超大斷面隧道變截面段施工技術(shù)研究

閆明超，曾 鵬，何知思，楊新安

(1．中國中鐵五局四公司，廣東 韶關(guān) 512031;2．同濟(jì)大學(xué) 道路與交通工程教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，上海 201804)

超大斷面隧道變截面段施工技術(shù)研究

閆明超1，曾 鵬1，何知思2，楊新安2

(1．中國中鐵五局四公司，廣東 韶關(guān) 512031;2．同濟(jì)大學(xué) 道路與交通工程教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，上海 201804)

壁板坡特長隧道是滬昆客專全線控制性工程之一，該隧道采用合分修設(shè)計(jì)，合修過渡到分修由四個(gè)依次擴(kuò)大的斷面構(gòu)成，均為超大斷面。合分修過渡段施工面臨跨度大、斷面高、變截面等難點(diǎn)，隧道開挖、襯砌作業(yè)等與普通隧道有差別。本文根據(jù)壁板坡隧道合分修段施工實(shí)踐，介紹了超大斷面變截面施工過程中的總體施工方案、開挖方法、初期支護(hù)以及變截面二次襯砌施工等，總結(jié)了超大斷面隧道變截面施工的技術(shù)要點(diǎn)。

隧道施工 超大斷面 合分修過渡段 變截面 支護(hù)

隧道合分修的設(shè)計(jì)主要見于公路隧道和城市地鐵隧道，在高速鐵路隧道修建中還十分少見。隧道由合修的單洞過渡到分修的雙洞需要設(shè)置一定長度的過渡段，過渡段一般采用漸變方式，其斷面尺寸遠(yuǎn)大于普通鐵路隧道，結(jié)構(gòu)復(fù)雜;且當(dāng)隧道穿過巖層條件較差的地段時(shí)，導(dǎo)致其施工難度及安全風(fēng)險(xiǎn)顯著增加［1-6］。本文根據(jù)壁板坡隧道工程實(shí)踐，探討高速隧道超大斷面變截面段(即合分修段)的施工技術(shù)與方法。

1 工程概況

壁板坡隧道是滬昆鐵路最長的隧道，全長14 756 m，最大埋深735 m，隧道進(jìn)口段DK977+657—DK979+020為單洞雙線，其余部分設(shè)計(jì)為雙洞單線。在DK978+580—DK979+020合分修過渡段由D，C，B，A四個(gè)依次擴(kuò)大的斷面構(gòu)成，如圖1所示。正洞DK978+580—DK979+020段裂隙較發(fā)育，巖體較破碎，局部含軟弱泥巖夾層。巖溶微弱發(fā)育，其中DK978+855—DK978+865段存在溶洞或溶蝕裂隙。

2 施工難點(diǎn)分析

超大斷面隧道變截面施工的關(guān)鍵是如何保障施工安全及變截面施工時(shí)二襯如何施作，即要解決模板臺車隨截面變化的問題。根據(jù)超前地質(zhì)預(yù)報(bào)資料，合分修過渡段局部圍巖為含多條軟弱泥巖夾層的復(fù)合巖體，并伴有溶洞或溶蝕裂隙，若施工控制不當(dāng)，易發(fā)生塌方等隧道失穩(wěn)災(zāi)害。另外，超大斷面變截面施工難度大、工藝復(fù)雜，需要根據(jù) D，C，B，A四種設(shè)計(jì)斷面，進(jìn)行襯砌臺車的設(shè)計(jì)、拼裝及不同斷面的轉(zhuǎn)換，這是施工的另一難點(diǎn)。

圖1 壁板坡隧道進(jìn)口合分修過渡段平面示意(單位:cm)

3 總體施工方案

隧道掘進(jìn)采用挖掘機(jī)配合鉆爆法施工，以減少對圍巖的擾動(dòng);運(yùn)輸方式為無軌方式;壓入式通風(fēng);二次襯砌采用9 m長全斷面液壓變截面襯砌模板臺車進(jìn)行施作。

壁板坡隧道合分修過渡段全長440 m。施工時(shí)，自平導(dǎo)先由橫通道進(jìn)入D斷面，在DK978+580往大里程方向掘進(jìn)，然后往小里程方向掘進(jìn);再對大里程合分修段D，C，B和A斷面進(jìn)行開挖。

