渝黔鐵路白楊灣隧道下穿高速公路綜合施工技術(shù)

王明慧，李敢，李大平

(1．渝黔鐵路有限責(zé)任公司，重慶400014;2．中國鐵建十六局集團(tuán)有限公司，北京100018)

渝黔鐵路白楊灣隧道下穿高速公路綜合施工技術(shù)

王明慧1，李敢2，李大平2

(1．渝黔鐵路有限責(zé)任公司，重慶400014;2．中國鐵建十六局集團(tuán)有限公司，北京100018)

鐵路復(fù)雜地質(zhì)淺埋偏壓隧道下穿高速公路施工，既涉及施工安全與質(zhì)量問題，又要確保既有高速公路在通車情況下防沉降、防坍塌、防止交通事故的問題。本文以重慶至貴陽鐵路擴(kuò)能改造工程白楊灣隧道下穿高速公路為例，從實(shí)施方案論證、開挖方法選擇、施工技術(shù)應(yīng)用、確保暢通措施、安全技術(shù)管理等方面論述了施工過程中采取的相應(yīng)對策與技術(shù)措施，可為類似工程施工提供借鑒。

鐵路隧道 復(fù)雜地質(zhì) 淺埋偏壓 下穿 高速公路 施工技術(shù)

1 工程概況

渝黔鐵路白楊灣隧道全長420 m，起訖里程DK27 +930—DK28+350，明暗分界里程分別為DK28+085和DK28+204。白楊灣隧道下穿重慶二環(huán)高速公路，下穿段里程為DK28+038—DK28+074。二環(huán)高速是重慶“二環(huán)八射”高速公路中的重要組成部分，雙向六車道，設(shè)計(jì)速度100 km/h，路基寬度33.5 m。公路與鐵路交叉點(diǎn)里程為公路K107+632(鐵路DK28+ 056)，平面斜交76°(圖1)。

圖1 隧道下穿高速公路段施工平面布置

白楊灣隧道通過高速公路地段為泥巖夾砂巖，地層巖性單一，單斜構(gòu)造，右側(cè)順層偏壓，工程地質(zhì)條件一般。隧道埋深淺，約3 m。交通組織及施工安全防護(hù)要求高，施工進(jìn)度要求快，公路恢復(fù)標(biāo)準(zhǔn)要求高。江津區(qū)新建φ800燃?xì)夤艿涝谒眄斖ㄟ^，要求2014年1月底之前提供隧頂埋設(shè)管道條件，工期緊。設(shè)計(jì)采用明挖方式通過，高速公路段隧道開挖寬度37 m。為安全穿越高速公路，確保施工安全及公路運(yùn)營安全，擬采取半幅封閉半幅施工，高速公路交通組織安全及安全防護(hù)是重點(diǎn)。

2 明挖段隧道總體施工方案

白楊灣隧道施工從隧道進(jìn)口開始，先施作高速公路段明洞段，再施工暗洞段。施工順序:根據(jù)地方拆遷進(jìn)度，拉槽坡道DK27+920—DK28+028明挖段(作為通道)及施作該段邊坡臨時(shí)排水設(shè)施;施作白楊灣隧道DK27+980—DK28+028明洞段仰拱，作為施工及臺車拼裝場地，并施作集水井;準(zhǔn)備工作完成后，封閉珞璜至支坪方向車道(內(nèi)圈)，從最近的開口交通組織轉(zhuǎn)換后，車輛從支坪至珞璜方向(外圈)單道雙向通行;明洞開挖至DK28+056(同時(shí)施作鋼管樁防護(hù))，施工完成后及時(shí)回填并施作高速公路瀝青路面;待開通珞璜至支坪方向車道(內(nèi)圈)并單道雙向通行后，封閉支坪至珞璜方向車道(外圈)，明洞施工至DK28+ 085，明洞施工完成回填后及時(shí)施作瀝青路面并恢復(fù)高速公路雙道雙向通行。隧道明挖施工采用控制爆破、破碎錘配合開挖土石方，重點(diǎn)監(jiān)控地表沉降。

