山區(qū)懸索橋超大傾斜式隧道錨施工技術(shù)研究

池忠波,劉 志,邱 洋

(中鐵建大橋工程局集團(tuán)第一工程有限公司,遼寧 大連 116033)

1 引 言

懸索橋的錨碇方式主要包括重力式錨碇和隧道式錨碇。隧道式錨碇適合在基巖較為堅(jiān)硬的山區(qū)使用,由于其具有技術(shù)先進(jìn)、造價(jià)低、對(duì)建筑環(huán)境影響小等諸多技術(shù)優(yōu)點(diǎn),在橋梁建筑領(lǐng)域的應(yīng)用也越來越廣泛。懸索橋錨碇結(jié)構(gòu)的尺寸主要由地質(zhì)條件和主纜力決定,而主纜力主要受跨度影響。對(duì)于大跨山區(qū)懸索橋,隧道錨碇結(jié)構(gòu)直徑大、錨塞體放置深、傾斜角度大,常規(guī)施工對(duì)圍巖擾動(dòng)大,不易達(dá)到施工要求。

近年來學(xué)者們對(duì)隧道錨進(jìn)行了一些研究,汪海濱[1]等通過對(duì)隧道錨進(jìn)行有限元數(shù)據(jù)分析和試驗(yàn)對(duì)比驗(yàn)證,發(fā)現(xiàn)巖錨初始段的預(yù)應(yīng)力、錨碇長(zhǎng)度、外部應(yīng)力荷載作用量值分別控制著錨索及主體錨碇在隧道錨碇施工系統(tǒng)中直接參與外部荷載作用貢獻(xiàn)的量值和塑性作用發(fā)生時(shí)機(jī)。胡中超[2]等通過模擬出大橋隧道錨及錨碇開挖循環(huán)過程,分析了公路隧道錨及主體錨內(nèi)碇密封開挖循環(huán)過程、密封循環(huán)以及施工過程中,主體錨內(nèi)碇主體空間軸運(yùn)動(dòng)變化效應(yīng)和主體錨內(nèi)碇主體時(shí)間軸的運(yùn)動(dòng)變化效應(yīng)。對(duì)大橋隧道錨碇施工過程設(shè)計(jì)方案的施工技術(shù)應(yīng)用安全性和隧道施工過程合理性兩個(gè)部分結(jié)果進(jìn)行了具體數(shù)值計(jì)算驗(yàn)證。董志宏[3]等對(duì)矮寨新型中國(guó)大橋公路橋梁隧道錨進(jìn)行了系統(tǒng)了解和數(shù)值計(jì)算分析后的模擬,主要分析了新型大橋公路隧道錨密封開挖以及循環(huán)過程施工過程中塔基和公路隧道的應(yīng)力和位移。結(jié)果表明,開挖導(dǎo)致的圍巖位移較小,由于巖體的開挖,弱化了圍巖強(qiáng)度,增大纜力后,圍巖塑性區(qū)的范圍有增大的趨勢(shì),對(duì)下方的公路隧道安全產(chǎn)生不利影響。

國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)隧道錨進(jìn)行了大量的研究[4-5],但對(duì)超大傾角隧道錨施工設(shè)計(jì)等研究較少。本文依托主跨為760 m的油溪長(zhǎng)江大橋單跨懸索橋工程,對(duì)超大傾角隧道錨的開挖、支護(hù)及襯砌進(jìn)行了研究。該隧道錨采用微振動(dòng)、光面爆破法進(jìn)行分層開挖,配合超前小導(dǎo)管+鋼架、鎖腳和系統(tǒng)錨桿等支護(hù)方法,最后用支架模板對(duì)錨室做二次襯砌。

2 工程概況

油溪長(zhǎng)江大橋是合川至璧山至江津高速公路項(xiàng)目的控制性工程,在江津區(qū)油溪鎮(zhèn)下游1.8 km處跨越長(zhǎng)江,全橋共4聯(lián),主橋?yàn)橹骺?60 m單跨懸索橋,主纜矢高80 m,矢跨比為1∶9.5。橋塔采用門式框架結(jié)構(gòu),塔基采用承臺(tái)加樁基結(jié)構(gòu),南岸采用重力錨,北岸采用隧道錨。隧道錨結(jié)構(gòu)處于線路大挖方范圍內(nèi),挖方高度約50 m,且存在順層、滑坡堆積體及巖穴等不良地質(zhì)情況。

