探討市政隧道工程設(shè)計(jì)關(guān)鍵問題與對(duì)策

梁林松

(中國市政工程西北設(shè)計(jì)研究院有限公司貴州分公司，貴州 貴陽 550000)

1 引 言

某城市快速路隧道位于主城區(qū)，雙向八車道雙洞拱形結(jié)構(gòu)，單洞最大開挖跨度達(dá)21.6 m，斷面扁平。景觀及行車環(huán)境的要求不言而喻，隧道洞口用地也必然受限，同時(shí)本項(xiàng)目位于巖溶區(qū)，相應(yīng)的環(huán)保和施工風(fēng)險(xiǎn)控制也至關(guān)重要。因此，經(jīng)過綜合性的認(rèn)真分析，對(duì)本隧道的勘察設(shè)計(jì)而言，其關(guān)鍵技術(shù)問題為隧道結(jié)構(gòu)類型的選擇、四車道大跨扁平隧道結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、不良地質(zhì)(巖溶)的處理措施等。

2 市政隧道工程結(jié)構(gòu)類型的選擇問題與對(duì)策

就市政隧道工程而言，設(shè)計(jì)平縱面的時(shí)候，需要基于路線走向，同時(shí)還要考慮兩端接線實(shí)際，將交通功能實(shí)現(xiàn)。并且還要結(jié)合隧道施工的難度以及投資造價(jià)等因素，綜合考慮隧道的設(shè)置于結(jié)構(gòu)類型的選擇。隧道位于主城區(qū)快速路，隧道進(jìn)出口兩側(cè)均直接連接橋梁。因用地存在局限性，需解決兩側(cè)接線問題，并且在施工難度、施工周期與工程造價(jià)三者之間找到一個(gè)平衡點(diǎn)。如果使用結(jié)構(gòu)受力復(fù)雜、造價(jià)較高的連拱隧道，有著較大的施工難度和較長(zhǎng)的周期，更存在中墻滲漏水等突出問題。

若采用用分離式隧道模式，雖然有著明確的結(jié)構(gòu)受力，也會(huì)降低工程的造價(jià)以及施工難度。但相應(yīng)用地范圍會(huì)急劇增大，這對(duì)于該隧道而言，顯然是不可行的。

就小凈距隧道結(jié)構(gòu)型式而言，與連拱隧道相比不僅施工難度相對(duì)較小，工程造價(jià)也較低，相對(duì)于分離式隧道，其用地也節(jié)約了，施工進(jìn)度加快了。在圍巖較為完整的區(qū)域，其有著無與倫比的優(yōu)勢(shì)。結(jié)合相似情況的建成隧道工程經(jīng)驗(yàn)，在本次研究中，采用了小凈距隧道結(jié)構(gòu)形式，可以解決隧道用地的問題同時(shí)具有較為經(jīng)濟(jì)的工程造價(jià)以及較低的施工難度。

3 市政隧道工程四車道大跨扁平隧道結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)問題與對(duì)策

3.1 大跨扁平隧道雙洞合理間距及布置形式

就市政雙洞大跨隧道而言，其間距和工程造價(jià)以及隧道的布置形式可以說有著密切的關(guān)系。若隧道凈間距過小，隧道雙洞施工期間將會(huì)相互對(duì)整體結(jié)構(gòu)受力產(chǎn)生不利影響，有著較高的支護(hù)費(fèi)用和較大的施工風(fēng)險(xiǎn)；若凈間距過大，兩洞之間的不利影響將消除，但洞口占地增加，布線難度也會(huì)提升。因此，要對(duì)隧道中夾巖柱的受力狀態(tài)進(jìn)行全面考慮，同時(shí)認(rèn)真分析開挖爆破的影響因子。雙洞隧道方案的重要指標(biāo)之一就是對(duì)隧道凈間距的科學(xué)選擇。就兩個(gè)相鄰隧道而言，確定隧道最小凈距的時(shí)候，要充分考慮圍巖級(jí)別等因素。還要基于多個(gè)層面諸如荷載計(jì)算、模擬實(shí)驗(yàn)、工程類比等不斷分析，最終根據(jù)多方面因素?cái)M定的雙洞凈間距13.5～23 m。并且該項(xiàng)目為雙向八車道大跨扁平隧道，需要選擇科學(xué)的支護(hù)模式與相應(yīng)的支護(hù)參數(shù)，方能保障隧道施工及運(yùn)營的安全。

