超偏壓碎石土連拱隧道施工關(guān)鍵技術(shù)

李超杰

(保利長(zhǎng)大工程有限公司，廣東 廣州 510410)

0 前 言

連拱隧道因其占地面積少、土地利用率高、線形優(yōu)美流暢，在用地緊張、地形地貌受限、環(huán)保要求高的生態(tài)敏感區(qū)適用能力強(qiáng)，連拱隧道已成為目前公路隧道中的重要結(jié)構(gòu)形式[1]。但是連拱隧道因雙洞緊鄰、施工步序繁瑣、作業(yè)空間狹小等原因，施工過(guò)程中左右洞、單洞不同工序相互影響大，受力體系頻繁轉(zhuǎn)化，圍巖應(yīng)力和襯砌荷載始終處于動(dòng)態(tài)變化過(guò)程中。尤其在超偏壓、自穩(wěn)成拱能力差的軟弱圍巖隧道施工過(guò)程中，若不能有效掌握施工要點(diǎn)，很有可能出現(xiàn)變形甚至坍塌、襯砌破損等安全、質(zhì)量問(wèn)題。本文以卓合高速公路捏業(yè)隧道為依托，對(duì)超偏壓碎石土連拱隧道施工的各種技術(shù)措施進(jìn)行總結(jié)。

1 工程概況

捏業(yè)隧道位于甘肅省卓尼縣柳林鎮(zhèn)捏業(yè)村東北，隧道進(jìn)口樁號(hào)L2K2+353，出口L2K2+585，全長(zhǎng)232 m，屬連拱式短隧道。隧道全部是V級(jí)圍巖，主要由粉質(zhì)黏土、碎石土互層組成，洞身圍巖松散、易失穩(wěn)，隧底圍巖易沉降變形。隧道最大埋深41.38 m，最小埋深5.65 m，開(kāi)挖跨徑13.08 m，存在淺埋情況；隧道進(jìn)口右洞右側(cè)存在高53.43 m六級(jí)邊坡，出口右洞右側(cè)存在高41.36 m五級(jí)高邊坡，隧道洞身處于超偏壓環(huán)境。隧道施工存在位移、沉降大、掉塊甚至坍塌、支護(hù)變形開(kāi)裂等施工風(fēng)險(xiǎn)。

2 關(guān)鍵技術(shù)

2.1 超前地質(zhì)預(yù)報(bào)及監(jiān)控量測(cè)

目前，隧道施工常用的超前地質(zhì)預(yù)報(bào)方法主要是在前期地勘的基礎(chǔ)上進(jìn)行鉆探、物探。為了更直觀地反映前方地質(zhì)情況，對(duì)地質(zhì)災(zāi)害產(chǎn)生的可能性及災(zāi)害程度進(jìn)行準(zhǔn)確預(yù)報(bào)，常以施工前期長(zhǎng)物探及超前水平鉆探預(yù)報(bào)結(jié)果為基礎(chǔ)，利用地質(zhì)素描、短超前導(dǎo)洞及錨桿鉆孔等方法對(duì)隧道地層巖性、地質(zhì)構(gòu)造及地下水情況進(jìn)行“物鉆結(jié)合、長(zhǎng)短結(jié)合”的全過(guò)程、多角度的超前地質(zhì)預(yù)報(bào)。

按照規(guī)范和設(shè)計(jì)要求進(jìn)行監(jiān)控量測(cè)，重點(diǎn)進(jìn)行洞內(nèi)外觀察、地表沉降和洞身位移和收斂監(jiān)控量測(cè)，當(dāng)發(fā)現(xiàn)地表有裂縫、地表沉降速率>規(guī)范要求時(shí)，應(yīng)立即停止施工，通知現(xiàn)場(chǎng)管理人員并向上級(jí)領(lǐng)導(dǎo)匯報(bào)，同時(shí)加密監(jiān)測(cè)頻率。掌握圍巖動(dòng)態(tài)，對(duì)圍巖穩(wěn)定性作出評(píng)價(jià)，并據(jù)此合理調(diào)整施工工法、支護(hù)參數(shù)。