變截面襯砌模板臺車在小里程段拼裝完成后，進(jìn)行二襯施工，待小里程段二襯施工完畢后，按設(shè)計(jì)斷面改變變截面襯砌模板臺車的尺寸，進(jìn)行大里程 C斷面、B斷面和A斷面的二襯施作。

施工中，結(jié)合超前地質(zhì)預(yù)報(bào)及監(jiān)控量測，建立以地質(zhì)工作為先導(dǎo)、以量測為依據(jù)的信息化施工體系。根據(jù)預(yù)報(bào)結(jié)果制定可靠的技術(shù)措施，發(fā)現(xiàn)圍巖級別與地下水狀態(tài)與設(shè)計(jì)不符時(shí)，及時(shí)提出設(shè)計(jì)變更，確保施工安全。

4 具體施工方法

4.1 開挖及爆破方法

根據(jù)合分修過渡段4種不同斷面的特點(diǎn)和圍巖地質(zhì)特征制定相應(yīng)的開挖方法，合分修過渡段各個(gè)分段的開挖方法和尺寸見表1。

表1 不同斷面開挖方法和尺寸

為減小對圍巖的擾動(dòng)，采用挖掘機(jī)與控制爆破相結(jié)合的施工方法。超大斷面爆破裝藥結(jié)構(gòu)與普通斷面有所不同。超大斷面周邊眼采用空氣間隔裝藥結(jié)構(gòu)，并采用φ25乳化炸藥(見圖2)，其余炮眼均采用眼底連續(xù)反向裝藥結(jié)構(gòu)［7-8］。

4.2 初期支護(hù)施工

初期支護(hù)采用錨噴網(wǎng)和鋼支架聯(lián)合支護(hù)，初期支護(hù)強(qiáng)度高，能迅速控制圍巖變形，充分發(fā)揮圍巖自身承載能力。初期支護(hù)緊跟開挖面，盡量減少圍巖暴露時(shí)間，抑制圍巖變形，防止圍巖松馳剝落。

系統(tǒng)錨桿采用中空錨桿，邊墻及臨時(shí)支護(hù)錨固采用全螺紋砂漿錨桿，超前支護(hù)采用φ42小導(dǎo)管。A斷面圍巖條件較差，斷面尺寸最大。在隧道每個(gè)斷面拱腰處對稱布置長21 m的500 kN預(yù)應(yīng)力錨索，共6根。詳細(xì)的初期支護(hù)設(shè)計(jì)與參數(shù)見表2［9-10］。

圖2 空氣間隔裝藥結(jié)構(gòu)示意

表2 隧道合分修過渡段襯砌支護(hù)參數(shù)

4.3 變截面二次襯砌施工

施工中采用的連續(xù)變截面模板臺車在洞內(nèi)拼裝［11］，它主要由模板、門架、行走裝置、支撐機(jī)構(gòu)和液壓系統(tǒng)等組成。當(dāng)需要改變斷面形式時(shí)，首先用支架將邊模固定，然后將頂模拆下，松開門架定位銷，利用門架移動(dòng)油缸向外伸長適當(dāng)?shù)某叽?當(dāng)門架移動(dòng)到位后，緊固好門架定位銷，并在每榀門架中間加裝1根中立柱和2根輔助斜撐，在中立柱下方安裝3個(gè)液壓油缸，以調(diào)整門架中橫梁水平，并配合螺旋絲桿起到支撐作用;固定好門架后，裝上相應(yīng)斷面的頂模即可投入使用。變截面模板臺車結(jié)構(gòu)示意如圖3。

圖3 變截面模板臺車結(jié)構(gòu)示意

5 監(jiān)控量測

由于合分修過渡段施工斷面大，對圍巖的應(yīng)力重分布影響較大，必須加強(qiáng)監(jiān)控量測工作，及時(shí)掌握圍巖的穩(wěn)定情況，通過分析找出主要因素，及時(shí)調(diào)整施工措施，保證施工安全。本段施工除監(jiān)測必測項(xiàng)目拱頂下沉和凈空收斂外，還對典型斷面實(shí)施了選測項(xiàng)目的監(jiān)測，以掌握支護(hù)結(jié)構(gòu)與圍巖的受力和變形，評價(jià)其穩(wěn)定狀態(tài)。選測項(xiàng)目有:

