臥虎山隧道右線小切口進(jìn)洞施工技術(shù)

吳發(fā)展,龍 楊

(中鐵隧道集團(tuán)二處有限公司, 河北 三河 065201)

洞口施工是隧道施工的關(guān)鍵環(huán)節(jié),洞口大挖大刷不僅不利于洞口的穩(wěn)定,也不利于植被的恢復(fù)與生長。減少洞口開挖,提倡早進(jìn)洞、晚出洞,注重水土保持與環(huán)保,盡量減少對自然環(huán)境的破壞,營造自然景觀,保護(hù)生態(tài)已成為人們的共識(shí)。胡平等[1]以正在建設(shè)中的公路隧道為依托,論述了隧道進(jìn)洞“零開挖”的設(shè)計(jì)理念和施工方法,將隧道洞口開挖對自然環(huán)境的影響減到最低程度,適當(dāng)種植本地較高大的灌木,以保護(hù)和合理利用生態(tài)環(huán)境。隧道洞口段的大量刷坡開挖,不利于環(huán)境保護(hù),還埋下了安全隱患,卓國平[2]介紹了鐵路隧道洞口段的各種開挖和支護(hù)方法,綠色洞口與周圍地形地貌相協(xié)調(diào),應(yīng)積極推廣“早進(jìn)晚出”的施工方法。蒙華鐵路晉豫段途經(jīng)國家級、省級自然保護(hù)區(qū)和水源保護(hù)區(qū),貫徹“保護(hù)優(yōu)先,預(yù)防為主”的原則,對洞口位置及防護(hù)型式等作了大量的勘察、對比和論證,基本避免了保護(hù)區(qū)范圍內(nèi)的環(huán)境破壞或污染,基本維持原有地貌,實(shí)現(xiàn)了“零開挖”進(jìn)洞,使工程建設(shè)與環(huán)境保護(hù)相結(jié)合,營造了和諧的建設(shè)氛圍[3]。林坤霖等[4]介紹了設(shè)計(jì)及施工更具彈性且無須砍伐樹木的非混凝土結(jié)構(gòu)護(hù)坡預(yù)應(yīng)防護(hù)網(wǎng)工法,強(qiáng)化邊坡結(jié)構(gòu),能保全現(xiàn)場自然景觀,使隧道洞口的設(shè)計(jì)施工更加彈性及符合環(huán)境保護(hù)。寶坪高速公路建設(shè)單位非常重視環(huán)境保護(hù),要求洞口少開挖以保護(hù)植被。臥虎山隧道右線出口地形坡度較緩,植被較好,貫徹建設(shè)單位要求,可以充分利用地形,實(shí)現(xiàn)小切口進(jìn)洞。

1 工程概況

陜西寶雞至坪坎高速公路是《國家公路網(wǎng)規(guī)劃(2013—2030)》銀川至昆明高速公路(G85)的重要組成部分[5],臥虎山隧道穿越秦嶺中低山區(qū),山體近南北走向,隧道與山脊近于直交(圖1),隧址區(qū)內(nèi)巖體近地表風(fēng)化裂隙較發(fā)育,節(jié)理間有鈣泥質(zhì)充填,隧道出口位于山體斜坡處,地形坡度較緩,坡角為41°～42°,圍巖為強(qiáng)—中風(fēng)化二長花崗巖,節(jié)理發(fā)育,巖體較破碎,呈松散結(jié)構(gòu),圍巖埋深較淺,穩(wěn)定性差,地下水類型為基巖裂隙水,富水性弱。隧道右線采取小切口開挖進(jìn)洞,進(jìn)行暗洞開挖之前必須先做好地表注漿、施做C30混凝土套拱及大管棚。

圖1 臥虎山隧道右線出口洞門剖面圖(單位：cm)

2 準(zhǔn)備工作

首先核對洞口地形和地質(zhì),核對洞口位置。進(jìn)行測量樁點(diǎn)復(fù)核,找出洞口位置和邊仰坡放線。按設(shè)計(jì)要求施工截水溝,截水溝內(nèi)凈寬600 mm,凈深600 mm,截水溝比原地面低600～1 000 mm,以保證地表水能完全流入溝內(nèi),截水溝采用M7.5漿砌片石砌筑,截水溝內(nèi)勾縫處理,做好排水系統(tǒng),防止地表水向下滲漏影響隧道安全。

清除施工范圍內(nèi)的地表雜草、樹木,對洞頂上方及周邊的孤石、危石進(jìn)行錨、攔、嵌、補(bǔ)等措施防護(hù),并對其周邊進(jìn)行掛網(wǎng)噴漿防護(hù),對個(gè)別坡面危石采用主動(dòng)防護(hù)網(wǎng),確保邊仰坡穩(wěn)定,以策洞口施工安全。

3 地表注漿

地表注漿范圍橫向?yàn)樗淼乐行木€兩側(cè)各15 m,縱向?yàn)閅K139+000～YK139+020從開挖仰坡線以下直至進(jìn)入基巖不小于3 m。明洞仰拱注漿范圍橫向?yàn)樗淼乐行木€兩側(cè)各10.5 m,縱向?yàn)閅K139+020～YK139+030從明洞仰拱以下直至仰拱以下5 m(圖2)。

