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大断面铁路黄土隧道变形控制浅谈

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  [摘 要] 某隧道施工过程中初支砼变形、掉块和地表出现下沉开裂,对其产生的原因进行了分析,及时调整了施工方案,采取了应对措施,加强初支支护强度,减小了隧道初期支护变形,对隧道施工有一定的指导意义。
  [关键词] 大断面 黄土隧道 变形控制
  
  一、工程概况
  马家庄隧道起讫里程DK711+896--DK721+255,全长9539m,位于陕西省合阳县马家庄乡境内,是大西客专铁路控制性工程,洞身均为黏质黄土(Q2eol3)层厚50-67m,土质不均,具湿陷性,自承能力差,设计按Ⅳ级围岩支护,采用三台阶七步法开挖,开挖断面153.82m2。
  当隧道开挖至DK717+590,发现掌子面土壤含水量极不均匀,左侧拱腰土壤含水率13%,右侧拱腰含水率19.2%,且右侧拱腰部位有掉块情况,已施工的 DK717+575-- DK717+580初支砼沿隧道纵轴方向出现裂缝,裂缝对称分布于两侧拱腰的钢架接头部位,且初支砼表面有湿渍。经量测拱顶下沉38.8cm,收敛10cm,原预留变形量已无法满足初支净空要求。
  隧道洞身在DK717+575--DK717+620段埋深49m,地表地势低洼,施工时正值雨季,由于该段洞身埋深较大,施工人员未意识到地表水会经地裂缝下渗而导致隧道变形。地表水下渗导致土壤粘聚力减小,稳定性降低,在应力重分布及自重的作用下隧道初支变形增大,进而导致地表出现漏斗形下沉,地表裂缝宽度达10cm,为此必须对地表水及裂缝进行处理,下步施工中应调整施工方案,严格控制地表沉降,确保隧道的施工安全。
  原施工方案支护措施:
  1、超前支护:采用¢42小导管,长度3.5m,环向间距30cm,纵向间距2.4m,纵向搭接不小于1m。
  2、初期支护采用系统锚杆+I20a钢架支撑+钢筋网+ 喷射混凝土联合支撑体系。其中拱部采用长度L=2.5m的Φ22mm的药包锚杆,边墙采用长度L=3.5m的Φ22mm的砂浆锚杆 ,Φ8钢筋网间距20cm*20cm,C25喷射砼厚度为27cm。
  二、优化施工方案并实施
  1、地表处理
  首先沿地表裂缝处开槽,开槽宽度1m,用水泥土分层回填夯实,回填土高出原地面20cm,理顺排水坡度,距隧道中线两测设置50cm高截水墙。在DK717+590--DK717+630段地表沿隧道走向间隔5m布设地表沉降观测点。
  2、加强超前支护强度:
  采用双层¢42小导管,下层小导管长度L=3.5m,上层小导管长度L=4.0m,环向间距40cm,外插角分别为100、400交错布置,小导管端部与钢拱架焊接成整体。
  3、加强初期支护体系的支撑强度:
  拱架间距由80cm调整为60cm,钢架拱脚增设纵向托梁,用[28槽钢进行支垫,增加钢架底脚的承力面积,并与相邻钢架连成整体。Φ42锁脚锚管长度L=4.0m,向下300打设,与钢架通过“L”形钢筋焊接联接,Φ20“L”形钢筋与锚管焊接长度不小于20cm,锁脚锚管将钢架两底脚牢固锁定,以防止钢架下沉或两底脚收敛。
  钢拱架Φ22mm纵向连接筋位置由原来的外侧改为内侧,其环向间距1.0m。同时连接筋作为钢拱架内侧砼保护层厚度的标志,C25喷射砼必须全部覆盖连接筋。
  钢架接头部位是受力薄弱环节,最容易被剪切破坏,除连接螺栓安装齐全外,并进行三面绑焊。
  4、短开挖,紧封闭:
  原施工方案每次开挖2榀钢架间距,调整为每次只开挖1榀钢架间距;采用1台挖掘机开挖,1台装载机装渣,4辆自卸汽车出渣,每次开挖时间只需2个小时。开挖过程中超欠挖易控制,几乎无需人工修整断面。立架和喷射砼时间由原来的8个小时,缩短至3个小时。
  5、仰拱及时跟进:
  仰拱每循环开挖3m,初支及时封闭成环,每6m浇筑仰拱砼,仰拱初支距离掌子面控制在30m之内。
  6、加密监控量测点,增大监测频率:
  在DK717+590--DK717+626段每间隔5m一个断面布置监控量测点,前7天每天监测2次,7天以后每天观测一次,变形最大处DK717+600断面拱顶下沉累计12.56cm,收敛变形累计9.33cm,地表沉降最大达到24cm。
  三、结论
  1、黄土隧道施工前应做好隧道地表调查工作,防止地表水下渗,同时做好地表沉降观测。
  2、双层超前小导管与钢拱架组合的棚架作用,可以避免隧道开挖是拱部掉块,并能有效抑制地表沉降。
  3、每次开挖一榀钢架间距,大大缩短了立架和喷射砼时间,从而减少了围岩暴露时间。
  4、缩小钢架间距,调整钢架与连接筋和锁脚锚管的连接工艺,以及钢架接头的三面绑焊,大大提高了初支支撑体系的整体强度和刚度,减小了钢架下沉和拱脚收敛。
   5、钢架拱脚下垫通长槽钢,在中台阶、下台阶及仰拱开挖后,钢架拱脚不会出现悬空现象,减少初支下沉。
  6、仰拱紧跟,初支及时封闭成环,进一步控制初支变形。
  参考文献:
  [1]王梦恕.隧道工程浅埋暗挖法施工要点[J].铁道建设.2006(5)6-9.
  [2]关宝树编著.隧道工程施工要点集[M].人民交通出版社,2006.
  [3]李东平.大断面黄土隧道施工技术探讨.《山西建筑》2008.第34卷第5期329-330,共2页.
  [4]李可宁 .大断面黄土隧道施工控制.《铁道建筑》2011年第8期 53-54页,共2页.


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