黃土地區(qū)公路隧道施工技術(shù)淺析

王喜成

1 工程概況

該隧道為雙線分離式公路隧道,左線長822 m,右線長806 m。隧址區(qū)位于山西省西部呂梁山脈的黃土梁峁區(qū),沿線溝壑縱橫、地形地貌復(fù)雜。主要不良地質(zhì)有滑坡、濕陷性黃土及膨脹土等。隧道進出口圍巖由黃土和濕陷性黃土組成,洞口穩(wěn)定性較差,圍巖級別為Ⅴ級;洞身圍巖由濕陷性黃土、黃土、黏土等組成,圍巖級別Ⅳ級～Ⅴ級。

2 施工方法

2.1 洞口段施工

洞口土石方采用挖掘機開挖,石方采用非電控制爆破,裝載機裝渣,自卸汽車運輸。明洞拱墻采用整體模板臺車整體澆筑,鋼筋在鋼筋加工場彎制,就位綁扎?；炷翝仓捎帽盟突炷?搗固采用附著式振動器和插入式振動器聯(lián)合振動。邊坡防護與明洞開挖同步,明洞襯砌后及時回填,洞頂采用土工格式植草護面。洞口施工避開雨季,成洞面及時防護。進行連續(xù)觀測,掌握圍巖變形特性和其他力學(xué)性質(zhì),指導(dǎo)洞口施工。

2.2 洞身開挖

采用臺階分部開挖方法,施工機械組合:拱部環(huán)形及核心土人工風鎬或鑿巖機+下部采用鑿巖臺車掘進+鏟裝機+14 t自卸汽車。洞身施工工序圖見圖1。

2.3 初期支護及超前支護施工

1)洞口長管棚。洞口淺埋段采用大管棚超前支護。管棚采用外徑108 mm,壁厚6 mm熱軋無縫鋼管制作,長度20 m,環(huán)向間距40 cm,注漿采用水泥—水玻璃漿液,定位和導(dǎo)向采用18工字鋼混凝土套拱。配備XY-28-300電動鉆機鉆進并頂進長管棚鋼管。管棚施工先打有孔鋼管,注漿后再打無孔鋼管,無孔鋼管可以作為檢查管,檢查注漿質(zhì)量。鉆機立軸方向準確控制,每鉆完一孔頂進一根鋼管。每榀鋼架安裝時,認真定位,不偏、不斜,輪廓要符合設(shè)計要求。安裝時使段與段之間的連接板結(jié)合緊密,不留有縫隙。為保證鋼架整體受力,鋼架之間設(shè)置縱向連接鋼筋。

2)超前注漿小導(dǎo)管。設(shè)置在Ⅴ級圍巖地段,采用φ 42×4 mm熱軋無縫鋼管制作鋼花管注漿加固。在鋼管管壁四周鉆φ 8 mm壓漿孔,尾部1.2 m不設(shè)壓漿孔。鋼管環(huán)向間距50 cm,縱向間距70 cm,外插角15°,每排小導(dǎo)管縱向至少需搭接1.0 m。注漿壓力0.5 MPa～1.0MPa。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。初期支護完成后,再打另一排鋼管。小導(dǎo)管逐根施工,即一根鉆孔、安裝鋼管、壓漿、封孔后再進行下一根施工。直接進洞地段以及局部強富水地段采用超前雙層小導(dǎo)管注漿加固。

3)超前錨桿。施工順序:開挖面處理→初噴混凝土→打設(shè)徑向錨桿→架設(shè)鋼架→復(fù)噴混凝土至設(shè)計→檢查驗收。錨桿施工采用風鉆或鑿巖臺車鉆眼,其眼口圓而順直且孔口巖面平整,并使巖面與鉆孔方向垂直,不垂直時可用墊板調(diào)整,使托板密貼巖面。

4)濕陷性黃土地基處理。洞門及明洞段濕陷性黃土地基在開挖范圍內(nèi)100 cm摻8%石灰處理;暗洞段濕陷性黃土地基采用鋼花管和PVC花管注漿加固。通過黃土段的隧道基礎(chǔ),邊墻部分采用φ 42鋼花管注漿,間距為 80 cm×100 cm;中間部分采用φ 50PVC管注漿,間距為100 cm×100 cm。仰拱部分開挖后,進行仰拱初期支護施工,并預(yù)留注漿孔,待初期支護強度達到設(shè)計強度的70%后,進行花管注漿。