2.2 施工工法

目前連拱隧道施工以“管超前、嚴(yán)注漿、短進(jìn)尺、強(qiáng)支護(hù)、早封閉、勤量測(cè)”18字方針為原則[2]，主要的工法有中導(dǎo)洞法、三導(dǎo)洞法、單洞全斷面法和雙洞全斷面法?？紤]到捏業(yè)隧道全部由粉質(zhì)黏土、碎石土組成，圍巖松散、力學(xué)性質(zhì)差，自穩(wěn)成拱能力差，采用三導(dǎo)洞法減少開(kāi)挖跨度，盡早封閉成環(huán)，控制開(kāi)挖進(jìn)尺在1～2榀鋼拱架間距，控制先后行洞距離在30～40 m內(nèi)，保證施工安全。捏業(yè)隧道出口洞門圖如圖1所示。

1-中導(dǎo)洞超前小導(dǎo)管注漿預(yù)支護(hù)；2-中導(dǎo)洞開(kāi)挖及中導(dǎo)洞初期支護(hù)(安裝鋼支撐、掛鋼筋網(wǎng)、安裝錨桿、噴射混凝土)；3-澆筑中墻；4-左(右)導(dǎo)洞超前及該范圍主洞的超前小導(dǎo)管注漿預(yù)支護(hù)；5-左(右)導(dǎo)洞開(kāi)挖(上下分臺(tái)階)及左(右)導(dǎo)洞初期支護(hù)(安裝鋼支撐、掛鋼筋網(wǎng)、安裝錨桿、噴射混凝土)；6-左(右)主洞超前小導(dǎo)管(管棚)注漿預(yù)支護(hù)；7-左(右)主洞上部開(kāi)挖及左(右)主洞拱部初期支護(hù)(安裝鋼支撐、掛鋼筋網(wǎng)、安裝錨桿、噴射混凝土)；8-左(右)主洞先中部后下部開(kāi)挖；9-左(右)洞仰拱初支(安裝鋼支撐、噴射混凝土)；10-澆筑左(右)洞主洞仰拱襯砌；11-全斷面模注左(右)洞主洞二次襯砌。

2.3 中隔墻處理

中隔墻是連拱隧道特有的結(jié)構(gòu)，也是連拱隧道的主要傳力、承力部位，是維系洞室穩(wěn)定的樞紐[3]，中隔墻處理效果的好壞直接影響到隧道的安全及質(zhì)量。捏業(yè)隧道采用三導(dǎo)洞法施工，存在先行洞與后行洞初期初支不對(duì)稱的情況，中隔墻一側(cè)受推加上隧道處于的超偏壓環(huán)境，隧底圍巖圍巖軟弱易沉陷，中隔墻受推更加明顯，中隔墻的加固處理尤為重要。在應(yīng)對(duì)捏業(yè)隧道中隔墻偏移、沉降問(wèn)題，主要采用“上下加固，臨時(shí)支撐”的技術(shù)措施。

1)在中隔墻底部打設(shè)注漿小導(dǎo)管，通過(guò)水泥注漿固結(jié)土體并利用小導(dǎo)管“樁體”提高隧底承載力；同時(shí)將中導(dǎo)洞頂部及底部預(yù)留錨桿(管)澆筑在中隔墻，使中隔墻與圍巖成為整體，增加其抗推、抗沉陷能力。

2)在中隔墻底部以上2.5 m范圍內(nèi)，用0.5 m碎石土和0.5 m C15混凝土回填夯實(shí)，在中隔墻2.5～4.5 m增設(shè)Φ108 mm×6 mm鋼花管作為臨時(shí)支撐，防止因受力體系轉(zhuǎn)換及偏壓環(huán)境造成中隔墻偏斜或產(chǎn)生大變形(如圖2所示)。

圖2 中隔墻處理示意圖(單位：cm)

3 輔助措施

3.1 超前支護(hù)

