市政工程案例：喷锚暗挖法施工成功

【案例66】背景资料：A公司中标某段城市轨道工程,包括暗挖往返隧道与明挖车站两座。工程地质资料显示,本工程地质条件复杂,大部分为软弱围岩。隧道埋深为10 m,穿越地带部分有地下水,且其中一段地层含有沼气,项目部确定坍塌、爆炸、触电、机械伤害为主要风险源。因此,项目部决定采用环形开挖预留核心土法施工,如图3.20所示。

项目部在暗挖隧道施工方案中将以下工序作为本次施工的重点：①隧道开挖；②隧道柔性防水；③隧道前方土体加固；④喷射混凝土；⑤二次衬砌。

本合同段隧道防排水体系遵循“以防为主、刚柔结合、多道防线、因地制宜、综合治理”的原则。为保证隧道柔性防水的质量,柔性防水层以防水板固定、防水板接缝焊接、充气检查为施工重点,其中防水板接缝焊接采用专用热合机。复合式衬砌结构防水层示意图如图3.21所示。

图3.20　环形开挖预留核心土法开挖顺序示意图(单位：cm)

图3.21　复合式衬砌结构防水层示意图

在隧道与车站衔接位置采用长管棚支护,公司在编制管棚施工方案时确定管棚长度为14 m,采用DN100钢管,钢管长度为6 m。项目部编制管棚施工工艺流程为：①施工准备→②测放孔位→③钻机就位→④→⑤压入钢管→⑥注浆(向钢管内或管周围土体)→⑦→⑧养护→⑨开挖。

施工单位在开工前编制了安全技术措施,在安全技术措施中包含施工总平面图。在图中对危险的油库、易燃材料库等位置按照施工和安全操作规程明确定位。

【问题】

1.图3.20中,Ⅱ、Ⅸ、Ⅷ分别是什么?其中Ⅷ的作用是什么?

2.本工程风险源识别还应该增加哪些内容?

3.将背景资料中的隧道施工方案工序用序号进行排列。

4.本合同段隧道防水体系由哪些构成?防水控制的重点有哪些?热合机焊接有哪些具体要求?

5.补充管棚施工工艺流程中④和⑦的内容,本工程中管棚施工需要哪些机械设备?

6.安全技术措施中,施工总平面图还应对哪些位置按照施工要求和安全操作规程的要求明确定位?并提出具体要求。

【参考答案】

1.Ⅱ：初期支护：Ⅸ；二次衬砌；Ⅷ：仰拱。仰拱的作用：解决基础承载力不够的问题,减少下沉；防止底部的隆起变形,调整衬砌应力；封闭围岩,阻止围岩出现过大的变形,提高结构的整体承载力；增加底部和墙部的支撑抵抗力,防止内挤而产生剪切破坏。

2.高处坠落、物体打击、坍塌、透水、中毒、窒息。

3.施工工序：③→①→④→②→⑤。

4.喷锚暗挖法施工隧道的复合式衬砌,以结构自防水为根本,辅以防水层组成防水体系。以变形缝、施工缝、后浇带、穿墙洞、预埋件、桩头等接缝部位混凝土及防水层施工为防水控制的重点。热合机焊接要求：采用专用热合机焊接,焊缝应均匀连续；双焊缝搭接的焊缝宽不应小于10 mm；焊缝不得有漏焊、假焊、焊焦、焊穿等现象；焊缝应经充气试验合格：气压为0.15 MPa,经过3 min,其压力降不大于20%。

5.④是水平钻孔；⑦是封口。需要的机械设备有：电焊机或套丝机(管棚钢管接头需要用厚壁管箍,且应上满丝扣)；电钻(管棚钢管开口)；钻孔机(管棚预先钻孔)；钢管压入设备(压入钢管)；注浆机(管棚钢管注浆)。

6.安全技术措施中,施工总平面图还应对变电设备、材料和构配件的堆放位置、物料提升机(井架、龙门架)、施工用电梯、垂直运输设备位置、搅拌台的位置按照施工和安全操作规程的要求明确定位,并提出具体要求。

【案例67】背景资料：某施工单位中标承建一地下隧道工程,采用浅埋暗挖法施工,平均埋深22 m左右。施工中发生如下事件：

事件一：经地质补充勘察得知,部分地段地下水丰富,水压较大,项目部拟采取深孔注浆法堵水,并对钻孔顺序进行了布置。注浆后,经检查对未达到设计要求的区域进行了补充注浆,以确保注浆效果。

