淺論高速公路隧道施工技術

李銀兵

中圖分類號:U4文獻標識碼:A文章編號:1673-0992(2009)12-160-02

摘要:介紹了某高速公路施工過程中的隧道施工技術。廈蓉國道主干線榕江格龍至都勻高速公路沙井街隧道為上、下行合建的四車道高速公路連拱隧道,隧址位于格都高速公路K203+490.5～K203+678段,全長187.5M,最大埋深58M。筆者從理論上闡述了可行性方案,然后從技術上進行了認真分析,探討了詳細的施工過程。

關鍵詞:高速公路;隧道;施工

山區高等級公路隧道,由于受地形、地質條件的限制,常采用雙連拱隧道方案。廈蓉高速公路貴州境榕江格龍至都勻段BT22合同段沙井街隧道采用了連拱隧道的結構型式,在隧道的施工方案和方法上重點突出聯拱隧道部分的施工方案,并作出其工期計劃及設備配置情況。

一、沙井街聯拱隧道工程概況

廈蓉國道主干線榕江格龍至都勻高速公路沙井街隧道為上、下行合建的四車道高速公路連拱隧道,隧址位于格都高速公路K203+490.5～K203+678段,全長187.5M,最大埋深58M。

1.隧道地質狀況

(1)地質構造

隧道位于都勻復式向斜之涼水井背斜東冀:都勻復式向斜軸向南北,為緊密褶皺向斜,由核部向兩翼依次出露三疊-寒武各地層。總體是一個軸面微向東傾的歪斜向斜。在都勻復式向斜上疊加有攏得向斜、堯林向斜、涼水井向斜等。巖層在隧道區呈單斜產出。

經過勘察對隧道進出口段灰巖進行了節理統計,主要節理有105°∠45°,(線密度6條/米)265°∠80°(線密度7條/米)兩面三刀組。節理基本閉合,裂隙中有泥質充填。近地表巖體中風化裂隙較發育。

(2)地層巖性

據鉆探揭露、工程地質調繪和土工試驗,隧道區域分布的地層上二疊統(P2)灰巖,巖層產狀95°∠52°。自上而下分述如下:

8-11全風化灰巖(P2):灰色,原巖結構構造已全部被破壞。巖芯呈散體狀,手捏即散。Vp=730~1042m/s。

8-12強風化灰巖(P2):灰色,細晶結構,厚層狀構造。主要礦物成分為方解石,節理裂隙發育,巖體破碎,呈松散結構,巖芯呈柱狀,Vp=1830~2050m/s。

8-13弱風化灰巖(P2):灰色,細晶結構,薄層狀構造。主要礦物為方解石,節理裂隙發育,巖體較破碎,呈鑲嵌碎裂結構,巖芯呈柱狀,Vp=2360~2750m/s。

2.地震:

本區域地震活動微弱,震源深度一般在15km附近,屬淺源地震。

3.隧道施工條件:

隧道出口的施工便道相距甚近,工程需要的大型機械設備及外購物資必須由施工便道運到工地,因此施工便道的暢通將直接影響隧道施工物資的供應,因此必須注意施工便道保暢工作。

由于隧道從出口端掘井,因此隧道出口需設置變壓器一臺以保證電力的供應。

4.施工臨時設施布置:

(1)臨時房屋設施

臨時房屋的修建布置于K203+750處路基左側。

(2)水、電設施

由于隧道范圍內水源緊張,故采用汽車運輸的方式保證施工水源。電力設置主要依靠附近電力網絡,但是為了保證施工的正常進行,需要配備120千瓦的發電機兩臺。

二、施工技術方案確定

1.施工作業線安排

根據隧道設計結構和工程地質情況,施工作業采用中導洞先行,中導洞掘進40～50米澆注中墻。在中墻混凝土強度達到70%以上再進左洞,右洞掌子面落后左洞按10m控制。經監控量測,圍巖變形基本穩定后同時施作左右洞二次模筑襯砌。當圍巖變形過大,初期支護力不足時,除應及時增強初期支護外,亦可修改二次襯砌設計參數后提前施作模筑混凝土。左右洞二次襯砌與掌子面間距控制在25～35m之間。這就在進、出口各自建立了中導洞、中墻、左、右洞開挖、二次模筑襯砌五道并行的作業流水線,拓展了隧道施工作業面。

