论文部分内容阅读
【摘 要】结合太平隧道扩挖实例，本文通过对扩挖施工关键技术的研究，突出了“水平扩挖”在施工中推广应用的价值，以供类似工程参考。
【关键词】隧道；扩挖；技术；研究
1 工程概况
穗莞深城际铁路太平隧道全长14.49km，位于东莞市厚街、虎门镇境内，沿莞太路敷设，地面分布有大量建（构）筑物。拱顶覆土厚度约10～20m，为厚度不均的可塑性粘土、中砂层及风化岩。洞身穿行于全、强、弱风化砂岩、含砾砂岩中，局部地段为燕山期中粗粒花岗岩，花岗岩与第三系含砾砂岩呈不整合接触。属典型城市地下隧道。
因技术标准变化，已完工的2240.8单线米隧道内轮廓已不能满足新技术标准的要求，需对已施工隧道的初支进行破除然后扩挖至新的结构断面。
2 扩挖结构
太平隧道矿山法区间扩挖施工的2240.8单线米隧道由四座竖井，十六个作业面承担，单作业面最长扩挖长度为540m。扩挖段岩性为砂岩、含砾砂岩，围岩等级为Ⅲ～Ⅵ级，共10种扩挖断面结构，本文就难度大、风险高的两种扩挖断面进行阐述。
2.1 Ⅴ级围岩标准段扩挖至下锚段
原Ⅴ级围岩标准段采取φ22格栅钢架，间距0.6m。超前支护采用拱部120°范围内φ42 L=4.0m的超前小导管。边墙设3.5m长的砂浆锚杆，挂网锚喷支护，初支厚度0.3m。
拱部扩挖最大值1.903m，隧底扩挖最大值约0.3m,边墙扩挖0.8～1.2m，每延米扩挖约25.3m3土石方。
2.2 Ⅳ级围岩标准段扩挖至盾构通过段
Ⅳ级围岩标准段采取φ22格栅钢架，间距0.6m。超前支护采用拱部120°范围内φ42 L=4.0m的超前小导管。边墙设3.0m长的砂浆锚杆，挂网锚喷支护，初支厚度0.25m。
拱部扩挖最大值2.81m，隧底扩挖最大值2.01m,边墙扩挖2.56～3.04m。
3 扩挖施工
3.1 扩挖施工方案
矿山法隧道扩挖施工就其本质是一个预加固、拆除、扩挖、受力转换作业的过程。其中预加固在扩挖施工中至关重要，它决定了后续工序实施的条件。
扩挖施工必然对围岩再次造成扰动或破坏，在扩挖施工前需对扩挖范围及应力拱一定范围内的土体进行预加固，以达到止水及加固土体的作用。常见的预加固措施主要有超前锚杆、超前小导管、径向注浆、管棚支护、帷幕工法、水平旋喷桩、冻结管施工。根据本工程实际情况，并综合考虑洞内施工条件、加固目的层、工程造价、工期因素，选择径向注浆方案。
注浆孔按梅花型布置，环向间距0.65～0.75m，纵向间距1.7m，孔深至扩挖轮廓线以外3.0m，孔口管长度根据围岩情况确定。浆液采用纯水泥（个别富水段落，采用双液浆），水灰比1：1，注浆压力按拟加处静水压力加上0.5～1.0Mpa确定。典型扩挖断面径向注浆断面图如图所示。
3.2 扩挖施工步骤
隧道的扩挖必定涉及到结构的受力转换，因此扩挖的施工步骤由不同结构受力的特点所决定。隧道的断面由拱组成，因此隧道受力即是拱结构的受力。
土体给隧道断面的压力，对于拱结构来说是分布径向力，此时对拱结构受力的分析可根据力法公式进行：
δ11X1+Δ1p=0
在拱结构受径向力的体系中：
=
可根据上述两式，计算得拱部任意截面所承受的弯矩和轴力，最终求出X1，即为拱角水平推力。因此可根据拱结构受力特点，即拱结构可以将竖向力转化为水平力的特点，确定施工基本步骤：首先破除拱部初支，进行拱部扩挖；此时隧道拱部所受的径向力转化为水平力，此水平力可由锁脚锚杆和边墙所抵抗。其次进行边墙的扩挖，此时径向力转化的水平力由锁脚锚杆和仰拱抵抗。最后进行仰拱扩挖。