事件二：施工中,施工单位进洞后在距初掘工作井60 m处发现开挖面为砂砾层且土质松散,按原设计资料在超前小导管注浆加固中应采用电动化学注浆工艺加固,项目部根据实际情况决定使用劈裂注浆法；根据以往经验确定注浆量和注浆压力。注浆过程中,地面检测发现地表有隆起现象。

事件三：隧道开挖过程中,某Ⅴ级围岩段采用环形开挖预留核心土法施工,开挖进尺为3 m。该方法包括以下工序：①上台阶环形开挖；②核心土开挖；③上部初期支护；④左侧下台阶开挖；⑤右侧下台阶开挖；⑥左侧下部初期支护；⑦右侧下部初期支护；⑧仰拱开挖、支护。部分工序位置如图3.22所示。

图3.22　隧道开挖横断面示意图

事件四：施工单位在掘进到合同段中间处,对应地面为当地省级保护的历史建筑。开挖面为含水的松散破碎地层,渗透性好,再加上构造裂隙和各类蚀变岩类结构面可成为良好的地下水通道,一旦隧道开挖形成排泄廊道,引导地下水汇集渗流,再加上又进入雨期,落水量十分丰富。这样不但软化各类蚀变夹层,而且冲蚀蚀变物质,为岩体大变形和发生坍塌提供了诱发条件。因此,项目部决定在该段隧道掘进中采用超前小导管注浆加固的超前预支护措施,再从地面采用冻结法的辅助工法固结地层,确保该段隧道施工安全和地面历史建筑的安全。由于冻结法预算较高,建设方没有通过。

事件五：在一个模筑段长度内灌注边墙混凝土时,施工单位为施工方便,先灌注完左侧边墙混凝土,再灌注右侧边墙混凝土。

事件六：在喷射段长度内,对于喷射混凝土一次喷射厚度,边墙为60 mm,拱部为40 mm。

【问题】

1.请指出事件一中深孔注浆钻孔顺序,并说明补充注浆措施。

2.事件二中,项目部使用的劈裂注浆法是否正确?是否应该采用原设计的电动化学注浆方法?如有不正确,到底应采取什么方法?哪些浆液可供选择?

3.指出事件三中环形开挖预留核心土施工中的错误之处,并改正。

4.项目部是否有必要采用辅助工法固结地层?若有必要,应采用哪种辅助加固地层方法?

5.指出事件四中边墙混凝土灌注施工错误之处,写出正确的做法。

6.事件六中,一次喷射混凝土厚度是否正确?若有错误,请改正。

【参考答案】

1.钻孔应按先外圈、后内圈、跳孔施工顺序进行。注浆未达到设计要求的区域,应采用钢花管补充注浆。

2.不正确。注浆施工应根据土质条件选择注浆方法,在砂砾地层中宜采用渗入注浆法,不宜采用劈裂注浆法,更不适合采用电动化学注浆法。注浆浆液可选用水泥浆或水泥砂浆。

3.开挖进尺为3 m错误,应为0.5～1 m。

4.有必要。当浅埋暗挖施工隧道处于富水地层,且地层的渗透性好,还有地下水汇集渗流的可能,再加上雨期落水量大,隧道有涌水坍塌的地质条件时,一般情况可采用降低地下水位法来固结地层,但降水引起的沉降会危及历史建筑的安全,因此宜选择地面注浆堵水,注水泥-水玻璃双液浆。

5.先灌注完左侧边墙混凝土,再灌注右侧边墙混凝土错误；正确做法：应从两侧拱脚开始,同时向拱顶分层对称进行。

6.对于一次喷射混凝土厚度,在掺速凝剂的情况下,边墙为70～100 mm,拱部为50～60 mm。

【案例68】背景资料：某热力管线暗挖隧道长3.4 km,断面有效尺寸为3.2 m×2.8 m,埋深3.5 m。隧道穿越地层为砂土层和砂砾层,除局部有浅层滞水外,无需降水。

承包方A公司通过招标将穿越砂砾层段长468 m的隧道开挖及初期支护分包给B专业公司。B公司依据A公司的施工组织设计,进专场后由工长向现场作业人员交代了施工做法后开始施工。施工后,B公司在距工作竖井48 m时,发现开挖面砂砾层间有渗水且土质松散,有塌方隐患。

B公司立即向A公司汇报。经有关人员研究,决定采用小导管超前加固技术措施。B公司采用劈裂注浆法,根据以往经验确定注浆量和注浆压力,注浆过程中地面监测发现地表有隆起现象,随后A公司派有经验的专业技术人员协助B公司研究解决。

质量监督部门在工程竣工前例行检查时,发现A公司项目部工程资料中初期支护资料不全,部分资料保留在B公司人员手中。

【问题】

1.暗挖隧道开挖前的技术交底是否妥当?如有不妥,写出正确的做法。

2.B公司采用劈裂注浆法是否正确?如不正确,应采取什么方法?哪些浆液可供选用?

