雙連拱隧道施工技術(shù)淺析

方樹君,季苗苗

(浙江金筑交通建設(shè)有限公司,浙江杭州 310012)

下南山隧道群由下南山 1號隧道(長 245 m),下南山 2號隧道 (長 215 m),下南山 3號隧道 (長145m),隧道群總長 605m,全由我公司承建。本隧道群三座隧道均為雙連拱隧道,本文主要介紹雙向四車道雙連拱隧道的施工經(jīng)驗,雙連拱隧道是相對于分離式隧道而言的,是上行線路與下行線路用中隔墻分開的并體連拱隧道。它占用土地少,但由于雙連拱隧道跨度較大、結(jié)構(gòu)較復(fù)雜、工序銜接較嚴(yán)、工藝要求較高,所需建設(shè)工期相對較長,施工中應(yīng)高度重視,避免因工序安排不當(dāng),操作不規(guī)范而發(fā)生塌方。由我單位承建的下南山隧道群工程,是全線控制工期的關(guān)鍵工程,如何安全、優(yōu)質(zhì)、高效地完成 605 m雙連拱隧道的施工任務(wù)是確保我公司工期任務(wù)的首要問題,也是核心問題。

1 工程概況、地質(zhì)條件及特點

下南山隧道群位于龍麗麗龍高速公路蓮都段土建工程 3合同段,是全線全線唯一的雙連拱隧道,屬關(guān)鍵控制性工程。下南山 1號隧道里程為 K11+760～K12+005,長 245m,縱坡采用單面坡,上坡 18%;下南山 2號隧道里程 K12+345～K12+560,長215m,縱坡采用雙面坡,上坡 18%,坡長145m;下坡-23%,坡長 70 m。下南山 3號隧道里程為K12+600～K12+745,長 145 m,縱坡采用單面坡,下坡-23%。三座隧道設(shè)計凈寬 1025 m,凈高50 m。隧道采用復(fù)合式支護(hù)結(jié)構(gòu)形式,初期支護(hù)以錨桿、鋼筋網(wǎng)、噴砼、鋼拱架組成聯(lián)合支護(hù)體系,二次襯砌采用模筑砼或模筑鋼筋砼結(jié)構(gòu),初期支護(hù)與二次襯砌之間設(shè)防水排水夾層。三座隧道具有以下主要特點:

(1)隧道短:三座隧道長度都較短,最長的下南山 1號隧道 245 m,下南山 2號隧道長 215 m,下南山 3號隧道長 145m。

(2)開挖斷面大:兩隧道單向行駛均為 2車道,設(shè)計凈寬 10 25m,特別為V級及V級加強(qiáng)段,圍巖開挖寬度大,開挖高度大。

(3)埋深淺:隧道進(jìn)、出口埋深淺,三座隧道上、下行進(jìn)、出口均有明洞,隧道的最大埋深也只有30～ 70m。

(4)地質(zhì)條件差:下南山 1號隧道表部為第四系殘坡積含碎石亞粘土,厚約 2 0m,下伏基巖為晶屑凝灰?guī)r,強(qiáng)風(fēng)化層厚約2 1m,Vp=地條件差-2 200m/s;弱風(fēng)化層厚約 約 6 m,Vp=2200-3200 m/s,RQD=30-90%,I=027-044,Rb=542 Mpa,微風(fēng)化層 Vp=3200-4200 m/s,RQD=70-90%,I=044-078,Rb=4593-125MPa,節(jié)理較發(fā)育,產(chǎn)狀為 192%%D 50%%D,132%%D 82%%D,54%%D 76%%D,325%%D 5%%D。本段隧道穿過殘坡積、強(qiáng)風(fēng)化、弱風(fēng)化層,埋置淺,地下水不發(fā)育,主要為孔隙性潛水及基巖裂隙水,水量較貧乏,圍巖穩(wěn)定性差,穿過強(qiáng)風(fēng)化、弱風(fēng)化,薄層構(gòu)造,節(jié)理非常發(fā)育,易風(fēng)化成碎片狀,圍巖中還有含泥夾層,整個隧道全部為 V級和V級加強(qiáng)圍巖;下南山 2號隧道 I V、V級圍巖也占 30%～40%,其中部分穿強(qiáng)風(fēng)化層;下南山 3號隧道穿過強(qiáng)風(fēng)化、弱風(fēng)化,薄層構(gòu)造,節(jié)理較發(fā)育,全部為 IV、V級圍巖。

