重慶外環(huán)路朝陽寺隧道下穿渝鄰高速公路施工

李俊龍

1 工程概況

朝陽寺隧道屬于重慶市外環(huán)路繞城高速公路項(xiàng)目，位于重慶市渝北區(qū)王家鎮(zhèn)大屋村，隧道按公路Ⅰ級設(shè)計，公路等級為雙向六車道高速公路，設(shè)計行車速度為100 km/h。隧道凈高5.0m，凈寬14.50m，為三心圓曲線結(jié)構(gòu)。雙洞，兩隧道凈距11.58m～34.24m，為小凈距隧道。隧道長999m(K18+141～K19+140)，屬中長隧道。隧道要下穿通過既有渝鄰高速公路。渝鄰高速公路位于隧道進(jìn)口段100m(K18+241)的位置，距離隧道進(jìn)口很近。洞口為V級圍巖淺埋段，隧道拱頂距離渝鄰高速公路路面12.69m，屬淺埋隧道。隧道和渝鄰高速公路的交角為90°正交。因此確保渝鄰高速公路安全是隧道施工的首要任務(wù)。

經(jīng)現(xiàn)場察看朝陽寺隧道進(jìn)口段位于逆向斜坡上，地形北西高南東低，右洞段軸線與斜坡地形呈小角度斜交，右側(cè)巖體相對較薄，易產(chǎn)生偏壓。該段地層由第四系殘坡積土(Qel+dl4)及侏羅系中統(tǒng)上沙溪廟組(J2s)泥巖、粉砂質(zhì)泥巖、砂巖互層組成。圍巖破碎，穩(wěn)定性差。隧道區(qū)內(nèi)地下水類型主要有第四系孔隙水和基巖裂隙水，區(qū)內(nèi)砂巖具有較強(qiáng)的滲透性，且?guī)r體圍巖級別為Ⅴ級，地處華南的重慶地區(qū)雨水充沛，下穿渝鄰高速公路正值雨季，因而給下穿渝鄰高速公路施工增加了更大難度。

2 施工方案

2.1 礦山法與新奧法比選

隧道下穿渝鄰高速公路段地質(zhì)為Ⅴ級粉砂質(zhì)泥巖，原設(shè)計為礦山法施工，支護(hù)參數(shù)如下:超前小導(dǎo)管采用外徑42mm，厚4mm的無縫鋼管加工，錨桿采用WTD25中孔注漿錨桿，錨桿長3.5m，間距0.8m，噴混凝土厚10cm，格柵鋼架間距100cm 一榀，鋼筋網(wǎng)間距20cm×20cm，防水層采用RC911型橡膠防水板，模筑混凝土厚80cm。同新奧法比較超前小導(dǎo)管注漿支護(hù)強(qiáng)度低，對開挖安全不利。先拱后墻施工，整體襯砌臺車不能使用，只能使用簡易小模板臺車，外觀質(zhì)量差。另外，馬口接縫防水較差，難控制，易出現(xiàn)滲漏水，未設(shè)計預(yù)留變形量，在實(shí)際施工過程中，馬口、仰拱開挖，拱部會產(chǎn)生一定的下沉量。通過設(shè)計院、業(yè)主和監(jiān)理共同研究決定將礦山法改為新奧法，支護(hù)參數(shù)中噴混凝土厚度增加到24cm，格柵鋼架間距為50cm一榀，模筑混凝土60cm，預(yù)留變形量15cm，考慮下穿段地質(zhì)條件較差，超前支護(hù)增加了φ32邁式錨桿，L=600cm，間距35cm。

2.2 具體施工方法

2.2.1 左右洞施工順序

朝陽寺隧道為雙線六車道，左洞和右洞的凈距為11.58m，根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況決定采取左洞超前、右洞后續(xù)的施工方法，左右洞開挖掘進(jìn)工作面的距離控制在不小于80m，最大限度減小左右洞開挖爆破對圍巖擾動的影響，確保隧道施工安全。

2.2.2 鄰近下穿位置洞內(nèi)襯砌施工

在洞內(nèi)開挖接近渝鄰高速公路路基邊坡坡角線時，停止洞內(nèi)開挖施工。進(jìn)行已開挖段的初期支護(hù)和二次襯砌施工，二襯必須要緊跟到開挖工作面，為隧道下穿渝鄰高速公路開挖施工做好各項(xiàng)準(zhǔn)備工作。

