淺埋小近距大跨度隧道施工方案淺析

吳 畏

朝陽寺隧道穿越渝鄰高速公路時,對高速公路有影響的范圍為K18+945～K18+865(LK18+940～LK18+860),長約 80 m。該段圍巖級別為Ⅴ級,穿越的地層為侏羅系上沙溪廟組,下伏基巖為泥巖與砂巖互層。巖層走向與洞軸線以85°夾角相交,巖層傾角9°左右,巖層層間結合一般。地下水貧乏,隧道出水形式以潮濕或滴水為主。

1 概述

由于朝陽寺隧道為大跨度、小近距、超淺埋下穿既有高速公路。因此,防止洞頂地表沉降、減小爆破震動對渝鄰高速公路的運營影響是本段隧道施工控制的重點。在施工中將右線作為超前洞,施工完成后再進行左線后續洞的施工。施工中采取50 m超前大管棚作為超前預支護措施,并采用微臺階施工方法,控制爆破震動速度,減少爆破震動對渝鄰高速公路的影響及對圍巖的擾動。

2 超前大管棚施工

1)管棚施工機械選擇。根據洞口淺埋段50 m超前大管棚施工經驗,選擇重慶探礦機械廠生產的MGY-80型錨固鉆機作為鉆孔機械,并對鉆機臺座進行改裝,以滿足實際施工情況。頂管設備擬采用自制的液壓頂管裝置。

2)管棚工作室施工。在進行管棚施工前,先擴挖工作室,并對掌子面噴C20混凝土25 cm進行封閉處理。根據設備尺寸及施工中的實際情況,管棚工作室縱向長度為11.0 m(包含2 m套拱),斷面較前后段擴挖120 cm,根據實際施工情況進行現場調整。由正常段至擴挖段施工,在突變堵頭處采用兩排4.5 m長的R25N中空注漿錨桿并掛設兩層20 cm×20 cm φ 6.5的鋼筋網片進行支護,倒角處噴射混凝土呈圓弧形過渡,防止應力集中。管棚工作室擴挖完畢等管棚施工完成后及時施作鋼格柵噴射混凝土。

3)鉆孔施工。采用隔孔施鉆方法,在先行孔完成注漿后再進行后續孔的施工。鉆孔施工時,將MGY-80型錨固鉆機安裝在施工平臺上,根據洞口管棚施工經驗,以外插角5°～6°進行鉆孔,當鉆機將第一節鉆桿鉆入巖層,尾部剩余20 cm～30 cm時停止鉆進,接長第二節鉆桿,繼續施鉆,直至鉆孔達到設計深度(比管棚長0.5 m以上)后,鉆機退回原位。

4)安裝管棚鋼管。管棚鋼管采用外徑127 mm,壁厚4.5 mm的熱軋無縫鋼管,鋼管前端加工成錐形,分節長度為6 m～8 m,接頭在橫斷面上錯開,安裝前先加工好。由于洞內操作作業面狹小且鋼管較長阻力較大,通過試驗,采用自制的液壓頂管設備進行送管作業。

5)注漿。注漿采用隔孔注漿,漿液擴散半徑不小于0.5 m。隧道出口段地下水比較豐富,采用水泥—水玻璃雙液,水泥采用P.O32.5普通硅酸鹽水泥,漿液濃度水灰比 W/C=1∶1,水泥—水玻璃雙液中水玻璃波美度為30,模數為2.4。注漿壓力控制在0.5 MPa～1 MPa左右,注漿時控制好注漿壓力和注漿量,并作好記錄。

6)充填并加固導管。先用φ 112 mm鉆頭進行清孔、沖洗,掏盡鋼管內殘碴,插入鋼筋籠,在鋼管內注入M30水泥砂漿進行棚管補強。管棚施工工藝流程見圖1。

3 微臺階法方案概述

1)采用微臺階法開挖,開挖前進行超前大管棚預支護,施工中控制爆破藥量和震動速度,通過采用預裂控制爆破措施、限制每方爆破最大用藥量(≤1.05 kg)、每次爆破最大用藥量(≤30 kg)作為爆破施工中的控制措施,采用預裂控制爆破施工技術結合臨時仰拱施作,可滿足渝鄰高速公路爆破震速不大于5 cm/s及防止洞頂地表沉降開裂的要求。2)上臺階施工嚴格控制掘進進尺,每次掘進0.5 m形成初期支護,及時施作臨時仰拱。3)每施工2 m,在二次襯砌和初期支護之間增加一層厚30 cm的鋼格柵噴射混凝土封閉環。嚴格控制圍巖變形,及時封閉掌子面防止出現塌方。4)下臺階及時跟進,上臺階超前距離控制在16 m以內,下臺階和仰拱距離控制在20 m以內,以便快速封閉開挖后的斷面。5)加強監控量測,根據監測數據及分析結果及時調整施工方案。

