黃土地區公路隧道施工技術淺析

王喜成

1 工程概況

該隧道為雙線分離式公路隧道,左線長822 m,右線長806 m。隧址區位于山西省西部呂梁山脈的黃土梁峁區,沿線溝壑縱橫、地形地貌復雜。主要不良地質有滑坡、濕陷性黃土及膨脹土等。隧道進出口圍巖由黃土和濕陷性黃土組成,洞口穩定性較差,圍巖級別為Ⅴ級;洞身圍巖由濕陷性黃土、黃土、黏土等組成,圍巖級別Ⅳ級～Ⅴ級。

2 施工方法

2.1 洞口段施工

洞口土石方采用挖掘機開挖,石方采用非電控制爆破,裝載機裝渣,自卸汽車運輸。明洞拱墻采用整體模板臺車整體澆筑,鋼筋在鋼筋加工場彎制,就位綁扎。混凝土澆筑采用泵送混凝土,搗固采用附著式振動器和插入式振動器聯合振動。邊坡防護與明洞開挖同步,明洞襯砌后及時回填,洞頂采用土工格式植草護面。洞口施工避開雨季,成洞面及時防護。進行連續觀測,掌握圍巖變形特性和其他力學性質,指導洞口施工。

2.2 洞身開挖

采用臺階分部開挖方法,施工機械組合:拱部環形及核心土人工風鎬或鑿巖機+下部采用鑿巖臺車掘進+鏟裝機+14 t自卸汽車。洞身施工工序圖見圖1。

2.3 初期支護及超前支護施工

1)洞口長管棚。洞口淺埋段采用大管棚超前支護。管棚采用外徑108 mm,壁厚6 mm熱軋無縫鋼管制作,長度20 m,環向間距40 cm,注漿采用水泥—水玻璃漿液,定位和導向采用18工字鋼混凝土套拱。配備XY-28-300電動鉆機鉆進并頂進長管棚鋼管。管棚施工先打有孔鋼管,注漿后再打無孔鋼管,無孔鋼管可以作為檢查管,檢查注漿質量。鉆機立軸方向準確控制,每鉆完一孔頂進一根鋼管。每榀鋼架安裝時,認真定位,不偏、不斜,輪廓要符合設計要求。安裝時使段與段之間的連接板結合緊密,不留有縫隙。為保證鋼架整體受力,鋼架之間設置縱向連接鋼筋。

2)超前注漿小導管。設置在Ⅴ級圍巖地段,采用φ 42×4 mm熱軋無縫鋼管制作鋼花管注漿加固。在鋼管管壁四周鉆φ 8 mm壓漿孔,尾部1.2 m不設壓漿孔。鋼管環向間距50 cm,縱向間距70 cm,外插角15°,每排小導管縱向至少需搭接1.0 m。注漿壓力0.5 MPa～1.0MPa。每打完一排鋼管注漿后,開挖拱部及第一次噴射混凝土、架設鋼架。初期支護完成后,再打另一排鋼管。小導管逐根施工,即一根鉆孔、安裝鋼管、壓漿、封孔后再進行下一根施工。直接進洞地段以及局部強富水地段采用超前雙層小導管注漿加固。

3)超前錨桿。施工順序:開挖面處理→初噴混凝土→打設徑向錨桿→架設鋼架→復噴混凝土至設計→檢查驗收。錨桿施工采用風鉆或鑿巖臺車鉆眼,其眼口圓而順直且孔口巖面平整,并使巖面與鉆孔方向垂直,不垂直時可用墊板調整,使托板密貼巖面。

4)濕陷性黃土地基處理。洞門及明洞段濕陷性黃土地基在開挖范圍內100 cm摻8%石灰處理;暗洞段濕陷性黃土地基采用鋼花管和PVC花管注漿加固。通過黃土段的隧道基礎,邊墻部分采用φ 42鋼花管注漿,間距為 80 cm×100 cm;中間部分采用φ 50PVC管注漿,間距為100 cm×100 cm。仰拱部分開挖后,進行仰拱初期支護施工,并預留注漿孔,待初期支護強度達到設計強度的70%后,進行花管注漿。