2 各級圍巖下的超前支護(hù)、初期支護(hù)體系、二次襯砌體系、開挖斷面積等情況

級:初期支護(hù): 25中空注漿錨桿@120120 cm,L=30 m+ 8鋼筋網(wǎng)片+15 cm C20噴砼;二次襯砌 40 cm混凝土;開挖斷面積為 173 59m3。

級:超前小導(dǎo)管注漿 424 mm;初期支護(hù):25中空注漿錨桿@100100 cm,L=3 5m+ 8雙層鋼筋網(wǎng)片+20 cm C20噴砼+格柵拱架 100 cm一榀;二次襯砌 45 cm鋼筋混凝土;開挖斷面積為;開挖面積 m3。

V級:大管棚注漿 1086 mm環(huán)向間距 40 cm初期支護(hù): 25中空注漿錨桿@10075 cm,L=350+ 8雙層鋼筋網(wǎng)片+25 cm C20噴砼+ 16工字鋼拱架 75 cm一榀;二次襯砌 50 cm鋼筋混凝土;開挖斷面積為 21708 m3。

V(加強(qiáng))級:大管棚注漿 108 6mm環(huán)向間距40 cm;初期支護(hù): 25中空注漿錨桿@ 6m環(huán)向 cm,L=3 5m+ 8雙層鋼筋網(wǎng)片+25 cm C20噴砼+ 16工字鋼拱架 50 cm一榀;二次襯砌 55 cm鋼筋混凝土;開挖斷面積為 221 70m3。

3 施工方案

3 1 確定開挖及支護(hù)步驟

原設(shè)計施工圖按照常規(guī)施工方法給定的施工方案為超前導(dǎo)洞法,通過對地質(zhì)資料和實際中導(dǎo)洞開挖后圍巖情況的判斷,我們經(jīng)與監(jiān)理、設(shè)計部門協(xié)商對施工方案進(jìn)行了優(yōu)化,實際施工中采用如下施工方案。

(1)中導(dǎo)洞超前開挖(含臨時支護(hù))。

(2)中導(dǎo)洞采用靠右洞超寬開挖,中隔墻設(shè)置在中導(dǎo)洞左半側(cè),在中導(dǎo)洞開挖 100 m后開始澆注中隔墻,中隔墻右側(cè)可正常通行機(jī)械,不影響中導(dǎo)洞施工。

(3)中隔墻砼達(dá)到設(shè)計強(qiáng)度后,左洞開挖,及時施作初期支護(hù)。

(4)左正洞的開挖超前 80 m后根據(jù)圍巖穩(wěn)定情況施工二次襯砌。

(5)左正洞開挖超前 100 m后開始右正洞開挖支護(hù)。

(7)右正洞的開挖超前 80 m后根據(jù)圍巖穩(wěn)定情況施工二次襯砌。

優(yōu)化后的施工方案創(chuàng)造了更多的施工作業(yè)面,在工期任務(wù)非常緊張的情況下中導(dǎo)洞由封閉狀態(tài)變?yōu)槌伴_挖施工的一條主要通道,在少量增加大型機(jī)械設(shè)備的情況下,只需多配備一套施工人員,最大限度地發(fā)揮了機(jī)械設(shè)備使用率,不僅加快了施工進(jìn)度,而且也有利于挖潛增效。

3 2 開挖及運輸方法

采用簡易鉆孔臺車配 7655型鑿巖機(jī)鉆孔,裝載機(jī)配合自卸汽車出渣。簡易鉆孔臺車是我們自己設(shè)計加工的工作平臺,且鉆架的高度和寬度可根據(jù)開挖面的不同進(jìn)行調(diào)整,鉆架可由裝載機(jī)拖動,進(jìn)出方便,不必拆卸,操作安全可靠。

