第１２卷 第ｚ１期 ＶｏＩ．１２ Ｎｏ．Ｚ１ ２０１２生 ５月 Ｍａｙ ２０１２ 某公路隧道虚碴出洞方案设计 吴立根 ，赵春涛 （１浙江省隧道工程公司，浙江杭州３１０００５；２中冶京诚（秦皇岛）工程技术有限公司，河北秦皇岛０６６００４） 摘要：太原钢铁集团有限公司峨口铁矿采场公路汽车排岩隧道南洞口出洞口标高１，７４０ｍ，位于虚碴堆积的峨矿 采场１８ １７主运输道路下方，洞口虚碴厚度４ ｉｍ。业主要求采用虚碴出洞方案。方案设计为小导管注浆固结＋管棚 超前支护＋钢拱架锚喷网联合支护。文中详述了该工程虚碴出洞方案设计，供各位同行在同类工程施工中参考。 关键词：公路隧道；虚碴出洞方案；小导管注浆固结；管棚超前支护；设计 中图分类号：Ｕ４５９ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００６—７９７３（２０１２）０Ｚｌ一０１８１—０３ 一、引言 （２）北口现掌子面退后１０ｍ范围在７．９ｍ宽设计断面 太原钢铁集团有限公司峨口铁矿采场公路汽车排岩隧道 的基础上周边扩挖２．５５ｍ作为北面小导管注浆、管棚施工的 （净断面４２．６２ｍ。）南洞口出洞口标高ｌ，７４０ｍ，位于虚碴 作业面。扩挖段采用排距０．５ｍ，问距ｌｍ梅花形布置４．５ｍ 堆积的峨矿采场ｌ，８１７主运输道路下方，洞口虚碴厚度 长ｑｏ２５中空注浆锚杆作系统锚杆、排距０．５ｍ１８样工字钢钢 ４ｌｍ。若采用洞口大开挖出洞方案会切断１，８１７主运输道 拱架、ｑ）２５螺纹钢连接筋（内外两侧双层、间距０．８ｍ布置）、 路，将影响采场生产。因此，业主要求采用虚碴出洞方案。 ２５ｃｍ厚Ｃ２０喷射混凝土支护。 二、方案设计 （３）南北两头相向小导管注浆：小导管长２０．５ｍ（根 （１）虚碴段共长４ｉｍ，采用南北两头相向小导管注浆 据钻孔的偏斜情况，可适当加长），两头共长４Ｉｍ；起拱线 固结、开挖轮廓线外相向双层管棚超前支护方案。 以上三排、起拱线以下两排，第一排距离开挖轮廓线０．２５ｍ； （２）为了南洞口边坡的稳定，保证注浆作业时的安全， 起拱线以上三排排距ｌｍ，第－－＝ｔｌ￣间距ｉｍ，按梅花形布置， 同时起到止浆墙的作用，须先对南洞口洞脸进行锚喷网支护， 第二排间距０．８５ｍ，第一排间距０．５４ｍ；起拱线以下按ｉｍ 以达到良好的注浆效果。 Ｘ ｌｍ间距梅花形布置；第一排３１根，第－－￣ｔ４｝３０根，第三 （３）为满足北口小导管注浆及管棚施工作业面的需要， 排１９根，共计８０根，两头共计３，２８０ｍ；小导管采用ｑ￣６０ｍｍ 应对现北口掌子面退后１０ｍ范围进行扩挖、支护。 无缝钢管，壁厚６ｒａｍ，管壁１０ｃｍｘ６ｃｍ钻注浆眼；加固 （４）为保证作业中及虚碴出洞时能避免边坡滑坡等安全 范围开挖线内１．２ｍ，外２．８ｍ。注浆采用水泥浆，水灰比 风险造成伤害，应在边坡上埋设监测点，进行全过程监测， ０．４５；注浆孔径４８ｍｍ，采用后退式分段注浆；注浆压力 制定安全应急预案，并根据监测结果采取相应的应急措施； ０．２－０．５ＭＰａ，注浆终压０．５－４．０ＭＰａ，注浆速度 同时，出洞前应先完成南口明洞的施工并达到设计强度。 ５—１１０Ｌ／ｍｉｎ，浆液扩散半径１．５￣２ｍ，浆液充填系数０．