大跨度連拱隧道施工技術(shù)淺談

徐 坤

(西南交通大學(xué),四川成都 610031)

連拱隧道在我國的發(fā)展有 20多年的歷史,據(jù)文獻(xiàn)報(bào)道,我國最早成型的公路連拱隧道是于 1993年通車的廣州市白云山三車道連拱隧道。其具有接線布設(shè)靈活、節(jié)省洞口路基和橋梁分幅所占土地面積、縮小所占地下空間、提高地下空間利用率等優(yōu)點(diǎn),使其在公路建設(shè)中得到廣泛應(yīng)用。隨著高等級公路路幅寬度的增加,連拱隧道的跨度也隨之增大,從2×2車道發(fā)展至 2×3車道連拱隧道,直至出現(xiàn) 2×4車道的特大跨度連拱隧道,這也對公路隧道的建設(shè)者提出了新的要求[1]、[2]。

1 工程概況

金雞山隧道位于福州東北部,屬于福州長樂國際機(jī)場高速公路的二期工程。隧道場址區(qū)屬低山丘陵地貌,圍巖以Ⅴ、Ⅳ級圍巖為主。隧道為 2×4車道雙洞連拱隧道,單洞凈跨度為 18.15m,毛洞跨度達(dá) 41.36m,最大覆蓋層厚度約 50 m,隧道長度為 295m,縱坡采用 -2.2%。隧道斷面采用R-950c m和 R-640 c m的三心圓形式,高跨比為 0.648(如圖1)。

圖1 金雞山隧道凈空斷面圖

2 隧道施工方案

金雞山隧道圍巖級別為Ⅴ～Ⅳ級,Ⅴ級圍巖段主洞采用大管棚小導(dǎo)管預(yù)注漿超前支護(hù),Ⅳ級圍巖段主洞采用超前錨桿超前支護(hù),均采用雙側(cè)壁導(dǎo)坑法開挖,超前支護(hù)施工輔助措施須在開挖之前施工。不同圍巖的詳細(xì)開挖步驟如圖 2。

3 施工工藝

由于隧道埋深淺、跨度大,因此,在施工中對不同圍巖采取不同的施工方式,并嚴(yán)格按“管超前、嚴(yán)注漿、弱爆破、短開挖、強(qiáng)支護(hù)、早噴錨、勤量測、早封閉”的原則組織和施工。

3.1 中導(dǎo)洞及中墻施工

中導(dǎo)洞開挖時(shí)應(yīng)注意保護(hù)圍巖,貫通后應(yīng)及時(shí)澆筑中隔墻;當(dāng)中墻基底為土質(zhì)時(shí),為了提高基礎(chǔ)承載力,在中墻底部基礎(chǔ)增加布設(shè) 50×5注漿小導(dǎo)管,而后再澆筑中隔墻。施工時(shí)應(yīng)嚴(yán)格控制膨脹混凝土的配合比及外加劑摻量,使中隔墻頂部與圍巖頂緊密實(shí),并在中墻頂部預(yù)埋注漿管,以便發(fā)現(xiàn)不密實(shí)時(shí)可采用壓漿補(bǔ)救;中導(dǎo)洞在中隔墻處的錨桿應(yīng)伸入中隔墻內(nèi) 1m,以確保中隔墻整體受力。待中隔墻混凝土達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度 70%以上,方可進(jìn)行主洞開挖。

