北樂原淺埋偏壓隧道進(jìn)洞施工技術(shù)

戴 谷 張瑞光

(山西省公路工程監(jiān)理技術(shù)咨詢公司，山西太原 030006)

1 工程概況

北樂原隧道位于山西省吉縣北樂村東側(cè)約1.0 m，設(shè)計(jì)為左右分離式，隧道左右線均屬特長隧道，總體呈北—南向，兩洞中軸線最大間距約33 m，最小間距約24 m，為吉縣—河津高速公路的重點(diǎn)控制性工程。吉縣—河津高速公路是山西省“十二五”重點(diǎn)工程，是山西省高速公路網(wǎng)“三縱十一橫十一環(huán)”西縱主干線的重要組成部分。

隧道右線洞體全長3 551 m，吉縣端洞口里程 K1+485，河津端洞口里程K5+036;最大埋深200.6 m，位于K4+180處;左線洞體全長3 546m，吉縣端洞口里程ZK1+490，河津端洞口里程樁號ZK5+036;洞體最大埋深198.4 m，位于ZK4+160。

2 隧道地質(zhì)情況

隧道河津端洞口位于三堠村東南側(cè)西溝溝腦斜坡上，沖溝較窄，呈“V”字形，溝岸較陡，坡向 180°左右，坡角在 20°～45°之間，洞口段圍巖及洞口邊坡由第四系上更新統(tǒng)風(fēng)積濕陷性黃土(粉質(zhì)粘土)、第四系中更新統(tǒng)沖洪積黃土(粉質(zhì)粘土)及三疊系下統(tǒng)和尚溝組砂質(zhì)泥巖及砂巖組成。黃土受大氣降水沖蝕及侵蝕作用易產(chǎn)生小范圍內(nèi)坍塌現(xiàn)象;砂質(zhì)泥巖及砂巖，節(jié)理裂隙發(fā)育，巖體破碎，呈碎裂狀結(jié)構(gòu)，圍巖巖層產(chǎn)狀為337°∠4°，巖層傾向坡面，呈有利組合，但由于巖體破碎，易產(chǎn)生掉塊、碎落及崩塌等現(xiàn)象，故邊坡穩(wěn)定性較差。洞口端地形呈左高右低(西南高，東北低)、左前右后的特征，左側(cè)山體陡峻，覆蓋層薄，右側(cè)為沖溝溝底，是典型的偏壓淺埋隧道，進(jìn)洞段圍巖等級為Ⅴ3級，明洞若采用常規(guī)方法施工，可能由于爆破等開挖手段對巖土體的擾動、破壞作用，使其穩(wěn)定性降低，有可能加劇土體沿下伏基巖面整體滑塌及掉塊、碎落及崩塌等不良現(xiàn)象產(chǎn)生。側(cè)墻易失穩(wěn)，成洞困難，故需考慮安全穩(wěn)妥的進(jìn)洞方案。

3 施工方案的確定

洞口工程施工進(jìn)洞方案堅(jiān)持“零開挖、保環(huán)境”的原則，根據(jù)實(shí)際地形，調(diào)整進(jìn)洞里程，盡量減少對洞口周圍地表的破壞，保持地方生態(tài)環(huán)境。

針對本隧道偏壓淺埋等地質(zhì)地形特點(diǎn)，本著弱爆破、短進(jìn)尺、強(qiáng)支護(hù)、勤量測、緊襯砌的原則，經(jīng)反復(fù)方案比選，采用了半明半暗方案進(jìn)洞。半明半暗方案的主要特點(diǎn)是開挖量少，對山體破壞小，可有效控制臨時邊坡高度，保證山體穩(wěn)定。

半明半暗方案的主要施工步驟為:

1)清除地表植被及腐殖土，開挖臨時邊坡并及時防護(hù);

2)施作外側(cè)擋墻和護(hù)拱，護(hù)拱拱腳要嵌入圍巖深度至少50 cm，并且在護(hù)拱內(nèi)預(yù)留管棚套管;

3)護(hù)拱上回填種植土并做粘土隔水層，施作洞口管棚，進(jìn)行主洞開挖。

4 施工方法及工藝

4.1 洞口邊仰坡刷坡及支護(hù)

首先按設(shè)計(jì)圖放出邊、仰坡開挖線，做好洞頂截水天溝，將地表水引至開挖線影響范圍之外，以防地表水沖刷邊、仰坡，導(dǎo)致邊仰坡失穩(wěn)坍塌。截水天溝要結(jié)合現(xiàn)場地形修建。