3.分析注浆过程中地表隆起的主要原因,给出防止地表隆起的正确做法。

4.说明A、B公司在工程资料管理方面应改进之处。

【参考答案】

1.不妥。正确做法：技术交底应由项目部技术负责人对分包方全体人员进行书面技术交底,技术交底资料应办理签字手续并归档。

2.不正确。砂卵石地层中宜采用渗入注浆法。浆液可选用水泥浆或水泥砂浆。

3.注浆过程中地表隆起的主要原因是注浆量和注浆压力不合适。正确做法：注浆的主要参数不应根据以往经验确定,而应进行试验。

4.A公司应负责汇集施工资料,整理所有的有关施工技术文件,并应随施工进度及时整理；B公司应主动移交分包工程的施工资料。

【案例69】背景资料：某施工单位承接一项地铁区间隧道工程,设计净空宽度为10 m,净空高度为6 m。隧道设计起讫里程为DK1+100～DK2+220,全长1 120 m,采用喷锚暗挖法施工。全区段采用复合式衬砌。隧道衬砌断面设计示意图如图3.23所示。

图3.23　隧道衬砌断面设计示意图

隧道掘进方式设计采用台阶法施工,施工在经过调研后认为DK1+430～DK1+930段地质状况差,采用台阶法施工不合理,建议改成环形开挖预留核心土法,并申请了设计变更。

项目部编制的施工部署部分内容如下：

(1)隧道开挖前采用管棚超前预支护。施工工序：测放孔位→钻机就位→E→压入钢管→F→封口→开挖。

(2)确定环形开挖预留核心土施工开挖区域,横断面图如图3.24所示。

图3.24　环形开挖预留核心土横断面图

(3)为了加强职业病防治,施工现场安设通风换气装置和采光照明设施。

(4)初期支护和二次衬砌施工配置的施工机械有锚杆台车、钻孔机、混凝土运输车。

施工中发生如下事件：

事件一：隧道开挖过程中发现不同程度的渗水和涌水。为保证隧道施工安全,施工单位对隧道渗水和涌水采用深孔注浆进行止水处理,项目部确定的技术方案如下：

(1)深孔注浆只可采取后退式分段注浆方法；

(2)钻孔应按先外圈、后内圈、跳孔施工的顺序进行。

(3)注浆未达到设计要求的区域,应采用钢花管补注浆。

方案上报项目技术负责人审批时被退回,要求修改。

事件二：一次衬砌喷射混凝土时,拟订的施工方案如下：

(1)喷射混凝土应紧跟开挖面,由上而下顺序作业。(www.xing528.com)

(2)在遇水地段喷射作业时,应先对渗漏水处理后再喷射,并应从渗漏处开始,逐渐远离渗漏处。

(3)喷射混凝土时,应先喷射格栅架与围岩间的混凝土,后喷射拱架间的混凝土。

(4)速凝剂通过不同掺量的混凝土试验选择最佳掺量,使用前应做凝结时间试验,要求初凝时间不应大于3 min,终凝时间不应大于6 min。

事件三：为填充初期支护背后空隙和加固土体,减少洞顶沉降,封堵拱顶渗水,根据要求在背后注浆施工中,注浆管与格栅拱架主筋采用柔性材料隔离开,管端外露长度为50 mm,监理工程师检查后要求施工单位进行整改。

【问题】

1.写出构筑物A、B、C、D的名称,并给出构筑物D的施工技术要点。

2.施工单位申请设计变更的流程是什么?

3.写出管棚超前预支护施工工序E和F的名称,并说明工序F的作用。

4.施工部署(2)中,环形开挖预留核心土施工内容①—⑤的内容是什么?

5.施工部署(3)中的防治措施还需要补充哪些?

6.初期支护和二次衬砌施工还应配置哪些施工机械?

7.事件一、二中,逐项指出注浆与喷射混凝土施工方案操作是否正确,错误的请改正。

8.说明事件三中,监理工程师要求施工单位整改的原因是什么?

