某隧道下穿國(guó)道超淺埋段方案優(yōu)化及處理措施

張立軍,袁新順

(1.中交二航局第五工程分公司，武漢 430040；2.中交武漢港灣工程設(shè)計(jì)研究院有限公司，武漢 430040；3.海工結(jié)構(gòu)新材料及維護(hù)加固技術(shù)湖北省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，武漢 430040)

隨著我國(guó)公路工程建設(shè)的快速發(fā)展，公路隧道施工技術(shù)日益成熟，根據(jù)隧道穿越地層的不同情況，采取不同的施工方法，例如針對(duì)淺埋及軟土隧道，主要有明挖法、蓋挖法、淺埋暗挖法和盾構(gòu)法等。合理選擇公路隧道施工方法，根據(jù)實(shí)際情況及時(shí)調(diào)整和優(yōu)化方案，并制定切實(shí)可行地施工保障措施，是保證公路隧道施工安全有序?qū)嵤┎雌诔龆吹那疤帷?/p>

1 工程概況

什翁隧道位于海南省五指山境內(nèi)，屬中長(zhǎng)隧道。左線起訖樁號(hào)ZK26+760～ZK27+530，長(zhǎng)770 m，隧道最大埋深約127 m，位于ZK27+100處；右線隧道起訖樁號(hào)YK26+775～YK27+565，長(zhǎng)790 m，隧道最大埋深約132 m，位于YK27+120處。

出口左線ZK27+470～ZK27+530、右線YK27+460～YK27+565為淺埋段，圍巖主要為粉質(zhì)黏土和全、強(qiáng)風(fēng)化層，土質(zhì)較軟，巖質(zhì)軟，巖石風(fēng)化強(qiáng)烈，遇水易軟化，自穩(wěn)性差，地下水主要為第四系孔隙潛水和基巖裂隙水，雨季水量較大，開(kāi)挖易變形坍塌、有滲漏水現(xiàn)象，出口邊坡坡度陡，巖土層軟弱，易滑塌，Vp=610～2 580 m/s。左線暗洞覆蓋層厚度約3～19.5 m，右線覆蓋層厚度約6～21.2 m。

什翁隧道出口段下穿G224國(guó)道，G224國(guó)道技術(shù)等級(jí)為二級(jí)，設(shè)計(jì)速度70 km/h，路基寬度12 m，水泥混凝土路面，為五指山市與保亭縣之間連接的主干道路。下穿G224國(guó)道段為超淺埋，覆蓋層左線約3.5 m、右線約7 m。

2 原設(shè)計(jì)情況

什翁隧道出口左線ZK27+470～ZK27+530,右線YK27+510～YK27+565為明洞區(qū)段，既有國(guó)道G224從中間穿過(guò)。采用明挖法施工最大開(kāi)挖高度23.9 m，三級(jí)邊坡；明洞開(kāi)挖從上到下逐步進(jìn)行，邊開(kāi)挖邊防護(hù)，采用水泥砂漿錨桿、鋼筋網(wǎng)片、噴射混凝土錨噴防護(hù)，在成洞面前方對(duì)邊仰坡進(jìn)行Ф42 mm鋼花管地表注漿加固。原G224保通道路技術(shù)等級(jí)為四級(jí)，保通道路長(zhǎng)983 m，路基寬度6.5 m，保通便道路面采用20 cm級(jí)配碎石墊層+20 cm5%水穩(wěn)碎石基層+20 cmC25混凝土水泥混凝土路面結(jié)構(gòu)。隧道出口端明洞施工期間需對(duì)交叉處G224國(guó)道路基進(jìn)行開(kāi)挖，待洞口、明洞成型后方可回填路基、鋪設(shè)路面、恢復(fù)通行。

3 方案優(yōu)化

出口原設(shè)計(jì)明挖法出洞，開(kāi)挖邊坡較高，防護(hù)及排水難度大，雨季會(huì)造成邊坡失穩(wěn)、坍塌，存在很大安全風(fēng)險(xiǎn)。且原G224國(guó)道保通道路需經(jīng)過(guò)大片農(nóng)田和林地，征拆費(fèi)用高、協(xié)調(diào)難度大，工期難以保證；改道路線長(zhǎng)，路基寬度小，路堤高達(dá)17 m，后期交通組織安全風(fēng)險(xiǎn)極大。

