佛巖寺隧道陡峭大角度斜交進(jìn)出洞施工技術(shù)

張國(guó)鋒

(中煤建工集團(tuán)有限公司，北京市豐臺(tái)區(qū)西局南街甲15號(hào) 100161)

山區(qū)隧道選線不可避免地會(huì)出現(xiàn)線路穿越復(fù)雜地質(zhì)條件[1-2]的情況。當(dāng)隧道與山體呈斜交進(jìn)出洞時(shí)，洞口段存在偏壓?jiǎn)栴}，對(duì)邊坡穩(wěn)定和隧道施工難度帶來極大影響[3-5]，并且施工過程中存在極大的安全風(fēng)險(xiǎn)，因此，對(duì)隧道進(jìn)出洞施工風(fēng)險(xiǎn)的降低和控制研究將有極其重要的意義。在此類工程問題中，佛巖寺隧道屬于陡峭大角度斜交進(jìn)出洞中比較典型的案例。佛巖寺隧道施工中，為了保證進(jìn)出洞安全，對(duì)左洞出洞施工技術(shù)進(jìn)行優(yōu)化，采用“右洞先進(jìn)洞，由橫洞挑頂進(jìn)入左洞，反向小導(dǎo)洞出洞”方案。經(jīng)過實(shí)際工程的監(jiān)測(cè)和驗(yàn)證，本施工方案大大降低了交叉作業(yè)區(qū)域的安全風(fēng)險(xiǎn)。

1 工程概況

興延高速公路佛巖寺隧道位于北京市昌平區(qū)南口鎮(zhèn)，隧道進(jìn)出洞洞口位于梯子峪溝西沙路北側(cè)山體中部。該洞口段地形起伏變化較大，且分布有危巖體，微地貌特征為陡崖與陡坡。隧道洞口段地面高程介于400～560 m，其中洞口與溝谷谷底高差達(dá)60 m，在緊鄰陡崖坡腳部位，洞口與陡崖坡頂高差達(dá)100 m，邊坡坡向140°～190°，仰坡坡度大于50°。洞口下方坡面長(zhǎng)有灌木，左線西側(cè)、左右線之間發(fā)育兩條“V”型沖溝。佛巖寺隧道進(jìn)口位置如圖1所示。

圖1 佛巖寺隧道進(jìn)口

2 隧道進(jìn)出洞施工重難點(diǎn)問題及控制措施

2.1 左洞出洞安全問題

根據(jù)隧道施工工期安排，左洞出洞時(shí)梯子峪特大橋已開始施工上部結(jié)構(gòu)，洞口塌方和梯子峪特大橋墩柱及附屬設(shè)施的保護(hù)是安全出洞的控制重難點(diǎn)。為保證施工安全采取如下措施：左洞出洞前在洞西側(cè)沖溝內(nèi)平整場(chǎng)地并設(shè)置被動(dòng)防護(hù)網(wǎng)與坡體緩沖溝相連接，以防止落石影響墩柱及塔吊施工安全；為防止隧道洞頂危巖體塌方，按照“先外后內(nèi)”的施工原則，先對(duì)洞頂?shù)奈r體分布裂縫采用噴射混凝土進(jìn)行封閉，洞外施做護(hù)拱，洞內(nèi)采用小導(dǎo)洞開挖，再按照“三臺(tái)階七步開挖法”擴(kuò)挖成洞。

2.2 右洞進(jìn)洞安全防護(hù)問題

佛巖寺隧道進(jìn)洞口與梯子峪特大橋存在交叉施工，進(jìn)洞時(shí)需考慮梯子峪特大橋施工區(qū)域的安全防護(hù)，為此采取如下措施：隧道右洞進(jìn)洞施工前首先對(duì)隧道洞口段危巖體進(jìn)行排石處理，再采取主動(dòng)防護(hù)網(wǎng)措施；隧道洞口下方采取兩項(xiàng)措施阻擋洞頂落石，一是在梯子峪特大橋挖孔樁上方臨邊位置用竹夾板鋼管搭設(shè)防護(hù)圍欄，二是在梯子峪大橋與洞口之間坡勢(shì)較緩的區(qū)域設(shè)置2 m深的緩沖溝(緩沖溝需作定期清理)。

