隧道进洞是指明挖与暗挖衔接部分的施工条件。隧道建设中,洞口施工的传统方法一般是洞口边仰坡开挖、防护,达到一定的进洞条件后再进洞施工,这对洞口环境的破坏是非常严重的。一般情况下,隧道洞口所处的地质条件较差,岩石破碎、松散、风化严重、风化层深等,一般洞口边坡较缓,需要开挖大量土石方,大规模地开挖进洞也会破坏山体原有的平衡状态,极易产生坍塌、顺层滑动、古滑坡复活等现象。有些洞口采用接长明洞回填绿化的方法加以补救,但对于原生植被的破坏却是不可恢复的。隧道应尽量适应地形和地质条件,注重环境保护,避免高填深挖,直接切坡进洞,把隧道边坡挖得又陡又高,极不稳定,往往在雨季出现大垮大塌现象,有的甚至不可收拾,而需要补做庞大的边坡防护工程。这些进洞方法并没有实现真正意义上的“早进晚出”。
1.传统进洞施工方法
进洞施工前应充分考虑地质和施工条件、埋深和断面尺寸、围岩级别、坡面情况、地下水及气候条件、施工进度与围岩承载拱形式的关系等因素,进行方案论证,多种方案比选确定方法,现在隧道施工实践中常采用的进洞方法有很多,以下为较常用的几种:
(1)明洞进洞是一种比较稳妥的进洞方法,但它仍然存在缺点。首先,明洞进洞的前期工作较多,明洞的修建基本上是按削坡,洞外拉槽,明洞底板灌注,洞身衬砌的过程进行。若完全按照先修明洞后进洞的做法,削坡工程量大,延长工期。其次,修建明洞,洞口开挖土石方工程量大,不利于边坡及围岩稳定,而且对于周边环境影响很大,所以在隧道建设中明洞进洞方式的应用不多。
(2)在隧道开挖轮廓线外围打一排钢管,管内注浆加强刚度,管外由扩散的浆液连成一整体,形成棚架。它作为软弱围岩浅埋段超前支护的一种手段,安全可靠。
管棚施工方法主要用于岩土体的成拱效果极差的岩土体地层,这种地层由于地层自重,产生较大的岩土体侧向压力,隧道内会发生纵向的坍塌,引起前方地层的陷落。为确保进洞的安全,首先在洞口部位施工管棚,采用直径较大的钢管超前布置在开挖的外轮廓线,超前的距离较大,形成纵向钢梁的作用,可以有效地减小由于岩土体自重产生的侧向压力,稳定前方地层。为了提高岩土体的自身稳定性,在钢管上预留注浆孔,管棚施工完成后,进行岩土体注浆,可以发挥岩土体的自身成拱作用,减小钢管的荷载,又能减小地下水对岩土体稳定性的影响。对于岩土体成拱作用极差的地层。这种方法非常有效,但是这种方法有施工周期长的缺点,提高施工周期是非常关键的工作。
(3)锚喷与格栅拱联合支护进洞,在隧道轮廓线的外侧安设几排水平密集锚杆进行预加固,从而形成一定厚度的承载拱,既可阻止仰坡的滑落,也可有效地承担地压。锚杆预加固完成后,在洞口架设格栅拱,要求将其焊接在锚杆上,并用喷混凝土将格栅支撑和仰坡之间的间隙灌填密实,从而使仰坡与格栅支撑联成一体。(www.daowen.com)
锚喷与格栅拱联合的机理:锚喷使被裂隙分割的岩块体粘接起来,保持岩块体的咬合和镶嵌作用,通过提高岩块体的粘接力和摩擦力来有效地防止围岩松动,并避免或缓和应力集中现象的发生,而且给围岩表面以抗力和剪力,使围岩处于有利于稳定的三轴应力状态,并通过喷混凝土层自身的结构刚度,来阻止不稳定体的坍塌,在隧道开挖后,提高坡脚的稳定性。由于架设了格栅拱,顶板由悬臂变成了简支梁,进一步增加了稳定性。此法进洞速度快、效率高、工艺简单、成本低。
(4)注浆进洞小导管注浆施工法是一项在隧道工程施工中能加固围岩、防止渗水、增强稳定、提高安全性的技术。此法原理是通过所注浆液渗透、扩散到岩体孔隙和裂隙中,以改善和增强围岩的力学性能。注浆导管即超前注浆导管,在超前支护方法上其作用类似于超前锚杆,纵向支撑松散的岩体。通过对导管内注浆和砂浆锚杆注浆,浆液将进入岩土体的裂隙中,填补了岩土体中裂隙,起到了防水的作用,形成刚度较大的土层加固圈,在洞口周围形成止水、稳定的承载壳。同时,由于后部的钢支撑和前方未开挖部分岩土体支撑起中间部分的岩土体,起到纵向梁作用,提高了岩土体的稳定性。
这种方法对于裂隙发育的块状岩体效果为佳,超前注浆导管对岩土体的注浆加固作用较超前锚杆效果要突出,而且地下水往往会降低围岩等级,不易使岩体失稳坍塌,因此对于含水地层的支护加固效果尤其显著。此法具有起超前支护作用、工艺简单、安全可靠的优点。
2.前置式洞口工法
目前大多数的隧道建设已经摒弃了传统方法而采取保护山坡自然进洞的方法进行隧道洞口施工,即不切坡进洞,而是在洞外不开挖山脚土体的情况下,采用开槽施工的方法先修接明洞,然后采用在明洞内暗洞施工,采用震动破碎或小型爆破进洞。这样可保全洞口山坡及原生植被,免遭破坏,减小洞口仰坡防护工程,这是保证仰坡稳定较为理想的方法。对于上下行分离式的公路隧道,不仅可以保护单个洞口的山坡和植被,更重要的还可以避免两洞间土埂的开挖,这既可保护两洞间土埂上的原生植被又可借助土埂维持两洞口山体的稳定,可谓一举两得。
前置式洞口施工工序一般应为洞顶及周边截水沟砌筑,完善排水系统仰坡开挖、防护(因开挖工作量较小,主要采用人工进行,以免机械的扰动);套拱施工槽开挖、防护前置式洞口段套拱钢拱架架立就位、前置式洞口段套拱模板固定、混凝土浇注并养护、洞顶反压回填并覆土绿化、开挖前置式洞口段洞内预留山脚土体、暗洞段施工防水铺设、衬砌施工。
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