根據(jù)圍巖條件和斷面大小，本段隧道明洞采用明挖法組織施工，其主要分項(xiàng)工程施工流程為:測量放樣→公路防護(hù)→洞身開挖(同時(shí)施工鋼管樁)→邊坡臨時(shí)支護(hù)→仰拱開挖及襯砌→二次襯砌施工→防水施工→回填夯實(shí)→路面恢復(fù)通行。

3 主要施工方法及工藝

3.1 隧道下穿高速公路段明挖施工及防護(hù)

白楊灣隧道下穿二環(huán)高速公路，分兩個(gè)階段實(shí)施明洞施工(圖2)。

圖2 明洞開挖及防護(hù)

1)第1階段。隧道開挖至DK28+056，橫向在距開挖線0.5 m處采用長16 m、間距50 cm的φ200 mm鋼管樁及錨噴網(wǎng)支護(hù)，這樣既可保證未封閉側(cè)道路的安全，也可保證施工安全。采取分層開挖并及時(shí)封閉邊坡，將隧道襯砌施工至DK28+056。施工完成后及時(shí)回填并施作瀝青路面。

2)第2階段。隧道開挖至DK28+085，邊仰坡采用錨噴網(wǎng)支護(hù)。隧道襯砌施工至DK28+085，及時(shí)回填并施作瀝青路面。

3)隧道下穿高速公路施工完成并驗(yàn)收通過后，恢復(fù)高速公路原設(shè)施及防護(hù)措施，拆除各種施工銘牌、標(biāo)牌等。

3.2 明洞施工方法及工藝

明洞開挖采用明挖法施工，具體工藝流程見圖3。土方開挖采用挖掘機(jī)，裝載機(jī)配合，自卸車運(yùn)輸。施工前，先按設(shè)計(jì)圖紙測量放樣，確定開挖施工界線，并將開挖范圍內(nèi)的路面及雜物清除，清除后的雜物根據(jù)現(xiàn)場工程師的要求在指定的棄土場內(nèi)妥善處理或堆棄。清表工作結(jié)束后，及時(shí)開挖截水天溝和臨時(shí)排水溝，做好地面排水，防止地表水沖刷開挖邊坡，影響邊坡穩(wěn)定。在開挖的同時(shí)，隨時(shí)監(jiān)測邊仰坡的穩(wěn)定情況，如有坑洼積水時(shí)，應(yīng)予以處理，但不得用土石方填筑，以免堵塞排水溝渠，影響施工安全。明洞開挖的棄土，不得堆放在邊坡、仰坡上方，應(yīng)堆棄于指定的棄渣場內(nèi)。

石方開挖要從上至下分層開挖，可由挖掘機(jī)挖裝，自卸車運(yùn)輸，軟石可先用裂土器松動(dòng)，然后用裝載機(jī)或挖掘機(jī)裝渣。石方需爆破時(shí)，采用控制爆破開挖，只能放小炮或采用松動(dòng)爆破。

施工時(shí)，根據(jù)實(shí)際地質(zhì)情況及開挖斷面，按如下方式開挖:對于面層風(fēng)化巖、軟石用挖掘機(jī)或鑿巖機(jī)開挖;石方較為零散、小方量地段采用機(jī)械鉆眼放小炮開挖;對于開挖斷面小，邊坡高在5 m以內(nèi)的石方地段，采用氣腿式鑿巖機(jī)鉆孔，進(jìn)行小梯段淺孔松動(dòng)爆破;對于開挖高度在5 m以上，巖石整體性好的地段，采用潛孔鉆機(jī)鉆孔，進(jìn)行大梯段深孔松動(dòng)爆破，爆破采用塑料導(dǎo)爆管電毫秒雷管實(shí)施微差爆破;距離設(shè)計(jì)邊坡面1～2 m時(shí)采用光面爆破。在正式爆破施工前先進(jìn)行試驗(yàn)，以便確定各項(xiàng)爆破參數(shù)。

