论文部分内容阅读
【摘要】本文以湖南桃花江核电厂进厂道路洞冲里隧道为例，着重介绍大断面红土浅埋隧道在V级围岩段，采用三台阶预留核心土开挖法施工措施及施工要点。
【关键词】红土；大断面；隧道；三台阶；预留核心土
1工程概述
1.1工程概况
洞冲里隧道是湖南桃花江核电进场道路大断面红土浅埋隧道，位于湖南省桃江县，起讫里程为K0+650～K1+465，隧道全长815m，隧道进口有近150米V级围岩，该段隧道埋深为16m～19m，围岩开挖宽度为15.5m，开挖高度为13.28m。在该段施工时，采用三台阶预留核心土开挖法施工。
1.2工程地质及水文条件
该隧道通过地层为第四系上更新统风积黏质红土及黏质红土，下部为第四系中更新统风积黏质红土夹黏质红土，底部为中更新统冲积砂及圆砾等，工程区域无断裂构造。地表范围内发育第四系上更新统风积黏质红土，厚9～16m，自重湿陷系数0.001～0.075，按Ⅱ级自重湿陷性场地考虑。工程范围内第四系上更新统及中更新统风积黏质红土均夹有古土壤层，厚1～3m，为弱膨胀土。区内地表水及地下水发育。
2 围岩变形破坏情况
在浅埋段，由于围岩的流变性质，隧道开挖后由于初始应力的释放引起围岩变形，表现为拱顶将沉降和周边收敛。隧道拱顶下沉量过大将导致地表出现大沉降量、开裂以及洞内初支开裂的现象；而隧道的周边收敛过大可能导致钢架的变形失稳、初支倾入二衬限界的现象。
2.1 拱顶沉降
通过长时间监控量测数据显示，在隧道工法进行转换后的一段时间内，由于没有采取有效的施工措施，隧道拱顶沉降很大，也很快，下面以一段断面为例介绍该段的拱顶下沉情况。该断面衬砌类型为Ⅱ超浅（近）类，围岩属弱风化砂岩，隧道埋深12m。
拱顶测点下沉变化曲线成“抛物线”型，整体符合正常规律，但其变化数据都很大：拱顶沉降测点有3个，左侧拱顶测点、右侧拱顶测点、中部拱顶测点，在测点埋设后第一天的下沉量最大即达22.00mm，随后随着时间成曲線上升趋势波动，其中0-12天下沉曲线呈直线增长且增长幅度很大，12-18天曲线变化幅度变小，18天之后收敛趋于稳定，最大累计沉降值为左侧-213mm、中侧-223.69mm、右侧-208.97mm；平均累计沉降值都超过15mm/d。
2.2 周边收敛
断面中台阶周边收敛变化曲线总体呈“抛物线” 形：在测点埋设后的第1天，收敛值已达3.78mm；随后则进入波动增长阶段；到测点埋设0-12天收敛曲线幅度变化较大收敛值累计达49.83mm。下台阶收敛速率明显小于中台阶，收敛值变化曲线呈“厂”形：总体收敛值不大，在测点埋设后当天收敛值达到2.82 ；随后5天呈递增上升但变化幅度不大，累计值在16.99mm，在第6-15天后收敛曲线变化平稳，随着时间递增收敛值基本稳定。
2.3 地表裂缝及沉降
在施工过程中，由于隧道埋深只有16米，且该段洞内红土含水量达到23.5%。在施工该段时严格按照规范施工，隧道地表最终仍出现开裂及下沉量较大现象。在隧道轴线两侧距轴线15米附近出现了3条纵向裂缝，部分断面拱顶沉降量达到40.79mm，地表开裂。
在隧道中轴线每边10～15米的范围内一般有3条平行中轴线的裂缝，其宽度为部分为4cm，最宽的达到10cm。中线处地表，沉降量及裂缝宽度均为该段最大值，沉降量为333.7mm，裂缝宽度为10mm。
2.4 洞内初支开裂
在施工过程中，隧道内初支在仰拱前端前后2～3m处出现环向裂缝。
3 大变形段的施工措施
根据现场施工的实际情况，主要从工艺和工序上对三台阶七步开挖法拱顶下沉量进行控制。
3.1 控制安全距离
安全距离指仰拱或者拱墙二衬与掌子面的距离。先施做第八板拱墙二衬（跳过第六、第七板），使拱墙二衬距掌子面的距离为43.8m，之前是69.4m。接着把仰拱初支及仰拱二衬施工处距掌子面的距离为12.6m，停工前仰拱处距掌子面的距离为35.4m。
本隧道将仰拱初支距掌子面的距离控制在30m以内，拱墙二衬距掌子面的距离控制在60m以内。
3.2 浅埋段地表处理
由于地表的裂缝较大（最大处有43mm），为避免雨天雨水渗入地下，在隧道中线附近用土做成人字坡、铺设彩条布，以利于雨水排出。
3.3 增加监控量测频次