圖 2 不同圍巖的詳細(xì)開挖步驟圖

3.2 正洞開挖

隧道進(jìn)出口成洞面地質(zhì)都較差。成洞面采用噴射混凝土、錨桿群及掛網(wǎng)加固穩(wěn)定,進(jìn)出口結(jié)合相關(guān)的施工輔助措施成洞。仰拱應(yīng)采用跳槽開挖,開挖后應(yīng)及時(shí)施作,盡快形成閉合環(huán)。開挖時(shí)必須嚴(yán)格控制欠挖,盡量減少超挖,必須采用光面爆破、微震爆破、預(yù)裂爆破等控制爆破技術(shù),并須通過爆破震動監(jiān)測等監(jiān)控手段嚴(yán)格控制爆破震動對隧道圍巖和地表建筑物的不利影響。Ⅴ級圍巖宜采用人工挖掘或弱爆破開挖,注意掌子面的觀察和及時(shí)必要的支護(hù)。隧道施工放樣應(yīng)保證精度。施工時(shí)應(yīng)根據(jù)隧道各主要控制點(diǎn)的坐標(biāo)計(jì)算隧道的長度和方向,并據(jù)此實(shí)地放線。為保證隧道底部按圖紙所示的縱坡開挖并滿足襯砌的正確放樣,洞內(nèi)每隔 50 m應(yīng)設(shè)置一個水準(zhǔn)點(diǎn)。

3.3 初期支護(hù)施作

各級圍巖爆破開挖后應(yīng)及時(shí)施作初噴射混凝土,封閉圍巖外露面。初噴厚度當(dāng)初期支護(hù)設(shè)有鋼支撐時(shí)不得小于 4 c m,初噴后應(yīng)立即安裝鋼拱架、鋼筋網(wǎng)、錨桿等,緊接著噴至設(shè)計(jì)的初支厚度;所有噴射混凝土均應(yīng)采用濕噴技術(shù),不得采用干噴,以確保噴射混凝土的質(zhì)量。在噴射混凝土前,應(yīng)用水或高壓風(fēng)管將巖壁面的粉塵和雜物沖洗干凈。噴射作業(yè)應(yīng)以適當(dāng)厚度分層進(jìn)行,后一層噴射應(yīng)在前一層混凝土終凝后進(jìn)行。若終凝后間隔 1h以上且初噴表面已蒙上粉塵時(shí),受噴面應(yīng)用高壓氣體、水清洗干凈。巖面有較大凹洼時(shí),應(yīng)結(jié)合初噴予以找平。噴射混凝土終凝 2h后,應(yīng)噴水養(yǎng)護(hù),養(yǎng)護(hù)時(shí)間一般不少于 7 d。應(yīng)根據(jù)中線、水平、坑道斷面和預(yù)留沉落量等將鋼拱架設(shè)在中線方向的垂直面上,并力求整齊,與圍巖應(yīng)盡量密貼。鋼架與圍巖間的間隙必須用噴射混凝土充填密實(shí),當(dāng)間隙過大時(shí)應(yīng)及時(shí)用契形塊頂緊(契形塊環(huán)向間距不大于 0.8 m);鋼架之間應(yīng)縱向連接牢固,構(gòu)成整體。應(yīng)根據(jù)地質(zhì)條件采取防止支護(hù)下沉的措施,支護(hù)柱腳下虛渣必須清除,地層松軟時(shí)應(yīng)加設(shè)墊板或墊托梁。在開挖臨時(shí)拱腳處應(yīng)噴射飽滿。錨桿與墊板應(yīng)保持垂直,并與噴射混凝土充分接觸,螺母務(wù)必?cái)Q緊。

3.4 防排水控制措施

3.4.1 施工排水

隧道施工前應(yīng)先按設(shè)計(jì)要求及時(shí)做好洞頂、洞口的地面排水系統(tǒng),防止地表水的下滲和沖刷;應(yīng)清理洞口附近地面,開溝疏導(dǎo)封閉積水洼地,不得積水。勘探用的坑洼、探坑等應(yīng)回填粘土,并分層夯實(shí)。洞外路塹向隧道內(nèi)為下坡時(shí),路基邊溝應(yīng)做成反坡,向路塹外排水,并宜在洞口 3～5 m位置設(shè)置橫向截水設(shè)施,攔截地表水流入洞內(nèi)。洞內(nèi)反坡排水時(shí)必須采取機(jī)械排水,排水方式可根據(jù)距離、坡度、水量和設(shè)備等情況選用排水溝或管路,或分段接力或一次將水排出洞外。施工廢水應(yīng)通過管路及不透水的溝槽排泄到隧道范圍以外,臨時(shí)開挖面底部不得積水。施工中遇到地下水應(yīng)逐段取樣化驗(yàn),了解有否侵蝕性,以便及早采取防腐蝕措施。

