高等級(jí)公路隧道淺埋段開挖方案的淺析

任軍軍

隧道是公路修建中的一個(gè)主要部分,尤其是目前對(duì)環(huán)境、土地等各方面考慮,隧道在公路中的應(yīng)用呈上升趨勢(shì),特別是在高等級(jí)公路中比重越來越大。

1 工程概況

雷家磧1號(hào)隧道位于臨縣雷家磧村北約50 m,設(shè)計(jì)為分離式,隧道兩洞中軸線最大間距約36 m。右線起訖里程K186+045～K186+500,全長455 m,太原端洞口里程樁號(hào) K186+045,洞口底板設(shè)計(jì)高程1064.43 m,佳縣端洞口里程樁號(hào)K186+500,洞口底板設(shè)計(jì)高程1073.53 m,洞體局部出露于黃土沖溝,洞體最大埋深約55 m,位于K186+220處。左線起訖里程ZK186+045～ZK186+522,全長 477 m,太原端洞口里程樁號(hào)ZK186+045,洞口底板設(shè)計(jì)高程1064.43 m,佳縣端洞口里程樁號(hào)ZK186+522,洞口底板設(shè)計(jì)高程1073.97 m,洞體局部出露于黃土沖溝,洞體最大埋深約52 m,位于K186+240處。進(jìn)出口均位于黃土梁黃土沖溝,且進(jìn)出口為淺埋段。

2 工程地質(zhì)條件

1)隧址區(qū)地質(zhì)結(jié)構(gòu)簡單,出露的地層由新至老依次由第四系上更新統(tǒng)()濕陷性黃土(粉土)、()黃土(粉土)、第四系中更新統(tǒng)()黃土(粉質(zhì)黏土)組成,)濕陷性黃土(粉土)為稍濕,稍密,松軟結(jié)構(gòu);)黃土(粉土)為稍濕,中密,松軟結(jié)構(gòu);黃土(粉質(zhì)黏土)為堅(jiān)硬狀態(tài),松軟結(jié)構(gòu)。該隧道圍巖物理力學(xué)指標(biāo)見表1。

表1 隧道圍巖物理力學(xué)指標(biāo)

2)水文地質(zhì)條件。隧址太原端洞口為無名黃土沖溝的右岸,佳縣端洞口為黃土沖溝左岸,溝內(nèi)只有雨季時(shí)有暫時(shí)性水流匯集,一般時(shí)節(jié)干枯無水。根據(jù)地質(zhì)調(diào)查及探井揭示,隧道洞體埋深范圍內(nèi)未見地下水位,隧址周圍坡麓地帶及沖溝內(nèi)亦未發(fā)現(xiàn)有泉水出露,隧道洞體埋深范圍內(nèi)巖體富水性弱。但由于洞體埋深不大,巖體富水性強(qiáng),雨季期間大氣降水沿土體空隙下滲,在洞體內(nèi)可能形成暫時(shí)性空隙水,造成洞體內(nèi)產(chǎn)生滴滲水現(xiàn)象。

3 開挖方案選擇

對(duì)于淺埋地段,由于覆蓋層薄,巖體往往較為松散,巖體本身一般不能形成完整的支撐環(huán),支撐結(jié)構(gòu)主要承受松散壓力,設(shè)計(jì)和施工中支護(hù)的強(qiáng)度和剛度大于一般深埋的情況。但如果將設(shè)計(jì)的支護(hù)及時(shí)有效地在隧道施工中施作,首先決定的是開挖方法。

開挖方法的選擇主要決定于影響圍巖穩(wěn)定的因素,影響圍巖穩(wěn)定的因素很多,主要有自然地質(zhì)因素和工程因素。本隧道太原端進(jìn)口K186+055～K186+120段為緊接明洞地段,埋深 5.6 m～30 m。據(jù)上述地質(zhì)條件和現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)量測(cè),洞口淺埋段總體穩(wěn)定性差,稍一開挖圍巖就會(huì)掉塊、坍塌。經(jīng)分析,決定洞口淺埋段采用側(cè)壁導(dǎo)坑開挖方法施工,見圖1。

