浅析隧道穿越风积砂的设计及施工技术.doc

1、浅析隧道穿越风积砂的设计及施工技术摘要：本文针对陕西神渭管道输煤项目葡萄沟隧道穿越进口粉细砂段时，围岩主要以粉细砂（Q4eol 6-1）为主，风积成因。属中等偏高压缩性土，主要分布于神木县沿线山顶及沟谷西侧或南侧山坡。土、石等级为级，围岩基本分级为级，其表征为具有一定自稳能力，但在施工过程中如支护不及时或施工措施不当极易形成垮塌，严重时可能造成冒顶事故发生。通过调查研究、技术方案论证后，采取超前小导管支护，结合 9#矿用工字钢+挂网喷浆+砼砌碹联合支护、短掘短支技术，成功穿过该地层，达到了预期的目标。 关键词：粉细砂；风积成因；短掘短支；隧道施工 中图分类号：U445 文献标识码：A 陕西神渭

2、管道输煤项目隶属陕西煤业化工集团子公司陕西神渭煤炭管道运输有限责任公司，由中煤科工集团武汉设计研究院有限公司 EPC总承包。项目全长 727km，北起神木、南至渭南，是目前世界上设计距离最长的输煤管线，也是我国第一条长距离输煤管线，年可输送原煤 1000万吨，服务年限 30 年。管线全线共有 61 条隧道，葡萄沟隧道为其中的一条，长 687m，位于榆林市神木县。 一、施工主要问题 葡萄沟隧道地处陕西省神木县，地貌单元为陕北黄土高原梁峁沟壑区，区内地表分布厚层至巨厚层黄土，黄土梁、峁地貌极为发育，河（沟）谷深切，且数量众多，地形起伏大。粉细砂（Q4eol 6-1）：浅黄色、褐黄色，稍湿，稍密状态

3、，风积成因，属中等偏高压缩性土。主要分布于神木县沿线山顶及沟谷西侧或南侧山坡。土、石等级为级，围岩基本分级为级，该段长度 180 余米。在施工过程中如施工方法不当、支护不及时等，极易造成大范围塌方及冒顶事故。同时由于工期紧张，若不采取积极有效的措施将对工期造成影响。 二、原设计支护形式 该隧道原设计断面：2.52.8m（净宽净高） 。支护采用复合式支护：初期支护采用管棚+9 号矿用工字钢+挂网喷浆 80mm，二次衬砌为素混凝土 200mm，铺底 200mm。钢筋网采用 6.5mm 钢筋焊接网，其中支护网网孔 100mm100mm，铺底网网孔 150mm150mm；工字钢排距 1000mm；喷砼

4、强度等级为 C20，二次衬砌强度等级为 C30，铺底砼强度等级为C15。钢支架为半圆拱形，采用三节 9 号矿工钢加工制作，通过两块连接板连接；连接板采用 16011010mm 钢板焊接在 9 号矿用工字钢的端头上，用 M1870mm 的螺栓连接；铁鞋采用 20020010mm 厚的钢板；拉杆采用直径 10mm 圆钢制做。用于管棚的钢管采用 42mm 无缝热轧钢管，壁厚 3.5mm，长度为 3.5m。在紧靠开挖荒断面轮廓线布置 1 排超前小导管，其中拱部间距为 0.25m，帮部间距为 0.4m，搭接长度不小于1m。 三、主要施工技术 1 洞门及边、仰坡施工方案 因该隧道进口处在粉细砂山体坡脚，故

5、在施工过程中应坚持“以防为主，及时治理” ，由于粉细砂岩性分级为级，虽具有一定的直立性，但稳定性较差，结合葡萄沟隧道进洞现场实际条件，进口仰坡开挖高度超过 6m，现场边坡开挖坡度为 1:1。进行洞身开挖作业之前，应做好洞口防排水措施，开挖工程中严控明槽底板高程和边坡坡度。 隧道进口端边坡防护采用体长 3m、22 锚杆，挂设 10cm10cm 钢筋网片，喷混凝土 10cm 联合支护方式进行加固。喷射混凝土要分层进行，每层厚度为 35cm，插入钢筋头作为标记，S 形喷法，达到初凝后再进行二次喷射混凝土作业，喷完要及时进行养护。 洞口两侧仰坡采用砂浆片石施工挡土墙，挡土墙基础承载力不小于150kPa

6、，达不到设计承载力时，用 M10 浆砌片石换填，承载力达到150kPa 时，开始施工挡土墙基础，基地应毛糙、砌块嵌紧、砂浆饱满，灰缝平钩厚度不小于 30mm，挡土墙每隔 15m 设置一道沉降缝，缝宽20mm，缝中用沥青麻纱填塞，沿挡土墙方向每隔 2m 设置泄水孔一个，孔径 100mm，最下一排泄水孔应高出挡土墙外地表 300mm。 2 管棚超前支护 在进行洞身开挖前先施工超前小导管，钢管采用 42mm 无缝热轧钢管，壁厚 3.5mm，长度为 3.5m。在紧靠开挖荒断面轮廓线布置 1 排超前小导管，其中拱部间距为 0.25m，帮部间距为 0.4m，搭接长度不小于1m。 3 洞身开挖方式 原开挖方