1)采用鋼筋計(jì)監(jiān)測錨桿受力狀態(tài)與軸力大小，以確定圍巖松動(dòng)圈范圍，并判斷錨桿的有效長度及圍巖變形發(fā)展趨勢。

2)監(jiān)測圍巖壓力及其與支護(hù)結(jié)構(gòu)間的接觸壓力，掌握支護(hù)結(jié)構(gòu)的受力與變形狀態(tài)。

3)采用表面應(yīng)變計(jì)監(jiān)測鋼拱架應(yīng)變，掌握鋼架受力狀態(tài)。

4)采用混凝土應(yīng)變計(jì)監(jiān)測襯砌混凝土應(yīng)變，再轉(zhuǎn)化為二次襯砌內(nèi)力，了解襯砌結(jié)構(gòu)的應(yīng)力分布特征及初支與二襯的分擔(dān)比，評價(jià)襯砌結(jié)構(gòu)的安全與設(shè)計(jì)合理與否。

監(jiān)測結(jié)果表明，由于強(qiáng)化了初期支護(hù)，并在超大斷面拱頂進(jìn)行了超長錨索加固，壁板坡隧道合分修段的圍巖與支護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)力、隧道變形均控制在容許范圍內(nèi)。

6 結(jié)論

超大斷面變截面鐵路隧道在國內(nèi)十分少見。本文總結(jié)了壁板坡隧道合分修段的施工技術(shù)與經(jīng)驗(yàn)，得出以下幾點(diǎn)結(jié)論:

1)超大斷面隧道應(yīng)根據(jù)不同區(qū)段的圍巖條件，選擇合理的開挖方法與支護(hù)方案。

2)壁板坡隧道合分修采用4種斷面形式過渡，施工中采用的變截面模板臺車能很好地滿足連續(xù)變截面施工轉(zhuǎn)換的需要，避免制作多臺模板臺車所造成的工期延誤與成本支出。

3)為保證超大斷面隧道穩(wěn)定與支護(hù)結(jié)構(gòu)的長期安全，在圍巖含軟弱泥巖夾層的A段采用預(yù)應(yīng)力錨索配合其它初期支護(hù)，保障了超大斷面隧道的施工安全。

［1］凌樹云．青島海底隧道超淺埋變截面特大斷面施工技術(shù)［J］．鐵道建筑技術(shù)，2011(9):80-84．

［2］李可寧．大斷面黃土隧道施工控制［J］．鐵道建筑，2011(8):53-55．

［3］孫立福．多斷面并存的城市地鐵施工方法［J］．西部探礦工程，2000(3):74-76．

［4］姜長清．高速鐵路大斷面隧道淺埋段多臺階開挖法施工技術(shù)優(yōu)化研究［J］．鐵道建筑，2014(6):92-94．

［5］李紅巖．變截面與軟流塑地層地鐵渡線隧道施工技術(shù)研究［D］．長沙:中南大學(xué)，2007．

［6］張文彥．城市地鐵渡線區(qū)變截面群洞隧道施工技術(shù)的優(yōu)化研究［D］．合肥:合肥工業(yè)大學(xué)，2009．

［7］中華人民共和國鐵道部．鐵建設(shè)［2010］241號 高速鐵路隧道工程施工技術(shù)指南［S］．北京:中國鐵道出版社，2011．

［8］中華人民共和國鐵道部．TB 10304—2009 鐵路隧道工程施工安全技術(shù)規(guī)程［S］．北京:中國鐵道出版社，2009．

［9］趙志強(qiáng)．大采高超大斷面切眼長錨桿錨索組合支護(hù)技術(shù)［J］．中國煤炭，2013(11):67-71．

［10］張慧玲．高速鐵路超大斷面隧道支護(hù)參數(shù)及施工方法研究［J］．鐵道建筑技術(shù)，2009(8):10-13，46．

［11］戴保民．旗號嶺隧道大跨度變截面襯砌臺車設(shè)計(jì)、制造與應(yīng)用［J］．鐵道標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，2003(增 1):88-90．

U455

B

10．3969/j．issn．1003-1995．2015．07．13

1003-1995(2015)07-0043-03

2015-01-20;

2015-04-25

閆明超(1981— )，男，陜西西安人，工程師。

(責(zé)任審編 葛全紅)