软塑粘土地层大断面浅埋隧道微台阶施工工法.docx

软塑粘土地层大断面浅埋隧道微台阶施工工法
1．前言
我国修建软弱地层隧道时，Ⅴ、Ⅵ级围岩主要采用CD法、CRD法和双侧壁导坑法等工法，这类工法可以很好地控制地表沉降和变形收敛，但工序复杂、施工进度慢、造价也更高。中铁十三局集团承建的哈尔滨绕城高速公路天恒山隧道为国内第一座严寒地区软塑粘土地层大断面浅埋隧道，具有地基承载力低、含水量大、粘结力差和易塌方等特点。在施工过程中先后采用了环形开挖预留核心土法、三台阶七步开挖法、CRD法等工法，其中环形开挖预留核心土法和三台阶七步开挖法存在开挖对土体扰动次数多、围岩变形大和仰拱封闭需要时间长等缺点，施工中多次出现初支开裂等险情；CRD法可以及时完成初支封闭，很好的控制变形，但工序较多，且全部为人工或小型机械作业，大型机械无法展开，施工进度慢，同时增加临时仰拱及中隔墙，成本增加大。为安全、快速、高效完成隧道施工任务，最终优化创新了微台阶施工工法，通过对开挖支护工艺和参数的优化、各作业面之间距离的严格控制和其它配套设施的科学配置，成功穿越了3-1、5-1、5-2、7-1、8-2等软可塑状态的亚粘土地层，取得了很好的经济和社会效益。2008年12月25日，吉林省科技厅组织专家对《严寒地区软塑粘土地层大断面浅埋隧道施工技术》进行了科学技术成果鉴定，该技术达到国际先进水平。
2．工法特点
2.1采用多种技术措施，解决了软塑粘土地层地基承载力低的问题，确保了施工安全。
2.2施工空间大，可以引入大型施工机械，多作业面平行作业，工效高，很大程度上加快了施工进度。
2.3在地质结构复杂多变的隧道施工中，便于灵活、及时地调整施工方法，进度稳定，工期保障性强。
2.4能适应不同跨度和多种断面形式，没有需拆除的临时施工支护，避免了因拆除临时支护造成初期支护突然卸载而危及隧道安全的不利因素；初期支护断面圆顺，无应力集中点，安全性强；同时节省投资。
2.5仰拱初支及时封闭成环，仰拱衬砌混凝土超前施作，确保施工安全，改善隧道运输环境，便于隧道文明施工的开展。
2.6仰拱初支和仰拱混凝土全幅施作，确保了防排水系统、仰拱保温层和混凝土的施工质量，减少营运病害。
2.7无需投入特种设备，投入小，操作性强，易推广。
3．适用范围
本工法适用于地质条件为Ⅳ～Ⅴ级围岩的公路、铁路和水利水电隧道施工，也适用于浅埋暗挖的其它类似地下工程。
4．工艺原理
隧道施工以“管超前、严注浆、短开挖、强支护、早封闭、勤量测”十八字方针为基本的指导原则，在超前支护完成后人挖掘机进行开挖，严格控制开挖进尺，及时支立型钢拱架并做好扩大拱脚、拱脚支垫、连接钢筋焊接和锁脚锚管固定，严格控制各作业面之间的距离，做到及时封闭，以监控量测信息指导施工，以便调整初期支护参数和确定二次衬砌时间。
5．施工工艺流程及操作要点
5.1施工工艺流程
施工工艺流程如图5.1所示。
图5.1微台阶法施工工艺流程图
5.2操作要点
超前支护
利用上一循环架立的钢架施作隧道超前支护。超前小导管钢管直径为ф50mm，长5.0m，间距30～40cm，外插角10～20°，首尾相接长度不少于1.0m。采用水泥－水玻璃双液注浆。
开挖与支护
微台阶法施工纵断面图见图-1；微台阶法施工横断面图见图5.2.2-2；微台阶法施工平面图见图5.2.2-3。

图-1微台阶法施工纵断面图

图-2微台阶法施工横断面图

图-3微台阶法施工平面图
1、上台阶开挖，预留核心土。开挖①部时采用人工风镐配合挖掘机开挖，在挖掘机开挖时沿轮廓线预留50cm土体，人工采用风镐进行开挖，避免挖掘机破坏既有初支，防止挖掘机开挖对土体的振动太大，造成土体塌方，并可以控制超挖。人工开挖时在拱脚处设计开挖线以外向围岩方向开挖深度为30cm，高度为70cm，长度为开挖段通长的扩大拱脚，并在拱脚底部至少留深20cm土用人工开挖，严禁拱脚超挖，便于拱脚使用型钢或方木垫实，防止因拱脚原状土被破坏或承载力不足而造成支护下沉。开挖时根据围岩级别不同每次进尺为0.5～0.75m（既设计一榀拱架间距）。
2、上台阶支护。在开挖后初喷4cm厚C25钢纤维混凝土对开挖面进行封闭，以免孔隙水从断面处渗出，而使土体失稳。然后设置拱脚支垫，架设型钢拱架，相邻两榀工字钢之间纵向采用“”形φ22连接钢筋在工字钢内外缘交错连接，环向间距80cm。布设钢筋网时随初喷混凝土表面起伏铺设，φ8钢筋网格间距为20cm×20cm，钢筋网片必须严格按设计要求先在洞外定型加工，且每片加工面积不宜小于1m2，然后在洞内安装，且相互之间的搭接长度不应小于30d（d为钢筋直径）。及时施作锁脚锚管（锁脚锚管与型钢拱架采用“”形螺纹钢双排焊接，以增强共同支护作用）。拱架与开挖轮廓之间的所有间隙用25号混凝土喷射充填密实，先喷拱架与轮廓之间空隙，再喷拱架，然后再喷拱架之间，