大斷面隧道復(fù)雜地層施工安全防護(hù)技術(shù)研究

"大斷面隧道復(fù)雜地層施工安全防護(hù)技術(shù)研究"是浙江省地質(zhì)廳下達(dá)給浙江省隧道工成的科研計劃項目，合同號：KJ－96－02。 該技術(shù)是根據(jù)"新奧法州4193工程大斷面隧道復(fù)雜地層施工中以"控制爆破－圍巖測量－錨噴支術(shù)路線，根據(jù)隧道地層實際情況選用不同的技術(shù)措施和技術(shù)參數(shù)，并在整和優(yōu)化，達(dá)到預(yù)期的安全效果，從而總結(jié)出一套大斷面隧道復(fù)雜地層的施工經(jīng)驗。該技術(shù)廣泛應(yīng)用于國防、公路、鐵路、能源、水利、水電面隧道和地下工程施工。 2100433B

《高速鐵路大斷面城市隧道施工技術(shù)研究》以武廣高速鐵路金沙洲和瀏陽河大斷面城市隧道作為示范，首次系統(tǒng)地介紹了高速鐵路大斷面城市隧道施工成套技術(shù)，包括輔助坑道施工技術(shù)、大斷面隧道快速施工方法、富水巖溶地層隧道施工技術(shù)、隧道安全風(fēng)險管理等內(nèi)容。《高速鐵路大斷面城市隧道施工技術(shù)研究》內(nèi)容豐富、成果新穎，可供從事隧道與地下工程工作的科研、設(shè)計、施工、管理人員和高等院校相關(guān)專業(yè)的師生參考使用。

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軟土地層大斷面管幕—箱涵推進(jìn)工法適用范圍

《軟土地層大斷面管幕—箱涵推進(jìn)工法》適用粉質(zhì)黏土、淤泥質(zhì)黏土和黏土等地層的大斷面地下通道工程，尤其對淺埋式不能明挖的大斷面或超大斷面地下通道施工更具優(yōu)勢。例如穿越鐵路、高速公路、機(jī)場跑道等的大型下立交工程。

軟土地層大斷面管幕—箱涵推進(jìn)工法工藝原理

《軟土地層大斷面管幕—箱涵推進(jìn)工法》的工藝原理敘述如下：

一、鋼管幕

鋼管幕形成縱向具有一定剛度的管幕梁，當(dāng)箱涵網(wǎng)格的迎面推力小于主動土壓力時，地面產(chǎn)生沉降。在此工況下，由于上排管幕能分擔(dān)部分上覆土荷載，可以減小開挖面的土壓力并且抑制地表沉降；當(dāng)網(wǎng)格箱涵的迎面推力大于被動土壓力時，地表變形為隆起，在此工況下鋼管幕的作用又表現(xiàn)為抑制地表變形。

四周密封的鋼管幕切斷地下水通道，使得管幕內(nèi)土體自由水得不到補(bǔ)充，有利于開挖面穩(wěn)定。

二、箱涵頂進(jìn)

利用軟土地層時空效應(yīng)原理，箱涵網(wǎng)格在擠土推進(jìn)時能在開挖面前端形成土拱，充分發(fā)揮土體的抗剪強(qiáng)度，減小了網(wǎng)格處土壓力。土壓力通過網(wǎng)格與土體接觸面的摩擦力平衡。

網(wǎng)格內(nèi)不挖土的擠土推進(jìn)工藝使地面隆起。網(wǎng)格內(nèi)適當(dāng)挖土又使得地表發(fā)生沉降，通過不同的推進(jìn)工藝和挖土量可動態(tài)調(diào)節(jié)地表變形，使其在容許的范圍波動。