7、式采用全断面一次开挖，但根据实际揭露围岩情况来看，该开挖方式存在安全隐患及顶部塌方。由于待全断面全部开挖完成后，造成空顶时间较长，顶部易大范围塌方。经过论证，开挖方式由原全断面开挖调整为三步开挖法，具体为先开挖上台阶，再开挖左侧边墙最后开挖右侧边墙；待上台阶开挖完成后及时铺设钢筋网并架设拱部工字钢，同时在上下台阶钢架接头处及拱脚部位每侧增加 2 根 20 锚杆进行锁脚处理，锚杆长度为 3m。 图 2 施工超前小导管 图 3 已施工的二次衬砌 4 短掘短支 在掘进过程中按照“台阶法”施工并严格控制空顶距离，上台阶每掘进 500mm 立即铺设钢筋网、架工字钢。待上台阶掘进、初支达 3m 时，开始下

8、台阶的开挖及初支。为保证初支的稳定性，在拱脚处设300300100mm、C20 混凝土垫块，并增加 9 号矿用工字钢底梁进行横向连接。二次衬砌原则上应紧跟掌子面，即完成 3m 的掘进、初支后开始施工二次衬砌。为适当加快施工进度，在施工过程中可加强监控量测，以确定二次衬砌滞后初支的距离。 施工顺序：超前小导管上台阶开挖铺钢筋网架设工字钢打锁脚锚杆初喷混凝土下台阶开挖铺钢筋网架设工字钢打锁脚锚杆铺设工字钢底梁二次衬砌。 四、设计优化内容 工字钢间距由 1000mm 调整为 500mm；钢筋网网孔由 100100mm 加密到 5050mm；增加锁脚锚杆及工字钢地梁；相邻两榀工字钢连接筋由10 圆钢改

9、为 20 圆钢，并增加连接筋数量；加密超前小导管的间距。 五、效果分析 葡萄沟隧道进口段粉细砂风积成因、厚度大，无粘结性、稳定性差。在施工过程中如施工方法不当、支护不及时等，极易造成大范围塌方及冒顶事故。通过采取管棚支护、上下台阶法施工、增加锁脚锚杆、短倔短支等一系列技术优化、支护方式及参数的调整等措施顺利通过了该段围岩。隧道施工的进度明显加快，顶板下沉量明显减小，隧道支护也未出现开裂现象。经过长期的观测，洞身稳定，成效显著。 六、主要结论 (1)通过管棚支护，保证了掘进过程中施工安全及避免了顶部塌方、冒顶事故的发生； (2)采用上、下台阶法施工，缩短了初支前的空顶时间，可以及时的对拱部进行支

10、护，保证的拱部的稳定性及施工安全。 (3)增加锁脚锚杆：在开挖下台阶时，锁脚锚杆可以防止拱部工字钢的下沉，避免了洞身沉降及顶部塌方等事故的发生。 (4)增加工字钢底梁及拱脚混凝土预制块，使得初支强度形成整体性，增加洞身的稳定性。 （5）采取上述措施后，施工速度得到显著提高，保证了隧道按期完工。 （6）该穿越粉细砂层施工技术的成功经验，为其他小断面隧道穿越类似粉细砂层提供了一定的参考，具有一定的借鉴价值。 参考文献: 1陈炎光,陆士良.中国煤矿巷道围岩控制M.徐州：中国矿业大学出版社.1994. 2东兆星,吴士良.井巷工程M.徐州：中国矿业大学出版社,2008. 3张华清.超前管棚注浆加固技术在

11、斜井穿过中厚流砂层施工中的应用J.建井技术,2013(3):46. Discussing design and construction technologyoftunnel crossingaeolian sand. Abstract:AccordingtotheShaanxiShenWeicoalslurrypipelinetransportationprojectgrapeditchtunnelthroughimportsandsection,surroundingrockmainlyfinesand(Q4eol6-1),aeolianorigin.Itismediumhighcompr

12、essibilitysoil,mainlyinwestorsouthmountainandvalleyalongthehillsideinShenmucounty.ThegradeofsoilandstoneisIgrade,androckmassclassificationisVIclass,thecharacterizationofcertainselfstability,butinconstructionprocessifsupportingisnottimelyorimpropermeasures,theconstructionisextremelyeasytocollapse,roo

13、ffallaccidentmaycauseserious.Throughtheinvestigation,technicalargumentation,adoptpiperoofadvancesupport,combinedwithsteelframeandshotcretingsupport,shortdrivingshortsupportingtechnologysuccessfullythroughthestrata,reachtheexpectedgoal. Key words: Fine silty sand;Aeolian origin;Short of driving a short branch；Tunnel construction 作者简介 王松，男，1982 年 3 月出生，汉族，大学本科学历，工程师，现从事设计及项目管理工作。 单位地址：湖北省武汉市武昌区武珞路 442 号 中煤科工集团武汉设计研究院有限公司工程设计所 王松（收）邮编：430064 开具发票：中煤科工集团武汉设计研究院有限公司