2.2.3 開挖施工方法

隧道下穿渝鄰高速公路段地質(zhì)屬V級圍巖，為粉砂質(zhì)泥巖，隧道埋深18m，且洞頂上方有渝鄰高速公路通過，因此要嚴(yán)格控制開挖施工對地層圍巖的擾動。開挖施工要遵循“短進(jìn)尺，弱爆破，少擾動，早封閉，強(qiáng)支護(hù)，勤量測，緊襯砌”的原則。開挖方法采用雙側(cè)壁導(dǎo)坑法施工:導(dǎo)洞分為上下臺階，臺階長度為5m～8m，中夾巖側(cè)導(dǎo)坑超前20m，上下臺階相距15m～20m。上臺階開挖采用人工風(fēng)鎬開挖，遇堅(jiān)硬石質(zhì)地層人工鉆眼爆破，下臺階開挖方式主要采用挖掘機(jī)輔助松動爆破。后續(xù)開挖必須保護(hù)中夾巖巖柱不受破壞，保持中夾巖的穩(wěn)定。開挖時根據(jù)地質(zhì)情況適時調(diào)整上、下臺階長度，及時初期支護(hù)，最大限度減小地表下沉和圍巖變形。開挖施工采用松動爆破:控制好爆破藥量和爆破震動速度，要求爆破震動速度不大于12cm/s。

1)裝藥量計算。爆破作業(yè)段最大一段允許裝藥量計算公式為:Qmax=R3·(Vkp/K)3/a。其中，Qmax為最大一段爆破藥量，kg;Vkp為安全速度，cm/s;根據(jù)《爆破安全規(guī)程》并結(jié)合本隧道所處的地形、地質(zhì)情況、地表建筑物的重要程度，取距隧道周邊凈距10m處質(zhì)點(diǎn)震動速度為V≤2.5cm/s;R為爆破安全距離，m;K為地形、地質(zhì)影響系數(shù);a為衰減系數(shù)。

2)裝藥結(jié)構(gòu)。周邊眼的裝藥結(jié)構(gòu):嚴(yán)格控制周邊眼裝藥量，采用不耦合裝藥結(jié)構(gòu)，雙傳爆線結(jié)構(gòu)裝藥形式，炸藥采用φ22的2號防水炸藥，炮眼直徑為42mm，不耦合系數(shù)控制在1.4～2.0范圍內(nèi)。其他眼的裝藥結(jié)構(gòu):底板眼、內(nèi)圈眼、二臺眼、掘進(jìn)眼、掏槽眼等炮眼直徑為42mm，藥卷直徑32mm，均采用連續(xù)裝藥結(jié)構(gòu)。

3)起爆順序。掏槽眼→掘進(jìn)眼→二臺眼→內(nèi)圈眼→底板眼→周邊眼。為了減少底板眼爆破產(chǎn)生的地震動強(qiáng)度，將底板眼分成2個段分開起爆。

2.2.4 超前支護(hù)措施

進(jìn)行超前支護(hù)施工前，先對開挖工作面噴C20混凝土25cm厚進(jìn)行封閉處理，后序施工超前小導(dǎo)管注漿。同時增加雙層φ32邁式錨桿，L=600cm，間距35cm，層距35cm，在拱部120°范圍內(nèi)共施作45根(單排)邁式錨桿。桿體為中孔式，鉆頭為φ50十字鉆頭，桿體節(jié)長2m，施作過程中靠連接套進(jìn)行接長。

1)人工持YT-28風(fēng)動鑿巖機(jī)鉆孔，沿開挖外輪廓線梅花形布置，間距35cm，外層超前錨桿外插角10°～15°，內(nèi)層超前錨桿控制在3°～6°，超前錨桿的搭接長度不得小于1.0m，錨桿端部與格柵焊接牢固，洞身開挖四循環(huán)(進(jìn)尺4.0m)施作一次超前錨桿。

錨桿桿體通過轉(zhuǎn)換接頭與YT-28風(fēng)動鑿巖機(jī)鉆桿連接，由風(fēng)動鑿巖機(jī)直接頂進(jìn)，達(dá)到設(shè)計深度后，安裝止?jié){塞、墊板、螺栓和注漿接頭。

2)錨桿鉆進(jìn)過程中注意觀測水壓及鉆頭和鉆桿頂進(jìn)壓力，因?yàn)槟喾蹣O易通過鉆頭出水孔進(jìn)入桿體。

3)注漿采用水泥單液漿，用高壓注漿泵注入，使水泥漿擴(kuò)散半徑達(dá)到管棚注漿效果。

2.2.5 架立格柵施工

完成超前錨桿施工后，待水泥砂漿強(qiáng)度達(dá)到要求標(biāo)準(zhǔn)時進(jìn)行開挖，待進(jìn)尺達(dá)到1.0m時，開始立格柵，每50cm架一榀。將格柵鋼架與超前錨桿焊接牢固，然后對輪廓進(jìn)行初噴掛網(wǎng)，打錨桿(系統(tǒng)錨桿)，最后進(jìn)行噴射混凝土作業(yè)，要求格柵鋼架底腳鋪設(shè)長鋼板，以增加底腳與圍巖接觸面積，兩側(cè)底腳分別施作四根鎖腳錨桿。