2.3 左洞進(jìn)洞場(chǎng)地限制問題

因佛巖寺隧道進(jìn)口狹窄，左洞洞口位置西鄰V型沖溝、進(jìn)口下方陡峭且橋臺(tái)位于隧道內(nèi)，受場(chǎng)地限制，所以不具備直接進(jìn)洞的施工條件。針對(duì)這種情況，施工中采取的措施是：在左洞洞頂陡峭坡體防護(hù)加固完成后，右洞先行進(jìn)洞，在右洞施工至距洞口約150 m處，選取地質(zhì)條件較好地段，將設(shè)計(jì)現(xiàn)有車行橫洞的位置進(jìn)行適當(dāng)移動(dòng)來滿足左洞施工。其中由右洞進(jìn)入左洞的橫洞位置選在圍巖較好的Ⅲ級(jí)圍巖處，橫洞位置如圖2所示。

圖2 佛巖寺隧道橫洞位置示意圖Fig.2 Transverse hole position diagram of Foyansi Tunnel

3 隧道進(jìn)出洞施工關(guān)鍵技術(shù)

基于上述存在的問題，為保證隧道大角度斜交進(jìn)出洞施工安全，盡量少破壞原有植被，對(duì)進(jìn)出洞方案進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，考慮采用隧道右洞先進(jìn)洞，將車行橫洞位置調(diào)整至地質(zhì)條件較好的地段，通過車行橫洞挑頂進(jìn)入左洞，先施工小里程方向，反向出洞時(shí)按照“先外后內(nèi)”原則。

3.1 洞口施工

洞口位于陡崖底部，需從洞口明暗交界處向大里程開挖4～5 m(其中，右洞明暗交界里程為YK27+890，左洞明暗交界里程為ZK27+811)。由于洞頂危巖體體積大、洞口位置斜交角度大、無施工場(chǎng)地等條件限制，于是將右左洞明暗交界里程分別往小里程提4～5 m。明洞暗挖前進(jìn)行掉洞頂危石清理、用C25噴射混凝土封閉危巖體裂縫、用主動(dòng)防護(hù)網(wǎng)加固洞頂危巖體等處理措施。

考慮到左洞洞口由于地形狹窄無法正常進(jìn)洞，因此左洞在反向出洞前，依洞口斜交地形施做半邊護(hù)拱，根據(jù)量測(cè)結(jié)果加工S5b型異型拱架，鋼拱架異型段用長(zhǎng)3.5 m、φ42鎖腳錨管固定在洞身與山體的斜交面上，下部在仰拱外開2.75 m深的基槽用混凝土澆筑固定，鋼拱架之間用φ22連接筋連接，拱架背部安裝鋼筋網(wǎng)；待拱架、鋼筋網(wǎng)安裝完成后，用C25噴射混凝土澆筑護(hù)拱，護(hù)拱噴射混凝土厚度取30 cm；護(hù)拱施做完成后，在半邊護(hù)拱內(nèi)再施做長(zhǎng)5 m、間距50 cm的φ42超前小導(dǎo)管，為左洞安全出洞做好準(zhǔn)備。

3.2 挑頂施工

在右洞洞口根據(jù)設(shè)計(jì)施做大管棚并開挖，在左洞里程ZK28+034處按90度角施工車行橫洞。橫洞與隧道左右洞連接處位于Ⅲ級(jí)圍巖段，采用S3a復(fù)合式襯砌，即1.2 m間距格柵鋼架+φ22長(zhǎng)3.0 m藥卷錨桿+φ6.5鋼筋網(wǎng)+18 cm厚C25噴射混凝土+10 cm預(yù)留變形量+45 cm厚C30襯砌混凝土。

1)當(dāng)橫洞開挖至距右洞3 m時(shí)開始擴(kuò)挖，立I32a型鋼門架一榀，I32a門型鋼架由橫梁和立柱組成(圖3)，橫梁頂搭設(shè)雙層φ22全長(zhǎng)粘結(jié)型藥卷錨桿，錨桿長(zhǎng)度3.0 m，縱向間距為1.0 m，門架和斜井格柵鋼架間采用φ22連接筋，環(huán)向間距為1.0 m，門架和斜井拱架之間的間隙采用I18工字鋼支撐、C30噴射混凝土支護(hù)。