北錨采用隧道式錨碇,由錨塞體、散索鞍支墩及基礎(chǔ)、前錨室及明洞四部分組成。隧道長(zhǎng)70 m,最大埋深約50 m;左右隧洞線間距為33.365 m,兩側(cè)錨錠最小凈距為19.896 m。錨塞體長(zhǎng)40 m,與水平線的傾角為45°。橫斷面頂部采用圓弧形,側(cè)壁和底部采用直線形,前錨面尺寸為10.4 m×10.4 m,頂部圓弧半徑5.2 m,后錨面尺寸為15 m×15 m,頂部圓弧半徑7.5 m。

3 隧道錨施工

3.1 隧道錨開挖

(1)洞口施工

自上而下分層挖掘進(jìn)行地底開挖。地下或上洞口分層挖掘進(jìn)行場(chǎng)地,可首先采用自動(dòng)動(dòng)力裝載機(jī)分層挖掘,然后再輔以電動(dòng)動(dòng)力推土機(jī)分層進(jìn)行挖掘整平,并分層進(jìn)行壓實(shí)。地下洞口底部遇堅(jiān)硬的硬性礫石質(zhì)地層下陷致使地層爆破時(shí),可人工挖掘,使用自動(dòng)鉆眼工具進(jìn)行挖掘爆破。開掘邊坡側(cè)坡或仰斜坡的斜坡,以噴水筒或錨噴筒為基礎(chǔ)防護(hù),噴一層15 cm厚鋼筋混凝土,以穩(wěn)定速度開挖邊坡、側(cè)仰的斜坡。

洞門及洞口附近的排水、截水設(shè)施應(yīng)配合洞門施工盡早完成,并與路塹排水系統(tǒng)連通,以免地表水沖刷坡面。洞頂天溝應(yīng)順接原排水通道,利用人工進(jìn)行開挖,并保證漿砌圬工施工質(zhì)量,土質(zhì)天溝隨挖隨砌。該錨碇傾斜角度大,雨季容易灌水進(jìn)去,因此進(jìn)洞口搭設(shè)防雨棚,防雨棚長(zhǎng)60 m、寬54 m、高12 m。

(2)爆破施工

隧道錨爆破建議采用微振動(dòng)、光面爆破法,以利于保證建筑圍巖的整體完整性,并且還應(yīng)及時(shí)進(jìn)行支護(hù)、施工以及襯砌,防止建筑圍巖整體變形程度過大。開挖循環(huán)進(jìn)尺:建議進(jìn)尺為1.2～1.5 m。炮孔布置及孔網(wǎng)參數(shù):爆破孔孔徑與鉆孔設(shè)備相關(guān),40 mm左右,孔深與一次掘進(jìn)深度相關(guān),建議1.2～1.5 m,掏槽孔比崩落孔超深20～30 cm。對(duì)于光爆孔,孔間距為0.4～0.5 m,藥卷直徑為25 mm。

(3)出渣與排水系統(tǒng)

圖1(b)中上臺(tái)階①開挖完成后,利用拱部核心土形成操作平臺(tái),②提供機(jī)械站位,下臺(tái)階③按照相應(yīng)爆破參數(shù)分兩部開挖,這種開挖方式可以有效地內(nèi)部利用爆破石渣,無需使用施工臺(tái)車,大大加快工程進(jìn)度。洞內(nèi)鋪設(shè)出渣軌道,軌道選用38 kg/m鋼軌。在初支已成環(huán)區(qū)段,鋼軌直接焊接固定于均布的工字鋼頂面。機(jī)械設(shè)備上下及斗車牽引采用30 t卷?yè)P(yáng)機(jī)牽引。卷?yè)P(yáng)機(jī)錨塊采用地錨,位于卷?yè)P(yáng)機(jī)后方,錨塊錨固力按不小于400 kN設(shè)計(jì),斗車采用后卸式,可以較好地利用地勢(shì)高差進(jìn)行作業(yè)。

圖1 二襯鋼管支架

3.2 初期支護(hù)

(1)超前小導(dǎo)管及鋼架

超前小導(dǎo)管采用外徑42 mm、壁厚3.5 mm熱軋無縫鋼管。超前小導(dǎo)管施工時(shí),鋼管以10°～15°外傾打入圍巖。鋼管長(zhǎng)度L=3.5 m,環(huán)向間距40 cm,每打完一排鋼管注漿后,開挖拱部及第一次噴射混凝土、架設(shè)鋼架、初期支護(hù)完成后,縱向間隔2 m再打另一排鋼管,超前小導(dǎo)管的搭接長(zhǎng)度不小于1 m。鋼架在現(xiàn)場(chǎng)加工棚內(nèi)采用R400型鋼冷彎?rùn)C(jī)分節(jié)段制作。每榀鋼拱架分段制作完成后進(jìn)行試拼,檢查鋼架尺寸及輪廓是否滿足設(shè)計(jì)要求。