【参考答案】

1.A是二次衬砌；B是纵向排水管；C是中央排水沟；D是锁脚锚杆。锁脚锚杆施工的技术要点：锁脚锚杆和水平方向的夹角为20°～30°；锁脚锚杆与钢格栅或钢拱架焊接牢固；打入后及时注浆。

2.施工单位向监理单位提出申请,经监理单位审核、建设单位确认,交由设计单位出具设计变更文件。建设单位将返回的设计变更交由监理单位出具变更令。

3.E是水平钻孔；F是注浆。注浆的目的是加固地层,增加钢管的强度和刚度。

4.①是上部初期支护；②是上台阶环形开挖；③是核心土开挖；④是左侧下部初期支护；⑤是左侧下台阶开挖。

5.(1)为消除粉尘危害和有毒物质,设置除尘设备和消毒设施。

(2)设置防治辐射、热危害的装置及隔热、防暑、降温设施。

(3)设置减轻或消除工作中的噪声及振动的设施。

6.还应配置的施工机械：混凝土喷射机、注浆泵、模筑台车、混凝土输送泵、混凝土搅拌站。

7.事件一中,(1)错误,可采用前进式分段注浆方法。(2)正确。(3)正确。

事件二中,(1)错误,应为由下而上。(2)错误,应从远离漏渗水处开始,逐渐向渗漏处逼近。(3)正确。(4)错误,速凝剂通过不同掺量的混凝土试验选择最佳掺量,使用前应做凝结时间试验,要求初凝时间不应大于5 min,终凝时间不应大于10 min。

8.注浆管与格栅拱架主筋应焊接或绑扎,管端外露长度不应小于100 mm。

【案例70】背景资料：某公司承建一段区间隧道长度为2 km,平均埋深(覆土深度)8 m,跨度为18 m,初期支护结构形式采用钢筋网+钢格栅+锚喷混凝土,辅以超前小导管。开挖工法断面示意图如图3.25所示。

图3.25　开挖工法断面示意图

项目部制订了小导管超前支护施工方案,内容如下：小导管采用无缝钢管,直径30 mm；小导管在掌子面延拱的环向水平打入前方围岩,布置间距为800 mm；用32.5级硅酸盐水泥砂浆注浆；前后排小导管延隧道纵向搭接长度为0.8 m。注浆顺序：应由上而下、间隔对称进行；相邻孔位应错开、交叉进行。小导管从钢格栅上方穿过,后端应支承在已架设好的钢格栅上,前端嵌固在地层上。

在采用超前小导管后开始开挖,项目部严格按照开挖要求进行,以确保开完质量。

隧道掘进过程出现前方围岩塌方,造成2人重伤,部分施工设备损坏。事故按规定处理后,项目部按相关规范和技术标准修改了超前支护施工方案,继续施工。

施工过程中,根据地质勘测资料,前方将进入强流变性地层,采用小导管超前支护已经不能满足对前方隧道围岩的超前支护要求。项目部制订了另一种超前支护措施的施工方案,隧道掘进施工得以安全进行。

【问题】

1.根据图示,给出隧道施工工法名称,す、Ⅸ、い各是什么?其中Ⅸ的作用是什么?

2.小导管施工方案有无不妥之处?若有请改正。

3.分析隧道围岩塌方的可能原因。

4.保证隧道开挖质量的措施有哪些?

5.给出项目部采用的强流变性地层超前支护施工方式的名称,并写出其施工流程。

【参考答案】

1.施工工法名称：交叉中隔壁法(CRD工法)。す：仰拱；Ⅸ：临时仰拱；い：二次衬砌。临时仰拱的作用：在上半断面开挖和被覆后,立即在底板上做临时仰拱,以使上半断面先形成闭合断面,起临时支护作用,施工中要不断被挖掉。

2.小导管在掌子面沿拱的外插角为5°～15°,布置间距为300～500 mm；注浆材料可采用改性水玻璃浆、普通水泥单液浆、水泥-水玻璃双液浆、超细水泥；前后排小导管沿隧道纵向搭接长度一般小于1 m。注浆顺序：应由下而上、间隔对称进行；相邻孔位应错开、交叉进行。小导管从钢格栅中间穿过,后端应支承在已架设好的钢格栅上,前端嵌固在地层上。