5)濕噴混凝土。噴射混凝土采用濕噴法,其作業標準和要求如下:a.噴射混凝土使用的各種原材料經檢驗合格后方能使用。配合比由工地試驗室經試驗選定。b.隧道開挖后立即對巖面施噴混凝土,防止巖體發生松弛。c.在噴射混凝土達到初凝后方能噴射下一層。噴射混凝土要分層噴射,首次噴射厚度不小于50 mm。噴嘴與受噴面保持垂直,同時與受噴面距離以0.6 m～1.0 m為宜。d.噴射厚度檢測采用在隧道全長內每隔10 m～20 m取一處試件,從拱中心向兩側邊墻每2 m取樣試驗。e.新噴混凝土應按規定灑水養護。

2.4 防排水設施施工

1)排水。隧道兩端洞口段地表水采用以截為主,排、堵、截相結合的原則。隧道明洞外沿鋪設BAC防水卷材,并用砂漿抹面,施工縫處設置10 mm厚的橡膠止水帶,兩側拱腳橫向引水管設置間距為10 m。暗洞兩側邊墻角處φ 100 mm縱向軟式透水管通過三通和環向排水管和φ 100橫向HDPE引水管相接,把圍巖滲漏水引排至隧道中心排水管。車行、人行橫通道內均設置環向排水管,其截留的水通過三通匯入縱向排水管,最終將水導入主洞縱向排水管,匯入主洞排水系統一并排出。

2)防水。防水板超前二次襯砌9 m～20 m施工,鋪設采用防水板鋪設臺車進行。防水層采用BAC防水卷材。采用無釘熱合吊掛法鋪設。將防水卷材采用簡易臺車吊裝在待鋪設部位,由拱部向兩側及邊墻的順序采用電壓熱焊粘結的辦法與固定無紡布塑料墊片逐點緊密連接牢固。拼幅接縫為雙焊縫熱合法焊接,接縫搭接長度不小于10 cm,焊縫寬度不小于2 cm,中間留出空腔以便充氣檢查。隧道主洞防排水立面圖見圖2。

2.5 二次襯砌施工

隧道二襯在圍巖及初期支護變形基本穩定后進行施工。本隧道二襯采用全斷面模板臺車整體澆筑工藝施工。模板臺車每循環長度10 m,混凝土采用混凝土輸送泵入模,插入式搗固器配合附著式搗動器搗固。

仰拱開挖采用兩種形式:1)跳躍式開挖,每次開挖3 m,預留未開挖段落會車;2)分半幅面開挖、單線行車,施工長度以50 m～100 m為宜。開挖采用風鉆打眼、松動爆破開挖,仰拱開挖距掌子面不大于80 m。仰供及回填混凝土均在洞口拌合場拌和,混凝土罐車運到現場,混凝土輸送泵泵送入模,插入式振搗器搗固。仰拱填充在仰拱施工完成后進行,禁止仰拱與填充混合施工。

3 黃土隧道施工注意事項

1)做好洞口、洞門及洞頂的排水系統,妥善處理好陷穴、裂縫,以免地面積水浸蝕洞體周圍,造成土體坍塌。2)加強施工中的變形觀測,及時反饋信息,以有效地指導施工,確保施工安全。3)施工中如發現工作面有失穩現象,應及時用噴射混凝土封閉,加設錨桿,架立鋼支撐等加強支護。4)堅持仰拱超前施工,及早封閉成環,有效地控制變形。5)嚴格控制超欠挖,盡可能使開挖斷面圓順,以避免局部應力集中。6)黃土隧道做好防、排水工作是施工成敗的關鍵。因地制宜的采取“以排為主,防、排、堵、截相結合”的綜合治理原則,達到排水暢通,防水可靠,不留隱患的目的。

4 幾點體會

1)黃土隧道施工必須遵循“短進尺、少擾動、勤量測、早封閉”的原則。2)根據埋深及地質情況的變化,及時調整施工方案。3)黃土隧道施工風險高,施工方案的調整必須以安全施工為前提。4)由于黃土隧道圍巖直立性好、自承能力好,施工中可充分發揮圍巖自身的承載能力,體現隧道“新奧法”施工的精髓。

5 結語

通過黃土隧道的施工建設,證明黃土隧道采用新奧法施工是可行的。施工中處理好濕陷性黃土地基、加強變形監測、控制好初期支護和防排水、充分調動和發揮圍巖的自承作用,可確保黃土隧道施工的安全質量可控。

[1]耿新文,孫 秀.云臺山隧道進口黃土段施工技術[J].山西建筑,2008,34(36):322-323.