在地面標(biāo)出注漿鉆眼范圍和具體位置,根據(jù)實(shí)測高程和設(shè)計(jì)高程確定鉆眼深度,從大里程向小里程單排單根采用潛孔鉆進(jìn)行鉆眼,注漿管采用φ50×4 mm注漿鋼花管,鋼管間距為2 000 mm×2 000 mm 梅花型布置,垂直打入地表,鋼管管壁每隔150 mm 交錯(cuò)布眼,眼孔直徑為10 mm,注漿漿液采用1∶1水泥砂漿,初始注漿壓力為0.5～1.0 MPa,注漿終壓為2.0～3.0 MPa。

圖2 地表注漿縱斷面布置圖

4 混凝土套拱

隧道右線套拱進(jìn)洞起點(diǎn)樁號YK139+020,終點(diǎn)樁號YK139+022,總長度均為2 m,套拱使管棚起點(diǎn)不處于懸臂狀態(tài),保證鉆孔精度,根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙放樣開挖輪廓線,根據(jù)地形,洞身上半部分無須開挖,僅對洞身下半部分套拱拱架安設(shè)部位進(jìn)行掏槽,挖出拱架安裝空間,實(shí)現(xiàn)小切口進(jìn)洞。土槽寬(縱向方向)與護(hù)拱厚度相同,土槽開挖采用人工輔助挖掘機(jī)開挖方式進(jìn)行,土槽挖好后,要求內(nèi)表面成型好。清除套拱段上斷面土方,預(yù)留核心土體以抵抗掌子面前的土體壓力并兼作套拱施工平臺(tái)[6]。按設(shè)計(jì)標(biāo)高開挖套拱基礎(chǔ),并夯實(shí),地基承載力不小于250 kPa,套拱基礎(chǔ)澆筑C30混凝土基礎(chǔ)。

套拱在明洞外輪廓以外,采用C30混凝土,厚度為600 mm,與明洞間預(yù)留100 mm變形量。套拱內(nèi)埋I20a型工字鋼4榀,間距600 mm,兩端保護(hù)層厚度100 mm,架立套拱內(nèi)工字鋼拱架,拱架的架立以穩(wěn)定、貼近掌子面并不侵占隧道凈空(圖3)。套拱段拱架安設(shè)時(shí)要保證中線、法線的準(zhǔn)確,其安設(shè)誤差在允許誤差范圍之內(nèi),保證其不偏、不斜、不前俯、不后仰,在安設(shè)時(shí)將各連接螺栓上齊、擰緊。套拱拱架架設(shè)完成以后,環(huán)向采用φ22螺紋鋼筋連接,連接筋環(huán)向間距1.0 m,在鋼拱架內(nèi)、外緣交錯(cuò)布置,每兩榀拱架之間焊接抗剪鋼筋以形成一水平防沉梁。

圖3 管棚護(hù)拱襯砌斷面圖

圖4 定位鋼筋大樣圖

工字鋼定位準(zhǔn)確后,在4榀工字鋼上準(zhǔn)確標(biāo)出導(dǎo)向鋼管的位置(圖4),導(dǎo)向鋼管定位時(shí),先定出頂部導(dǎo)向鋼管位置,然后向兩邊對稱,每間隔400 mm一個(gè),共計(jì)37根。導(dǎo)向鋼管定位完畢后用φ22鋼筋環(huán)向固定于工字鋼骨架上：導(dǎo)向鋼管選用φ133×4 mm鋼管,與工字鋼焊接牢固,外向插角2°。采用固定筋雙面焊接,焊接長度不小于150 mm,導(dǎo)向鋼管必須保證不松動(dòng),定位準(zhǔn)確,方向平行于路線中線,以防止套拱混凝土澆筑過程中導(dǎo)向鋼管移動(dòng)。

考慮因掌子面不平整,靠近掌子面端的導(dǎo)向管可抵緊掌子面；靠洞口方向管端要整齊,在同一斷面上。導(dǎo)向管安裝完畢后,將導(dǎo)向管兩端用編織袋堵塞密實(shí),以防止?jié)沧⒒炷習(xí)r混凝土進(jìn)入導(dǎo)向管內(nèi)。