3 3 中隔墻防護(hù)

在雙連拱隧道正洞開挖前,中隔墻砼已經(jīng)澆注并達(dá)到設(shè)計強(qiáng)度,在正洞開挖時必須注意加強(qiáng)對成品中隔墻的防護(hù)。由于采用超前導(dǎo)洞法施工,正洞開挖時應(yīng)充分利用中導(dǎo)洞開挖形成的臨空面進(jìn)行簡單的防護(hù),并調(diào)整爆破順序、裝藥量、裝藥結(jié)構(gòu),避免石渣出向中墻方面,從而避免了對中隔墻的破壞。

4 支護(hù)

在新奧法施工體系中 錨噴支護(hù) 是十分重要的環(huán)節(jié),在雙連拱隧道中,由于采用超前導(dǎo)洞施工,所以支護(hù)又分為導(dǎo)洞臨時支護(hù)和正洞初期支護(hù)。

4 1 導(dǎo)洞臨時支護(hù)

中導(dǎo)洞作為較長時間施工主要通道,臨時支護(hù)是確保到施工安全的主要措施,不同圍巖級別導(dǎo)洞臨時支護(hù)參數(shù)如下:

級:拱部超前支護(hù), 22鋼筋砂漿錨@120120、L=20 m 5 cm厚 20#噴砼

級:拱部超前支護(hù),必要時超前錨桿, 22、L=5 m,@50 拱部 22鋼筋砂漿錨@120100、L=25 m。

級:14工字鋼拱架 100 cm一榀,10 cm厚 20#噴砼。

導(dǎo)洞開挖后形成的是臨時輪廓線,在擴(kuò)挖正洞后不再存在,所以導(dǎo)洞內(nèi)的臨時支護(hù)。在施工中應(yīng)注意以下幾方面:

(1)中導(dǎo)洞的拱頂是正洞擴(kuò)挖時巖體的支承點,是承受集中荷載的位置,故除在開挖過程中嚴(yán)格控制拱頂超欠挖外,在臨時支護(hù)時要確保格柵拱架頂緊巖面,噴砼要逐層噴實。

(2)當(dāng)導(dǎo)洞內(nèi)為方便裝渣和會車需開鑿避車洞或連通導(dǎo)洞時,應(yīng)注意按照開挖斷面增設(shè)臨時支護(hù),確保施工安全。

4 2 正洞初期支護(hù)

初期支護(hù)是為了解決隧道在施工期間的穩(wěn)定和安全的工程措施,初期支護(hù)施作后即成為永久性承載結(jié)構(gòu)的一部分,它與圍巖共同構(gòu)成了永久的隧道結(jié)構(gòu)承載體系。

超前小導(dǎo)管施工:小導(dǎo)管設(shè)置在洞口和 級圍巖區(qū)段。其施作的關(guān)鍵在于上仰角度的控制和管尾支撐的穩(wěn)固,在一排炮出渣完成后先對掌子面噴砼 5 cm封閉,然后施作下一排小導(dǎo)管,在小導(dǎo)管全部注漿完成掌子面破碎圍巖固結(jié)后回頭再做中空錨桿、鋼拱架等后續(xù)工作,這樣可以確保有足夠的空間施作上仰15 鉆孔,而且可以把管尾支承在工字綱頂部,確保支承牢固有效。

中隔墻施工時,在其頂部要用干硬性混凝土回填密實,確保承受圍巖荷載時受力均勻,兩肩部位需預(yù)埋初期支護(hù)工字鋼拱架的連接支座時,預(yù)埋支座的平面位置、標(biāo)高、一定要精確控制,否則正洞鋼拱架無法按設(shè)計尺寸拼裝就位,或勉強(qiáng)拼湊致法蘭連接不緊密,影響拱架整體受力,造成安全質(zhì)量隱患。

中空錨桿循環(huán)注漿支護(hù)在施工中應(yīng)注意,在使用前應(yīng)先去除桿體表面油污,以免影響錨固力,安裝錨頭時應(yīng)仔細(xì)檢查桿體和錨頭是否連通,防止影響注漿效果,最后應(yīng)擰緊桿尾螺母。