為確保施工安全，按期出洞，經(jīng)多方討論研究，提出如下方案：隧道出口左、右洞成洞面分別外移35 m、30 m(左洞由ZK27+470移至Z27+505，右洞由YK27+510移至YK27+540)，明挖出洞優(yōu)化為淺埋暗挖出洞。為避免國(guó)道重載車動(dòng)荷載長(zhǎng)年累月頻繁作用對(duì)暗洞二襯造成傷害，加強(qiáng)暗洞復(fù)合式襯砌。Φ42單層超前小導(dǎo)管支護(hù)加強(qiáng)為Φ42雙層超前小導(dǎo)管支護(hù)，環(huán)向間距由35 cm增大到40 cm；Φ25中空注漿錨桿變更為Φ42注漿小導(dǎo)管，間距由120×60 cm調(diào)整為120×50 cm；Φ8鋼筋網(wǎng)(20×20 cm)由單層調(diào)整為雙層，I20a鋼架縱向間距由60 cm調(diào)整為50 cm；二襯混凝土標(biāo)號(hào)由C30提高到C40，主筋由C22鋼筋增強(qiáng)為C25鋼筋，間距由20 cm加密至25 cm，水平筋由C12鋼筋增強(qiáng)為C16鋼筋，間距由30 cm加密至25 cm，Φ8箍筋間距由30 cm加密至25 cm。

對(duì)國(guó)道G224保通路進(jìn)行調(diào)整，充分利用紅線用地，保通道路長(zhǎng)度由983 m縮減為375 m，路基寬度由6.5 m擴(kuò)大至12 m，臨時(shí)征地面積由21畝減至2.5畝，路基填筑和挖方由82 000 m3減至19 500 m3，最大高度由17 m降低至9 m。

4 總體施工方案

出口段先開(kāi)挖洞口邊仰坡，完成邊仰坡防護(hù)和排水系統(tǒng)后施作洞口套拱和管棚，再采用土體回填明洞邊仰坡進(jìn)行G224國(guó)道外側(cè)臨時(shí)改路施工，保通便道施工完成后臨時(shí)封閉出口段G224國(guó)道，改由保通便道通行，進(jìn)行下穿國(guó)道淺埋段暗洞施工，待國(guó)道影響范圍內(nèi)二襯(國(guó)道外側(cè)5 m)達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度要求后即可恢復(fù)G224國(guó)道通行，廢棄臨時(shí)導(dǎo)改道路，然后開(kāi)挖國(guó)道外側(cè)明洞邊仰坡回填土及臨時(shí)導(dǎo)改道路，進(jìn)行明洞及洞門施工。

5 處理措施

5.1 套管及管棚施工

洞口邊坡及仰坡采用機(jī)械開(kāi)挖，自上而下分階段、分層進(jìn)行開(kāi)挖，開(kāi)挖一級(jí)支護(hù)一級(jí)，開(kāi)挖時(shí)預(yù)留核心土作為大管棚施工作業(yè)平臺(tái)。先進(jìn)行套拱地基承載力檢測(cè)，套拱地基承載力≥250 kPa，模板安裝加固后進(jìn)行套拱混凝土施工。套拱作為管棚的導(dǎo)向墻，管棚鉆孔完畢進(jìn)行注漿作業(yè)[1]。

5.2 國(guó)道改路施工

套拱及管棚施作完成后進(jìn)行土體回填明洞邊仰坡，在成洞面往大樁號(hào)側(cè)修筑臨時(shí)性交通導(dǎo)改道路。保通便道路面采用20 cm級(jí)配碎石墊層+20 cm5%水穩(wěn)碎石基層+24 cmC25混凝土水泥混凝土路面結(jié)構(gòu)。按要求完成新建改道路基土石方、防護(hù)工程、排水工程施工，驗(yàn)收合格后，開(kāi)始級(jí)配碎石底基層、水穩(wěn)基層、混凝土面層施工。為確保通行車輛的行駛安全，在兩端設(shè)置醒目的施工交通標(biāo)牌、施工提示牌、封路牌、閃光燈等交通標(biāo)志以及混凝土隔離墩或水馬等隔離設(shè)施疏導(dǎo)來(lái)往車輛行駛。

5.3 地表處治

國(guó)道224內(nèi)側(cè)左線暗挖隧道地表處治地表注漿加固：采用Φ108長(zhǎng)管棚注漿，注漿分兩步進(jìn)行跳注，確保注漿效果。漿液采用水泥-水玻璃漿液，水泥漿水灰比1∶1，水泥漿與水玻璃體積比1∶0.5，水玻璃濃度35波美度。