拱架和導(dǎo)向管安裝完畢后,進(jìn)行內(nèi)外模板鋪設(shè)。模板采用厚度50 mm,寬度為200 mm、長度為2～3 m的木板,模板連接處要嚴(yán)密、牢固,以防跑模漏漿。內(nèi)模板采用鋼管加頂托做支撐骨架,在核心土架立底模和側(cè)模支架減小支架高度。內(nèi)外模及側(cè)模均采用φ22螺紋鋼在模板背后作為加勁筋,間距為300 mm,用φ8的鋼筋與拱架焊接,連接內(nèi)外模板的鋼筋進(jìn)行加固。模板安裝時(shí),分別在套拱外兩側(cè)及拱頂預(yù)留混凝土下料窗口,對套拱混凝土進(jìn)行分層澆筑。混凝土采用外購商品混凝土,輸送泵澆筑,澆筑時(shí)兩側(cè)對稱澆筑,防止偏壓使拱架產(chǎn)生偏移,邊澆筑邊搗固,保證混凝土密實(shí)?；炷恋娜肽囟?、坍落度、和易性等必須滿足施工要求,在澆筑過程中注意檢查模板穩(wěn)定情況,防止跑模,有異常時(shí)采取加固手段。

5 管棚施工

管棚布置在開挖的外輪廓線,形成牢固的棚狀支護(hù)結(jié)構(gòu)[7],起到縱向鋼梁的作用,穩(wěn)定前方地層。管棚采用長32 m(有效長度30 m,護(hù)拱2 m)、φ108 mm×6的無縫鋼管,編號為奇數(shù)的第一節(jié)采用3 m,偶數(shù)的第一節(jié)采用6 m長,以后均為6 m,最后打入的一節(jié)結(jié)合套拱長度截取合適長度,連接采用絲扣連接,絲扣長度不小于150 mm；靠近洞口3 m范圍內(nèi)鋼管為無孔,其余長度鋼管鋼管壁四周鉆4排φ10的注漿孔,間隔150 mm,每兩排之間錯(cuò)開75 mm布置,預(yù)留止?jié){段長度為5 m(圖5)。同一斷面接頭數(shù)不大于50%,相鄰鋼管接頭錯(cuò)開1 m以上。

圖5 鋼管示意圖

鉆機(jī)作業(yè)平臺(tái)采用預(yù)留的核心土平臺(tái)作為鉆機(jī)操作平臺(tái),管棚鉆孔采用YGL-100A管棚鉆機(jī)平行鉆孔作業(yè),管棚鋼管穿過套拱中預(yù)埋的鋼套管及時(shí)跟進(jìn),利用鉆機(jī)的沖擊和推力低速低壓將安有工作管頭的棚管沿引導(dǎo)孔鉆進(jìn),待入孔2 m后適當(dāng)加壓,鉆機(jī)立軸方向必須準(zhǔn)確控制,隨時(shí)用測斜儀量測角度和鉆進(jìn)方向,發(fā)現(xiàn)偏斜超過設(shè)計(jì)要求時(shí),及時(shí)糾正以保證鉆孔方向正確。鉆孔沿隧道周邊以2°外插角打入圍巖 (不包括路線縱坡),方向與路線中線平行,管棚環(huán)向間距400 mm,鋼管逐節(jié)頂入,鋼管接頭采用φ114絲口連接,絲扣長150 mm[8]。選取2個(gè)試驗(yàn)孔確定選用于本地質(zhì)條件下的鉆孔角度、鉆速等施工參數(shù)[9]。

施工時(shí),對管棚自左向右予以編號,先安裝奇數(shù)管棚,安裝完畢后立即注漿。再安裝偶數(shù)管棚,通過偶數(shù)管棚孔鉆進(jìn)時(shí)流出的液體及其顏色檢查奇數(shù)孔的注漿質(zhì)量。鉆孔順序由拱頂?shù)母呖孜幌蚬澳_的低孔位進(jìn)行,開孔時(shí)低速低壓,待壓孔后可加壓到1.0～1.5 MPa,管棚施工誤差徑向不大于200 mm,橫向不大于50 mm。

注漿泵選用2臺(tái),管棚灌注漿液為純水泥(添加水泥重量5%的水玻璃)漿液,注漿水灰比為1∶1,注漿壓：初壓為0.5～1.0 MPa,終壓2.0 MPa,漿液擴(kuò)散半徑不小于0.5 m,注漿采用分段注漿。注漿前先通過現(xiàn)場注漿試驗(yàn)確定注漿參數(shù),注漿結(jié)束后及時(shí)清除管內(nèi)漿液,并用M30水泥砂漿緊密充填,增強(qiáng)管棚的剛度和強(qiáng)度。

6 結(jié) 語

根據(jù)原地形,經(jīng)現(xiàn)場測量,洞口洞身上半部分無須開挖,僅對洞身下半部分進(jìn)行掏槽挖出拱架安裝空間,預(yù)留核心土體以抵抗掌子面前的土體壓力并兼作套拱和管棚施工平臺(tái),開挖量少,對圍巖擾動(dòng)較小,充分利用了地形,方便施工,實(shí)現(xiàn)小切口進(jìn)洞。

隧道洞口不得大面積開挖,以免破壞洞口土體穩(wěn)定,隧道進(jìn)洞前對邊仰坡加固,做好截、排水溝,避免地面水侵蝕洞體周圍。在開挖影響區(qū)域內(nèi)利用當(dāng)?shù)爻Ｒ娢锓N進(jìn)行自然搭配種植,使隧道工程與周圍環(huán)境協(xié)調(diào)[10]。