故详细的施工步骤为：
预注浆→架设开挖台车→破除拱部初支混凝土→拱部水平扩挖至外轮廓线→拱部初支施工→破除边墙初支并扩挖至外轮廓→边墙初支施工→破除仰拱初支扩挖至外轮廓→仰拱初支施工。
4 扩挖施工措施要点
4.1 扩挖施工前，必须打设检查孔检查径向注浆效果，当检查孔最多只有滴水（不成线）且渗水量不大于2L/d时，则判断注浆达到效果，否则应进行补充注浆。
4.2 扩挖遵循水平扩挖的原则，尽量减少挑顶、跳槽施工，合理规划工作面和逃生通道。
4.3 Ⅲ、Ⅳ级围岩原初期支护原则按不超过2榀格栅的长度拆除；Ⅴ、Ⅵ级围岩原初期支护原则上应逐榀拆除，逐榀扩挖，做好锁角锚管施工，及时封闭扩挖后的初支。
4.4 Ⅲ、Ⅳ级围岩水平单方向扩挖采用台阶法，台阶长度根据揭示后的围岩情况综合现场情况确定；Ⅴ、Ⅵ级围岩顺序依次拆除拱部初支并扩挖、施工扩挖断面拱部初支、拆除原边墙初支并扩挖、施工扩挖断面边墙初支、拆除原仰拱初支并扩挖、施工扩挖断面仰拱初支。
4.5 Ⅴ、Ⅵ级围岩可根据揭示的掌子面情况，酌情增设超前小导管，以策安全。
4.6 鉴于隧道扩挖施工的风险，初期支护需达到设计强度的75%，方可进行相邻循环段的拆换。
4.7 扩挖期间需做好监控量测工作，根据量测成果提供反馈信息，用于指导施工。
5 结束语
太平隧道矿山法扩挖现已全部完成施工。本文通过对扩挖施工技术的总结,为类似工程中提供参考。
参考文献
[1]高速铁路隧道工程施工技术指南.北
[2]铁路隧道设计规范及其局部条文修改（铁建设【2009】22、62号）. 北京：中国铁道出版社，2005.
[3]锚杆喷射混凝土支护技术规范. 北京：中国铁道出版社，2001.
【关键词】隧道；扩挖；技术；研究
1 工程概况
穗莞深城际铁路太平隧道全长14.49km，位于东莞市厚街、虎门镇境内，沿莞太路敷设，地面分布有大量建（构）筑物。拱顶覆土厚度约10～20m，为厚度不均的可塑性粘土、中砂层及风化岩。洞身穿行于全、强、弱风化砂岩、含砾砂岩中，局部地段为燕山期中粗粒花岗岩，花岗岩与第三系含砾砂岩呈不整合接触。属典型城市地下隧道。
因技术标准变化，已完工的2240.8单线米隧道内轮廓已不能满足新技术标准的要求，需对已施工隧道的初支进行破除然后扩挖至新的结构断面。
2 扩挖结构
太平隧道矿山法区间扩挖施工的2240.8单线米隧道由四座竖井，十六个作业面承担，单作业面最长扩挖长度为540m。扩挖段岩性为砂岩、含砾砂岩，围岩等级为Ⅲ～Ⅵ级，共10种扩挖断面结构，本文就难度大、风险高的两种扩挖断面进行阐述。
2.1 Ⅴ级围岩标准段扩挖至下锚段
原Ⅴ级围岩标准段采取φ22格栅钢架，间距0.6m。超前支护采用拱部120°范围内φ42 L=4.0m的超前小导管。边墙设3.5m长的砂浆锚杆，挂网锚喷支护，初支厚度0.3m。
拱部扩挖最大值1.903m，隧底扩挖最大值约0.3m,边墙扩挖0.8～1.2m，每延米扩挖约25.3m3土石方。
2.2 Ⅳ级围岩标准段扩挖至盾构通过段
Ⅳ级围岩标准段采取φ22格栅钢架，间距0.6m。超前支护采用拱部120°范围内φ42 L=4.0m的超前小导管。边墙设3.0m长的砂浆锚杆，挂网锚喷支护，初支厚度0.25m。
拱部扩挖最大值2.81m，隧底扩挖最大值2.01m,边墙扩挖2.56～3.04m。
