沈家泉隧道洞身明洞施工方案

徐鵬飛

中鐵隧道股份有限公司隧道二公司 河南 鄭州 450001

引言

施工方案的制定,往往要綜合質(zhì)量、安全和工期的要求進(jìn)行考慮,在保證安全、質(zhì)量的前提下,盡可能的對施工方案進(jìn)行優(yōu)化比選,結(jié)合經(jīng)濟(jì)因素,選出最優(yōu)化的施工方案。本文就新建張家口至唐山鐵路沈家泉隧道洞身明洞段施工方案的優(yōu)化比選進(jìn)行研究和探討,對不同施工方案之間的優(yōu)化比選進(jìn)行總結(jié)。

1 工程概況

1.1 工程位置及環(huán)境

沈家泉隧道為新建張家口至唐山鐵路雙線隧道,全長2859m。改DK102+144～+192段48米洞身設(shè)計為明挖施工,左側(cè)70米為村莊,正洞上方為3.5m 寬村村通公路,公路兩側(cè)為農(nóng)田,設(shè)計紅線占地面積為5610m2。該地區(qū)歷年最冷月平均氣溫-10.1℃,土壤最大凍結(jié)深度為1.62m。明挖段平面圖見圖1。

圖1 明挖段平面布置圖

1.2 設(shè)計方案

明挖施做,臨時邊仰坡噴錨網(wǎng)防護(hù),于明暗交界處向大小里程暗洞方向施做30m 超前大管棚;全環(huán)施做0.7m 厚鋼筋混凝土襯砌,采用全封閉防水,隧底鋪設(shè)10cm 厚C15素混凝土墊層。具體見圖2。

1.3 工程地質(zhì)及水文地質(zhì)

碎石土構(gòu)造,雜色、中密、稍濕,碎石土成分主要為安山巖,無滲水。實測該段最大埋深為4.2m,最小埋深為1.8m。根據(jù)現(xiàn)場地形地貌判斷,該段為雨季降水徑流排泄渠道,地表徑流示意見圖3。

圖2 設(shè)計方案示意圖

圖3 地表徑流示意圖

2 明挖施工所面臨的問題

1)明挖施工雖可提前施做,加快施工進(jìn)度,但根據(jù)實際的進(jìn)度推算,暗洞開挖至明洞處為11月中旬,正值冬季低溫期,氣溫以零下為主,明洞襯砌需露天施工,且暗挖進(jìn)洞混凝土質(zhì)量也會受低溫影響。根據(jù)標(biāo)段施組及工期要求,沈家泉隧道必須進(jìn)行冬季施工。

2)明挖基坑邊仰坡高度在12m～17m 之間,屬于深基坑,若遇較大降雨天氣,地表徑流受阻,基坑積水,土體浸泡,可能造成邊坡失穩(wěn)滑垮。

3 方案比選

1)若進(jìn)行常規(guī)性暗挖,該段為碎石土堆積地層,埋深極淺,施工過程中極易出現(xiàn)坍塌冒頂,存在安全隱患,且進(jìn)度緩慢。

2)因此,需進(jìn)一步優(yōu)化方案。半明半暗施工,提前明挖上臺階,預(yù)留上臺階土體,箍立上臺階拱架,混凝土噴射完畢后回填,暗挖到位后接立下部拱架。可保證安全,加快施工進(jìn)度。

綜上所述,考慮安全、質(zhì)量、工期和經(jīng)濟(jì)因素,半明半暗施工是最優(yōu)化的施工方案。

4 半明半暗施工方案

4.1 施工參數(shù)

1)初期支護(hù)全環(huán)立設(shè)20cm 格柵鋼架,鋼架間距0.75m,初支混凝土采用C25噴砼;二次襯砌采用C35鋼筋混凝土,全環(huán)厚度50cm。詳細(xì)支護(hù)參數(shù)表見表2所示。

表2 半明半暗支護(hù)參數(shù)表

2)施工橫斷面見圖4所示。

圖4 半明半暗施工示意圖

4.2 施工組織

以鄉(xiāng)村公路為界,先開挖小里程側(cè),并預(yù)留公路邊緣4米范圍內(nèi)土體。棄土倒運至大里程側(cè)紅線范圍內(nèi);待上臺階初支施做完畢后,利用原棄土夯填至初支上1.5米處,改DK102+135處預(yù)留通風(fēng)井,改移鄉(xiāng)村公路至改DK102+148處;然后開挖剩余部分,仍在紅線內(nèi)棄土;施工回填完畢后,鋪設(shè)粘土隔水層50cm,鋪砌1.47m 厚漿砌片石。

4.3 半明半暗施工關(guān)鍵技術(shù)

1)上臺階拱架施做時,縱向連接筋采用12米φ22螺紋鋼,相鄰循環(huán)搭接不小于20cm,環(huán)向間距50cm;上臺階拱腳縱向工字鋼使用I16型鋼,采用整12米或9米工字鋼在拱腳處穿入格柵,并與格柵焊接牢固,保證工字鋼截面豎直,中下臺階拱架施做時能起到良好的懸挑作用。主要工序見圖5、圖6、圖7所示。

圖5 上臺階明挖立拱噴漿并回填

2)為保證上臺階土體開挖過后的留置形狀符合要求,機械開挖時預(yù)留15cm 人工清理。特別是拱腳位置,留置30cm 人工掏挖,避免噴射混凝土包裹連接板,便于后續(xù)拱架接設(shè)。

圖6 暗挖到位后接設(shè)中下臺階及仰拱拱架

圖7 上臺階拱腳縱向工字鋼施做示意圖

3)立拱過程中格柵擺放到位后,穿入工字鋼,串聯(lián)完畢定位焊接固定牢固,工字鋼縱向連接采用40cm×10cm 的14mm厚鋼板在工字鋼腹部雙面幫焊。拱架立設(shè)完畢對拱架內(nèi)側(cè)留置土體基面進(jìn)行找平處理,避免暗挖到位后初支面平整度不足。縱向連接筋與格柵內(nèi)外緣交錯布置,環(huán)向間距50cm,鋼筋網(wǎng)片在鋼架外沿滿鋪。

5 結(jié)論與討論

1)半明半暗施工避免了作業(yè)面的冬季施工,同時在暗洞到位前提前施做上臺階,免去暗挖施做超前支護(hù),方便暗挖快速通過。

2)縱向工字鋼的使用,并嚴(yán)格核心土的預(yù)留,能很好的約束上臺階初期支護(hù)的沉降變形。

3)半明半暗開挖4704m3,較原設(shè)計大大較少,同時利用原土回填,減少了棄土到運。