某高速公路隧道淺埋段施工技術研究

王葉清

摘 要:本文基于筆者參與某高速公路隧道工程的實踐,該隧道穿越溝谷淺埋段實際施工為例,探討了施工方案的選擇和技術措施,分析了淺埋地段隧道的施工工藝及關鍵施工工序,相信對從事相關工作的同行能有所裨益。

關鍵詞:隧道穿越淺埋施工技術

中圖分類號:TB21 文獻標識碼:A 文章編號:1672-3791(2012)06(b)-0049-01

1工程概況

某隧道全長4928m,起訖里程DK140+198～DK145+126,為單線隧道,設計時速160km/h。DK144+433～DK144+502段為溝谷淺埋段,覆蓋層厚5m～7m,溝內常年流水,水量較大,溝水流量一般在13000～15000m3/d。地表有公路通過,居民房屋集中。淺埋段縱斷面圖。該段地層巖性主要為粗圓礫土,松散且膠結性差。洞身受地表水的補給,地下水發(fā)育,為中等富水區(qū)。原設計地表采用φ70鉆孔進行注漿加固,洞身采用φ60中管棚超前支護,預注水泥-水玻璃雙液漿,全環(huán)設置工16型鋼鋼架,間距0.8米/榀。

2施工方案選擇

DK144+433～DK144+502淺埋段原設計要求在隧道開挖前對地表進行注漿加固并防水,注漿范圍為線路左右側各15m,深度達到土石分界下1m,注漿完畢后采用M10水泥砂漿封孔,并恢復原地貌。但實際施工中,由于地表居民阻撓,地表加固方案無法實施。在此情況下,經建設四方對現場踏勘并多次經濟技術方案比選論證后,確定通過加強隧道支護參數來實現隧道的安全施工。

(1)開挖至DK144+507里程前,通過與地表居民協(xié)商,對其臨時搬遷補償,并對地表及村民房屋實施監(jiān)測。(2)通過結構計算,將原設計φ60中管棚變更為φ108大管棚,并加密鋼架間距為0.6m/榀。

3技術措施

3.1 洞內大管棚、小導管施作

洞身拱部設φ108大管棚,環(huán)向間距40cm,L=30m,打設角度向上傾斜3°～5°,縱向搭接3m～5m,每環(huán)20根。為便于洞內大管棚施作,提前擴挖洞內大管棚工作室。開挖前在加工廠提前制作好I16型鋼鋼架,鋼架比正常斷面擴大60cm～70cm,洞室縱向長度6m～8m。洞室施工完畢后安裝正常斷面的鋼拱架,并焊接導向管。由于淺埋段圍巖為砂礫石、卵石,施工中采用偏心錨桿鉆機跟管施作φ108(外徑)×6mm(壁厚)大管棚,解決了一般的管棚鉆機打好孔后再插入鋼管時塌孔難以插入的難題。大管棚施做完畢后,相鄰兩管之間由于局部注漿不密實,出現掉塊現象時,在大管棚相鄰兩管之間增加φ42超前小導管,L=4m,打設角度向上傾斜3°～5°,縱向搭接1.2m,同時注水泥-水玻璃雙液漿加固地層。

3.2 四臺階九步開挖法

四臺階九步開挖法是以三臺階七步開挖法為基本模式,將三臺階七步開挖法中的上臺階再分為兩個臺階,各部位的開挖與支護沿隧道縱向錯開,平行推進的施工方法。即先采用大管棚(超前小導管)護頂,將隧道斷面分為四個臺階分步開挖,仰拱緊跟下臺階并及時閉合成環(huán)。采用該法施工時,在各臺階形成一定的步距,而且同一臺階左右工作面形成相互錯開后,即可在各工作面按每循環(huán)進尺進行平行流水作業(yè)。施工時每循環(huán)進尺按1榀鋼架間距控制,各臺階步距控制在3m～5m,同一臺階左右工作面錯開不少于2榀鋼架。