噴射混凝土表面應(yīng)大致平整,避免有突出的尖角和硬物,以防刺破防水板,影響防水效果,也防止因凹凸不平,防水板變形能力有限,造成砼背后脫空。

5 防、排水處理

目前隧道工程的建設(shè)過程中和建后的使用要求對洞內(nèi)防水要求非常高,必須做到滴水不滲。該線隧道防水以排為主,防排結(jié)合,具體為在二次襯砌與初期支護(hù)間鋪設(shè)一層背掛式復(fù)合防水卷材,施工縫處設(shè)E5型橡膠止水帶,沿隧道縱向每 5 m設(shè)一道 50軟式透水管盲溝,匯入中墻和邊墻預(yù)埋的縱向排水盲溝,形成完整的排水系統(tǒng)。施工中經(jīng)認(rèn)真分析總結(jié),可能形成滲漏水的原因主要有以下幾種。

(1)防水卷材由于施工原因破損。

(2)施工縫止水帶、止水條安裝不合格。

(3)預(yù)埋管道破裂或堵塞均有可能影響匯水無法排除,形成滲漏的水源。

針對上述原因,對在不同施工階段的隧道防排水工程采取了如下治理措施,效果很好:

(1)二次襯前對噴砼表面進(jìn)行檢測,清除尖銳突起異物,必要時進(jìn)行補噴要求噴砼表面平順滿足施工要求,避免防水卷材被刺穿。焊接防水卷材時必須認(rèn)真仔細(xì)防止脫焊,搭接寬度 10 cm,仔細(xì)檢查防水卷材焊接效果,確保不破、無漏。綁扎鋼筋中需要焊接作業(yè)時要采取墊木板的措施防止防水卷材被燒損。

(2)安裝止水帶時為防止止水帶在澆筑混凝土?xí)r移位,自行加工鋼筋夾控制止水帶的預(yù)埋寬度,鋼筋夾一端與襯砌鋼筋焊接固定。

(3)預(yù)埋管就位后,應(yīng)將進(jìn)出水口用土工布扎口封堵,以免其它異物落入堵塞管道。

(4)二次襯砌完成后,當(dāng)拱部滲水嚴(yán)重且地下水及地表水資源充足,水壓較高時,應(yīng)從地表或洞內(nèi)對隧道上部的圍巖進(jìn)行壓漿止水(如采用水泥、水玻璃雙液漿)處理,以切斷補充水源及消除中隔墻上部的長期 水袋 效應(yīng)。

(5)對目前尚無滲漏水的混凝土干裂縫采用灌注膨脹型高彈性、高本體強(qiáng)度、高粘結(jié)強(qiáng)度化學(xué)漿液(如改性環(huán)氧樹脂)。對裂縫不開槽,隔一定間距沿裂設(shè)置注漿嘴,用封縫膠及時封閉注漿嘴之間的裂縫,用注漿泵由低處向高處壓注漿液至裂縫飽滿。壓漿完畢漿液固結(jié)后,鑿掉注漿嘴及封縫膠,最后進(jìn)行表面處理。

6 襯砌

6 1 中隔墻襯砌

中隔墻是雙連拱隧道區(qū)別于分離式隧道的標(biāo)志性構(gòu)造,中隔墻分基礎(chǔ)和墻身按 2～3次建筑完成,采用大塊鋼模板, I字鋼橫豎帶穿拉桿支撐,并與圍巖支撐加固,泵送混凝土澆筑。它必須在正洞開挖前澆筑完成。正洞開挖過程中,它是受力體系轉(zhuǎn)換的關(guān)鍵,是整體大跨度隧道的中間支承點,故中隔墻的澆筑質(zhì)量直接關(guān)系到整個隧道施工的成敗。

