浅谈隧道穿越风积砂设计和施工技术

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1、浅谈隧道穿越风积砂设计和施工技术　　摘要：本文针对陕西神渭管道输煤项目葡萄沟隧道穿越进口粉细砂段时，围岩主要以粉细砂（Q4eol6-1）为主，风积成因。属中等偏高压缩性土，主要分布于神木县沿线山顶及沟谷西侧或南侧山坡。土、石等级为Ⅰ级，围岩基本分级为Ⅵ级，其表征为具有一定自稳能力，但在施工过程中如支护不及时或施工措施不当极易形成垮塌，严重时可能造成冒顶事故发生。通过调查研究、技术方案论证后，采取超前小导管支护，结合9#矿用工字钢+挂网喷浆+砼砌碹联合支护、短掘短支技术，成功穿过该地层，达到了预期的目标。关键词：粉细砂；风积成因；短掘短支；隧道施工中图分类号：U44

2、5文献标识码：A陕西神渭管道输煤项目隶属陕西煤业化工集团子公司陕西神渭煤炭管道运输有限责任公司，由中煤科工集团武汉设计研究院有限公司EPC总承包。项目全长727km，北起神木、南至渭南，是目前世界上设计距离最长的输煤管线，也是我国第一条长距离输煤管线，年可输送原煤1000万吨，服务年限30年。管线全线共有61条隧道，葡萄沟隧道为其中的一条，长687m，位于榆林市神木县。一、施工主要问题8葡萄沟隧道地处陕西省神木县，地貌单元为陕北黄土高原梁峁沟壑区，区内地表分布厚层至巨厚层黄土，黄土梁、峁地貌极为发育，河（沟）谷深切，且数量众多，地形起伏大。粉细砂（Q4eol6-1

3、）：浅黄色、褐黄色，稍湿，稍密状态，风积成因，属中等偏高压缩性土。主要分布于神木县沿线山顶及沟谷西侧或南侧山坡。土、石等级为Ⅰ级，围岩基本分级为Ⅵ级，该段长度180余米。在施工过程中如施工方法不当、支护不及时等，极易造成大范围塌方及冒顶事故。同时由于工期紧张，若不采取积极有效的措施将对工期造成影响。二、原设计支护形式8该隧道原设计断面：2.5×2.8m（净宽×净高）。支护采用复合式支护：初期支护采用管棚+9号矿用工字钢+挂网喷浆80mm，二次衬砌为素混凝土200mm，铺底200mm。钢筋网采用Φ6.5mm钢筋焊接网，其中支护网网孔100mm×100mm，铺底网网孔

4、150mm×150mm；工字钢排距1000mm；喷砼强度等级为C20，二次衬砌强度等级为C30，铺底砼强度等级为C15。钢支架为半圆拱形，采用三节9号矿工钢加工制作，通过两块连接板连接；连接板采用160×110×10mm钢板焊接在9号矿用工字钢的端头上，用M18×70mm的螺栓连接；铁鞋采用200×200×10mm厚的钢板；拉杆采用直径φ10mm圆钢制做。用于管棚的钢管采用φ42mm无缝热轧钢管，壁厚3.5mm，长度为3.5m。在紧靠开挖荒断面轮廓线布置1排超前小导管，其中拱部间距为0.25m，帮部间距为0.4m，搭接长度不小于1m。三、主要施工技术1洞门及边、仰

5、坡施工方案因该隧道进口处在粉细砂山体坡脚，故在施工过程中应坚持“以防为主，及时治理”，由于粉细砂岩性分级为Ⅵ级，虽具有一定的直立性，但稳定性较差，结合葡萄沟隧道进洞现场实际条件，进口仰坡开挖高度超过6m，现场边坡开挖坡度为1:1。进行洞身开挖作业之前，应做好洞口防排水措施，开挖工程中严控明槽底板高程和边坡坡度。隧道进口端边坡防护采用体长3m、Ф22锚杆，挂设10cm×10cm钢筋网片，喷混凝土10cm联合支护方式进行加固。喷射混凝土要分层进行，每层厚度为3～5cm，插入钢筋头作为标记，S形喷法，达到初凝后再进行二次喷射混凝土作业，喷完要及时进行养护。8洞口两侧仰坡

6、采用砂浆片石施工挡土墙，挡土墙基础承载力不小于150kPa，达不到设计承载力时，用M10浆砌片石换填，承载力达到150kPa时，开始施工挡土墙基础，基地应毛糙、砌块嵌紧、砂浆饱满，灰缝平钩厚度不小于30mm，挡土墙每隔15m设置一道沉降缝，缝宽20mm，缝中用沥青麻纱填塞，沿挡土墙方向每隔2m设置泄水孔一个，孔径100mm，最下一排泄水孔应高出挡土墙外地表300mm。2管棚超前支护在进行洞身开挖前先施工超前小导管，钢管采用φ42mm无缝热轧钢管，壁厚3.5mm，长度为3.5m。在紧靠开挖荒断面轮廓线布置1排超前小导管，其中拱部间距为0.25m，帮部间距为0.4m，

7、搭接长度不小于1m。3洞身开挖方式原开挖方式采用全断面一次开挖，但根据实际揭露围岩情况来看，该开挖方式存在安全隐患及顶部塌方。由于待全断面全部开挖完成后，造成空顶时间较长，顶部易大范围塌方。经过论证，开挖方式由原全断面开挖调整为三步开挖法，具体为先开挖上台阶，再开挖左侧边墙最后开挖右侧边墙；待上台阶开挖完成后及时铺设钢筋网并架设拱部工字钢，同时在上下台阶钢架接头处及拱脚部位每侧增加2根Ф20锚杆进行锁脚处理，锚杆长度为3m。图2施工超前小导管图3已施工的二次衬砌4短掘短支8在掘进过程中按照“台阶法”施工并严格控制空顶距离，上台阶每掘进500mm立即铺设钢筋网、架工

8、字钢。待上