大斷面隧道復雜地層施工安全防護技術研究成果信息

"大斷面隧道復雜地層施工安全防護技術研究"是浙江省地質(zhì)廳下達給浙江省隧道工成的科研計劃項目，合同號：KJ－96－02。 該技術是根據(jù)"新奧法州4193工程大斷面隧道復雜地層施工中以"控制爆破－圍巖測量－錨噴支術路線，根據(jù)隧道地層實際情況選用不同的技術措施和技術參數(shù)，并在整和優(yōu)化，達到預期的安全效果，從而總結(jié)出一套大斷面隧道復雜地層的施工經(jīng)驗。該技術廣泛應用于國防、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，包括輔助坑道施工技術、大斷面隧道快速施工方法、富水巖溶地層隧道施工技術、隧道安全風險管理等內(nèi)容。《高速鐵路大斷面城市隧道施工技術研究》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、設計、施工、管理人員和高等院校相關專業(yè)的師生參考使用。

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軟土地層大斷面管幕—箱涵推進工法適用范圍

《軟土地層大斷面管幕—箱涵推進工法》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—箱涵推進工法工藝原理

《軟土地層大斷面管幕—箱涵推進工法》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充，有利于開挖面穩(wěn)定。

二、箱涵頂進

利用軟土地層時空效應原理，箱涵網(wǎng)格在擠土推進時能在開挖面前端形成土拱，充分發(fā)揮土體的抗剪強度，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)不挖土的擠土推進工藝使地面隆起。網(wǎng)格內(nèi)適當挖土又使得地表發(fā)生沉降，通過不同的推進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—箱涵推進工法施工工藝

• 工藝流程

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

• 操作要點

《軟土地層大斷面管幕—箱涵推進工法》的操作要點如下：

一、鋼管幕頂進施工要點

1.鋼管幕頂進高精度方向控制（圖4）。

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

1）激光反射誘導裝置：在掘進機內(nèi)配備了反射形方向誘導裝置（RSG），利用激光發(fā)射點把頂管機本體偏移量、應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）掘進機內(nèi)傾斜儀傳感器示蹤：通過機內(nèi)的傾斜儀傳感器，實時掌握掘進機的傾角和旋轉(zhuǎn)角度，以便及時糾偏和糾正偏轉(zhuǎn)角度。

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

4）輔助糾偏導向裝置：對鋼管幕頂進，由于后續(xù)鋼管幕是焊接而成，僅依靠機頭糾偏導向，并不能較好地引導整體鋼管幕的順利直行。為此，在機頭后面緊跟三節(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：當掘進機顯示出偏轉(zhuǎn)角度以后，可以通過變換刀盤旋轉(zhuǎn)方向和在機頭內(nèi)單側(cè)設置配重的方法糾正。

2.鋼管幕進、出洞口措施

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

3.鋼管鎖口密封止水措施

鋼管幕頂進前，在機頭和鋼管二側(cè)加設注漿孔。鋼管幕頂進過程中，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阻力和地表變形。鋼管幕頂進后。要及時利用注漿孔對觸變泥漿進行固化處理。固化材料選用純水泥漿。減少地面沉降。固化過程中應按順序進行，還應嚴格控制水泥漿的注漿壓力和注漿量。

4.鋼管幕頂進順序

為了減小鋼管幕施工次序?qū)Φ乇沓两导肮苣蛔冃蔚挠绊?，采取先頂進底排管幕再頂進上排管幕的施工工藝。

5.鋼管幕形成后，應在管幕內(nèi)全部壓注低強度等級混凝土。壓注前應在管幕尾端設置排氣孔并在管幕內(nèi)的上部預置注漿管，以便對管幕上部的空隙進一步壓注水泥砂漿，使管幕內(nèi)的空隙充滿固體。

二、箱涵頂進施工要點（圖5）

1.箱涵進、出洞技術

1）進出洞口土體加固：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：在推進面上的支撐拆除前，應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，應對管幕梁的橫向跨度進行驗算，必要時設置中間支撐點。

3）洞口止水裝置：密封止水裝置設在管幕梁上。應充分考慮箱涵外輪廓特點，設置雙道止水，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）箱涵進洞前，應對網(wǎng)格工具頭及后續(xù)箱涵外側(cè)的泥漿進行固化處理，防止泥漿竄流到開挖面。

2.特種復合泥漿壓注工藝

1）注漿管路

在箱涵沿縱向每隔約6米設置一注漿斷面，沿橫向在對應管幕鎖口之間設置注漿孔，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)，以防過往的運土車壓壞。

2）注漿施工

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

3.推進油缸布置

推進油缸的數(shù)量由推進阻力計算后，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

推進平臺上設置導向墩使得箱涵基本保持直線推進；通過同步推進系統(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)整不同油缸的頂進速度，實現(xiàn)平面姿態(tài)同步推進。

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)過專門設計的網(wǎng)格工具頭保證。箱涵預制期間，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）加強泥漿壓注，通過泥漿壓力支撐上部土體。

7.泥漿固化工藝

當箱涵推進結(jié)束后，注入純水泥漿，在箱涵周圍形成水泥漿套承擔上部荷載。

8.施工監(jiān)測

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