2.3 隧道上方渝鄰高速公路安全防護(hù)方案

主動和高速公路管理部門協(xié)商好渝鄰高速公路安全防護(hù)方案。使隧道下穿施工得到交通、路政等有關(guān)方面的支持和幫助。在開挖接近渝鄰高速公路路基坡腳邊緣采取措施如下:

1)限制行車速度，減小行車速度對下穿段地層的震動。路面行車通過的速度限制在15 km/h。禁止行車高速通過。

2)封閉路面交通，單行半幅通車，封閉半幅路面，半幅單向行車，使封閉的半幅路面下方開挖施工上方無行車通過。

3)設(shè)置路面和洞內(nèi)施工聯(lián)絡(luò)通訊專線，派專人24 h值班。洞內(nèi)開挖松動爆破時禁止路面車輛通行，爆破結(jié)束，目測路面地形無變化后放行車輛通過。

3 監(jiān)控量測及信息反饋

監(jiān)控量測是新奧法(NATM)設(shè)計與施工的重要手段，是對施工前設(shè)計所確認(rèn)施工方案所選定的結(jié)構(gòu)形式、支護(hù)參數(shù)、預(yù)留變形量、施工工藝、施工方法及各工序作業(yè)時間等的檢驗(yàn)和修正。

3.1 監(jiān)控量測項(xiàng)目設(shè)置

1)路面監(jiān)測。在渝鄰高速路面兩側(cè)和中間分兩排設(shè)置6個地面沉降觀測點(diǎn)，用水平儀觀測地面沉降。在路面周圍地表設(shè)置6個點(diǎn)形成三角網(wǎng)，用全站儀觀測地面水平位移。2)洞內(nèi)監(jiān)測。設(shè)拱頂下沉、周邊收斂、隧底鼓起和錨桿拉拔力三個項(xiàng)目。每5m設(shè)置一個測量斷面。在拱頂設(shè)置一個點(diǎn)，拱腰設(shè)置兩個點(diǎn)，仰拱設(shè)置兩個點(diǎn)。采用WRM-3收斂儀進(jìn)行周邊收斂量測。用水準(zhǔn)儀配合懸掛鋼尺量測拱頂下沉，作為收斂量測的補(bǔ)充，用水平儀測量隧底鼓起。用錨桿測力拉拔器量測錨桿拉拔力。3)監(jiān)控量測頻率。洞內(nèi)每8 h觀測1次，每日3次，高速公路路面每日1次且每循環(huán)不少于1次。每次觀測要在下一次開挖之前進(jìn)行。錨桿拉拔力每5m一個斷面，每斷面不少于3根錨桿。

3.2 數(shù)據(jù)收集、信息反饋

1)量測數(shù)據(jù)收集、分析處理。為檢驗(yàn)量測數(shù)據(jù)的可靠性，了解圍巖變化規(guī)律和穩(wěn)定程度，為施工提供可靠的參考數(shù)據(jù)，對量測數(shù)據(jù)通過位移—時間曲線進(jìn)行回歸分析。利用u=A×e-h/1函數(shù)將量測數(shù)據(jù)進(jìn)行處理與回歸分析，繪出位移—時間曲線。

2)數(shù)據(jù)信息反饋?；貧w分析結(jié)果為:渝鄰高速路面下沉量1mm～3mm，水平位移1mm～2mm;洞內(nèi)拱頂下沉量4mm～8mm，周邊收斂最大值2.0mm，隧底鼓起量1mm～3mm。從觀測數(shù)據(jù)比較可以看出路面的數(shù)值變化比洞內(nèi)的數(shù)值變化小，開挖后，一般12 d左右圍巖變形量基本穩(wěn)定，通過量測數(shù)據(jù)分析隧道下穿渝鄰路施工方案合理，初期支護(hù)及時有效。

4 結(jié)語

朝陽寺隧道下穿渝鄰高速公路的施工方案是成功的。通過方案比選將礦山法改為新奧法施工，加強(qiáng)支護(hù)措施，采用雙側(cè)壁導(dǎo)坑法開挖輔助松動爆破，監(jiān)控量測技術(shù)，渝鄰高速公路路面封閉、單行、限速等措施，確保了隧道正常施工和渝鄰高速公路安全。

[1]JTG F60-2009，公路隧道施工技術(shù)規(guī)范[S］.

[2]鄒朝陽.地鐵區(qū)間隧道穿越建筑物施工技術(shù)[J］.山西建筑，2010，36(14):346-347.