劍門關口隧道金牛峽段明挖施工技術研究

胡野平

摘要:文章對劍門關口隧道金牛峽段明挖施工方案、施工工藝與順序、施工中的安全控制原則以及塌方與變形處理進行了分析研究。通過分析得出的經(jīng)驗有:監(jiān)控量測在該隧道大變形和塌方治理中發(fā)揮了比較明顯的作用;超前管棚的使用在隧道淺埋偏壓段的施工地段發(fā)揮了重要的作用;重視臨時仰拱在工程搶險中的作用;運用地質(zhì)雷達從淺埋段地表向下進行地質(zhì)超前預報等。

關鍵詞:劍門關口隧道;金牛峽段;明挖施工;塌方治理

中圖分類號:U455文獻標識碼:A文章編號:1009-2374(2009)22-0165-02

一、工程概況

根據(jù)設計提供的地質(zhì)資料:鉆探揭示金牛峽基巖裂隙與隧道貫通,裂隙又與峽谷水連通,其含水量較豐富,隧道施工時,可能出現(xiàn)突水和涌水現(xiàn)象,危及施工安全。隧道涌水量按地下水逕流模數(shù)法進行水文估算,隧道進口至金牛峽的滲透系數(shù)采用K=0.05m/d,金牛峽至隧道出口的滲透系數(shù)采用K=0.099m/d,計算隧道洞身涌水量600m3/d,金牛峽裂隙發(fā)育,隧道洞頂和部分洞身位于第四系覆蓋層中,工程地質(zhì)條件差;施工采用超前地質(zhì)預報,仔細分析追蹤不整合接觸面和塊石與基巖的分界線,以便指導施工。

本施工方案嚴格遵守國道108線劍門關口隧道工程《修改設計施工圖》意見,依據(jù)以上地質(zhì)情況和現(xiàn)場調(diào)查,遵循業(yè)主方、設計院的意見,為了確保施工安全,采用明挖施工方案通過金牛峽。圖1給出了金牛峽隧道便道示意圖。施工采用超前地質(zhì)預報,仔細分析追蹤不整合接觸面和塊石與基巖的分界線,以便指導施工。整個工程工期2個月左右(2007年10月25日至2007年12月28日)。

施工重點:考慮該段為峽谷河灘地段,地下水極為豐富,而隧道進口往出口方向為反坡掘進,排水非常困難,如出現(xiàn)大量涌水,難以排除。故決定采用套拱法施工,在該段上部先明挖施作套拱,封閉拱頂涌水,再進行暗挖穿越該地段。

施工難點:鉆探揭示金牛峽基巖裂隙與隧道貫通,裂隙又與峽谷水連通,其含水量較豐富,隧道施工時,可能出現(xiàn)突水和涌水現(xiàn)象,危及施工安全。

二、施工工藝與順序

1.首先對金牛峽明挖斷面范圍內(nèi)峽谷兩邊的危石清除,對不穩(wěn)定的巖塊采用打Φ22的砂漿錨桿、掛Φ8鋼筋網(wǎng)、噴混凝土進行加固。

2.修施工便道至金牛峽明挖斷面處,里程正對金牛峽與國道108線順接,用凈跨L=3.0m便橋通過劍門河,支墩用漿砌M7.5片石加鐵路3.5m舊枕作臨時支墩,梁采用P43舊軌雙層(上七下九)相扣用軌距拉桿連接,便道頂面寬L≥3.5m,便道長約L=206m,采用泥結(jié)碎石路面,用于洞項回填、改溝等施工機械、材料的進入。

3.在枯水其機械設備進入金牛峽,改溝、清除覆蓋層、注漿、挖基、做安全套拱。(1)將緊靠隧道入口方向按圖號GDCL8(K0+885處隧頂排洪溝)進行改溝,并將改排洪溝的邊幫用小導管注漿進行加固,小導管采用長L=6m,叁排,縱橫間距均為1.0m交錯布置(見圖2);(2)將緊靠隧道出口方向8m范圍內(nèi)隧頂以上覆蓋層全部清除,三面放坡并用長L=6m小導管注漿,間距采用0.6m相互交錯布置;以穩(wěn)定砂夾卵石開挖面;(3)以隧道行車中心線與起拱線交叉為圓點,半徑為R=590cm,做一鋼筋混凝土安全套拱,套拱長L=17.4m;此項施工應注意的重要細節(jié):1)套拱的基腳應立于基巖下深度H≥1m內(nèi);2)安全套拱內(nèi)模采用木模,木模應平整圓順,嚴禁有侵限發(fā)生。

4.從隧道出口向出碴,金牛峽基巖部分采用2×2m導坑先行逐步擴大掘進,通過金牛峽。

5.按Ⅴ級圍巖襯砌進行隧道二襯施工,施做C25鋼筋混凝土仰拱、仰供填充、掛環(huán)向Φ50縱向Φ100透水軟管、掛防水板等,抓緊時間及時進行二襯,通過金牛峽。

6.當二襯混凝土強度滿足設計要求后,再進行金牛峽隧道兩側(cè)回填,回填完撤除施工便道,恢復金牛峽地表地貌。

7.當隧道繼續(xù)向前掘進爆破作業(yè)時,可對金牛峽二襯部分進行模板防護,或?qū)ε谘圻m當覆蓋。

三、施工中的變形與塌方處理

(一)地表開裂的治理

洞口段地表和邊仰坡出現(xiàn)裂紋后,采取以下治理措施:(1)加強了地表裂縫和下沉的觀測;(2)對洞口右側(cè)仰坡進行錨噴支護,防止裂縫擴大,仰坡失穩(wěn);(3)對地表已開挖土體進行覆蓋,并在表面進行了噴射混凝土封閉;(4)地表拱頂左側(cè)區(qū)域進行了回填平衡偏壓。