3.2 大跨扁平隧道數(shù)字化施工及監(jiān)測(cè)

為了把本項(xiàng)目發(fā)展成為數(shù)字化城市快速路，就控制性的工程隧道而言，首先要將數(shù)字化實(shí)現(xiàn)。在隧道施工的時(shí)候?qū)⒑诵膬?nèi)容為監(jiān)控量測(cè)、質(zhì)量檢驗(yàn)的數(shù)字化監(jiān)控體系建立起來，使施工安全以及質(zhì)量可以得以保證。尤其是針對(duì)巖溶等貴州地區(qū)常見的不良地質(zhì)進(jìn)行襯砌健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的相應(yīng)設(shè)置，從而可以全面掌控隧道支護(hù)受力與圍巖應(yīng)力重新分布的情況。

3.3 大跨扁平隧道結(jié)構(gòu)驗(yàn)算及結(jié)論

根據(jù)以上幾點(diǎn)的考慮，本方案基于隧道的八車道大跨扁平隧道結(jié)構(gòu)進(jìn)行了專門的計(jì)算驗(yàn)證。其工法與初期支護(hù)受力評(píng)價(jià)：通過地層-結(jié)構(gòu)法的計(jì)算，結(jié)果說明，基于Ⅴ級(jí)圍巖淺埋雙側(cè)壁導(dǎo)坑法施工條件下。如果對(duì)輔助施工措施不考慮，諸如超前管棚等，圍巖變形收斂且相對(duì)穩(wěn)定，但有著較大的變形量值，其中拱頂沉降最終值約56 mm、水平收斂值約40 mm。此外，初期支護(hù)襯砌受力較大，最大壓應(yīng)力9 MPa出現(xiàn)在先行施工的左導(dǎo)洞拱腳處，最大拉應(yīng)力5 MPa出現(xiàn)在豎向臨時(shí)支撐的上下臺(tái)階接頭處。拉應(yīng)力量值已經(jīng)超標(biāo)。

結(jié)合計(jì)算結(jié)果而言，本項(xiàng)目四車道大跨度隧道施工時(shí)，使用雙側(cè)壁導(dǎo)坑法，顯然是可行的。就初期支護(hù)而言，雖然受力相對(duì)較大，但仍在可控安全范圍之內(nèi)。同時(shí)由于存在著較大的圍巖變形量，為了防止局部塌方設(shè)置了小導(dǎo)管注漿等超前預(yù)支護(hù)來保證施工安全與質(zhì)量。

4 市政隧道工程不良地質(zhì)(巖溶)的問題與對(duì)策

本項(xiàng)目隧道通過巖溶、溶蝕現(xiàn)象分布區(qū)，隧道通過時(shí)往往會(huì)與地下發(fā)育、分布的各種規(guī)模的巖溶、洞穴、溶蝕現(xiàn)象不期而遇，其發(fā)育程度也不同。勘察鉆孔過程中在鉆孔間距50 m的情況下見洞率仍達(dá)到了10%，其中大部分有軟塑粘土充填。同時(shí)隧址區(qū)東側(cè)基巖為可溶性碳酸巖，在濕熱多雨氣候的影響下，巖溶較發(fā)育，在隧道施工臨近充水溶洞及規(guī)模較大的熔蝕裂隙時(shí)，易發(fā)生巖溶突水突泥，對(duì)工程安全存在較大影響。