2.風、水、電作業

(1)施工供風:在隧道進、出口各設一座空氣壓縮機站,各安裝2臺20m3/min和1臺10m3/min的空氣壓縮機以保障隧道施工用風。

(2)施工用水進、出口分別:在距隧道拱頂30m以上的山頂各修建一座100m3的高山水池,水源一是在隧道出口右側山腳挖一集水池,收集山泉水抽上山頂水池,再用管道輸水至出口供施工生活用水。一是從電站水渠中抽水至山頂蓄水池再用管道輸水至進口,供施工、生活用水。所有水源都要經過水質檢驗,PH值小于4或者硫酸鹽、氯化物含量超過有關規范的允許值以及含有對水泥凝結硬化有害的雜質的水石不得用于攪拌砼。

(3)施工供電:在隧道進、出口各安裝一臺315KVA變壓器,利用附近的地方電網供電,同時各準備一臺功率為220KW的發電機組備用。動力設備采用三相380V,照明用電采用220V,為確保安全,所有線路都安裝漏電保護開關。線路的架設及各種電器的安裝必須符合《公路隧道施工技術規范》JTJ042-94的有關要求。

三、連拱隧道合理的施工工序

對三層中墻連拱隧道而言,其施工工序對隧道的穩定和結構安全影響很大,施工工序不僅僅是平面的施工順序,尚應注意在隧道縱向方面的開挖和施工控制,如各工序之間的縱向距離控制。

1.軟巖低圍巖類別的三層中墻連拱隧道施工工序 a.隧道的施工工序首先應選取三導坑法進行施工。 b.地質條件略好時,可采用中導坑開挖+主洞微臺階法開挖,上半斷面超前的距離不大于10m。 c.后開挖主洞的開挖,需在先開挖主洞的二次襯砌施工后進行。

2.硬巖及高圍巖類別的三層直中墻連拱隧道施工工序硬巖及高圍巖類別相對于軟巖低圍巖類別而言具有:隧道基底承載力高,圍巖側壓力小,總的隧道壓力小等特點。所以

隧道的施工工序也應不同于軟巖低圍巖連拱隧道,建議采用的施工工序為中導坑法開挖;主洞開挖可采用臺階法或全斷面開挖;后開挖主洞的開挖,最好在先開挖主洞的二次襯砌施工后進行。當受施工制約時,可根據實際施工時視圍巖和中墻結構和厚度等情況,左右洞可同時開挖。

3.洞口淺埋偏壓段的施工工序一般情況下連拱隧道屬淺埋的短隧道。由于連拱隧道寬度較寬,所以在洞口段常會出現偏壓地形偏壓或地質構造偏壓,而對于這種情況下的施工主要應注意確定內、外側那一個主洞先開挖。國內目前關于這個問題的討論或爭議較大,通過實地處理的一些淺埋偏壓連拱隧道的經驗和一些計算分析結果,認為應先開挖外側的隧道。當外側隧道的二次襯砌完成后,才能進行內側隧道的開挖和施工。主要理由為:

(1)如果先施工內側的隧道,則在外側主洞開挖時,由于隧道所受向外的偏壓很大,容易引起內側已建隧道的變形和開裂。同時外側主洞埋深更小,如施工時發生坍塌,則會使得內側已完成的隧道處于非常不利的偏壓情況,一般情況下隧道的失穩也是在所難免。

(2)在淺埋偏壓條件下,通常外側主洞的圍巖條件相對較差,成洞困難。如果能夠將成洞困難的外側主洞先施工完畢,則對于條件相對較好的內側主洞施工進度更能夠保證。內側隧道開挖時,外側已完成的隧道所受偏壓有限,隧道的穩定易于保證。

(3)根據數值模擬分析,先開挖外側主洞,其影響范圍相對較小;如果先施工內側主洞,其影響范圍要大,圍巖的松弛給后續的外側主洞施工造成不利影響。主要反映在先開挖內側較先開挖外側隧道時隧道圍巖的內部位移和塑性區明顯偏大。

4.明洞施工

隧道進出口處各設有一段明洞,采用明挖法施工。開挖時要根據現場工程地質和水文地質條件,本著“早進、晚出”的原則進行開挖。開挖后及時進行明洞鋼筋砼施工,以保證進洞施工安全。

明洞土方采用機械開挖,石方采用7655風槍鉆孔,控制爆破。施工過程中對洞門仰坡及邊坡盡量避免擾動,并加強對該處坡面的觀測,如在開挖過程中有滑坡跡象應及時采取加固措施,并采取保留核心土的辦法,先將明洞和洞門襯砌好,再挖除核心土。

5.正洞開挖

珠湖隧道采用新奧法施工,為防止出現偏壓,雙連拱隧道必須兼顧左右洞開挖,否則會給隧道施工帶來一定的安全隱患。

(1)隧道進洞

隧道正洞在大管棚及護拱的掩護下進洞,采取臺階分部開挖法施工,將隧道斷面分上下臺階開挖逐步成型。若采用雙側壁導坑超前開挖法施工。則需要在開挖并支護好側壁導坑后,再開挖正洞的上臺階,而且施工正洞下臺階時還要將側壁導洞的初期支護拆除,工序比較復雜,并且因工作面較多,相互干擾大。