９； （５）根据虚碴边坡自然安息角３６，设计２０ｍ长明洞。 注浆过程中要随时注意泵压及流量变化，若吸浆量很大或压 （６）开挖须采用上下台阶分部开挖法。遵循短进尺、早 力突然下降，注浆压力长时间上不去，应查明原因，如工作 支护、勤监测的原则。 面漏浆，可采用封堵措施，如跑浆通过调换浆液种类、调整 （７）为保证开挖中的安全以及运行安全，设计在虚碴段 浆液配比等措施，必要时采用间歇注浆，以达到注浆目的。 增设仰拱，形成全封闭的支护圈。 （４）注浆施工完毕后，顶住南、北掌子面各施工３ｍ长 （８）洞门采用原设计，同时应根据实际情况对开挖边坡 管棚套拱，北面套拱施工前应先将３ｍ范围７．５＃浆砌片石发 砌筑挡墙围挡。 碹１．７９ｍ缩小至套拱设计断面。套拱采用排距０．５ｍ１８＃工 （９） ２５中空注浆锚杆抗拉力≥ｌ８０ＫＮ，延伸率≥ 字钢钢拱架、ｑｏ２５螺纹钢连接筋（内外两侧双层、间距０．８ｍ １６％。 布置）做骨架、Ｃ３０混凝土浇注而成，３ｍ长 １３３无缝钢 三、设计参数 管（壁厚？ｍｍ）作为导向管按管棚钢管间距焊接在工字钢 （１）南洞口洞脸锚喷网支护：锚杆采用０２５中空注浆 上；北面套拱用排距０．５ｍ，间距ｉｍ梅花形布置４．５ｍ长 锚杆（壁厚５ｍｍ）；长Ｌ＝４．５ｍ，其中外露０．２ｍ；间距２．０ｍ ０２５中空注浆锚杆（壁厚５ｍｍ）焊接在钢拱架上固定，混 ×２．０ｍ平面呈菱形、垂直结构面布置。钢筋网采用ｑ）６圆钢、 凝土厚５ｉｃｍ；南面套拱用排距０．５ｍ，间距０．１５ｍ矩形布 间距１５ｃｍＸ １５ｃｍ布置。钢筋网应根据坡面的实际起伏形 置地脚锚杆固定，混凝土厚４０ｃｍ。 状铺设。喷射砼厚１ ５ｃｍ，标号Ｃ２０。支护范围２，４９ １．３ｍ。。 （５）管棚采用 １０８ｍｍ无缝钢管（壁厚１０ｍｍ，管壁 收稿日期：２０１２—０３—０５ 作者简介：吴立根（１９８１一），男，浙江杭州人，浙江省隧道工程公司工程师，主要从事矿山及交通工程施工管理工作。 赵春涛（１９８３一），男，河北秦皇岛人，中冶京诚（秦皇岛）工程技术有限公司工程师，主要从事矿山井建设 计工作。 １８２ 中国水运 第１２卷 １ＯｃｍＸ ６ｃｍ钻注浆眼），北面管棚距开挖轮廓线４０ｃｍ，南 咖霄棚 面管棚距开挖轮廓线８０ｃｍ，南北上下两层均沿管棚钢管设 ｌ 计中心线０．４ｍ问距均匀布置，管棚长４４ｍ（虚碴段４ ｌｍ， 套拱长３ｍ），北面２８根，南面３０根，共２，５５２ｍ。管棚 注浆参数同小导管注浆。 Ｉ、 北面管棚 ’ 、 南面套拱拱顶 北面套拱拱顶 拱顶 ， 起拱线以Ｆ 北 （６）管棚施工完毕后，北面扩挖段后７ｍ（不合套拱 ３ｍ）边墙７．５｝｝浆砌片石发碹２．３ｍ宽顶住拱部、南面套拱 下７．５ 浆砌片石发碹０．５ｌｍ，缩小至７．９ｍ宽设计断面。 、 、 边墙墙角 管棚钢 管间距４０ｃｍ均匀布置 边墙墙角 仰拱拱底 （７）虚碴段４ｌｍ支护采用间距ｉｍ排距２ｍ４．５ｍ长 （重叠２ｍ，外露０．５ｍ）０２５中空注浆锚杆（壁厚５ｍｍ） 作超前锚杆（沿拱部开挖轮廓线向上倾角３）、间距ｌｍ排距 ０．５ｍ（含仰拱）４．５ｍ长（外露０．２ｍ）ｑｏ２５中空注浆锚杆 作系统锚杆、全封闭（含仰拱）间距０．