4.1 巖溶水

(1)對(duì)于隧道灰?guī)r段，采用地質(zhì)雷達(dá)、TSP等超前預(yù)報(bào)技術(shù)，結(jié)合超前鉆孔探測(cè)，確定巖溶水地質(zhì)情況，防止巖溶涌水、突泥，并預(yù)備足夠的排水設(shè)備。

(2)對(duì)于超前探水孔中單孔流量>2 L/s，或總流量>10 L/s的巖溶段，應(yīng)預(yù)留(5～10)m巖盤進(jìn)行注漿堵水。

(3)對(duì)于超前探水孔中單孔流量<2 L/s，或總流量<10 L/s的溶洞，或溶洞與地表及外部巖層無水力聯(lián)系時(shí)，可按疏導(dǎo)的辦法進(jìn)行處理。

4.2 溶洞處理

(1)依據(jù)勘察成果，利用超前預(yù)報(bào)技術(shù)諸如TSP等，將溶洞特點(diǎn)探查清楚，結(jié)合溶洞的具體情況，將合理的處理方案制定出來。

(2)如果溶洞有著較大的規(guī)模或者溶洞雖然很小，但水流不能堵塞，或者要有松軟的填充物，處理基礎(chǔ)相對(duì)困難或者有著巨大耗資的時(shí)候，可以結(jié)合實(shí)際條件利用合理的結(jié)構(gòu)模式諸如梁跨、板跨等跨越措施等。

(3)如果干小溶洞有停止發(fā)育的，要利用混凝土等材料進(jìn)行堵塞并且將其填實(shí)好，若有需要，要采取一定的加固注漿措施以預(yù)防坍塌。

(4)有些溶洞壁面難以填實(shí)，要結(jié)合實(shí)際采取相應(yīng)的封閉加固處理措施諸如鋼筋網(wǎng)等等。

4.3 處理洞內(nèi)充填物

結(jié)合洞內(nèi)充填物的具體性狀，可利用一些技術(shù)措施諸如清除、換填、注漿等等。

4.4 突水突泥處理

隧道通過厚度較大的軟塑狀斷層破碎帶、大型溶洞軟塑充填體，可采用全斷面帷幕注漿；通過巖溶地層與非巖溶地層界面、厚度較小的斷層破碎帶、溶蝕裂縫，可采用全斷面周邊預(yù)注漿。

注漿材料為水泥-水玻璃雙液漿，漿液濃度根據(jù)地質(zhì)及水文條件進(jìn)行調(diào)整。

注漿量或注漿壓力達(dá)到要求后可停止注漿，并進(jìn)行注漿堵水效果檢查。通過壓水試驗(yàn)，在0.75 MPa的壓力下，吸水量應(yīng)小于2 L/min，否則應(yīng)補(bǔ)孔注漿。

4.5 襯砌隧道支護(hù)

進(jìn)行溶洞段穿越的時(shí)候，考慮隧道支護(hù)襯砌參數(shù)的時(shí)候，參照比相鄰路段圍巖低一級(jí)進(jìn)行，如果有必要，可以進(jìn)行護(hù)拱的設(shè)置。

5 結(jié)束語

總而言之，就市政隧道工程設(shè)計(jì)關(guān)鍵問題管理而言，要做好整個(gè)工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，并且在設(shè)計(jì)乃至整個(gè)建設(shè)過程中做好相關(guān)問題的應(yīng)對(duì)措施，就必須針對(duì)上述問題采取有效對(duì)策。實(shí)踐說明，在市政隧道工程設(shè)計(jì)和建設(shè)過程中，只要技術(shù)準(zhǔn)備充分、過程管理到位，通過采取合理的關(guān)鍵問題分析和對(duì)策比選，并做好一系列有針對(duì)性的設(shè)計(jì)管理工作，才能圓滿地完成市政隧道工程的建設(shè)。