圖3 I32a門型鋼架圖Fig.3 I32a portal steel frame diagram

2)爬坡導(dǎo)洞按53%的坡度向左洞隧道中線掘進(jìn)，導(dǎo)洞的拱頂標(biāo)高高于隧道中線開挖標(biāo)高25 cm，采用間距1.2 m的I18工字鋼支撐(見圖4)。圍巖錨桿采用長(zhǎng)度3.0 m、φ22全長(zhǎng)粘結(jié)型藥卷錨桿，環(huán)向間距1.2 m；每個(gè)拱腳打設(shè)2根φ42鎖腳錨管，掛φ6.5 mm、網(wǎng)格尺寸25 cm×25 cm單層鋼筋網(wǎng)，用25 cm厚C30噴射混凝土支護(hù)。

圖4 橫洞I18工字鋼支撐示意圖Fig.4 I18 I-beam support diagram

3)導(dǎo)洞開挖支護(hù)至左洞中線時(shí)，開始水平向前掘進(jìn)，采用上述支護(hù)參數(shù)，邊開挖邊支護(hù)直到正洞另外一側(cè)拱墻(見圖5)。之后按正洞設(shè)計(jì)參數(shù)完成左洞初支施工。

圖5 正洞隧道支護(hù)圖Fig.5 Supporting diagram of main tunnel

4)拆除臨時(shí)支撐并繼續(xù)向前掘進(jìn)約10 m時(shí)，在斜井口處開始下臺(tái)階開挖與支護(hù)，逐步形成兩臺(tái)階法施工。

3.3 左洞出洞

1)洞內(nèi)。在距離出洞10 m位置改為三臺(tái)階施工，設(shè)置小導(dǎo)洞先行貫通，然后按S5b支護(hù)參數(shù)擴(kuò)挖成洞。將原設(shè)計(jì)預(yù)留變形量10 cm加大至20 cm，出洞段掘進(jìn)采用“短進(jìn)尺，少裝藥”的原則，每循環(huán)進(jìn)尺不大于1榀拱架(每循環(huán)進(jìn)尺為0.8 m)，必要時(shí)采用靜態(tài)爆破。為保證出洞安全，在拱部施做4.5 m長(zhǎng)φ42超前小導(dǎo)管。

2)洞外。在左洞反向出洞前，為保證洞頂垂直仰坡的穩(wěn)定性，采用零開挖方案，首先對(duì)陡峭坡體地形進(jìn)行準(zhǔn)確測(cè)量，以確定每榀拱架的長(zhǎng)短，鋼拱架一側(cè)拱腳預(yù)埋在明洞襯砌的外側(cè)，另一側(cè)根據(jù)地形條件固定在隧道與坡體的斜交面上，并用φ42鎖腳錨管進(jìn)行固定，在拱架外側(cè)掛網(wǎng)噴射30 cm厚砼作為護(hù)拱，反向出洞在護(hù)拱下按三臺(tái)階施工方法每次開挖一榀。

3.4 監(jiān)控量測(cè)

在施工過程中，加強(qiáng)洞內(nèi)外的圍巖監(jiān)控量測(cè)，并根據(jù)圍巖量測(cè)結(jié)果及時(shí)調(diào)整施工參數(shù)，以確保安全[6-7]。由開挖過程中的施工監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)(圖6)可知橫向位移最大值為0.0087 mm，豎向最大位移值為0.0485 mm，隧道位移值遠(yuǎn)小于規(guī)范和設(shè)計(jì)要求極限值。采用臺(tái)階法施工可避免隧道斷面應(yīng)力集中，有效提高施工的安全性；初期支護(hù)可達(dá)到理想設(shè)計(jì)狀態(tài)，安全性較高；洞口邊坡穩(wěn)定，無明顯滑動(dòng)和裂縫；已施工段隧道初期支護(hù)噴射混凝土無開裂，鋼拱架無變形、壓曲現(xiàn)象。

(a)水平位移

(b)豎直位移圖6 監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)圖Fig.6 Monitoring data

4 結(jié)語(yǔ)

1)佛巖寺隧道洞口段進(jìn)出洞施工方案減少了對(duì)周邊植被、水土的破壞，降低了施工對(duì)佛巖寺自然風(fēng)景區(qū)環(huán)境的不利影響。

2)采用的施工方案、技術(shù)措施降低了隧道與橋梁交叉作業(yè)區(qū)域的施工安全風(fēng)險(xiǎn)，確保了洞口段施工的安全與質(zhì)量。

3)采用的施工方案和方法成功解決了佛巖寺隧道左洞進(jìn)洞無條件、陡崖斜交、橋隧相連等施工難題，為今后類似工程施工積累了經(jīng)驗(yàn)。