５ｍ２５＃１：字钢钢拱架、 （ｐ８盘条圆钢间距１Ｏｃｍ×１Ｏｃｍ沿钢拱架内外侧上下两层布 置钢筋网、间距０．８ｍ内外两侧上下两层布置ｑｏ２５螺纹钢连 接筋、３０ｃｍ厚Ｃ２０喷射混凝土（含仰拱）支护，各钢材之 间应形成有效焊接。衬砌采用５０ｃｍ厚Ｃ３０钢筋混凝土、路 管棚套拱坦 虚碴段 一 辐套 管棚套拱 笸棚照 丛堑亘垦 １ ｆ ｍ ｉ ｉ１ ｌ｛ ⅡＪ － 、Ⅳ ． ｊ Ｉ＊ 二 图１设计图蛾 卿目 面采用３０ｃｍ厚Ｃ３０钢筋混凝土，仰拱填充Ｃ２０素混凝土。 北面套拱段（３ｍ）和南面明洞（１９．４ｍ）支护、衬砌、路面 基本同虚碴段，但北面套拱段段取消超前锚杆、系统锚杆、 以及仰拱，增加２０ｃｍ深Ｃ２０素混凝土基础；南面明洞取消 超前锚杆、钢拱架、以及边墙墙角以上系统锚杆（锚喷网）， 增加仰拱钢筋混凝土。 五、永久支护的力学计算 １．计算模型的建立 根据现场的基本情况，确定钢拱架和钢筋混凝土作为隧 道的永久支护部分，建立围岩＋钢拱架＋钢筋混凝土共同作用 的永久支护体系。支护与围岩接触关系采用地层弹簧模拟， 钢筋混凝土与钢拱架间接触关系用完全刚性杆模拟，且因为 （８）开挖中应采用上下台阶分部开挖法。先开挖拱部、 然后是边墙，最后是仰拱；各部分错开ｌｍ距离；开挖后完 成支护方可进行下一部开挖；开挖采用人工风镐配合机械开 结构具有对称性取一半计算。计算按平面问题进行处理，其 上覆荷载及水平荷载按松散体理论地压公式计算。 ２．围岩压力的计算 表１ 围岩的基本物理力学参数 挖的方式，不得采用爆破方式；每循环进尺不大于０．５ｍ。 （９）洞门施工按原设计图纸，南洞口７．５＃浆砌片石挡 墙施工根据现场实际情况确定参数。洞门施工后，应对原边 坡开挖部分回填。 主要设计醮 冒落拱拱 、 、 ＝ ＿１４ Ｊ ．每５００ｍｍ范围内ｇ＝ｙｘｈｌ ｘ０．５＝１５６．５ＫＮ／ｍ 上部侧压力Ｐｌ＝ｑ×留 （４５。一 ／２）＝５２．２ＫＮ／ 下部侧压力ｇ２＝（ｙｘＨｌ＋ｑ）ｘｔｇ （４５。一妒／２）＝１０８．２ＫＮ／ｍ １ 一一 ． ：，： 一 ’ ： 、； ｖ ～ ’ － ．． Ｉ棚 ｍ Ｉ管棚 Ｊ＿摧 ｒ ＆ 图２地压计算简图 ３．支护结构内力计算结果 图３计算模型图 ｌ ｌ－ ｇ目 、小 管注浆施１纵断 意目 弯矩图及轴力图如下所示： 第ｚ１期 吴立根等：某公路隧道虚碴出洞方案设计 １８３ 钢筋混凝土最大弯矩发生拱脚以上１／３处其值为 ３１７ＫＮ・ｍ，最大轴力发生直墙与反拱交接处其值为８６ＯＫＮ。 钢拱架最大弯矩发生在拱脚处其值为１ ５ＫＮ・ｍ，最大轴力 发生在墙脚处其值为１８０ＫＮ。支护体系的最大位移发生拱顶 处其值为４．２ｍｍ。根据内力结果钢拱架采用Ｉ２５ａ是合适的， 混凝土衬砌中的配筋面积为５，４００ｍｍ ／ｍ，取ｑｏ２５二级螺 纹钢间距１８０ｍｍ，内外双层配置。 参考文献 【１】太原钢铁集团有限公司峨口铁矿采场公路汽车排岩隧道 设计文件【ＲＪ．秦皇岛：中冶京诚（秦皇岛）工程技术有 限公司，２０１０． 【２］公路隧道施工技术规范（ＪＴＧ Ｆ６０—２００９）【Ｍ】．北京：人 民交通出版社，２００９． ［３】公路隧道设计规范（ＪＴＧ Ｄ７０—２００４）【Ｍ］．北京：人民交 通出版社．２００４． 