用于高寒多年凍土特長公路隧道夏季進(jìn)洞施工方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種高原寒冷地區(qū)多年凍土特長公路隧道施工方法。
【背景技術(shù)】
[0002]高寒地區(qū)隧道洞口一般發(fā)育較大面積和深度的多年凍土，其溫度、厚度受海撥高度的控制。根據(jù)對現(xiàn)有G214線多年凍土路段觀測試驗(yàn)資料的研宄分析:該區(qū)段多年凍土凍土上限埋深一般在1.4-1.8m，地溫在-0.30C —1.5°C，具有凍土地溫高、退化速率快、對熱干擾更敏感、凍土熱穩(wěn)定性更差等特點(diǎn)，具有強(qiáng)烈的垂直地帶性。多年凍土凍結(jié)時(shí)抗壓強(qiáng)度很高不易爆破，并且鉆孔后容易回凍，外界環(huán)境溫度升高后凍土發(fā)生融化呈軟塑狀強(qiáng)度較低，易發(fā)生熱融沉陷引起地面下沉甚至坍塌對支護(hù)施工極為不利，成洞極為困難。
[0003]通過借鑒我局昆侖山高寒(海撥4780米)單線鐵路隧道凍土處治成功經(jīng)驗(yàn)，洞口段開挖支護(hù)安排在寒季施工，為保證邊坡錨噴支護(hù)C25混凝土強(qiáng)度和暗洞淺埋段模筑混凝土不至凍傷損壞，通過在洞口外的邊坡上搭設(shè)鋼管滿堂支架外掛簡易軍用棉被(保溫)和彩條布(防雨雪)，來確保混凝土強(qiáng)度能滿足設(shè)計(jì)要求，保證施工質(zhì)量安全。而鄂拉山隧道為雙車道設(shè)計(jì)，洞口段處于長段落(超過200m)的多年凍土水草地內(nèi)，凍土上限為1.4-1.Sm下限35~56m，明洞處邊坡按照1: 1.5設(shè)計(jì)坡率放坡開挖最大寬度45米最大開挖深度15m，搭設(shè)滿堂鋼管支架成本較大，并且業(yè)主要求鄂拉山隧道必須在夏季進(jìn)洞，冬季來臨前實(shí)現(xiàn)進(jìn)洞施工10m成洞，達(dá)到冬季保溫條件后整個(gè)冬季不停工。
[0004]因此研宄一種解決長段落連續(xù)多年凍土大跨度雙線特長公路隧道夏季進(jìn)洞施工技術(shù)已經(jīng)顯得勢在必行。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明要要解決的技術(shù)問題是:提供一種價(jià)格低廉、施工簡單、受力合理、安全可靠的用于高寒多年凍土特長公路隧道夏季進(jìn)洞施工方法，以克服現(xiàn)有技術(shù)成洞困難、施工成本尚等不足。
[0006]本發(fā)明所采用的技術(shù)方案為:該方法包括洞口開挖和邊仰坡防護(hù)，淺埋洞口多年凍土跟管管棚施工，淺埋洞身段凍土開挖與支護(hù)和凍土段洞身襯砌；在凍土段洞口開挖前，于仰坡頂5m外和邊坡頂2m外按照“前截后捻”的形式設(shè)置保溫盲溝和擋水捻；凍土洞口段采用正臺(tái)階法分層分段開挖支護(hù)，洞口采用超前大管棚預(yù)加固，暗洞淺埋段采用礦山法施工，三臺(tái)階七步工法(上臺(tái)階預(yù)留核心土)開挖，采用噴射C30低溫早強(qiáng)鋼纖維混凝土和一次襯砌模筑C30低溫早強(qiáng)混凝土雙層初期支護(hù)結(jié)構(gòu)，二次襯砌模筑C45混凝土。
[0007]在凍土段路塹段邊坡按照“分層分段開挖”，對邊坡噴射混凝土后及時(shí)進(jìn)行噴射聚氨酯泡沫，對噴射混凝土進(jìn)行保溫養(yǎng)護(hù)，以保證凍土邊坡開挖面快速封閉，從而達(dá)到減緩凍土融化速度。
[0008]自進(jìn)式錨桿是在凍土邊坡封閉后沿邊坡自上則下按設(shè)計(jì)要求間距鉆設(shè)，掛設(shè)網(wǎng)片后噴射低溫早強(qiáng)C30混凝土聯(lián)合防護(hù)。
[0009]袋裝顆粒土是在凍土邊坡利用自進(jìn)式錨桿外露20cm端頭支撐受力，沿邊坡自下而上分層堆碼袋裝顆粒土，以減緩凍土層融化速度。
[0010]防曬網(wǎng)是一種黑色聚乙烯土工合成織物，覆蓋于袋裝顆粒土上與其配合使用，進(jìn)一步加強(qiáng)對凍土邊坡隔熱防護(hù)效果。