軟土地層大斷面管幕—箱涵推進(jìn)工法施工工藝

• 工藝流程

《軟土地層大斷面管幕—箱涵推進(jìn)工法》的箱涵頂進(jìn)總體施工流程見圖1，鋼管幕施工流程見圖2，箱涵頂進(jìn)施工流程見圖3。

• 操作要點

《軟土地層大斷面管幕—箱涵推進(jìn)工法》的操作要點如下：

一、鋼管幕頂進(jìn)施工要點

1.鋼管幕頂進(jìn)高精度方向控制（圖4）。

必須采取有效的措施保證鋼管幕頂進(jìn)精度，否則影響鋼管之間的閉合、嚴(yán)重時會阻礙箱涵推進(jìn)施工，為此應(yīng)注意以下要點。

1）激光反射誘導(dǎo)裝置：在掘進(jìn)機(jī)內(nèi)配備了反射形方向誘導(dǎo)裝置（RSG），利用激光發(fā)射點把頂管機(jī)本體偏移量、應(yīng)糾偏量和糾偏量等分別顯示在操作盤的電視屏上，便于糾偏和控制。

2）掘進(jìn)機(jī)內(nèi)傾斜儀傳感器示蹤：通過機(jī)內(nèi)的傾斜儀傳感器，實時掌握掘進(jìn)機(jī)的傾角和旋轉(zhuǎn)角度，以便及時糾偏和糾正偏轉(zhuǎn)角度。

3）激光導(dǎo)向：由工作坑內(nèi)的激光經(jīng)緯儀的激光點射向機(jī)頭測量中心靶上，通過機(jī)內(nèi)攝像頭把光點偏移量攝錄，并在地面TV顯示屏上顯示。以指導(dǎo)糾偏操作。

4）輔助糾偏導(dǎo)向裝置：對鋼管幕頂進(jìn)，由于后續(xù)鋼管幕是焊接而成，僅依靠機(jī)頭糾偏導(dǎo)向，并不能較好地引導(dǎo)整體鋼管幕的順利直行。為此，在機(jī)頭后面緊跟三節(jié)過渡鋼管。管節(jié)之間采用F形管的接頭形式，并安裝楔形橡膠止水帶。在接頭處還設(shè)置拉桿裝置和防偏轉(zhuǎn)裝置，使得鋼管幕既滿足軸線控制要求，又不致產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)而使鎖口不能正確相接。

5）糾正偏轉(zhuǎn)角度：當(dāng)掘進(jìn)機(jī)顯示出偏轉(zhuǎn)角度以后，可以通過變換刀盤旋轉(zhuǎn)方向和在機(jī)頭內(nèi)單側(cè)設(shè)置配重的方法糾正。

2.鋼管幕進(jìn)、出洞口措施

土體加固：對工作井進(jìn)、出洞段的軟土進(jìn)行加固，可采用注漿加固或者水泥攪拌樁，加固后的土體強(qiáng)度在0.8～1.0MPa左右。

3.鋼管鎖口密封止水措施

鋼管幕頂進(jìn)前，在機(jī)頭和鋼管二側(cè)加設(shè)注漿孔。鋼管幕頂進(jìn)過程中，通過注漿孔向鎖口部位和管道外壁壓注觸變泥漿，一是減少鎖口對土體的擾動，二是減少鋼管幕的推進(jìn)阻力和地表變形。鋼管幕頂進(jìn)后。要及時利用注漿孔對觸變泥漿進(jìn)行固化處理。固化材料選用純水泥漿。減少地面沉降。固化過程中應(yīng)按順序進(jìn)行，還應(yīng)嚴(yán)格控制水泥漿的注漿壓力和注漿量。

4.鋼管幕頂進(jìn)順序

為了減小鋼管幕施工次序?qū)Φ乇沓两导肮苣蛔冃蔚挠绊懀扇∠软斶M(jìn)底排管幕再頂進(jìn)上排管幕的施工工藝。

5.鋼管幕形成后，應(yīng)在管幕內(nèi)全部壓注低強(qiáng)度等級混凝土。壓注前應(yīng)在管幕尾端設(shè)置排氣孔并在管幕內(nèi)的上部預(yù)置注漿管，以便對管幕上部的空隙進(jìn)一步壓注水泥砂漿，使管幕內(nèi)的空隙充滿固體。

二、箱涵頂進(jìn)施工要點（圖5）

1.箱涵進(jìn)、出洞技術(shù)

1）進(jìn)出洞口土體加固：為保證箱涵出洞過程。土體穩(wěn)定性，必須對工作井外側(cè)土體進(jìn)行加固根據(jù)穩(wěn)定性計算結(jié)果確定加固范圍。