對(duì)現(xiàn)有沖溝進(jìn)行改溝：隧道出口左線在國(guó)道內(nèi)側(cè)有一條沖溝，位于左線隧道軸線，將地表進(jìn)行清表后，在沖溝內(nèi)澆筑40 cm C20混凝土，回填3 m厚碎石土并夯實(shí)，噴播植草綠化，然后用M7.5漿砌片石排水溝。

5.4 淺埋暗挖出洞

1)超前支護(hù)

淺埋段采用雙層超前小導(dǎo)管進(jìn)行預(yù)支護(hù)[2]，注意縱向搭接長(zhǎng)度不小于1 m，方向與線路中線分別成12°、32°外插角，如小導(dǎo)管端部距國(guó)道不足0.5 m，適當(dāng)調(diào)整小導(dǎo)管打設(shè)角度，保證端部距國(guó)道0.5 m。

2)淺埋段暗挖

出口淺埋段采用三臺(tái)階預(yù)留核心土開(kāi)挖[3]。嚴(yán)格控制掌子面進(jìn)尺，上臺(tái)階每循環(huán)進(jìn)尺1榀拱架間距，中、下臺(tái)階每循環(huán)進(jìn)尺2榀拱架間距。盡可能采用挖機(jī)開(kāi)挖，局部巖層采取弱爆破，減小對(duì)國(guó)道的擾動(dòng)。加密監(jiān)控量測(cè)點(diǎn)，拱頂下沉、周邊收斂監(jiān)測(cè)點(diǎn)5 m間距布設(shè)，平均監(jiān)測(cè)頻率按1次/d進(jìn)行，國(guó)道地表沉降按2次/d進(jìn)行，如有異常，立即停止掌子面施工并采取有效措施控制安全風(fēng)險(xiǎn)。

3)錨噴支護(hù)

由噴射混凝土、注漿小導(dǎo)管、鋼筋網(wǎng)片和型鋼組合成支護(hù)結(jié)構(gòu)。噴射混凝土采用濕噴工藝，掛設(shè)雙層鋼筋網(wǎng)片，鋼筋網(wǎng)與徑向小導(dǎo)管連接牢靠；鋼架拱腳落在C20基座上，鋼拱架段與段用螺栓連接，為減小鋼板螺栓孔誤差造成連接不牢固，采用液壓沖孔機(jī)沖孔，兩塊鋼板緊貼后四周滿焊，拱腳與邊墻拱架連接處須打設(shè)鎖腳小導(dǎo)管。

4)襯砌施工

仰拱及填充緊跟掌子面，盡早封閉成環(huán)，整體受力[4]。仰拱一次澆筑成型，一次澆筑長(zhǎng)度6 m，采用整體弧形模板施工，仰拱混凝土終凝后澆筑仰拱混凝土進(jìn)行填充。二襯施工采用全斷面整體式液壓鋼模襯砌臺(tái)車，設(shè)計(jì)長(zhǎng)度12 m，先墻后拱、左右對(duì)稱澆筑。初支變形穩(wěn)定后須及時(shí)施作二襯，嚴(yán)格控制仰拱與掌子面、二襯與掌子面安全步距(分別為40 m、70 m)。國(guó)道影響范圍內(nèi)二襯達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度要求后恢復(fù)G224國(guó)道通行，廢棄臨時(shí)導(dǎo)改道路，然后開(kāi)挖國(guó)道外側(cè)明洞邊仰坡回填土及臨時(shí)導(dǎo)改道路，進(jìn)行明洞及洞門施工。

6 技術(shù)經(jīng)濟(jì)對(duì)比分析

原設(shè)計(jì)明挖法施工與優(yōu)化后的暗挖法施工的技術(shù)經(jīng)濟(jì)比對(duì)分析如表1所示。

表1 技術(shù)經(jīng)濟(jì)比對(duì)分析

7 結(jié) 語(yǔ)

什翁隧道出口下穿國(guó)道超淺埋段，原設(shè)計(jì)明挖法施工存在安全風(fēng)險(xiǎn)高、國(guó)道改路不合理，工期長(zhǎng)不能按期完工，經(jīng)過(guò)多次討論研究，提出了暗挖法出洞方案，降低了安全風(fēng)險(xiǎn)，節(jié)約了工程投資，并且如期、順利出洞，取得了技術(shù)、安全、工期和成本方面效益。