[0011]保溫?fù)鯄κ窃趦鐾吝吰屡R時(shí)隔熱防護(hù)施工完成后，采取C25片石混凝土擋土墻對邊坡腳進(jìn)行剛性防護(hù)作為永久防護(hù)措施。
[0012]鋼桁架弧棚是凍土段明洞開挖后進(jìn)行大管棚超前預(yù)支護(hù)施工前，采取的明洞段上部空間的臨時(shí)隔熱防護(hù)措施，以減緩明洞段邊仰坡凍土融化速度，為管棚施工爭取時(shí)間創(chuàng)造條件。
[0013]跟管管棚是在多年凍土淺埋洞口采取的一種長管棚施工套管跟進(jìn)創(chuàng)新工法。
[0014]低溫早強(qiáng)鋼纖維混凝土是一種為解決多年凍土段暗洞初期支護(hù)的特殊配合比設(shè)計(jì)，目的是實(shí)現(xiàn)凍土段快速支護(hù)盡早形成強(qiáng)度增強(qiáng)對圍巖支撐的能力，降低初期支護(hù)混凝土凝結(jié)時(shí)產(chǎn)生的水化熱對初支背后的凍融圈影響，盡量減小初期支護(hù)的沉降變形。
[0015]一次襯砌模筑襯砌7是暗洞凍土段的第二層初期支護(hù)模筑低溫早強(qiáng)C30混凝土作為第一層支護(hù)的補(bǔ)強(qiáng)設(shè)計(jì)，在第一層初支變形較大不能收斂甚至有可能失效的情況下及時(shí)施作第二層初期支護(hù)，以確保施工安全。
[0016]綜合排水系統(tǒng)是為了排出暗洞凍土融化圈產(chǎn)生的滲水，不至淤積于初支背后產(chǎn)生凍脹破壞。通過環(huán)向6m/道Φ 10mm半圓排水管導(dǎo)入拱腳全隧通長埋設(shè)的Φ 160 mm半壁打孔波紋管內(nèi)，每20m/道三通連接導(dǎo)入仰拱下預(yù)埋的橫向?qū)埽M(jìn)入隧底Φ400πιπι中心排水管內(nèi)，再通過凍土段10m/道設(shè)置的連接豎井4進(jìn)入兩隧之間的防寒泄水洞的橫洞內(nèi)，最后匯流進(jìn)入防寒泄水洞排出至洞外沖溝內(nèi)。綜合排水系統(tǒng)施工質(zhì)量直接影響隧道的使用年限。
[0017]防水保溫層設(shè)置于暗洞凍土段一次模筑襯砌與二次模筑襯砌之間，按照“無紡?fù)凉げ?防水板+聚胺脂保溫板+防水板”的復(fù)合式防水保溫結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，施工期間隔斷外界溫度對凍融圈的二次影響，保證凍土段已經(jīng)融化擴(kuò)大的凍融圈能夠在2~3年內(nèi)回凍。
[0018]二次襯砌模筑襯砌9是暗洞凍土段二次模筑襯砌采用50cm厚襯砌C45高性能混凝土(抗凍等級F300、抗?jié)B等級S10)，整個(gè)襯砌空間(建筑限界)加大30cm作為凍土段整個(gè)設(shè)計(jì)年限內(nèi)的富余變形量。
[0019]福利凱保溫板和FL纖維防火板是暗洞凍土段采用的一種保溫防火復(fù)合式結(jié)構(gòu)(45mm厚福利凱保溫板+6mmFL纖維防火板)，在零下20度甚至極端零下40度氣溫狀態(tài)下，凍土段二次襯砌混凝土不至受凍破壞，提高隧道使用年限。
[0020]熱棒是多年凍土暗洞襯砌后為使因施工擾動(dòng)影響導(dǎo)致凍融圈擴(kuò)大部分盡快回凍，通過在暗洞淺埋段地表按一定間距設(shè)置熱棒，利用太陽能接收板作為能量源，通過上部設(shè)置的冷凝器(散熱片)和下部設(shè)置的蒸發(fā)器(液體工質(zhì))之間的溫差形成一種汽液兩相對流循環(huán)，將地基土中的熱量不斷散發(fā)出去而使土體冷卻。
[0021]本發(fā)明具有如下技術(shù)優(yōu)勢:
1、多年凍土排水系統(tǒng)施工按照“防凍必先治水”的原則，在多年凍土段路塹開挖前，于洞口段邊仰坡外按照“前截后捻”的形式設(shè)置保溫盲溝和擋水捻，地表上肉眼能見的水流通過擋水捻攔截后往下滲入保溫盲溝，通過盲溝底部設(shè)置的土工模(二布一膜)阻斷后經(jīng)過透水碎石層向地勢低洼處滲流，目的是防止繼續(xù)下滲進(jìn)入凍土融化圈。同時(shí)為了排出暗洞凍土融化圈產(chǎn)生的滲水，不至派積于初支背后產(chǎn)生凍脹破壞，通過環(huán)向6m/道Φ 10mm半圓排水管、縱向Φ 160mm半壁打孔波紋管、橫向Φ 160mm導(dǎo)水管三通連接進(jìn)入隧底Φ400ι?πι中心排水涵管內(nèi)，通過連接豎井進(jìn)入兩隧之間的防寒泄水洞的橫洞內(nèi)，最后匯流進(jìn)入防寒泄水洞排出至洞外沖溝內(nèi)。綜合排水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和施工直接關(guān)系到多年凍土隧道的使用壽命。