3.3 規(guī)范監(jiān)控量測

現場監(jiān)控量測是隧道施工管理的重要組成部分,它不僅能指導施工,預報險情,確保安全,而且通過現場監(jiān)測獲得圍巖動態(tài)的信息(數據),為修正和確定初期支護參數,混凝土襯砌支護時間提供信息依據,為完善設計與指導施工提供可靠的足夠的數據。針對廟子溝淺埋段地質及地表情況,監(jiān)控量測采用地表量測與洞內量測相結合的方式進行。

(1)洞內外觀察。

①洞內外觀察分開挖工作面觀察和已施工區(qū)段觀察兩部分,開挖工作面觀察在每次開挖后進行,觀察內容包括節(jié)理裂隙發(fā)育情況、工作面穩(wěn)定狀態(tài)、涌水情況等,當地質情況基本無變化時,可每天進行一次,觀察后及時記錄填寫開挖面地質描述。②在觀察過程中如發(fā)現地質條件惡化,初期支護發(fā)生異常,應立即采取相應應急措施,并進行不間斷觀察。③對已經施工區(qū)段的觀察,每天至少進行一次,觀察內容包括噴射混凝土、錨桿、鋼架的狀況,以及施工質量是否符合規(guī)定要求。④洞外觀察包括洞口地表情況、地表沉陷、邊仰坡的穩(wěn)定、地表水滲透觀察等內容。

(2)拱頂下沉及周邊收斂量測。

拱頂下沉及周邊收斂量測在同一斷面進行,并采用相同的量測頻率,量測頻率根據變形速度和距開挖工作面距離選擇較高的一個量測頻率。

(3)地表下沉量測。

地表測點與洞內水平凈空變化和拱頂下沉在同一橫斷面位置布設觀測點,進行地表下沉監(jiān)控量測,量測斷面的間距按下表10m布置。橫斷面方向地表下沉量測的測點間隔取2m～5m,隧道中線附近測點適當加密,隧道中線兩側量測范圍不小于H+B。地表下沉量測應在開挖工作面前方H+h(隧道埋置深度＋隧道高度)處開始,直到襯砌結構封閉,下沉基本停止為止。地表下沉量測的頻率和拱頂下沉和水平相對凈空變化的量測頻率相同。

(4)測點布置。

凈空變化,拱頂下沉和地表下沉設置在同一斷面。洞內周邊收斂量測、拱部下沉根據淺埋段開挖方法設置4條水平測線。

(5)監(jiān)測資料整理、數據分析及反饋。

現場量測所取得的原始數據,不可避免的會具有一定的離散性,其中包含著測量誤差。因此,應對所測數據進行一定的數學處理。數學處理的目的是:將同一量測斷面的各種量測數據進行分析對比、相互印證,以確定量測數據的可靠性;探求圍巖變形或支護系統(tǒng)的受力隨時間變化的規(guī)律,判定圍巖和初期支護系統(tǒng)穩(wěn)定狀態(tài)。在取得監(jiān)測數據后,及時由專業(yè)監(jiān)測人員整理分析監(jiān)測數據。

4施工總結

通過以上的施工技術措施,孔家坪隧道安全穿越了DK144+433～DK144+502溝谷淺埋段。(1)通過方案優(yōu)化,取消了原設計地表加固措施,克服了外部環(huán)境對施工的影響,達到了35米/月的施工進度。(2)采用先進的管棚鉆進工藝,兩臺鉆機同時工作,每天可完成60m管棚施工任務。(3)針對該段地層較為破碎的特點,施工中將三臺階七步法改為四臺階九步法開挖,確保了施工安全。(4)由于溝谷段地表水下滲,要求管棚注漿及防排水施工質量要嚴格按設計施工,該段二襯施工后未出現明顯的滲漏水現象,取得了較好的效果。(5)通過嚴密的監(jiān)測及對地表房屋的監(jiān)控,地表房屋未見開裂下沉現象,為今后類似工程施工提供了思路和參考。

參考文獻

[1] 王偉鋒,畢俊麗.軟巖淺埋隧道施工工法比選[J].巖土力學,2007(S1).

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