羅雪松
(福建路橋建設(shè)有限公司,福州 350000)
隨著高速公路的發(fā)展以及施工技術(shù)水平的提高,長(zhǎng)、大隧道越來(lái)越多地出現(xiàn)在高速公路施工中。于此同時(shí),各種復(fù)雜地質(zhì)情況下的隧道施工問(wèn)題也困擾著參建各方,尤其在大變形隧道中,面臨著洞室初支變形、塌方、二襯開(kāi)裂、仰拱隆起變形等諸多安全和質(zhì)量問(wèn)題,作為施工方,也面臨著更加嚴(yán)峻的施工地質(zhì)環(huán)境和更高的施工管理要求。
本項(xiàng)目為蘭州至海口國(guó)家高速公路(G75)渭源至武都建設(shè)項(xiàng)目,木寨嶺隧道穿越漳河與洮河分水嶺——木寨嶺,橫跨漳縣、岷縣兩縣。隧道采用分離式設(shè)計(jì),左線里程ZK210+635~ZK225+856,全長(zhǎng)15 231m;右線里程K210+635~K225+798,全長(zhǎng)15 163m,洞身最大埋深590m。
木寨嶺隧道進(jìn)口施工段,主線起訖樁號(hào)為K210+620~K216+380(雙洞),路線全長(zhǎng)5.76km,位于甘肅省定西市漳縣大草灘鄉(xiāng)小林溝村境內(nèi)。主要工作內(nèi)容為木寨嶺特長(zhǎng)隧道進(jìn)口段5 745m,斜井1623m/1 座,隧道全部為V 級(jí)圍巖,主洞襯砌類型分為sVa(30m)、sVb(45m)、sVc(1467m)、sVd(304m)、sVe(475m)、sVf(2652m)、JGSV(100m)、TSVa(100m)、TSVc(280m)、交叉口277m、明洞15m 等11 種襯砌類型。木寨嶺隧道按高速公路標(biāo)準(zhǔn)建設(shè),設(shè)計(jì)車速80km/h,為雙向四車道分離式隧道。
木寨嶺隧道進(jìn)口于2016 年5 月4 日開(kāi)工,截至2019 年10 月25 日,上導(dǎo)開(kāi)挖施工到Y(jié)K214+590 時(shí),發(fā)現(xiàn)YK214+547~YK214+574 段仰拱填充隆起變形,填充表面縱向開(kāi)裂,洞室初支拱架扭曲變形,嚴(yán)重影響了后序工序的施工,為確保后續(xù)施工安全及工程質(zhì)量,需對(duì)YK214+547~YK214+574 段進(jìn)行處理。
原設(shè)計(jì)情況具體為:
1)設(shè)計(jì)支護(hù)參數(shù):木寨嶺隧道左洞ZK214+535.2~ZK214+615.2 段原設(shè)計(jì)為Ⅴ級(jí)圍巖,襯砌結(jié)構(gòu)形式為TSVC(緊急停車帶),設(shè)計(jì)支護(hù)主要參數(shù)為:φ42mm 超前注漿小導(dǎo)管長(zhǎng)450cm,環(huán)向間距40cm,外插角α為10°;φ25mm 自進(jìn)式中空注漿錨桿長(zhǎng)500cm,間距100cm×100cm(環(huán)向100cm,縱向100cm),φ42mm 徑向注漿小導(dǎo)管長(zhǎng)400cm,間距100cm×100cm(環(huán)向100cm,縱向100cm);HW200 型鋼鋼架,縱向間距50cm(含仰拱),噴射早強(qiáng)C25 混凝土厚30cm;二次襯砌C30 鋼筋混凝土厚65cm;預(yù)留變形量30cm。
2)地質(zhì)情況:該段圍巖主要為中風(fēng)化碳質(zhì)板巖,灰黑色,薄層狀構(gòu)造,受褶皺影響,節(jié)理裂隙發(fā)育,該段圍巖中存在高地應(yīng)力,主應(yīng)力方向?yàn)楸北睎|向,與線路夾角小于26°,圍巖穩(wěn)定性差,易產(chǎn)生大變形及大坍塌,地下水主要為基巖裂隙水;施工時(shí)可能出現(xiàn)點(diǎn)滴狀或淋雨?duì)畛鏊?/p>
ZK214+535.2~ZK214+615.2 段為緊急停車帶,地表高程為3 055.97~3 075.28m;設(shè)計(jì)路面高程為2 582.68~2 581.17m;洞室埋深為473~493m,存在較大的應(yīng)力。從施工過(guò)程揭示的圍巖情況看,該段以炭質(zhì)板巖為主,部分圍巖呈千枚巖化,圍巖揉皺明顯,巖體破碎,層理間黏結(jié)力小,施工過(guò)程中極易出現(xiàn)掉塊和坍塌,且掌子面有滲水情況,進(jìn)一步軟化了巖體,在高應(yīng)力地質(zhì)作用下導(dǎo)致變形不可避免。