中隔墻澆筑完成后,距中導(dǎo)洞拱頂還會留有高約30～40 cm寬度為 100～120 cm的空間(因不同圍巖類別襯砌厚度不同而變化),該部分空隙必須在正洞擴(kuò)挖前二次澆筑填滿。澆筑時應(yīng)采用與中隔墻相同等級的干硬性混凝土,立模時預(yù)留插搗小窗,仔細(xì)振搗,確保這部分混凝土的密實,并且要與中導(dǎo)洞拱頂?shù)呐R時支護(hù)密貼。如果處理不好這個細(xì)部,可能出現(xiàn)砼破壞或圍巖失穩(wěn),引發(fā)侵限、塌方等安全質(zhì)量事故。

6 2 正洞二次襯砌

由于結(jié)構(gòu)型式的需要中隔墻必須先期完成,為了保證襯砌砼的外觀質(zhì)量,減少防水板接縫和砼施工縫,剩余的二次襯砌采用液壓大模板襯砌臺車和泵送砼工藝一次性澆筑完成,這時施作中的二次襯砌就是一個不對稱偏壓結(jié)構(gòu)。為保證不對稱偏壓結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定和襯砌質(zhì)量,我們應(yīng)取了以下措施:

(1)模板側(cè)墻部位增設(shè)多道支撐,在側(cè)墻下端增設(shè)多臺千斤頂支撐側(cè)模以平衡拱部和側(cè)墻向下的壓力。

(2)嚴(yán)格控制泵送襯砌砼的坍落度,防止產(chǎn)生過大側(cè)壓力和影響砼外觀質(zhì)量。

(3)控制砼澆筑速度并均衡布料,使臺車受力均衡。

(4)為防止撐開模板的液壓系統(tǒng)出現(xiàn)松馳情況。在每個液壓均增設(shè)了絲杠支撐,并經(jīng)常檢查絲框有否滑絲、損毀等情況,如有出現(xiàn)及時更換。

采用背掛式隧道專用復(fù)合防水卷材施作防排水層時,由于自重會產(chǎn)生卷材下墜的現(xiàn)象,此時應(yīng)把卷材長度比照初期支護(hù)輪廓線加長 10%～15%,防止由下而上澆筑砼時逐漸繃緊卷材,導(dǎo)致拱頂襯砌砼厚度不足和卷材背后與初期支護(hù)之間脫空。

要求隧道的抑拱,填充和鋪底墊層必須超前襯砌完成。這樣不僅保證了施工現(xiàn)場的文明作業(yè),而且避免了為調(diào)整臺車高度而在臺車走行軌下面鋪墊過厚松碴或枕木而出現(xiàn)的臺車整體下沉,支撐失穩(wěn)現(xiàn)象,確保安全、質(zhì)量。

7 施工效果

我單位在下南山隧道群的施工中由于我們不斷改進(jìn)優(yōu)化施工方案,在多次出現(xiàn)斷裂帶時及時調(diào)整施工方案,確保安全、質(zhì)量施工周期不斷被縮短,設(shè)計變更方案確認(rèn)后,雖然由于原先政策處理的原因已經(jīng)被耽誤了半年之久的工期,通過按照優(yōu)化施工方案施工,加大機(jī)械設(shè)備和人力投入,對后續(xù)工序有制約影響的地段都及時按照施工組織計劃有條不紊的進(jìn)行。為保證總工期目標(biāo)的實現(xiàn)奠定了堅實基礎(chǔ)。通過嚴(yán)格按照施工要點對工程質(zhì)量實行預(yù)控和過程控制,各分項工程合格率 100%。

8 結(jié)束語

通過優(yōu)化施工方案,打破常規(guī),勇于創(chuàng)新,在保證安全、質(zhì)量的前提下,加快了施工進(jìn)度,突破了施工網(wǎng)絡(luò)圖中的瓶頸制約,并為國家節(jié)約了投資,目前已取得了良好的社會和經(jīng)濟(jì)效果,作法值得在同類施工中借鑒。

[1] 涂光鈞.改進(jìn)隧道施工技術(shù)的幾個問題[J].鐵道建筑,1983(11):153-156.

[2] 王貴棠.隧道工程技術(shù)的發(fā)展[J].中國鐵路,1984(10): 112-115.

[3] 錢煥奎.鐵道工程委員會隧道學(xué)組工作總結(jié)[J].鐵道工程學(xué)報,1988(3): 9-12.