邊、仰坡開挖應(yīng)自上而下逐段分層開挖。土方可直接用挖機(jī)刷坡，遇到石層則采用淺眼松動爆破開挖。盡量對圍巖減少擾動，確保半明半暗段隧道圍巖及邊仰坡的穩(wěn)定。且邊仰坡防護(hù)自上而下隨開挖隨防護(hù)，防護(hù)范圍延至自然坡面，防止土石進(jìn)一步風(fēng)化引起水土流失而產(chǎn)生空穴，導(dǎo)致防護(hù)失效。

邊仰坡開挖后，臨時邊仰坡立即初噴5 cm厚C25混凝土封閉，布設(shè)φ8鋼筋網(wǎng)，網(wǎng)格25 cm×25 cm，施作φ22全長早強(qiáng)藥包錨桿(L-3 m)進(jìn)行錨固，梅花形布置，間距150×150，然后復(fù)噴至10 cm厚。

4.2 偏壓擋墻施工

右幅YK5+030～YK5+036及左幅ZK5+032～ZK5+036設(shè)計(jì)為半明半暗段襯砌，均在外側(cè)設(shè)置偏壓擋墻。偏壓擋墻采用C25鋼筋混凝土，并設(shè)計(jì)C25鋼筋混凝土護(hù)拱。

1)首先對隧道左線進(jìn)口段右側(cè)，按設(shè)計(jì)開挖基坑完成后，進(jìn)行基礎(chǔ)鋼筋綁扎并澆筑鋼筋混凝土基礎(chǔ)，基礎(chǔ)混凝土澆筑完成后對明挖部分進(jìn)行初期支護(hù)，縱向每間距0.5 m安裝鋼格柵，環(huán)向每間距1.00 m焊接φ22連接筋，縱向每間距0.5 m用Ⅰ20a型鋼鋼架與鋼格柵焊接在一起，防止鋼架傾覆。

2)拱架安裝完成后進(jìn)行墻身鋼筋綁扎及混凝土澆筑。然后模筑C25混凝土厚0.27 m進(jìn)行初期支護(hù)，形成半個封閉環(huán)。待初期支護(hù)混凝土達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后，施作80 cm厚的C25鋼筋混凝土護(hù)拱，護(hù)拱內(nèi)埋設(shè)鋼筋支撐，在澆筑頂部混凝土弧形護(hù)拱時，預(yù)埋φ127×4 mm的孔口管，鋼筋與孔口管連接成整體。確保長管棚施工，導(dǎo)向管的外插角度確定為3°。

3)將偏壓擋墻背后采用漿砌片石反壓回填，回填要保證砂漿飽滿密實(shí)，不得有空洞。采用粘土對護(hù)拱拱頂進(jìn)行回填，粘土隔水層施作完畢后順原山體恢復(fù)地面植被。

4.3 洞口段混凝土套拱及長管棚超前支護(hù)施工

明洞段擋墻基礎(chǔ)混凝土澆筑完成后，進(jìn)行套拱施工。設(shè)計(jì)為φ108×6 mm的長管棚，管棚長度為20 m，共計(jì)36根。

1)護(hù)拱施作。

a.管棚護(hù)拱嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)要求進(jìn)行施工，采用C25模筑混凝土，長2 m，厚60 cm，鋼拱架采用2榀Ⅰ20a工字鋼作為支撐，工字鋼連接經(jīng)螺栓拼接后，騎縫焊接牢固，焊縫應(yīng)飽滿、密實(shí)，不得有砂眼，鋼拱架拱腳設(shè)兩根φ25的鎖腳錨桿(L-3.5 m)。

b.護(hù)拱內(nèi)預(yù)埋φ127×4 mm孔口管，為管棚鉆孔及送管起導(dǎo)向作用。導(dǎo)向管必須牢固焊接于工字鋼或其他定位鋼筋上，防止?jié)仓炷習(xí)r產(chǎn)生位移，保證位置準(zhǔn)確。護(hù)拱混凝土澆筑應(yīng)邊澆筑邊振搗，振搗至混凝土表面不再泛漿、冒氣泡為準(zhǔn)，確?；炷恋拿軐?shí)，保證內(nèi)實(shí)外光。