該段于2019 年8 月20 日開(kāi)始開(kāi)挖施工,11 月13 日,開(kāi)挖支護(hù)結(jié)束;ZK214+535.2~ZK214+574 段仰拱施工時(shí)間從2019 年9 月6 日開(kāi)始施工,至2019 年10 月9 日結(jié)束。施工過(guò)程中嚴(yán)格按施工設(shè)計(jì)圖施工,從鉆芯取樣顯示,該段仰拱及填充厚度符合設(shè)計(jì)要求,拱架數(shù)量滿足設(shè)計(jì)要求。施工中采取的措施有:(1)加強(qiáng)隧道超前支護(hù),每循環(huán)施作一次,具體參數(shù):φ42mm 小導(dǎo)管,長(zhǎng)4.5m,每循環(huán)35 根,間距40cm,1∶1 水泥漿進(jìn)行注漿加固。(2)加強(qiáng)鎖腳的連接。鎖腳連接方式具體加強(qiáng)措施為:在拱架外側(cè)翼緣板處焊接U 型定位筋,先加工廠焊接好,運(yùn)至現(xiàn)場(chǎng)后安裝拱架,再?gòu)腢 型筋中間穿過(guò)鉆孔,安裝鎖腳小導(dǎo)管并與U 型筋焊接牢固,然后采用L 筋加強(qiáng)鎖腳與拱架的連接,這樣加強(qiáng)了在變形段鎖腳導(dǎo)管的作用。
2019 年10 月25 日起開(kāi)始初支收斂沉降觀測(cè),截至2019年11 月12 日,最大收斂出現(xiàn)在ZK214+570 處,累計(jì)收斂值995mm(施工預(yù)留沉降量700mm),收斂平均速率21.17mm/d,最大沉降值467mm,沉降平均速率為9.94mm/d。經(jīng)數(shù)理統(tǒng)計(jì),該段最大侵限295mm,平均侵限136mm。在初支拱架變形后,對(duì)初支進(jìn)行臨時(shí)加固,方式為:采用I18 工字鋼對(duì)初支進(jìn)行環(huán)向支撐,間距1m。由于該段隧道沉降收斂變形較大,在安裝臨時(shí)護(hù)拱1 周后,臨時(shí)護(hù)拱也出現(xiàn)較大扭曲變形,初支部分開(kāi)裂,裂縫寬度為3~15mm。
自2019 年10 月25 日發(fā)現(xiàn)ZK214+547~ZK214+574 仰拱出現(xiàn)隆起和縱向裂縫后,對(duì)該段進(jìn)行持續(xù)觀測(cè),截至11 月13日,裂縫最寬為17mm,最小為3mm,仰拱隆起最大為95mm(發(fā)現(xiàn)開(kāi)裂前已隆起40mm),最小為7mm。
2019 年10 月26 日,按5m 的間距在仰拱裂縫兩端布設(shè)觀測(cè)點(diǎn),監(jiān)控點(diǎn)間距50~70cm。從監(jiān)測(cè)結(jié)果看,雖然變形速率有所下降,但仰拱隆起依然呈上升勢(shì)態(tài),未完全穩(wěn)定。
ZK214+535.2~ZK214+615.2 處于斷層影響帶,圍巖主要為中風(fēng)化碳質(zhì)板巖,薄層構(gòu)造,碎裂狀松散結(jié)構(gòu),并且以炭質(zhì)板巖為主,其間夾雜炭質(zhì)千枚巖,少量滲水;圍巖破碎,褶皺發(fā)育,圍巖具有遇水軟化特點(diǎn),層理間填充物為全風(fēng)化石英巖,膠結(jié)能力差,易掉塊。圍巖軟散是導(dǎo)致洞室變形量大的主要原因之一,同時(shí)地應(yīng)力大,拱墻壓力全部施加至仰拱上,導(dǎo)致拱腳處應(yīng)力集中,仰拱受拉,致使仰拱出現(xiàn)縱向開(kāi)裂。
由于炭質(zhì)板巖夾炭質(zhì)千枚巖等對(duì)巖層認(rèn)識(shí)不到位,而且在施工時(shí)圍巖滲水點(diǎn)較多,導(dǎo)致巖體遇水軟化,基底承載力降低,進(jìn)而出現(xiàn)長(zhǎng)段落的仰拱及填充面隆起變形和開(kāi)裂。
為減小仰拱結(jié)構(gòu)的繼續(xù)變形,并綜合考慮隧道整治時(shí)對(duì)后期二襯兩側(cè)邊墻的穩(wěn)定,減少其橫向、豎向變形和位移,對(duì)ZK214+547~ZK214+597 段邊墻兩側(cè)及拱腰兩側(cè)各設(shè)置梁排φ89mm 鋼花管(壁厚6mm)鎖腳,縱向間距100cm,每根長(zhǎng)4.5m,下排鋼花管斜插45°角斜向向下打入,上排鋼花管15°角斜向向下打入;鋼管內(nèi)灌注細(xì)粒式混凝土,以增加鋼花管整體剛度。為減小洞室變形,在兩側(cè)拱腰處各設(shè)置1 排φ89mm 鋼花管,鋼花管與拱架采用鋼板連接并焊接牢固。
在施作φ89mm 鋼花管大鎖腳以及φ76mm 穩(wěn)定桿對(duì)洞室進(jìn)行加固后,根據(jù)洞室變形情況,若有必要,對(duì)仰拱隆起段進(jìn)行基底加固,改善基底承載力和加固地基圍巖,具體為:采用φ42mm,長(zhǎng)5.5m 的小導(dǎo)管注漿,對(duì)仰拱基底進(jìn)行固結(jié),小導(dǎo)管采用鋼花管,縱、環(huán)向間距1.5m,梅形布置,確保仰拱與巖體接觸的密實(shí);漿液采用1∶1∶0.5 雙液水玻璃漿,注漿壓力為0.5~10MPa。
注漿加固注意事項(xiàng)包括:(1)注意注漿的速度與壓力,根據(jù)注漿速度及時(shí)調(diào)整配合比;(2)注漿時(shí)觀察是否有竄漿現(xiàn)象,如果竄漿,可降低注漿壓力、采用間歇注漿等措施保證注漿質(zhì)量。
對(duì)該地段仰拱及初支布設(shè)觀測(cè)點(diǎn),每5m 布設(shè)一組斷面,2 次/d 進(jìn)行監(jiān)控量測(cè)并與措施前進(jìn)行對(duì)比。