5)濕噴混凝土。噴射混凝土采用濕噴法,其作業(yè)標準和要求如下:a.噴射混凝土使用的各種原材料經(jīng)檢驗合格后方能使用。配合比由工地試驗室經(jīng)試驗選定。b.隧道開挖后立即對巖面施噴混凝土,防止巖體發(fā)生松弛。c.在噴射混凝土達到初凝后方能噴射下一層。噴射混凝土要分層噴射,首次噴射厚度不小于50 mm。噴嘴與受噴面保持垂直,同時與受噴面距離以0.6 m～1.0 m為宜。d.噴射厚度檢測采用在隧道全長內(nèi)每隔10 m～20 m取一處試件,從拱中心向兩側(cè)邊墻每2 m取樣試驗。e.新噴混凝土應(yīng)按規(guī)定灑水養(yǎng)護。

2.4 防排水設(shè)施施工

1)排水。隧道兩端洞口段地表水采用以截為主,排、堵、截相結(jié)合的原則。隧道明洞外沿鋪設(shè)BAC防水卷材,并用砂漿抹面,施工縫處設(shè)置10 mm厚的橡膠止水帶,兩側(cè)拱腳橫向引水管設(shè)置間距為10 m。暗洞兩側(cè)邊墻角處φ 100 mm縱向軟式透水管通過三通和環(huán)向排水管和φ 100橫向HDPE引水管相接,把圍巖滲漏水引排至隧道中心排水管。車行、人行橫通道內(nèi)均設(shè)置環(huán)向排水管,其截留的水通過三通匯入縱向排水管,最終將水導(dǎo)入主洞縱向排水管,匯入主洞排水系統(tǒng)一并排出。

2)防水。防水板超前二次襯砌9 m～20 m施工,鋪設(shè)采用防水板鋪設(shè)臺車進行。防水層采用BAC防水卷材。采用無釘熱合吊掛法鋪設(shè)。將防水卷材采用簡易臺車吊裝在待鋪設(shè)部位,由拱部向兩側(cè)及邊墻的順序采用電壓熱焊粘結(jié)的辦法與固定無紡布塑料墊片逐點緊密連接牢固。拼幅接縫為雙焊縫熱合法焊接,接縫搭接長度不小于10 cm,焊縫寬度不小于2 cm,中間留出空腔以便充氣檢查。隧道主洞防排水立面圖見圖2。

2.5 二次襯砌施工

隧道二襯在圍巖及初期支護變形基本穩(wěn)定后進行施工。本隧道二襯采用全斷面模板臺車整體澆筑工藝施工。模板臺車每循環(huán)長度10 m,混凝土采用混凝土輸送泵入模,插入式搗固器配合附著式搗動器搗固。

仰拱開挖采用兩種形式:1)跳躍式開挖,每次開挖3 m,預(yù)留未開挖段落會車;2)分半幅面開挖、單線行車,施工長度以50 m～100 m為宜。開挖采用風鉆打眼、松動爆破開挖,仰拱開挖距掌子面不大于80 m。仰供及回填混凝土均在洞口拌合場拌和,混凝土罐車運到現(xiàn)場,混凝土輸送泵泵送入模,插入式振搗器搗固。仰拱填充在仰拱施工完成后進行,禁止仰拱與填充混合施工。

3 黃土隧道施工注意事項

1)做好洞口、洞門及洞頂?shù)呐潘到y(tǒng),妥善處理好陷穴、裂縫,以免地面積水浸蝕洞體周圍,造成土體坍塌。2)加強施工中的變形觀測,及時反饋信息,以有效地指導(dǎo)施工,確保施工安全。3)施工中如發(fā)現(xiàn)工作面有失穩(wěn)現(xiàn)象,應(yīng)及時用噴射混凝土封閉,加設(shè)錨桿,架立鋼支撐等加強支護。4)堅持仰拱超前施工,及早封閉成環(huán),有效地控制變形。5)嚴格控制超欠挖,盡可能使開挖斷面圓順,以避免局部應(yīng)力集中。6)黃土隧道做好防、排水工作是施工成敗的關(guān)鍵。因地制宜的采取“以排為主,防、排、堵、截相結(jié)合”的綜合治理原則,達到排水暢通,防水可靠,不留隱患的目的。

4 幾點體會

1)黃土隧道施工必須遵循“短進尺、少擾動、勤量測、早封閉”的原則。2)根據(jù)埋深及地質(zhì)情況的變化,及時調(diào)整施工方案。3)黃土隧道施工風險高,施工方案的調(diào)整必須以安全施工為前提。4)由于黃土隧道圍巖直立性好、自承能力好,施工中可充分發(fā)揮圍巖自身的承載能力,體現(xiàn)隧道“新奧法”施工的精髓。

5 結(jié)語

通過黃土隧道的施工建設(shè),證明黃土隧道采用新奧法施工是可行的。施工中處理好濕陷性黃土地基、加強變形監(jiān)測、控制好初期支護和防排水、充分調(diào)動和發(fā)揮圍巖的自承作用,可確保黃土隧道施工的安全質(zhì)量可控。

[1]耿新文,孫 秀.云臺山隧道進口黃土段施工技術(shù)[J].山西建筑,2008,34(36):322-323.