【４］周等．浅埋暗挖地铁车站管棚与交叉小导管超前注浆 预加Ｎ￣：ｒ－技术 图４弯矩图（ＫＮ・ｍ） 图５轴力图（ＫＮ） 建筑，２００６，（１１ 铁道标准设计，２００７，（１１）． 【５】马碧芳．小导管注浆加固配合长管棚技术的应用［『Ｊ．山西 （上接第１８０页）上的里程桩。一般，当隧道每掘进２０ｍ 要埋没一个中线里程桩。中线桩可以埋设在隧道的底部或顶 部。 ３．腰线测设 经常进行复测。三等及以上的高程控制测量应采用水准测量， 四、五等可采用水准测量或光电测距三角高程测量，当采用 水准测量时，应进行往返观测；采用光电测距三角高程测量 时，应进行对向观测。 四、隧道贯通误差 在隧道施工中，为了控制施工的标高和隧道横断面的放 样，在隧道岩壁上，每隔一定距离（５－１０ｍ）测设出比洞底 设计地坪高出ｌｍ的标高线，称为腰线。腰线的高程由引入 （１）相向开挖的两条施工中线上，具有贯通面里程的中 线点不重合，两点连线的空间线段称为贯通误差。 （２）贯通误差在水平面上的正射投影称为平面贯通误 洞内的施工水准点进行测设。由于隧道的纵断面有一定的设 计坡度，因此，腰线的高程按设计坡度随中线的里程而变化， 它与隧道的设计地坪高程线是平行的 ４．掘进方向指示 差；在铅垂面上的正射投影称为高程贯通误差，简称高程误 差。 （３）纵向误差影响隧道中线的长度和线路的设计坡度。 横向误差影响线路方向，如果超过一定的范围，就会引起隧 道几何形状的改变，甚至造成侵入建筑限界而迫使大段衬砌 拆除重建，既给工程造成重大经济损失又延误了工期。因此， 隧道的开挖掘进过程中，洞内工作面狭小，光线暗淡。 因此，在隧道掘进的定向工作中，经常使用激光准直经纬仪 或激光指向仪，以指示中线和腰线方向。它具有直观、对其 他工序影响小、便于实现自动控制等优点。例如采用机械化 掘进设备，用固定在一定位置上的激光指向仪，配以装在掘 必须对横向误差加以，高程误差主要影响线路坡度。 五、结语 进机上的光电接收靶，当掘进机向前推进中，方向如果偏离 了指向仪发出的激光束，则光电接收靶会自动指出偏移方向 及偏移值，为掘进机提供自动控制的信息。 ５．水准测量 只要按相应的测量精度及试测方法进行施工，就可以尽 可能的减小测量误差对两相向开挖工作面的贯通精度，避免 由于控制测量对隧道造成的危害。 参考文献 【１】林玉祥．控制测量［Ｍ１．北京：测绘出版社，２００９． 洞内高程控制测量的目的，是由洞口高程控制点向洞内 传递高程，即测定洞内各高程控制点的高程，做为洞内施工 高程放样的依据，用洞内水准测量控制隧道施工的高程。隧 道向前掘进，每隔２００￣５００ｍ应设置一个洞内水准点，并 据此测设腰线。通常情况下、可利用导线点作为水准点，也 【２】邓文华．地下工程测量ｆＭ】．北京：煤炭工业出版社，２００７． 【３】李青岳，陈永奇．工程测量学【Ｍ】．北京：测绘出版社， １９９５． 【４Ｊ张正禄等．工程测量学【ＭＩ．武汉：武汉大学出版社，２００２． 【５】水利部．电子＿Ｔ－，＿ｉｋ部．水利水电工程施工测量规范【ＭＪ．北 京：水利水电出版社．１９９４． 可将水准点埋设在洞顶或洞壁上，但都应力求稳固和便于观 测。洞内水准线路也是支水准线路，除应往返观测外，还须