[0022]2、多年凍土路塹開挖支護(hù)施工按照“防融必先降溫”的原則，按照“分層分段開挖，開挖一段防護(hù)一段”組織施工，在洞口段邊坡采取臨時(shí)隔熱防護(hù)(PU聚胺脂泡沫、袋裝顆粒土、防曬網(wǎng)、錨網(wǎng)噴、遮陽棚)和永久防護(hù)(保溫?fù)鯄?、邊坡回貼草皮生態(tài)防護(hù)、超前大管棚預(yù)加固)的措施相結(jié)合，臨時(shí)支護(hù)的目的是做好隔熱降溫減緩凍土融化速度，為永久支護(hù)施工爭取時(shí)間創(chuàng)造條件。
[0023]3、多年凍土暗洞淺埋段施工按照“快速開挖、快速支護(hù)、快速襯砌”的原則，即開挖后立即噴射20~30cm厚C30低溫早強(qiáng)鋼纖維混凝土，在初期支護(hù)結(jié)構(gòu)變形數(shù)據(jù)未收斂前就模筑20cm厚C30低溫早強(qiáng)混凝土，通過添加劑使混凝土達(dá)到低溫早強(qiáng)，減少凍土融化，待模筑混凝土達(dá)到規(guī)定強(qiáng)度后，拆除模板，掛設(shè)土工布、防水板、保溫板、防水板，進(jìn)行第二次模筑襯砌。按照三臺(tái)階七步工法嚴(yán)格控制開挖、支護(hù)、一次襯砌、二次襯砌的施工步距，必要時(shí)對初期支護(hù)實(shí)施一次襯砌跳襯作業(yè)，保證施工質(zhì)量和安全。
[0024]4、多年凍土段暗洞施工期間和通車運(yùn)營期間按照“防熱防凍都必須控溫”的原則，通過在一次襯砌和二次襯砌之間設(shè)置聚胺脂保溫板將施工期間人為因素引起的外界環(huán)境溫度變化與凍融圈隔離來防止凍融圈繼續(xù)擴(kuò)大；通過在二次襯砌表面安裝福利凱保溫板和FL纖維防火板將隧道貫通后洞內(nèi)急劇下降的環(huán)境溫度與二次襯砌混凝土隔離來防止混凝土被凍傷，同時(shí)為防止洞內(nèi)火災(zāi)事故導(dǎo)致福利凱保溫板燃燒損壞在其表面增加防火板進(jìn)行雙層保險(xiǎn)；通過在暗洞淺埋凍土段地表施工熱棒，使施工過程中已經(jīng)受到影響擴(kuò)大的融化圈盡快回凍和通車運(yùn)營后地表土體的熱量盡快散發(fā)，盡量使多年凍土段恢復(fù)到原始狀態(tài)下的凍土上下限，最終提高多年凍土隧道的使用年限。
[0025]5、鄂拉山隧道淺埋段所處的環(huán)境溫度主要受大氣溫度影響，變化幅度大，同時(shí)施工造成的熱融圈(圍巖活動(dòng)層)接近或與多年凍土上限重疊，凍結(jié)層上水易向洞周匯集。在隧道施工過程中，熱棒可對多年凍土區(qū)隧道淺埋段圍巖進(jìn)行“主動(dòng)冷卻”防護(hù)，減少或避免凍融循環(huán)對隧道支護(hù)結(jié)構(gòu)可能造成的破壞。施工完成后，又可對預(yù)防隧道極易出現(xiàn)襯砌開裂、漏水、掛冰等凍融破壞現(xiàn)象。
【附圖說明】
[0026]圖1為多年凍土暗洞綜合排水系統(tǒng)典型斷面圖；
圖2為多年凍土暗洞襯砌結(jié)構(gòu)圖。
[0027]圖中:1-正洞，2-防寒泄水洞，3-橫向?qū)埽?-豎井，5-中心排水管，6-C30鋼纖維噴射混凝土，7- 一次模筑襯砌，8-防水保溫層，9- 二次模筑襯砌。
【具體實(shí)施方式】
[0028]本發(fā)明的實(shí)施例:本發(fā)明的多年凍土施工“控溫”技術(shù)方案實(shí)施內(nèi)容如下:
1、洞口開挖和邊仰坡防護(hù)。
[0029]按照“分層、分段開挖，邊開挖、邊防護(hù)，開挖一段，防護(hù)一段”的原則組織施工，施工過程中采取“控溫隔熱臨時(shí)防護(hù)措施”減緩凍土融化為支護(hù)施工爭取時(shí)間，支護(hù)上采取“永臨結(jié)合”的防護(hù)措施保證洞口施工安全。具體施工順序?yàn)?