(2)隧道爆破開挖

隧道的光面爆破不僅直接影響著超欠挖,而且對減少圍巖所受的擾動,提高錨噴支護能力起著非常重要的作用,光面爆破效果要求為:

a.輪廓整齊、美觀圓順、不欠挖、平均線性超挖小于10cm。

b.炮眼痕跡保存率大于85%,每循環炮眼對齊大致一條線。

c.兩茬炮銜接臺階平均值小于10cm。

為了增強光面爆破的效果,利用在中導洞開挖時積累的圍巖情況做出相應的光面爆破設計,對布眼、裝藥、起爆等技術標準都做了嚴格規定。

四、隧道防排水

1.襯砌防水

①防水層鋪設:防水層采用1.2mm厚PVC防水卷材+無紡布復合防水層。根據設計要求、防水卷材施工采用熱焊無釘鋪設。防水板之間采用熱焊機雙焊縫焊接。焊接質量用充氣法檢驗。防水層施工的要點:A.鋪設前對初期支護背后注漿,直至無水漬時才鋪防水板,同時清理噴砼面,凸鑿凹補,使之平整,無鋼筋頭;B.工程采用的PVC防水卷材,無紡布緩沖保護層材料必須符合設計要求,且完好;C.鋪設做到平順,無吊空、起鼓及皺褶;D.雙焊完好,搭接長度,寬度符合規范要求;E.防水板鋪設完畢,作沖氣試驗進行質量檢查。

②止水帶、條施:工二次襯砌沉降縫采用中埋式橡膠止水帶止水,施工縫采用BWⅡ緩膨型橡膠止水條止水。沉降縫和施工縫處同時設背貼式止水帶。止水帶長度在洞外按輪廓尺寸另加40cm～50cm富余量裁剪,卷成捆運入洞內,吊掛在襯砌模型的端頭。安裝時先打開捆卷,從墻底開始,沿襯砌輪廓向上掛設,并固定在擋頭模板中間,使止水帶中心與工作縫重合。止水帶兩頭用鐵絲拉在模板上,中間攤平,止水帶后一半埋入現澆混凝土中,前一半將埋入下一循環的混凝土中。為此,擋板間夾縫作到上下(或左右)順直平整,以免灌注混凝土時漏漿。在設置止水帶處,混凝土采用粒徑小的粗集料,以保證止水帶與混凝土膠結密實。

止水條則在襯砌擋頭模板中間設一木條,砼澆注擋頭模板拆除后,在下一循環的混凝土澆注前嵌入BWⅡ型橡膠止水條,作為施工縫防水。

2.襯砌背后引排水設施

隧道開挖初噴砼后,根據設計施作環向MF7塑料盲溝及縱向MY8C塑料盲溝,先將環向MF7塑料盲溝及縱向MY8C塑料盲溝接好接頭,固定在初噴砼上,每隔一定距離設邊墻泄水管(φ110HDPE橫向排水管)將水排入中心水溝中。

3.路面底基層排水

為防止路面底層地下水上滲到路面影響行車安全,路面平整層施工之前,應先鋪設MY8C橫向盲溝以排除隧道底滲水,橫向盲溝的滲水通過外側的MY8C盲溝在邊溝沉沙井處與邊溝連通。

4.路面排水:

在路面外側設置45×50cm現澆邊溝,用作路面積水以及隧道清洗等污水的排除通道,每30m設置一處沉沙井,邊溝縱坡和隧道縱坡一致。

5.隧道施工排水:

本段隧道出口端施工為上坡施工,施工排水方案采用自然排水,在隧道兩側挖排水溝。同時在掌子面設集水坑,用泥漿泵將掌子面的水抽入已施工完畢的水溝中。進口端為下坡施工,施工排水方案采用潛水泵抽水,在靠近掌子面的地段設置積水坑,及時抽出洞內積水。在隧道洞口外設置污水處理、沉淀池,施工廢水經污水處理達到有關標準后方可排放,以保證環境不被污染。

五、結語

經過最近幾年國內對連拱隧道設計和施工的不斷研究、總結,連拱隧道的設計已比較成熟。所以可以根據實際選線時采用一些連拱隧道,特別是在圍巖地質條件較好、隧道洞口地形有利的中短隧道更宜選用連拱隧道。本文的目的主要是希望同行能對連拱隧道形成正確的認識,在實際應用時有條件地通過綜合比較分析而選用連拱隧道結構型式。