(2)鎖腳和系統(tǒng)錨桿

鎖腳錨采用φ42×3.5 mm熱軋無縫鋼管,錨管前端加工成錐形,以便插打。中間部位鉆設(shè)直徑為8 mm的溢漿孔,呈梅花形布置,間距為15 cm,尾部1 m范圍內(nèi)不鉆孔以防漏漿,末端焊直徑為8 mm的環(huán)形箍筋。系統(tǒng)錨桿是隧道錨初期支護(hù)的重要組成部分,拱墻采用φ22 mm中空注漿錨桿,錨桿長(zhǎng)度3 m、4.5 m交錯(cuò)布置,環(huán)向間距l(xiāng).2 m,縱向間距1.0 m,呈梅花形布置。

(3)噴射混凝土

噴射時(shí)噴嘴與受噴面間保持適當(dāng)距離,噴射角度盡可能接近90°,以使獲得最大壓實(shí)和最小回彈。噴嘴與受噴面間距宜為1.5 m左右;噴嘴應(yīng)連續(xù)、緩慢作橫向環(huán)行移動(dòng);若受噴面被鋼架、鋼筋網(wǎng)覆蓋時(shí),可將噴嘴稍加偏斜,但不小于70%。如果噴嘴與受噴面的角度過大或過小,會(huì)造成混凝土物料在受噴面上的滾動(dòng),產(chǎn)生出凹凸不平的波形噴面,增加自彈量,影響噴混凝土的質(zhì)量。

3.3 二次襯砌

二次襯砌施工采用支架模板方案進(jìn)行混凝土澆筑,支架采用自制臺(tái)架或滿堂支架,模板采用1.5×0.3 m、1.5×0.15 m定型小塊鋼模板,模板背楞采用I10工字鋼,呈圓弧狀。襯砌施工順序縱向?yàn)?底板及底板以上0.5 m處(倒角上口)→邊墻及拱部,見圖1。

錨室段二次襯砌在錨塞體澆筑完成后施做。第一段混凝土澆筑完成后,搭設(shè)第二段滿堂支架,進(jìn)行第二段防水板、鋼筋、模板安裝及混凝土澆筑,重復(fù)上述步驟,直至完成錨室段最后一段二次襯砌施工。

3.4 質(zhì)量控制要點(diǎn)

隧道隧洞口斷面尺寸小,錨體軸線與水平線夾角45°。中空注漿錨桿的灌漿強(qiáng)度應(yīng)不小于設(shè)計(jì)和規(guī)范要求,錨桿孔內(nèi)灌漿密實(shí)飽滿。鉆爆法施工隧洞洞身開挖允許偏差,見表1。噴射混凝土支護(hù)應(yīng)與圍巖緊密粘接,結(jié)合牢固,噴層厚度應(yīng)符合設(shè)計(jì)要求,不能有空洞,嚴(yán)禁掛模噴射,受噴面必須是原巖面,噴層內(nèi)不允許添加片石和木板等雜物,必要時(shí)應(yīng)進(jìn)行粘結(jié)力測(cè)試。噴射混凝土支護(hù)允許偏差,見表2。

表1 鉆爆法施工隧洞洞身開挖允許偏差

表2 噴射混凝土支護(hù)允許偏差

4 結(jié) 論

大跨懸索橋超大傾角隧道錨采用常規(guī)施工方法,容易引起安全隱患,降低施工質(zhì)量。結(jié)合山區(qū)地形和場(chǎng)地條件,對(duì)隧道錨開挖、支護(hù)及施工進(jìn)行研究。隧道錨錨洞采用微振動(dòng)光面爆破法分層開挖,洞內(nèi)鋪設(shè)出渣軌道。隧道錨主要采用鎖腳和系統(tǒng)錨桿進(jìn)行初次支護(hù),配合超前小導(dǎo)管+鋼架進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng),二次襯砌施工采用支架模板方案進(jìn)行混凝土澆筑。隧道式錨碇預(yù)應(yīng)力系統(tǒng)施工完成,驗(yàn)證其開挖精度和支護(hù)質(zhì)量,安全穩(wěn)定。通過這些施工技術(shù)加快了施工進(jìn)度,有效節(jié)約了成本,保證了超大傾角隧道錨的施工安全和質(zhì)量,為同類工程施工建設(shè)提供指導(dǎo)。