步驟說明:①先行導(dǎo)坑上部開挖;②先行導(dǎo)坑下部開挖;③先行導(dǎo)坑超前支護(hù)、錨噴支護(hù)、鋼架支撐,設(shè)置臨時(shí)壁墻支撐;④后行導(dǎo)坑上部開挖;⑤后行導(dǎo)坑下部開挖;⑥后行導(dǎo)坑超前支護(hù)、錨噴支護(hù)、鋼架支撐,設(shè)置臨時(shí)壁墻支撐;⑦中央部拱頂開挖;⑧中央部拱頂超前支護(hù)、錨噴支護(hù)、鋼架支撐等;⑨,⑩中央部其余部分開挖;?仰拱錨噴支護(hù)、鋼架支撐等;?拆除臨時(shí)壁墻;?模筑全周襯砌。

該方法施工時(shí)開挖高度較低,支護(hù)方便及時(shí),能抑制垂直壓力隨圍巖變形加劇而迅速增加,減少坍塌幾率。雖然有很多優(yōu)點(diǎn),但開挖斷面分塊多,擾動(dòng)大,初期支護(hù)閉合時(shí)間長。且拱架接頭增多,開挖高度受到限制,不利大型機(jī)械使用,而且速度慢,成本高。

鑒于上述情況,掘進(jìn)10 m以后,經(jīng)過現(xiàn)場(chǎng)近期一段時(shí)間的監(jiān)控量測(cè)數(shù)據(jù),拱頂累計(jì)下沉為2 cm,周邊位移累計(jì)為1.5 cm。初期支護(hù)無明顯變化,土體也較洞口密實(shí),埋深也較洞口厚。所以改為臺(tái)階法進(jìn)行施工,見圖2。

步驟說明:①上半部開挖;②拱部進(jìn)行錨噴支護(hù);③中心核部開挖;④下部開挖;⑤邊墻錨噴支護(hù);⑥澆筑仰拱;⑦模筑二次襯砌。

要注意的是開挖時(shí)臺(tái)階長度一般為1.5倍～2倍的洞跨,在開挖施工中要根據(jù)圍巖的穩(wěn)定情況,適當(dāng)調(diào)整臺(tái)階長度、臺(tái)階個(gè)數(shù),同時(shí)根據(jù)初期支護(hù)施作情況,采用長短馬口結(jié)合,錯(cuò)開施工。

在圍巖較好時(shí),使用該方法能使機(jī)械效率大大發(fā)揮出來,提高了施工進(jìn)度,降低成本。但該方法一次開挖高度大,相對(duì)來說初期支護(hù)慢,但整體閉合時(shí)間縮短了。

就淺埋段而言,開挖方法還有很多,比如全斷面開挖法,分部開挖法等。隧道施工過程中,無論選擇何種開挖方法,都必須認(rèn)真進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控量測(cè),特別是圍巖特征、圍巖壓力、洞周的位移、拱頂?shù)南鲁痢⒊醮我r砌的壓力、臨時(shí)支護(hù)的變形等應(yīng)該作為監(jiān)控量測(cè)的重點(diǎn),通過現(xiàn)場(chǎng)量測(cè)及時(shí)掌握圍巖和支護(hù)結(jié)構(gòu)的動(dòng)態(tài),以實(shí)現(xiàn)不同的特征采用不同的開挖方法,這是隧道開挖人員在施工過程中必須注意的問題。隨著高等級(jí)公路的快速發(fā)展,隧道開挖方法探討的問題還有很多,懇請(qǐng)各位同仁、專家批評(píng)、指正。

[1]JTJ 042-94,公路隧道施工技術(shù)規(guī)范[S].

[2]隧道施工管理實(shí)施指南[M].北京:人民交通出版社,2004.

[3]朱月貴,王 松.淺談九曲小凈距隧道的施工[J].山西建筑,2008,34(11):335-336.