用于高寒多年凍土特長公路隧道夏季進洞施工方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種高原寒冷地區多年凍土特長公路隧道施工方法。
【背景技術】
[0002]高寒地區隧道洞口一般發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。根據對現有G214線多年凍土路段觀測試驗資料的研宄分析:該區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、凍土熱穩定性更差等特點，具有強烈的垂直地帶性。多年凍土凍結時抗壓強度很高不易爆破，并且鉆孔后容易回凍，外界環境溫度升高后凍土發生融化呈軟塑狀強度較低，易發生熱融沉陷引起地面下沉甚至坍塌對支護施工極為不利，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驗，洞口段開挖支護安排在寒季施工，為保證邊坡錨噴支護C25混凝土強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)，來確保混凝土強度能滿足設計要求，保證施工質量安全。而鄂拉山隧道為雙車道設計，洞口段處于長段落(超過200m)的多年凍土水草地內，凍土上限為1.4-1.Sm下限35~56m，明洞處邊坡按照1: 1.5設計坡率放坡開挖最大寬度45米最大開挖深度15m，搭設滿堂鋼管支架成本較大，并且業主要求鄂拉山隧道必須在夏季進洞，冬季來臨前實現進洞施工10m成洞，達到冬季保溫條件后整個冬季不停工。
[0004]因此研宄一種解決長段落連續多年凍土大跨度雙線特長公路隧道夏季進洞施工技術已經顯得勢在必行。

【發明內容】

[0005]本發明要要解決的技術問題是:提供一種價格低廉、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洞施工方法，以克服現有技術成洞困難、施工成本尚等不足。
[0006]本發明所采用的技術方案為:該方法包括洞口開挖和邊仰坡防護，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”的形式設置保溫盲溝和擋水捻；凍土洞口段采用正臺階法分層分段開挖支護，洞口采用超前大管棚預加固，暗洞淺埋段采用礦山法施工，三臺階七步工法(上臺階預留核心土)開挖，采用噴射C30低溫早強鋼纖維混凝土和一次襯砌模筑C30低溫早強混凝土雙層初期支護結構，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進行噴射聚氨酯泡沫，對噴射混凝土進行保溫養護，以保證凍土邊坡開挖面快速封閉，從而達到減緩凍土融化速度。
[0008]自進式錨桿是在凍土邊坡封閉后沿邊坡自上則下按設計要求間距鉆設，掛設網片后噴射低溫早強C30混凝土聯合防護。
[0009]袋裝顆粒土是在凍土邊坡利用自進式錨桿外露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，進一步加強對凍土邊坡隔熱防護效果。
[0011]保溫擋墻是在凍土邊坡臨時隔熱防護施工完成后，采取C25片石混凝土擋土墻對邊坡腳進行剛性防護作為永久防護措施。
[0012]鋼桁架弧棚是凍土段明洞開挖后進行大管棚超前預支護施工前，采取的明洞段上部空間的臨時隔熱防護措施，以減緩明洞段邊仰坡凍土融化速度，為管棚施工爭取時間創造條件。
[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創新工法。
[0014]低溫早強鋼纖維混凝土是一種為解決多年凍土段暗洞初期支護的特殊配合比設計，目的是實現凍土段快速支護盡早形成強度增強對圍巖支撐的能力，降低初期支護混凝土凝結時產生的水化熱對初支背后的凍融圈影響，盡量減小初期支護的沉降變形。
[0015]一次襯砌模筑襯砌7是暗洞凍土段的第二層初期支護模筑低溫早強C30混凝土作為第一層支護的補強設計，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施作第二層初期支護，以確保施工安全。
[0016]綜合排水系統是為了排出暗洞凍土融化圈產生的滲水，不至淤積于初支背后產生凍脹破壞。通過環向6m/道Φ 10mm半圓排水管導入拱腳全隧通長埋設的Φ 160 mm半壁打孔波紋管內，每20m/道三通連接導入仰拱下預埋的橫向導水管，進入隧底Φ400πιπι中心排水管內，再通過凍土段10m/道設置的連接豎井4進入兩隧之間的防寒泄水洞的橫洞內，最后匯流進入防寒泄水洞排出至洞外沖溝內。綜合排水系統施工質量直接影響隧道的使用年限。