圖3 明洞開挖施工工藝流程

3.3 邊坡及直墻臨時(shí)防護(hù)施工

線路左右側(cè)及橫向垂直臨時(shí)開挖面邊坡采用噴錨網(wǎng)防護(hù)，支護(hù)參數(shù)如下:噴混凝土厚8 cm，采用φ8鋼筋網(wǎng)和φ22砂漿錨桿。

1)錨噴施工

在邊坡面開挖出渣后，盡快安設(shè)錨桿。錨桿安裝采用風(fēng)槍鉆孔，人工安設(shè)，注漿泵注漿。根據(jù)設(shè)計(jì)要求，錨桿直徑為22 mm，按1.2 m×1.2 m呈梅花形布置，每根長度4.0 m，并整直、除銹和除油，外端采用墊塊;采用φ8的鋼筋，加工成25 cm×25 cm網(wǎng)片，每片大小2.0 m×1.5 m，扎絲綁扎和點(diǎn)焊連接。網(wǎng)片間搭接長度為不少于1個(gè)網(wǎng)格，與錨桿或其它固定裝置連接牢固，噴射混凝土?xí)r不能晃動(dòng)。鋼筋網(wǎng)安裝規(guī)整順直，與初噴混凝土表面保持3 cm的間距。

2)鋼管樁施工

在距離開挖線0.5 m處，采用φ200 mm鋼管樁與錨噴網(wǎng)支護(hù)。鋼管樁間距50 cm，長16 m。鋼管樁采用鉆機(jī)打孔，鉆孔直徑220 mm。鋼管安裝后，采用C20混凝土灌注，地面用30 cm×30 cm的圈梁聯(lián)結(jié)，邊坡采用噴錨網(wǎng)防護(hù)。

3.4 高速公路工程恢復(fù)

按設(shè)計(jì)圖紙要求，隧道直墻以下部分采用M10漿砌片石回填，頂部設(shè)置50 cm厚碎石反濾層。按《公路工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》(JTG B01—2003)、《公路路基設(shè)計(jì)規(guī)范》(JTG D30—2004)等技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)填筑路基，高速公路管理部門驗(yàn)收合格后，才能進(jìn)行路面結(jié)構(gòu)層施工。路面結(jié)構(gòu)層按高速公路原標(biāo)準(zhǔn)施工，瀝青路面兩端均搭接10 m寬進(jìn)行過渡。路面結(jié)構(gòu)見圖4。

圖4 高速公路路面結(jié)構(gòu)(單位:cm)

按原標(biāo)準(zhǔn)恢復(fù)高速公路排水系統(tǒng)及防護(hù)柵欄等工程。公路排水溝采用M7.5漿砌片石砌筑，尺寸與原排水溝相同。土路肩采用C20混凝土加固，厚度為10 cm。防護(hù)柵欄按原公路防護(hù)柵欄標(biāo)準(zhǔn)恢復(fù)。針對開挖后回填的公路邊坡，采用M7.5漿砌片石人字截水骨架進(jìn)行防護(hù)施工。

4 隧道結(jié)構(gòu)安全分析

計(jì)算所采用的軟件是“同濟(jì)曙光——公路隧道設(shè)計(jì)系統(tǒng)”。規(guī)范依據(jù)《公路隧道設(shè)計(jì)規(guī)范》(JTG D70—2004)。