3.4.2 結(jié)構(gòu)防排水

在 E V A防水板施工時(shí),噴射混凝土表面應(yīng)整平,凹凸不平面的跨深比不大于 1/6,對鋼筋等尖銳的突出物要割除磨平,以免扎破防水層。E V A防水卷材之間搭接寬度為10c m,并采用自動行走式熱合機(jī)進(jìn)行雙縫焊接。每道焊縫均應(yīng)進(jìn)行氣密性檢查,充氣壓力為 0.15 MP a,并保持恒壓時(shí)間不少于 2 m i n。焊縫強(qiáng)度不得低于母體強(qiáng)度。排水管接頭應(yīng)密封牢固,不得出現(xiàn)松動。施工時(shí)應(yīng)保證側(cè)式及縱橫向排水管不被壓碎和阻塞;澆筑側(cè)溝頂混凝土?xí)r應(yīng)采取隔離措施,防止水泥漿下滲造成排水溝堵塞,確保排水系統(tǒng)暢通。施工縫采用 P-201止水材防水,施工前應(yīng)用鋼絲刷除掉施工面的砂粒及混凝土渣,施工后確認(rèn)混凝土和 P-201間有無縫隙,存在縫隙時(shí)用抹子抹平。P-201止水材施工后至表面硬化需要約 24h,在 P-201表面硬化完全達(dá)到指觸干燥后,才可以進(jìn)行后期的混凝土續(xù)澆。施工中應(yīng)注意保護(hù) P-201不要浸水。

3.5 二次襯砌

二次襯砌混凝土澆筑時(shí)應(yīng)加強(qiáng)施工組織管理,選擇干縮小的混凝土配合比,采用剛度足夠的模板臺車,以盡量減小二次襯砌與初支之間的間隙。澆筑混凝土每一模二襯的拱頂預(yù)埋三個壓漿管,管頂距拱頂初襯表面 2 c m左右,其上用塑料薄膜包住,防止管口堵塞。在二襯澆筑一段時(shí)間達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度并完成大部分干縮后,采用M25號的細(xì)水泥砂漿進(jìn)行注漿,注漿壓力為 0.15 M P a,以填充襯砌背后的間隙[3～5]。

4 結(jié)束語

連拱隧道施工,先施工中導(dǎo)洞,這樣可以超前預(yù)報(bào)整體隧道的地質(zhì),又能改善洞內(nèi)施工環(huán)境。正洞開挖工法應(yīng)根據(jù)工期和地質(zhì)狀況合理確定。

中隔墻在左右洞施工過程中,受力轉(zhuǎn)換十分復(fù)雜,容易產(chǎn)生偏心、扭曲,因此在中墻兩邊回填或采取其他臨時(shí)支撐,能夠起到初期支護(hù)與二次襯砌一樣的作用,有利于中墻穩(wěn)定。

隧道防水,除滲水管及防水布要嚴(yán)格施作外,特別要注意鋼筋施作極易擾動防水層,要加強(qiáng)防護(hù),在圍巖變化地段,要增設(shè)沉降縫。

條件比較差的圍巖爆破后應(yīng)該盡早進(jìn)行支護(hù),否則容易引起拱頂坍塌。

[1]王亞瓊,謝永利.連拱隧道在我國的發(fā)展與研究[J].公路,2008(6):216-219

[2]唐穎.金雞山特大跨度連拱隧道設(shè)計(jì)[J].公路,2007(8):217-218

[3]福建省交通規(guī)劃設(shè)計(jì)院.福州長樂國際機(jī)場高速公路二期工程招標(biāo)文件[R].福州:福建省交通規(guī)劃設(shè)計(jì)院,2007

[4]J T GD 70-2004公路隧道設(shè)計(jì)規(guī)范[S]

[5]J T J 042-94公路隧道施工規(guī)范[S]