3 扩挖施工
3.1 扩挖施工方案
矿山法隧道扩挖施工就其本质是一个预加固、拆除、扩挖、受力转换作业的过程。其中预加固在扩挖施工中至关重要，它决定了后续工序实施的条件。
扩挖施工必然对围岩再次造成扰动或破坏，在扩挖施工前需对扩挖范围及应力拱一定范围内的土体进行预加固，以达到止水及加固土体的作用。常见的预加固措施主要有超前锚杆、超前小导管、径向注浆、管棚支护、帷幕工法、水平旋喷桩、冻结管施工。根据本工程实际情况，并综合考虑洞内施工条件、加固目的层、工程造价、工期因素，选择径向注浆方案。
注浆孔按梅花型布置，环向间距0.65～0.75m，纵向间距1.7m，孔深至扩挖轮廓线以外3.0m，孔口管长度根据围岩情况确定。浆液采用纯水泥（个别富水段落，采用双液浆），水灰比1：1，注浆压力按拟加处静水压力加上0.5～1.0Mpa确定。典型扩挖断面径向注浆断面图如图所示。
3.2 扩挖施工步骤
隧道的扩挖必定涉及到结构的受力转换，因此扩挖的施工步骤由不同结构受力的特点所决定。隧道的断面由拱组成，因此隧道受力即是拱结构的受力。
土体给隧道断面的压力，对于拱结构来说是分布径向力，此时对拱结构受力的分析可根据力法公式进行：
δ11X1+Δ1p=0
在拱结构受径向力的体系中：
=
可根据上述两式，计算得拱部任意截面所承受的弯矩和轴力，最终求出X1，即为拱角水平推力。因此可根据拱结构受力特点，即拱结构可以将竖向力转化为水平力的特点，确定施工基本步骤：首先破除拱部初支，进行拱部扩挖；此时隧道拱部所受的径向力转化为水平力，此水平力可由锁脚锚杆和边墙所抵抗。其次进行边墙的扩挖，此时径向力转化的水平力由锁脚锚杆和仰拱抵抗。最后进行仰拱扩挖。
故详细的施工步骤为：
预注浆→架设开挖台车→破除拱部初支混凝土→拱部水平扩挖至外轮廓线→拱部初支施工→破除边墙初支并扩挖至外轮廓→边墙初支施工→破除仰拱初支扩挖至外轮廓→仰拱初支施工。
4 扩挖施工措施要点
4.1 扩挖施工前，必须打设检查孔检查径向注浆效果，当检查孔最多只有滴水（不成线）且渗水量不大于2L/d时，则判断注浆达到效果，否则应进行补充注浆。
4.2 扩挖遵循水平扩挖的原则，尽量减少挑顶、跳槽施工，合理规划工作面和逃生通道。
4.3 Ⅲ、Ⅳ级围岩原初期支护原则按不超过2榀格栅的长度拆除；Ⅴ、Ⅵ级围岩原初期支护原则上应逐榀拆除，逐榀扩挖，做好锁角锚管施工，及时封闭扩挖后的初支。
4.4 Ⅲ、Ⅳ级围岩水平单方向扩挖采用台阶法，台阶长度根据揭示后的围岩情况综合现场情况确定；Ⅴ、Ⅵ级围岩顺序依次拆除拱部初支并扩挖、施工扩挖断面拱部初支、拆除原边墙初支并扩挖、施工扩挖断面边墙初支、拆除原仰拱初支并扩挖、施工扩挖断面仰拱初支。
4.5 Ⅴ、Ⅵ级围岩可根据揭示的掌子面情况，酌情增设超前小导管，以策安全。
4.6 鉴于隧道扩挖施工的风险，初期支护需达到设计强度的75%，方可进行相邻循环段的拆换。
4.7 扩挖期间需做好监控量测工作，根据量测成果提供反馈信息，用于指导施工。
5 结束语
太平隧道矿山法扩挖现已全部完成施工。本文通过对扩挖施工技术的总结,为类似工程中提供参考。
参考文献
[1]高速铁路隧道工程施工技术指南.北
[2]铁路隧道设计规范及其局部条文修改（铁建设【2009】22、62号）. 北京：中国铁道出版社，2005.
[3]锚杆喷射混凝土支护技术规范. 北京：中国铁道出版社，2001.