在隧道产生较大裂缝后，监控量测组从发现该问题开始，监控量测人员由5人增加至10人，每天洞内量测由一天两次增加至一天4次（或6次），地表每天量测由一天两次增加至一天4次。及时准确地监控隧道的变形情况，为后续工作的施工提供依据。
4 效果
在隧道施工不断摸索中，隧道施工陆续的采取了以上措施后，隧道围岩变形得到了很好的控制。现以另一断面为例，介绍该断面围岩变形的特点。该断面衬砌类型为Ⅱ超浅（近）类，围岩属弱风化砂岩。
4.1 周边收敛
该断面中台阶周边收敛变化曲线总体呈“抛物线”形（图4-1）：在测点埋设后收敛值已达1.82mm，随后则进入递减增长—趋稳阶段，收敛速率慢慢变小（图4-2），到测点埋设，8天后，收敛值已达12.47mm；已趋于稳定。下台阶收敛值变化曲线呈似 “厂”形：在测点埋设后的前3天收敛值较大，收敛值已达7.53mm，随后收敛测慢慢减小，在测点埋设5天后，收敛值达8.21mm，已趋于稳定。
4.2拱顶下沉
左侧拱顶测点下沉变化曲线呈“抛物线” 形：在测点埋设后下沉既达4.33mm，随后则进入递减增长—趋稳阶段，且有微量波动，到测点埋设后13天，下沉稳定于78.50mm，中部拱顶测点下沉曲线同样呈 “抛物线”形：在测点埋设后下沉既达5.22mm，随后则进入递减增长—趋稳阶段，且有微量波动，到测点埋设第14天后，下沉量基本稳定于78.67mm。右侧拱顶测点的下沉曲线呈“抛物线”形：在测点埋设后的前1天，下沉较大，下沉量达16.06mm，随后则慢慢变小，在测点埋设后第2天和第7天下沉有较小的波动，到测点埋设后第14天后，下沉量基本稳定于82.27mm。
5 结语
该隧道安全顺利通过了浅埋段的施工，我们充分掌握了大断面浅埋隧道施工措施，并从施工艺和工序上对三台阶七步开挖法进行了分析和总结，在控制安全歩距的前提下，隧道施工要着重加强现场质量管控，总结要点如下：
（1） 人工辅助修边，严格控制超欠挖；
（2） 规范施做大拱脚；
（3） 控制型钢钢架的制安质量，保证钢架的整体性，结合围岩的自稳，形成受力整体；
（4） 加强监控量测，实时监控围岩变形情况，及时反馈成果，调整现场开挖；
（5） 控制施工用水，严禁在作业现场有渗漏现场的发生；
（6） 现场工序衔接要紧凑，保证现场施工不误工、不窝工。
【关键词】红土；大断面；隧道；三台阶；预留核心土
1工程概述
1.1工程概况
洞冲里隧道是湖南桃花江核电进场道路大断面红土浅埋隧道，位于湖南省桃江县，起讫里程为K0+650～K1+465，隧道全长815m，隧道进口有近150米V级围岩，该段隧道埋深为16m～19m，围岩开挖宽度为15.5m，开挖高度为13.28m。在该段施工时，采用三台阶预留核心土开挖法施工。
1.2工程地质及水文条件
该隧道通过地层为第四系上更新统风积黏质红土及黏质红土，下部为第四系中更新统风积黏质红土夹黏质红土，底部为中更新统冲积砂及圆砾等，工程区域无断裂构造。地表范围内发育第四系上更新统风积黏质红土，厚9～16m，自重湿陷系数0.001～0.075，按Ⅱ级自重湿陷性场地考虑。工程范围内第四系上更新统及中更新统风积黏质红土均夹有古土壤层，厚1～3m，为弱膨胀土。区内地表水及地下水发育。
2 围岩变形破坏情况
在浅埋段，由于围岩的流变性质，隧道开挖后由于初始应力的释放引起围岩变形，表现为拱顶将沉降和周边收敛。隧道拱顶下沉量过大将导致地表出现大沉降量、开裂以及洞内初支开裂的现象；而隧道的周边收敛过大可能导致钢架的变形失稳、初支倾入二衬限界的现象。
2.1 拱顶沉降
通过长时间监控量测数据显示，在隧道工法进行转换后的一段时间内，由于没有采取有效的施工措施，隧道拱顶沉降很大，也很快，下面以一段断面为例介绍该段的拱顶下沉情况。该断面衬砌类型为Ⅱ超浅（近）类，围岩属弱风化砂岩，隧道埋深12m。
拱顶测点下沉变化曲线成“抛物线”型，整体符合正常规律，但其变化数据都很大：拱顶沉降测点有3个，左侧拱顶测点、右侧拱顶测点、中部拱顶测点，在测点埋设后第一天的下沉量最大即达22.00mm，随后随着时间成曲線上升趋势波动，其中0-12天下沉曲线呈直线增长且增长幅度很大，12-18天曲线变化幅度变小，18天之后收敛趋于稳定，最大累计沉降值为左侧-213mm、中侧-223.69mm、右侧-208.97mm；平均累计沉降值都超过15mm/d。
