,结构物跨度,以及大断面的限制,本工法采用分部开挖可以划分围岩断面,促使围岩应力从新分布,先掘进小导坑可以提前释放围岩应力,预知前方掌子面土体情况,降低围岩冒顶、塌方的发生概率;其次环形导
5、坑紧跟,初期支护及时封闭成环,利于支护体系整体受力。 2.2 超浅埋大跨度黄土隧道采用偏心CD环形开挖施工,较设计双侧壁导坑施工,工序简洁,便于施工组织管理,可加快施工进度,缩短工期; 提高机械利用率,节约人工和材料。,三、工法原理,浅埋地层大跨度黄土隧道采用偏心CD环形开挖法施工是根据“预加固、短进尺、强支护、早封闭、勤测量”的原理,通过监测隧道拱顶沉降及周边收敛等数值,不断优化开挖方案,采用分部开挖形式、合理选择开挖进尺、缩短各工序衔接时间、严格控制衬砌安全距离等方法,避免因开挖方法不当和仰拱、二次衬砌滞后导致隧道拱顶下沉、掌子面崩塌等病害的发生,以保证黄土隧道在浅埋地段的施工安全。,根据
6、隧道拱顶沉降监测和周边收敛数据,确定合理的分部开挖形式和衬砌安全距离,偏心CD环形开挖施工采用偏心导坑+环形开挖法分部前后错开开挖,开挖过程中,左侧小导坑超前开挖支护,降低隧道相对围岩级别,提前释放围岩应力,右导坑结合拱部环形同步跟进施工,快速闭合支护结构,减少对围岩的扰动,分部支护,形成支护整体;缩短作业循环时间,逐步向纵深推进,形成开挖及施作初期支护,混凝土仰拱紧跟掌子面及时施作构成稳固的支护体系。,四、工法适用范围,本工法适用于大跨度超浅埋自稳性较好黄土隧道施工。若隧道全部以马兰组黄土为主,则不适宜采用该工法施工。,五、工法施工工艺,5.1 工艺施工流程,5.2 施工工艺流程,5.3 施
7、工重点及注意事项,5.3.1 施工准备 做好场地的“三通一平”工作,隧道洞门因处于退耕还林区,植被及杂草相对较茂密,本着“早进晚出”的原则,尽量少破坏植被,减少洞口刷方工程和护坡工程量。边仰坡开挖后,及时进行“喷、锚、网、喷”支护,及时封闭土体,并做好边坡防排水施工。同时,湿陷性黄土隧道进洞施工时宜避开春融和雨季。 5.3.2 超前支护 开挖前,对土体拱部和临时支护外侧拱腰以上部位采用42注浆导管施工,注浆导管参数根据实际情况动态控制,确保开挖时洞顶和侧墙土体稳定。(阳曲1号隧道施工时采用每环长2.5m,环向40cm间距施工),5.3.3 洞身开挖及初支 由于隧道开挖跨度大,为确保施工安全,开
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