4.1 結(jié)構(gòu)內(nèi)力計(jì)算

結(jié)構(gòu)內(nèi)力采用桿系有限元法計(jì)算，計(jì)算工況:圍巖壓力+襯砌自重+地層彈簧。計(jì)算參數(shù)如下:①隧道斷面為兩車道標(biāo)準(zhǔn)斷面設(shè)仰拱(二襯)分離式隧道斷面，其參數(shù)見表1。②襯砌材料參數(shù)見表2。③地層彈性抗力系數(shù)為150.0 MPa/m。④荷載，頂左垂直壓力?。?23.0 kN/m2(按最不利情況考慮荷載掛120級，換算荷載為56.818 kPa)+66 kPa(3 m土層豎向重力22×3=66 kPa);底左、底右垂向均為彈簧約束，無壓力;左上水平側(cè)壓力20.0 kN/m2;左下水平側(cè)壓力75.0 kN/m2;右上水平側(cè)壓力－20.0 kN/m2;右下水平側(cè)壓力－75.0 kN/m2;主動(dòng)土壓力系數(shù)取0.3;頂部、左側(cè)、底部、右側(cè)圍巖壓力折減系數(shù)均為1.0。圍巖壓力二襯分擔(dān)比例為1，初襯分擔(dān)比例為0。

選取145個(gè)單元計(jì)算當(dāng)前工況的襯砌內(nèi)力包括軸力、彎矩、剪力，計(jì)算結(jié)果均符合設(shè)計(jì)及規(guī)范要求，內(nèi)力分布如圖5所示。

表1 隧道斷面參數(shù)

表2 隧道斷面襯砌材料參數(shù)

圖5 內(nèi)力分布

4.2 配筋及正常使用極限狀態(tài)計(jì)算

依據(jù)《公路隧道設(shè)計(jì)規(guī)范》按單一安全系數(shù)極限狀態(tài)設(shè)計(jì)方法計(jì)算。配筋方式為對稱配筋。荷載組合:永久荷載+基本可變荷載+其它可變荷載。鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件的強(qiáng)度安全系數(shù)(混凝土抗拉)和(混凝土抗壓)分別取2.00和1.70。配筋相關(guān)參數(shù):①混凝土強(qiáng)度等級C25，受壓區(qū)及受拉區(qū)保護(hù)層厚度35.0 mm。②鋼筋采用HRB335(d=8～25 mm)，為螺紋鋼筋，直經(jīng)22.0 mm。③鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件最大裂縫寬度允許值δfmax取0.20 mm。

配筋及正常極限狀態(tài)主要驗(yàn)算各節(jié)點(diǎn)、極值點(diǎn)處配筋情況和素混凝土結(jié)構(gòu)強(qiáng)度。計(jì)算結(jié)果說明要采用鋼筋混凝土，并加大配筋率。

4.3 節(jié)點(diǎn)位移計(jì)算

節(jié)點(diǎn)位移變形最大值水平方向?yàn)?.39 mm，豎直方向?yàn)椋?.46 mm，綜合方向?yàn)?.46 mm，符合規(guī)范要求。

4.4 計(jì)算結(jié)果

1)當(dāng)二次襯砌用素混凝土，部分單元的抗拉強(qiáng)度不滿足要求，必須使用鋼筋混凝土。

2)當(dāng)二襯配筋時(shí)，最小配筋面積為1 508 mm2/m，配5根直徑22 mm HRB400級鋼筋可以滿足要求。

3)配筋后最大混凝土單元裂縫最大寬度為δfmax= 0.217 mm＞0.2 mm，稍微超出規(guī)范要求。根據(jù)《公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范》(JTG D62—2004)，應(yīng)將配筋率加大，并將鋼筋直徑減小，因此考慮本襯砌截面尺寸較大(800 mm)，可適當(dāng)提高配筋率。采用10根φ20 mm的HRB400級鋼筋可滿足規(guī)范要求。

4)隧道二次襯砌結(jié)構(gòu)最大水平位移為1.39 mm，最大豎向位移為5.46 mm，在可以接受范圍。

綜上所述，只要結(jié)構(gòu)配筋滿足本計(jì)算的最小配筋要求，白楊灣隧道在其上部高速公路恢復(fù)通車運(yùn)營后，能滿足隧道結(jié)構(gòu)運(yùn)營安全要求。