洞身地表出現(xiàn)的貫通裂縫治理:(1)加強了地表裂縫和下沉的觀測;(2)沿裂縫外側(cè)設置排水溝,防止雨水流入。

(二)套拱和初期支護變形的治理

針對隧道初期支護嚴重變形的情況,為確保安全,每次變形掌子面都立即停止了掘進,采取了必要的加固措施,以保障洞室結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定,使隧道應力重分布達到新的靜態(tài)平衡狀態(tài)。根據(jù)各自的變形的特點,不同區(qū)段采取了相應的臨時加固和永久加固方案。

洞口段初期支護的變形包括套拱出現(xiàn)的裂縫,需要對包括套拱在內(nèi)的支護體系整體考慮,采取的加固方案如下:(1)套拱左側(cè)至偏壓擋墻之間按設計要求立即進行了漿砌片石回填,穩(wěn)定套拱,發(fā)揮偏壓擋墻的作用;(2)從地表對洞內(nèi)塌腔進行注漿回填;(3)由于掌子面圍巖處于坡殘積層于基巖交界處,上部圍巖極度松散,底部圍巖具有一定強度,施工難度較大。施工時采用了先人工與機械開挖左側(cè)導洞,待左側(cè)導洞成型后,再爆破開挖右側(cè)主洞,以控制爆破強度和影響范圍;(4)調(diào)整了初期支護的參數(shù):鋼拱架間距從原來的60cm調(diào)至50cm,將單層超前小導管加密至雙層。初期支護變形的治理運用了增加臨時鋼支撐、增加臨時仰拱等措施。

(三)塌方治理措施

針對隧道塌方的原因,本著減少擾動、增強碎石土粘結(jié)能力、提高支護強度的塌方段處治施工方案,為防止塌方擴大,擾動坡積體而釀成滑坡,迅速控制塌方發(fā)展是關鍵。主要控制措施包括:(1)停止洞內(nèi)塌體出渣,已出渣土體迅速返運回填,形成掌子面前方的自然穩(wěn)定斜坡;(2)塌腔外側(cè)塌體未能封閉區(qū)域,用沙袋堆砌封堵,為塌腔回填注漿創(chuàng)造條件;(3)掌子面封閉后掛網(wǎng)噴砼封閉,具體為φ8鋼筋網(wǎng),間距20cm×20cm,噴C25早強砼25cm;(4)塌方冒頂區(qū)坡體合理設置砂漿排水溝,并立即用彩條布覆蓋塌方漏斗,防止地表水直接流入塌腔;(5)為確保冒頂漏斗穩(wěn)定,防止繼續(xù)坍塌,從地表對漏斗壁進行掛網(wǎng)噴砼。

洞內(nèi)封閉完成后,從地表對塌方漏斗進行回填。(1)用碎石土回填隧道輪廓線范圍內(nèi)空腔;(2)空腔完全充填后,在拱頂位置架設I20工字鋼,掛雙層φ8鋼筋網(wǎng)后,用現(xiàn)澆混凝土分2層回填50cm,每層25cm,回填完成后進行觀測,情況穩(wěn)定后繼續(xù)下一步施工;(3)現(xiàn)澆混凝土以上區(qū)域用碎石土回填至距地表50cm,回填時預埋注漿花管;(4)最頂層50cm采用粘土回填,已達到隔水效果。

優(yōu)化的開挖方法包括:縮小雙側(cè)壁導坑法的導洞高度和微臺階環(huán)形留核心土開挖?？s小雙側(cè)壁導坑法:將導洞高度按碎石土和基巖分界面進行劃分,碎石土部分為導洞開挖高度,采用人工開挖,及時支護;在上部有支護條件下爆破開挖下臺階。環(huán)形留核心土開挖方法:環(huán)形開挖①部分時逐榀開挖,以臺階②作為施工平臺,一次完成拱圈初期支護;在上部有支護條件下開挖臺階②,臺階②的長度不小于5m。

四、結(jié)論

1.監(jiān)控量測在該隧道大變形和塌方治理中發(fā)揮了比較明顯的作用。通過現(xiàn)場觀察和圍巖位移量測,判斷了圍巖變形的時間和變形的幅度、趨勢,給工程搶險進行了指導;通過對臨時鋼支撐上安裝的鋼筋應變計的應變量測,得出了臨時鋼支撐的精確形變數(shù)值,根據(jù)應變的形變速率,反饋了工程搶險運用到的各項治理措施的效果。

2.超前管棚的使用在隧道淺埋偏壓段的施工地段發(fā)揮了重要的作用。在洞口和洞身塌方冒頂區(qū)段運用管棚預注漿進行超前預加固,可以起到了好的加固效果。

3.重視臨時仰拱在工程搶險中的作用。根據(jù)臨時仰拱施作前后的拱頂下沉和周邊收斂曲線變化,說明及時的施作仰拱或臨時仰拱可以使斷面及時閉合,形成閉合支承環(huán)結(jié)構(gòu),對隧道凈空收斂有顯著的效果。

4.運用地質(zhì)雷達從淺埋段地表向下進行地質(zhì)超前預報。從淺埋段地表運用地質(zhì)雷達向下進行超前預報,可以探測坡殘積層的深度,判斷基巖出露的大致位置,確定坡殘積層進入隧道范圍的縱向深度。這樣可以根據(jù)前方的圍巖狀況,確定施工的難度,及時調(diào)整施工工藝,預防事故的發(fā)生。

參考文獻

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