2)大管棚施工。

超前大管棚施工采用專業(yè)管棚鉆機(jī)從預(yù)埋孔口管內(nèi)鉆孔，按照設(shè)計(jì)位置，在鉆孔中調(diào)整鉆孔角度為向上傾角2°，確保管棚不得侵入隧道凈空。先施工奇數(shù)孔位管棚，再施工偶數(shù)孔位管棚。鉆孔完成一根，即安裝一根管棚，并按照設(shè)計(jì)參數(shù)進(jìn)行壓注水泥漿(水灰比1∶1，注漿初壓力 0.5 MPa ～1.0 MPa，終壓 2.0 MPa)，注漿有效半徑按40 cm估計(jì)，壓漿結(jié)束后立即對鋼管充填水泥砂漿，注漿時由兩端向中間進(jìn)行。管棚鋼管采用φ108熱軋無縫鋼管，壁厚6 mm，節(jié)長3 m和6 m，鋼管連接采用絲接(要求絲長15 cm)，并且接頭處奇偶錯開。

a.安裝長管棚用地質(zhì)巖芯鉆桿配合鉆頭進(jìn)行反復(fù)掃孔，清除浮碴，確保孔徑、孔深符合要求，防止堵孔。

b.管棚鋼管按照設(shè)計(jì)要求預(yù)留φ8注漿孔，孔眼交錯布置，間距75 cm，鋼管尾端150 cm處不設(shè)注漿孔。

c.管棚注漿結(jié)束后須及時清除管口漿液，并用M30砂漿密實(shí)充填，增加管棚的剛度和強(qiáng)度，保證進(jìn)洞安全。

4.4 半明半暗段采用臺階分部法開挖

1)開挖后及時噴射混凝土封閉巖面，左側(cè)暗挖部分按間距0.6 m，打 φ22 全長早強(qiáng)藥包錨桿，L-3.5 m，縱向每間距 1.0 m 打一環(huán)，打入角度按α=3°～5°布打。拱部邊墻掛φ8雙層網(wǎng)片。每間距0.6 m，用Ⅰ20a型鋼與右側(cè)鋼拱架連接在一起，采用AM25×70螺栓連接。

2)環(huán)向每1 m焊φ22連接筋。

3)施作初期支護(hù)，噴射C25混凝土厚0.27 m，形成封閉環(huán)。

4.5 進(jìn)洞施工

由于洞口覆蓋層薄且破碎施工過程中采用了臺階分部法進(jìn)行主洞開挖。

1)明洞施工完成后，轉(zhuǎn)入暗洞開挖，暗洞開挖前要清除邊仰坡開挖線外的浮石、危石，并按照技術(shù)要求在洞頂埋設(shè)地表下沉降觀測點(diǎn)。

2)上部弧形導(dǎo)坑以人工風(fēng)鎬配合挖掘機(jī)開挖為主，需要時輔以弱爆破;每循環(huán)開挖前采用φ42導(dǎo)管進(jìn)行超前支護(hù)，開挖后及時噴射混凝土封閉巖面，并進(jìn)行初期支護(hù)作業(yè)，循環(huán)進(jìn)尺1.6 m。上弧導(dǎo)坑出碴采用人工配合挖掘機(jī)扒碴至下斷面，挖掘機(jī)或裝載機(jī)裝自卸車運(yùn)走;核心土采用挖掘機(jī)或采用控制爆破，核心土開挖后進(jìn)行下部開挖，并進(jìn)行初期支護(hù)，下部開挖距上部距離8 m～10 m。仰拱施工后，采用全斷面液壓臺車，混凝土輸送車配合混凝土輸送泵灌注。

4.6 監(jiān)控量測方案

建立監(jiān)控量測小組，配備專用量測設(shè)備、儀表，按規(guī)定頻率進(jìn)行量測，準(zhǔn)確、完整、及時收集數(shù)據(jù)，分析掌握圍巖收斂和初期支護(hù)位移變化情況，描述工程地質(zhì)，及時反饋信息，為施工提供科學(xué)依據(jù)。

5 結(jié)語

北樂原隧道左洞進(jìn)口埋深淺且偏壓嚴(yán)重，圍巖自穩(wěn)能力較差容易產(chǎn)生塌方，地質(zhì)條件差。采用半明半暗法既可確保洞口邊仰坡穩(wěn)定又可保證進(jìn)洞安全，還能最大限度的節(jié)省工期和投資。節(jié)約了土地，防止了植被破壞、山體滑坍并快速進(jìn)洞，為冬季隧道施工創(chuàng)造了較好條件，為我們以后進(jìn)行半明半暗隧道施工積累了寶貴的施工經(jīng)驗(yàn)，同時在施工中要加強(qiáng)監(jiān)控測量，對指導(dǎo)工程施工具有重要意義。

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