3.塌方可能原因：

(1)地下水丰富,拱顶处有常流水,岩石受力遇水失稳；

(2)设计不合理；

(3)操作不规范；

(4)隧道处于断层破碎带上,掌子面岩石破碎,岩层层向倾向向下,含泥质软弱夹层。

4.(1)激光准直仪控制中线,隧道断面仪控制外轮廓线。

(2)按设计要求确定开挖方式,经试验选择开挖步序。

(3)开挖每一钢拱架间距,及时支护、喷锚、闭合,严禁超挖；停止开挖或间歇过长,及时喷射混凝土封闭开挖面。

(4)施工安全距离：相向开挖时,不小于2倍管(隧)径,且不小于10 m(一端封闭,由另一端贯通开挖)；相邻开挖,不小于1倍管(隧)径,要求错开15 m距离。

5.超前支护施工方式名称：深孔注浆加固技术；施工流程：定位孔→钻孔→配浆→注浆→注浆结果→移至新孔位。

【案例71】背景资料：某隧道右洞,起讫桩号为YK52+626～YK52+875,工程所在地常年多雨,地质情况为：粉质黏土,中～强风化板岩为主,节理裂隙发育,围岩级别为Ⅴ级。该隧道YK52+626～YK52+740段原设计为暗洞,长114 m,其余为明洞,长135 m,明洞开挖采用的临时边坡坡率为1∶0.3,开挖深度为12～15 m；YK52+740～YK52+845明洞段左侧山坡高且较陡,为顺层边坡,岩层产状为N130°W∠45°。隧道顶地表附近有少量民房。

隧道施工发生如下事件：

事件一：隧道施工开工前,施工单位向监理单位提供了施工安全风险评估报告,在YK52+875～YK52+845段明洞开挖施工过程中,临时边坡发生了滑塌。经有关单位现场研究,决定将后续YK52+845～YK52+740段设计方案调整为盖挖法。YK52+785的盖挖法横断面设计示意图、施工流程图如图3.26、图3.27所示。

图3.26　YK52+785盖挖法横断面设计示意图

图3.27　盖挖法施工流程图

事件二：在采用盖挖法施工前,监理单位要求再次提供隧道施工安全风险评估报告,施工单位以已提供过为由予以拒绝。

事件三：施工单位对盖挖法方案相对于明挖法方案的部分施工费用进行了核实对比,如表3.1所示。其中,挖石方费用增加了55.17万元,砂浆锚杆费用减少了42.53万元,φ42锁脚锚杆费用增加了25.11万元。

表3.1　盖挖法相对于明挖法的费用变化表

续表

【问题】

1.结合地质信息,判断本项目是否需要编制专项施工方案,是否需专家论证及审查,并分别说明理由。

2.结合本项目说明盖挖法相较于明挖法的优点。

3.写出图3.26中填筑层A的材质名称、设施B的名称,以及A和B的作用。

4.写出图3.27中工序C和工序D的名称。

5.事件二中,施工单位的做法是否正确?说明理由。

6.分别指出表3.1中④—⑦项备注中的“××”代表“增加”还是“减少”,以及差异费用的合计值。(单位：万元,计算结果保留2位小数)

【参考答案】

1.需要编制专项施工方案。理由：该地质是以粉质黏土、中～强风化板岩为主,节理裂隙发育,围岩级别为Ⅴ级,属于不良地质隧道。需要进行专家论证、审查。理由：该隧道围岩级别为Ⅴ级,其连续长度占总隧道长度10%以上且连续长度超过100 m(隧道长度为249 m)；隧道上部存在需要保护的建筑物地段。

2.盖挖法较明挖法的优点：围护结构变形小,能够有效控制周围土体的变形和地表沉降,有利于保护邻近建筑物和构筑物；基坑底部土体稳定,隆起小,施工安全。

3.A为黏土,作用：隔水；B为锁脚锚杆,作用：加固围岩、防止拱脚收缩和控制护拱变形。

4.C为测量放线及周边截、排水设施施工；D为回填土。

5.不正确。理由：公路桥梁和隧道工程施工安全风险评估应遵循动态管理的原则,当工程设计方案、施工方案、工程地质、水文地质、施工队伍等发生重大变化时,应重新进行风险评估。该设计方案进行了变更,所以施工单位应该重新提交风险评估报告。

6.④16Mn热轧型钢(20a)是“增加”,⑤C20喷射混凝土是“增加”,⑥φ6.5钢筋网是“增加”,⑦C30混凝土拱墙是“减少”。

费用合计为：55.17-42.53+25.11+92.86+42.00+10.57-25.14=158.04(万元)。