4 監控量測

4.1 施工量測項目

施工量測主要包括洞內外觀察、凈空變化和拱頂下沉量測、地表下沉量測、爆破震動監測等項目。

4.2 量測方法

1)地質及支護狀況觀察描述。隧道掌子面每次爆破后和初噴后,通過肉眼觀察、地質羅盤和錘擊檢查,描述和填表記錄圍巖地質情況:巖性、巖層產狀、裂隙、地下水情況、圍巖完整性與穩定性。及時判斷圍巖級別是否相符,必要時應拍照,測量地下水流量;觀察支護效果。每3 m必須填寫一張圍巖施工地質記錄卡片。

2)拱頂下沉量測。拱頂下沉量測是在隧道開挖毛洞的拱頂及軸線左右各2 m～3 m共設3個帶掛鉤的錨樁,測樁埋設深度30 cm,鉆孔直徑42,用快凝水泥或早強錨固劑固定,測樁頭需設保護罩。通過測量一個相對基準點,用精密水準儀、垂向鋼圈尺等來量測拱頂下沉。采用高精度水準儀(配備放大儀)采集數據。

3)凈空收斂。周邊收斂位移量測是最基本的主要量測項目之一,各測點在避免爆破作業破壞測點的前提下,盡可能靠近工作面埋設,一般為0.5 m～2 m,并在下一次爆破循環前獲得初始讀數。初讀數在開挖后12 h內讀取,而且在下一循環開挖前完成初期變形值的讀數。

在預設點的斷面,隧道開挖爆破以后,沿隧道周邊部位分別埋設測線、測樁,測樁埋設深度30 cm,鉆孔直徑 42,用快凝水泥或早強錨固劑固定。隧道采用臺階法施工時每斷面布設上下2條測線、測樁每斷面2對共4根。采用鋼尺式周邊收斂儀來量測周邊收斂變形。量測:采用收斂計進行數據采集。

拱頂下沉及凈空收斂測點布設示意圖見圖2,圖3。

4)地表下沉量測。渝鄰高速公路地表下沉量測對本段隧道施工十分重要。渝鄰高速公路路面下沉控制是決定朝陽寺隧道下穿渝鄰高速公路施工成敗的關鍵。沿公路軸線方向,布設3個地表下沉量測斷面(A—A,B—B,C—C),沿隧道軸線方向,布設5個地表下沉量測斷面(D—D,E—E,F—F,G—G,H—H),共布設地表下沉監測點55個。這兩個方向交叉,形成網狀監測點來監測渝鄰高速公路路面沉降(如圖4所示),采用高精度水準儀進行觀測,將觀測數據整理分析后指導施工。

5)爆破震動監測。施工時,特別要控制爆破震動對高速公路正常運營的影響,開挖過程中嚴格控制爆破藥量和爆破震動速度,選用乳化炸藥、塑料導爆管非電起爆系統、毫秒微差有序起爆以減小爆破震動,施工中爆破震動速度不得大于5 cm/s。施工前進行爆破震動試驗來選擇爆破參數,施工中加強對爆破震動的監測。

5 效果評價

由于采用的方法恰當、措施有力,在下穿渝鄰路時,沒有出現任何安全事故,也未影響渝鄰路的正常運營,通過現場監控量測結果可得,洞內拱頂下沉及位移收斂值均較小,符合設計及規范要求,質量令人滿意。本次施工方案對今后類似工程提供了參考。

[1]JTJ 042-94,公路隧道施工技術規范[S].

[2]JTG D70-2004,公路隧道設計規范[S].

[3]朱月貴,王 松.淺談小凈距隧道的施工[J].山西建筑,2008,34(11):335-336.