2）洞口管幕梁制作：在推進(jìn)面上的支撐拆除前，應(yīng)把全部鋼管幕與上部混凝土支撐連成一體，形成鋼筋混凝土管幕梁，應(yīng)對管幕梁的橫向跨度進(jìn)行驗算，必要時設(shè)置中間支撐點。

3）洞口止水裝置：密封止水裝置設(shè)在管幕梁上。應(yīng)充分考慮箱涵外輪廓特點，設(shè)置雙道止水，以保證洞口止水效果。

4）網(wǎng)格工具頭安裝：網(wǎng)格工具頭的開口率及入土深度根據(jù)維持開挖面穩(wěn)定性要求確定。網(wǎng)格由縱橫梁形成空間井字結(jié)構(gòu)，前端設(shè)置切口，由型鋼和鋼板焊接而成，現(xiàn)場拼裝。

5）地下連續(xù)墻拆除：采用分層分塊爆破拆除和人工風(fēng)鎬拆除相結(jié)合的方法，縮短拆墻時間，提高拆墻安全性。

6）箱涵進(jìn)洞前，應(yīng)對網(wǎng)格工具頭及后續(xù)箱涵外側(cè)的泥漿進(jìn)行固化處理，防止泥漿竄流到開挖面。

2.特種復(fù)合泥漿壓注工藝

1）注漿管路

在箱涵沿縱向每隔約6米設(shè)置一注漿斷面，沿橫向在對應(yīng)管幕鎖口之間設(shè)置注漿孔，注漿斷面通過支管與注漿總管相連，注漿支管埋在箱涵結(jié)構(gòu)內(nèi)，以防過往的運(yùn)土車壓壞。

2）注漿施工

注漿材料應(yīng)選擇觸變性能良好，黏度高，不易流動的材料。注漿施工應(yīng)定點、定量、定壓力進(jìn)行。注漿壓力應(yīng)能支托上排管幕和土體重量。

3.推進(jìn)油缸布置

推進(jìn)油缸的數(shù)量由推進(jìn)阻力計算后，布置在箱涵底板處。為便于糾偏和控制，油缸沿箱涵中心線分組對稱布置。

4.箱涵的姿態(tài)控制

1）箱涵水平姿態(tài)控制

推進(jìn)平臺上設(shè)置導(dǎo)向墩使得箱涵基本保持直線推進(jìn)；通過同步推進(jìn)系統(tǒng)控制箱涵的水平姿態(tài)，根據(jù)行程儀傳感器的顯示數(shù)據(jù)，通過計算機(jī)自動調(diào)整各組油泵的流量，使其滿足實時調(diào)整不同油缸的頂進(jìn)速度，實現(xiàn)平面姿態(tài)同步推進(jìn)。

2）箱涵高程姿態(tài)控制

通過改變注漿量和開挖面不同的挖土工況調(diào)節(jié)高程姿態(tài)。一般適量挖除底排網(wǎng)格內(nèi)土體，可使箱涵切口下傾，不挖土的擠土推進(jìn)可使網(wǎng)格上抬。

5.維持開挖面穩(wěn)定性措施

開挖面穩(wěn)定性由經(jīng)過專門設(shè)計的網(wǎng)格工具頭保證。箱涵預(yù)制期間，網(wǎng)格采用封門板封住，增加穩(wěn)定性，減小地面沉降。

6.箱涵頂進(jìn)引起的地表變形

1）控制箱涵和管幕之間的建筑空隙是減少地表變形的重要措施，此間隙宜適當(dāng)減小。

2）利用網(wǎng)格擠土工藝使地面變形得到有效控制，調(diào)節(jié)和控制擠土速度和挖土量，取得合適的施工參數(shù)。

3）加強(qiáng)泥漿壓注，通過泥漿壓力支撐上部土體。

7.泥漿固化工藝

當(dāng)箱涵推進(jìn)結(jié)束后，注入純水泥漿，在箱涵周圍形成水泥漿套承擔(dān)上部荷載。

8.施工監(jiān)測

箱涵推進(jìn)施工中，需對地表變形、箱涵應(yīng)力、箱涵姿態(tài)實時監(jiān)測。在箱涵預(yù)制期間，每天監(jiān)測一次，推進(jìn)期間，每推進(jìn)50厘米監(jiān)測一次。