2.2 周边收敛
断面中台阶周边收敛变化曲线总体呈“抛物线” 形：在测点埋设后的第1天，收敛值已达3.78mm；随后则进入波动增长阶段；到测点埋设0-12天收敛曲线幅度变化较大收敛值累计达49.83mm。下台阶收敛速率明显小于中台阶，收敛值变化曲线呈“厂”形：总体收敛值不大，在测点埋设后当天收敛值达到2.82 ；随后5天呈递增上升但变化幅度不大，累计值在16.99mm，在第6-15天后收敛曲线变化平稳，随着时间递增收敛值基本稳定。
2.3 地表裂缝及沉降
在施工过程中，由于隧道埋深只有16米，且该段洞内红土含水量达到23.5%。在施工该段时严格按照规范施工，隧道地表最终仍出现开裂及下沉量较大现象。在隧道轴线两侧距轴线15米附近出现了3条纵向裂缝，部分断面拱顶沉降量达到40.79mm，地表开裂。
在隧道中轴线每边10～15米的范围内一般有3条平行中轴线的裂缝，其宽度为部分为4cm，最宽的达到10cm。中线处地表，沉降量及裂缝宽度均为该段最大值，沉降量为333.7mm，裂缝宽度为10mm。
2.4 洞内初支开裂
在施工过程中，隧道内初支在仰拱前端前后2～3m处出现环向裂缝。
3 大变形段的施工措施
根据现场施工的实际情况，主要从工艺和工序上对三台阶七步开挖法拱顶下沉量进行控制。
3.1 控制安全距离
安全距离指仰拱或者拱墙二衬与掌子面的距离。先施做第八板拱墙二衬（跳过第六、第七板），使拱墙二衬距掌子面的距离为43.8m，之前是69.4m。接着把仰拱初支及仰拱二衬施工处距掌子面的距离为12.6m，停工前仰拱处距掌子面的距离为35.4m。
本隧道将仰拱初支距掌子面的距离控制在30m以内，拱墙二衬距掌子面的距离控制在60m以内。
3.2 浅埋段地表处理
由于地表的裂缝较大（最大处有43mm），为避免雨天雨水渗入地下，在隧道中线附近用土做成人字坡、铺设彩条布，以利于雨水排出。
3.3 增加监控量测频次
在隧道产生较大裂缝后，监控量测组从发现该问题开始，监控量测人员由5人增加至10人，每天洞内量测由一天两次增加至一天4次（或6次），地表每天量测由一天两次增加至一天4次。及时准确地监控隧道的变形情况，为后续工作的施工提供依据。
4 效果
在隧道施工不断摸索中，隧道施工陆续的采取了以上措施后，隧道围岩变形得到了很好的控制。现以另一断面为例，介绍该断面围岩变形的特点。该断面衬砌类型为Ⅱ超浅（近）类，围岩属弱风化砂岩。
4.1 周边收敛
该断面中台阶周边收敛变化曲线总体呈“抛物线”形（图4-1）：在测点埋设后收敛值已达1.82mm，随后则进入递减增长—趋稳阶段，收敛速率慢慢变小（图4-2），到测点埋设，8天后，收敛值已达12.47mm；已趋于稳定。下台阶收敛值变化曲线呈似 “厂”形：在测点埋设后的前3天收敛值较大，收敛值已达7.53mm，随后收敛测慢慢减小，在测点埋设5天后，收敛值达8.21mm，已趋于稳定。
4.2拱顶下沉
左侧拱顶测点下沉变化曲线呈“抛物线” 形：在测点埋设后下沉既达4.33mm，随后则进入递减增长—趋稳阶段，且有微量波动，到测点埋设后13天，下沉稳定于78.50mm，中部拱顶测点下沉曲线同样呈 “抛物线”形：在测点埋设后下沉既达5.22mm，随后则进入递减增长—趋稳阶段，且有微量波动，到测点埋设第14天后，下沉量基本稳定于78.67mm。右侧拱顶测点的下沉曲线呈“抛物线”形：在测点埋设后的前1天，下沉较大，下沉量达16.06mm，随后则慢慢变小，在测点埋设后第2天和第7天下沉有较小的波动，到测点埋设后第14天后，下沉量基本稳定于82.27mm。
5 结语
该隧道安全顺利通过了浅埋段的施工，我们充分掌握了大断面浅埋隧道施工措施，并从施工艺和工序上对三台阶七步开挖法进行了分析和总结，在控制安全歩距的前提下，隧道施工要着重加强现场质量管控，总结要点如下：
（1） 人工辅助修边，严格控制超欠挖；
（2） 规范施做大拱脚；
（3） 控制型钢钢架的制安质量，保证钢架的整体性，结合围岩的自稳，形成受力整体；
（4） 加强监控量测，实时监控围岩变形情况，及时反馈成果，调整现场开挖；
（5） 控制施工用水，严禁在作业现场有渗漏现场的发生；
（6） 现场工序衔接要紧凑，保证现场施工不误工、不窝工。