[0017]防水保溫層設置于暗洞凍土段一次模筑襯砌與二次模筑襯砌之間，按照“無紡土工布+防水板+聚胺脂保溫板+防水板”的復合式防水保溫結構設計，施工期間隔斷外界溫度對凍融圈的二次影響，保證凍土段已經融化擴大的凍融圈能夠在2~3年內回凍。
[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、抗滲等級S10)，整個襯砌空間(建筑限界)加大30cm作為凍土段整個設計年限內的富余變形量。
[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合式結構(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影響導致凍融圈擴大部分盡快回凍，通過在暗洞淺埋段地表按一定間距設置熱棒，利用太陽能接收板作為能量源，通過上部設置的冷凝器(散熱片)和下部設置的蒸發器(液體工質)之間的溫差形成一種汽液兩相對流循環，將地基土中的熱量不斷散發出去而使土體冷卻。
[0021]本發明具有如下技術優勢:
1、多年凍土排水系統施工按照“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，通過盲溝底部設置的土工模(二布一膜)阻斷后經過透水碎石層向地勢低洼處滲流，目的是防止繼續下滲進入凍土融化圈。同時為了排出暗洞凍土融化圈產生的滲水，不至派積于初支背后產生凍脹破壞，通過環向6m/道Φ 10mm半圓排水管、縱向Φ 160mm半壁打孔波紋管、橫向Φ 160mm導水管三通連接進入隧底Φ400ι?πι中心排水涵管內，通過連接豎井進入兩隧之間的防寒泄水洞的橫洞內，最后匯流進入防寒泄水洞排出至洞外沖溝內。綜合排水系統的設計和施工直接關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，開挖一段防護一段”組織施工，在洞口段邊坡采取臨時隔熱防護(PU聚胺脂泡沫、袋裝顆粒土、防曬網、錨網噴、遮陽棚)和永久防護(保溫擋墻、邊坡回貼草皮生態防護、超前大管棚預加固)的措施相結合，臨時支護的目的是做好隔熱降溫減緩凍土融化速度，為永久支護施工爭取時間創造條件。
[0023]3、多年凍土暗洞淺埋段施工按照“快速開挖、快速支護、快速襯砌”的原則，即開挖后立即噴射20~30cm厚C30低溫早強鋼纖維混凝土，在初期支護結構變形數據未收斂前就模筑20cm厚C30低溫早強混凝土，通過添加劑使混凝土達到低溫早強，減少凍土融化，待模筑混凝土達到規定強度后，拆除模板，掛設土工布、防水板、保溫板、防水板，進行第二次模筑襯砌。按照三臺階七步工法嚴格控制開挖、支護、一次襯砌、二次襯砌的施工步距，必要時對初期支護實施一次襯砌跳襯作業，保證施工質量和安全。
[0024]4、多年凍土段暗洞施工期間和通車運營期間按照“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置聚胺脂保溫板將施工期間人為因素引起的外界環境溫度變化與凍融圈隔離來防止凍融圈繼續擴大；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急劇下降的環境溫度與二次襯砌混凝土隔離來防止混凝土被凍傷，同時為防止洞內火災事故導致福利凱保溫板燃燒損壞在其表面增加防火板進行雙層保險；通過在暗洞淺埋凍土段地表施工熱棒，使施工過程中已經受到影響擴大的融化圈盡快回凍和通車運營后地表土體的熱量盡快散發，盡量使多年凍土段恢復到原始狀態下的凍土上下限，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境溫度主要受大氣溫度影響，變化幅度大，同時施工造成的熱融圈(圍巖活動層)接近或與多年凍土上限重疊，凍結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隧道淺埋段圍巖進行“主動冷卻”防護，減少或避免凍融循環對隧道支護結構可能造成的破壞。施工完成后，又可對預防隧道極易出現襯砌開裂、漏水、掛冰等凍融破壞現象。
【附圖說明】
[0026]圖1為多年凍土暗洞綜合排水系統典型斷面圖；
圖2為多年凍土暗洞襯砌結構圖。
[0027]圖中:1-正洞，2-防寒泄水洞，3-橫向導水管，4-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。
【具體實施方式】
[0028]本發明的實施例:本發明的多年凍土施工“控溫”技術方案實施內容如下:
1、洞口開挖和邊仰坡防護。
[0029]按照“分層、分段開挖，邊開挖、邊防護，開挖一段，防護一段”的原則組織施工，施工過程中采取“控溫隔熱臨時防護措施”減緩凍土融化為支護施工爭取時間，支護上采取“永臨結合”的防護措施保證洞口施工安全。具體施工順序為: