福州湖東路暗挖段隧道施工技術(shù)方案

■林 濤

(福州市城鄉(xiāng)建設(shè)發(fā)展總公司，福州 350007)

福州湖東路暗挖段隧道施工技術(shù)方案

■林 濤

(福州市城鄉(xiāng)建設(shè)發(fā)展總公司，福州 350007)

隧道是線路施工的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，往往影響整個(gè)工程的進(jìn)度。如何采用合理優(yōu)化的技術(shù)方案，選用適當(dāng)?shù)拈_挖方案，解決各種技術(shù)難題，達(dá)到快速掘進(jìn)的效果，已經(jīng)成為隧道施工中的熱門問題。本文以福州湖東路暗挖段隧道為工程背景，簡(jiǎn)要介紹了在花崗巖分布較為廣泛的福建地區(qū)，進(jìn)行隧道開挖所采用的主要施工方案，為今后該地區(qū)的隧道施工提供借鑒參考。同時(shí)，本方案對(duì)在福建地區(qū)典型的花崗巖地質(zhì)情況下進(jìn)行隧道施工具有參考價(jià)值。

暗挖 花崗巖 隧道 施工技術(shù)

1 工程概況

福州市湖東路位于福州市晉安區(qū)，金雞山南麓。道路設(shè)計(jì)等級(jí)為城市主干道Ⅰ級(jí)，設(shè)計(jì)時(shí)速50km/h，雙向四車道規(guī)模，其中隧道為城市二類隧道，建筑限界寬9.25m，高 5m。

隧道暗挖段采用分離式雙孔隧道，線形整體呈魚腹形布置，線路東西走向，全長(zhǎng)825.4m，最小曲線半徑700m。在K0+524.6進(jìn)入西端隧道暗挖段，下穿學(xué)校及鶴林村民房，在K1+350進(jìn)入東端明挖暗埋段。隧道暗挖段凈距5～24m。沿線設(shè)置六個(gè)橫通道，其中為五個(gè)人行橫通道，一個(gè)車行兼人行橫通道，兩個(gè)雨水泵房，一座管理用房。線路縱坡呈W型布置，最大縱坡5.5%，最小縱坡0.3%，隧道典型斷面如圖1所示。

圖1 隧道典型斷面圖

2 現(xiàn)場(chǎng)施工條件

2.1 地質(zhì)條件

場(chǎng)地上部多為第四系更新統(tǒng)長(zhǎng)樂組沖洪積物和殘坡積土(Qal+pl)，分布廣泛。沖洪積物主要分布于隧道東部和西部出口，為灰黃、灰白色粘土、松散砂礫層等組成，中部為碎石或卵石。殘坡積層(Qel)基本覆蓋整個(gè)區(qū)域，主要有花崗巖和火山巖類經(jīng)過長(zhǎng)期物理、化學(xué)風(fēng)化等形成。場(chǎng)地下部埋藏不同風(fēng)化程度的巖層，巖性以花崗巖為主，偶見斑巖類，另發(fā)現(xiàn)閃長(zhǎng)巖、玢巖，以巖脈形式穿插其間。

隧道全線Ⅲ級(jí)圍巖占6%，Ⅳ級(jí)圍巖占15.2%，Ⅴ級(jí)圍巖占21.4%，Ⅵ級(jí)圍巖占57.4%。

2.2 水文條件

在暗挖段場(chǎng)地(多為金雞山山體部分)，地下水露頭及涌水量有限，含水巖組富水性屬弱—中等富水，地下水以松散巖土類孔隙水和風(fēng)化帶裂隙水為主，坡殘積粘性土土質(zhì)不均，粘粒含量高，其中的孔隙水富水性差異大；風(fēng)化帶裂隙水富水性差異較大，并且風(fēng)化帶孔隙裂隙水具承壓，向上補(bǔ)給松散巖類孔隙水。

場(chǎng)地中下部的基巖裂隙承壓水，多賦存于砂土狀強(qiáng)風(fēng)化巖、碎塊狀強(qiáng)風(fēng)化巖、各類中-微風(fēng)化巖構(gòu)造裂隙網(wǎng)絡(luò)中。由于風(fēng)化程度不同，風(fēng)化孔隙裂隙率和連通性差異較大，其透水性具不均勻性，總體透水性較弱，富水性較差，并主要受大氣降水及地表水滲流影響，多為基巖裂隙的垂直補(bǔ)給。

3 施工技術(shù)方案

為滿足施工工期要求，隧道采用兩端掘進(jìn)，根據(jù)工程地質(zhì)特征，暗挖段采用淺埋暗挖法和鉆爆法施工，鉆爆法[3]施工嚴(yán)格按照“新奧法”原理組織施作，并根據(jù)隧道規(guī)模、不同圍巖基礎(chǔ)、地下水出水情況、周邊環(huán)境及安全、合理施工的要求選擇相應(yīng)工法；淺埋暗挖段應(yīng)嚴(yán)格控制地表沉降，沉降控制基準(zhǔn)應(yīng)滿足相關(guān)技術(shù)規(guī)范的要求，施工中應(yīng)嚴(yán)格遵循“管超前、嚴(yán)注漿、短進(jìn)尺、強(qiáng)支護(hù)、早封閉、勤量測(cè)”的基本原則。

隧道開挖采用手持風(fēng)鉆鉆眼，光面爆破施工，出渣采用無軌運(yùn)輸方式運(yùn)出洞外，利用明挖暗埋段預(yù)留斜坡道運(yùn)出基坑并運(yùn)至指定棄渣場(chǎng)堆放。噴射混凝土采用濕噴工藝；防水板無釘鋪設(shè)；襯砌作業(yè)采用仰拱超前，拱墻一次成型法。拱墻襯砌采用全斷面液壓鋼模襯砌臺(tái)車，混凝土由商品混凝土拌合站集中拌制，攪拌運(yùn)輸車運(yùn)至施工現(xiàn)場(chǎng)，輸送泵泵送灌注。

3.1 隧道洞口施工

隧道東、西兩端洞口施工均以豎井方式進(jìn)洞。洞口段在豎井結(jié)構(gòu)混凝土施工時(shí)，預(yù)留出洞口輪廓。洞口輪廓線在設(shè)計(jì)輪廓線基礎(chǔ)上預(yù)留120cm，包含導(dǎo)向墻70cm，隧道二次襯砌50cm。豎井框架結(jié)構(gòu)混凝土施工完成后，將洞口范圍內(nèi)1200mm圍護(hù)破除后在圍護(hù)樁下面做導(dǎo)向墻施工。導(dǎo)向墻用C25混凝土澆筑，導(dǎo)向墻完成后進(jìn)行管棚施工。管棚完成后進(jìn)行隧道全斷面注漿和隧道開挖。

3.2 洞身開挖

隧道Ⅲ級(jí)圍巖采取鉆爆法中上下臺(tái)階法開挖，Ⅴ級(jí)巖質(zhì)圍巖及Ⅳ及圍巖段采用鉆爆法中兩臺(tái)階預(yù)留核心土法施工，Ⅴ土質(zhì)圍巖(包括洞口小凈距段、洞身小凈距段)采用淺埋暗挖法中CRD法施工。

本隧道工程Ⅲ級(jí)圍巖里程分別為南線K0+944.6～K0+964.6， 北線 K0+581.6～K0+611.6 和 K0+846.6～K0+971.6，開挖采用上下臺(tái)階法[1]進(jìn)行施工，每循環(huán)進(jìn)尺控制在3m以內(nèi)。開挖時(shí)先開挖上部導(dǎo)坑，并進(jìn)行初期支護(hù)，再開挖剩余部分的施工方法，施工流程圖如圖2所示。

使用上下臺(tái)階法開挖的技術(shù)要求為：①初期支護(hù)采用系統(tǒng)錨桿+掛網(wǎng)噴混，系統(tǒng)錨桿采用Φ22砂漿錨桿，桿體長(zhǎng)3.0m，間距1.2m梅花形布置；鋼筋網(wǎng)采用φ6.5鋼筋@20×20cm單層布置；噴射混凝土采用C25混凝土，厚度為10cm；②每部開挖完成后立即噴射混凝土，并做好初期支護(hù)，施工中嚴(yán)格遵循新奧法的基本原則；③隧道洞身開挖嚴(yán)禁采用長(zhǎng)臺(tái)階施工。初支必須嚴(yán)格執(zhí)行每循環(huán)進(jìn)尺不得大于3m的規(guī)定，非爆破開挖和爆破開挖初支應(yīng)分別于8h和12h內(nèi)完成開挖、噴射混凝土作業(yè)，確保初支快挖、快支、快速封閉；④要改進(jìn)仰拱開挖方法，下臺(tái)階開挖底面標(biāo)高可適當(dāng)下落。

圖2 上下臺(tái)階法施工流程

本隧道工程Ⅴ級(jí)巖質(zhì)圍巖里程為南線K0+874.6～K0+944.6，Ⅳ圍巖里程為南線K0+634.6～K0+874.6和北線K0+611.6～K0+846.6，開挖采用鉆爆法[2]兩臺(tái)階預(yù)留核心土法進(jìn)行施工，每循環(huán)進(jìn)尺控制在1m以內(nèi)。上部環(huán)形導(dǎo)坑以人工風(fēng)鎬或挖掘機(jī)開挖為主，輔以弱爆破，開挖后及時(shí)進(jìn)行初期支護(hù)，再采用控制爆破開挖核心土，最后開挖剩余部分土體并及時(shí)施作仰拱和仰拱回填的施工方法，施工流程圖如圖3所示。

圖3 預(yù)留核心土法施工流程

使用預(yù)留核心土法施工對(duì)技術(shù)主要有以下幾個(gè)方面要求：①施工時(shí)，先對(duì)隧道拱部采用超前加固，然后分部開挖；②開挖時(shí)，為減輕對(duì)周邊圍巖的擾動(dòng)，盡可能采用風(fēng)鎬或機(jī)械法開挖，確需爆破時(shí)，應(yīng)控制好裝藥量，采用弱震動(dòng)爆破法開挖。各部位開挖后，及時(shí)按設(shè)計(jì)要求完成初期支護(hù)結(jié)構(gòu)，使各部位能及時(shí)封閉，提高其受力性能，減少地層沉降變形；③各部開挖時(shí)，周邊輪廓應(yīng)盡量圓順，減小應(yīng)力集中；④各部的底部高程應(yīng)與鋼架接頭處一致，每一步的開挖高度應(yīng)根據(jù)地質(zhì)情況確定。

本隧道工程暗挖段東、西端豎井進(jìn)出口30m為洞口小凈距段，南線K0+554.6-K0+634.6及K1+180-K1+320和北線K0+551.6-K0+581.6及K1+140-K1+310為洞身小凈距段，另南線K0+964.6-K1+180和北線K0+971.6-K1+140段為Ⅴ級(jí)圍巖下穿越鶴林村房屋段，以上工段隧道開挖采取淺埋暗挖法CRD法施工。

使用CRD法施工[3，4]要嚴(yán)格執(zhí)行“管超前、嚴(yán)注漿、短進(jìn)尺、強(qiáng)支護(hù)、勤量測(cè)、早封閉”的施工基本原則。首先應(yīng)完成管棚護(hù)拱(管棚工作室)，長(zhǎng)管棚的施工或完成超前小導(dǎo)管支護(hù)的施工，然后按此工法進(jìn)行施工。CRD法施工工序橫斷面如圖4所示。

圖4 CRD法施工工序橫斷面圖

施工流程可以分為以下幾點(diǎn)：(1)超前支護(hù)完成后，小型挖掘機(jī)配合人工風(fēng)鎬開挖①部，控制每次開挖進(jìn)尺0.5m，噴射混凝土封閉掌子面，施作①部導(dǎo)坑周邊的初期支護(hù)和臨時(shí)支護(hù)，初噴4cm厚混凝土，安裝鋼筋網(wǎng)片，架立型鋼鋼架和臨時(shí)鋼架和橫撐，并設(shè)鎖腳錨桿，鉆設(shè)徑向注漿小導(dǎo)管孔并打入小導(dǎo)管后復(fù)噴混凝土至設(shè)計(jì)厚度，最后再進(jìn)行徑向注漿作業(yè)；(2)滯后①部1m采取小型挖掘機(jī)配合人工風(fēng)鎬開挖②部，噴射混凝土封閉掌子面，導(dǎo)坑周邊部分初噴4cm厚混凝土。安裝鋼筋網(wǎng)片，接長(zhǎng)型鋼鋼架和臨時(shí)鋼架及橫撐，并設(shè)置鎖腳錨桿，鉆設(shè)徑向錨桿后復(fù)噴混凝土至設(shè)計(jì)厚度；(3)在滯后于②部10～15m距離后，開挖③部，噴射混凝土封閉掌子面，施作周邊和臨時(shí)支護(hù)，步驟同①部；(4)在滯后于③部1m距離后，開挖④部，接長(zhǎng)型鋼鋼架和臨時(shí)鋼架、橫撐，并施作導(dǎo)坑周邊的初期支護(hù)和臨時(shí)支護(hù)，步驟及工序同②部；(5)在滯后于④部約10～15m距離后，開挖⑤部并施作導(dǎo)坑周邊的初期支護(hù)和臨時(shí)支護(hù)，步驟及工序同③部；(6)在滯后于⑤部約1m距離后，開挖⑥部。隧底周邊部分噴混凝土至設(shè)計(jì)厚度，步驟和工序同④部；(7)隧底開挖后盡快施作仰拱與填充，仰拱一次性灌注，且與隧底填充混凝土分開施工。中隔壁暫不全部拆除，保留仰拱中隔壁鋼架部分，將鋼架埋入仰拱及填充。仰拱滯后⑥部土體不超過10m；(8)根據(jù)監(jiān)控量測(cè)的結(jié)果進(jìn)行分析，圍巖和初期支護(hù)基本穩(wěn)定后拆除臨時(shí)鋼支撐，鋪設(shè)防水層澆筑二襯混凝土。臨時(shí)支撐拆除一次拆除長(zhǎng)度小于5m；(9)南線北線進(jìn)口段設(shè)置先行與后行洞，本工程先行洞東、西線均選擇南線，后行洞掌子面滯后先行洞距離約為20m。

3.3 施工支護(hù)方案

本隧道工程支護(hù)方式分為超前支護(hù)和初期支護(hù)。超前支護(hù)包括超前砂漿錨桿、超前大管棚、超前注漿小導(dǎo)管；初期支護(hù)包括鎖腰鎖腳錨桿、砂漿錨桿、徑向注漿小導(dǎo)管、鋼拱架、掛網(wǎng)噴混(下穿房屋段為鋼纖維噴射混凝土)。

表1 襯砌施工方案

3.4 防水施工

隧道在初期支護(hù)和二次襯砌之間設(shè)防水層，防水層由2.0mm厚EVA防水板加土工布組成，土質(zhì)圍巖段采用全包防水，巖質(zhì)圍巖段在拱墻連接處，沿隧道縱向設(shè)置Φ100mm軟式透水管，沿縱向間隔3～5m設(shè)一道Φ50mm軟式透水管與縱向軟式透水管及橫向PVC導(dǎo)水管三通連接，并通過橫向PVC導(dǎo)水管將襯砌背后匯集的水引入洞內(nèi)路面兩側(cè)排水溝。

洞內(nèi)防水板利用多功能作業(yè)平臺(tái)車用吊環(huán)法整幅式掛設(shè)，采用無釘掛設(shè)工藝施工，使用強(qiáng)力釘及熱融襯墊將土工布固定在噴射混凝土基面上，用壓焊器使熱融襯墊與防水板熱融焊接，鋪設(shè)在土工布表面。

3.5 襯砌施工

隧道的襯砌的施工時(shí)間要根據(jù)監(jiān)控、量測(cè)來確定，表1列出了襯砌施工的主要項(xiàng)目和施工方案。

4 結(jié)論

福州湖東路暗挖段隧道施工技術(shù)方案是綜合考慮了地質(zhì)情況、施工工期、施工安全、資金投入和環(huán)境保護(hù)等各方面因素確定的，方案詳細(xì)合理。同時(shí)，本方案對(duì)在福建地區(qū)典型的花崗巖地質(zhì)情況下，進(jìn)行隧道施工具有參考價(jià)值。

[1]秦一方，王新順.大南山隧道施工技術(shù)方案比選研究[D].河北：石家莊鐵道大學(xué)，2014.

[2]趙忠保.青云山隧道施工方案研究[J].鐵道建筑，2010，03.

[3]劉悅，等.圍巖性狀非對(duì)稱公路隧道施工方案優(yōu)化研究[J].公路，2012，09(09).

[4]徐俊.軟弱圍巖大跨度公路隧道施工方案研究[J].城市道橋和防洪，2016，08(08).