5 安全措施

1)施工期間加強(qiáng)監(jiān)控量測(主要是既有高速公路地表的變形監(jiān)測)，如有異常應(yīng)立即停止施工，分析原因并及時(shí)反饋給高速公路運(yùn)營管理部門，采取相應(yīng)措施，以確保隧道施工安全和高速公路運(yùn)營安全。通車后對隧道襯砌和高速公路地表應(yīng)持續(xù)進(jìn)行變形監(jiān)測，0～3個(gè)月保持每周監(jiān)測1次，3～6個(gè)月每2周監(jiān)測1次，6～12個(gè)月每月監(jiān)測1次。

2)隧道采用明挖法施工，應(yīng)加強(qiáng)明洞基坑開挖防護(hù)，特別是對公路橫向端頭的防護(hù)，爆破時(shí)嚴(yán)格按照要求進(jìn)行防護(hù)。

3)隧道襯砌施工必須嚴(yán)格按設(shè)計(jì)圖紙施工。隧道澆筑完成后回填時(shí)，應(yīng)采用易碾壓密實(shí)的土回填，不得使用振動(dòng)壓路機(jī)回填碾壓，以免對隧道結(jié)構(gòu)產(chǎn)生不利影響。同時(shí)注意隧道襯砌背面及地表的防排水施工，保證排水通暢，防止隧道襯砌漏水。

4)待隧道襯砌混凝土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)的75%以上時(shí)，才能回填碾壓;待隧道襯砌混凝土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)的95%以上且高速公路通過驗(yàn)收并做好防護(hù)設(shè)施后方可通車。

5)交通安全設(shè)施及標(biāo)志的設(shè)置應(yīng)按照重慶市運(yùn)營高速公路施工作業(yè)管理規(guī)范執(zhí)行。

6)在施工前方應(yīng)增設(shè)“大型車輛靠左行駛”標(biāo)志，誘導(dǎo)大型車輛避開隧道開挖公路橫向端頭車道。

7)繞城高速應(yīng)急車道寬度為3 m，單道雙通利用其作為轉(zhuǎn)換車道，建議加寬應(yīng)急車道。

6 結(jié)語

重慶至貴陽擴(kuò)能改造工程白楊灣隧道DK28+ 038—DK28+074于2014年5月中旬順利下穿重慶二環(huán)高速公路，標(biāo)志著下穿方案選擇、綜合施工技術(shù)應(yīng)用及各項(xiàng)安全保障措施取得了成效。所采取的綜合施工技術(shù)解決了在地質(zhì)條件復(fù)雜的情況下淺埋段隧道下穿高速公路安全風(fēng)險(xiǎn)極高、施工技術(shù)復(fù)雜等難題，可供同類工程施工借鑒。

［1］中華人民共和國住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部．GB 50010—2010混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范［S］．北京:中國建筑工業(yè)出版社，2010．

［2］中華人民共和國交通部．JTG D70—2004公路隧道設(shè)計(jì)規(guī)范［S］．北京:人民交通出版社，2004．

［3］中華人民共和國交通部．JTG H30—2004公路養(yǎng)護(hù)安全作業(yè)規(guī)程［S］．北京:人民交通出版社，2004．

［4］中華人民共和國交通部．JTG D30—2004公路路基設(shè)計(jì)規(guī)范［S］．北京:人民交通出版社，2005．

［5］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．

［6］關(guān)寶樹．隧道工程施工要點(diǎn)集［M］．北京:人民交通出版社，2011．

［7］王明慧，朱永波．渝萬鐵路客運(yùn)專線淺埋隧道施工技術(shù)［J］．鐵道建筑，2014(4):75-78．

(責(zé)任審編李付軍)

U455

A

10．3969/j．issn．1003-1995．2015．03．23

1003-1995(2015)03-0080-04

2014-08-22;

2014-11-16

王明慧(1964—)，男，湖北京山人，教授級高級工程師，博士。