1)長(zhǎng)管棚。針對(duì)捏業(yè)隧道洞口淺埋偏壓情況、洞身圍巖情況，洞口段選擇40 m長(zhǎng)管棚輔助進(jìn)洞。長(zhǎng)管棚沿開(kāi)挖輪廓線外揚(yáng)1°～3°安設(shè)并注漿，通過(guò)注漿在開(kāi)挖輪廓線外形成“固結(jié)小塊”，無(wú)數(shù)“固結(jié)小塊”相互嵌擠粘結(jié)在開(kāi)挖輪廓線外形成硬殼，起到固結(jié)圍巖的作用；其次管棚通過(guò)注漿、增設(shè)鋼筋籠大大提高了自身抗彎能力，“梁”效應(yīng)也顯著增加[4]。在軟弱圍巖偏壓洞口段，長(zhǎng)管棚防坍抗偏壓效果顯而易見(jiàn)。

2)在粉質(zhì)黏土、碎石土互層等軟弱圍巖管棚施工過(guò)程中，因塌孔、擴(kuò)孔、偏斜造成的侵限、漏漿等問(wèn)題也應(yīng)引起重視，本項(xiàng)目主要通過(guò)控制導(dǎo)向管安裝精度、采用跟管法鉆進(jìn)、控制鉆管軸向、鉆速等措施保證管棚施工質(zhì)量。

3)超前小導(dǎo)管。與長(zhǎng)管棚作用效果類似，主要利用注漿加固形成硬殼層、利用自身剛度抗彎防坍。綜合適用性、可操作性、經(jīng)濟(jì)性，洞內(nèi)超前支護(hù)多采用注漿小導(dǎo)管，在特別松散、易失穩(wěn)軟弱段落，可采用雙層小導(dǎo)管提高超前支護(hù)質(zhì)量。

3.2 注漿技術(shù)

常用的注漿技術(shù)主要有超前注漿、徑向注漿、地表注漿[3]。超前注漿在超前支護(hù)中已提及，此處不做贅述；地表注漿適用于淺埋段，其目的在于加固圍巖，在洞頂形成硬殼；徑向注漿適用于偏壓隧道，當(dāng)隧道發(fā)生明顯收斂時(shí)徑向注漿可以很好地抑制圍巖收斂。

隧道施工過(guò)程中，注漿技術(shù)的主要控制點(diǎn)有漿液配比、注漿量和注漿壓力，隧道注漿常用水泥凈-水玻璃雙液漿，一般注漿量≥設(shè)計(jì)注漿量，注漿終壓在0.8～1.0 MPa，具體參數(shù)要進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)注漿試驗(yàn)，根據(jù)漿液擴(kuò)散度和圍巖加固效果等綜合選定最佳注漿參數(shù)。

3.3 反壓支擋

隧道偏壓?jiǎn)栴}是隧道施工過(guò)程中的常見(jiàn)問(wèn)題也是棘手問(wèn)題，如若處理不好輕則出現(xiàn)小位移、小裂縫，重則出現(xiàn)洞身推移、坍塌。

鑒于捏業(yè)隧道隧道進(jìn)口右洞右側(cè)存在高53.43 m六級(jí)邊坡，出口右洞右側(cè)存在高41.36 m五級(jí)高邊坡，屬超偏壓且進(jìn)口端有潛在滑塌的風(fēng)險(xiǎn)。所以，在進(jìn)行偏壓處理時(shí)綜合考慮各種技術(shù)措施：采用錨索框格梁對(duì)邊坡進(jìn)行錨固加固；高陡邊坡坡腳設(shè)置6根22 m長(zhǎng)，截面尺寸為3 m×2 m抗滑樁；在偏壓側(cè)明洞段設(shè)置偏壓擋墻；明洞施工完成后及時(shí)填土反壓；及時(shí)封閉初支鋼架，嚴(yán)格控制開(kāi)挖步距等施工技術(shù)措施。經(jīng)監(jiān)控量測(cè)數(shù)據(jù)反饋，捏業(yè)隧道位移速率穩(wěn)定保持在0.2 mm/d，隧道圍巖處于穩(wěn)定狀態(tài)。

4 結(jié)束語(yǔ)

超偏壓碎石土連拱隧道施工嚴(yán)格遵循“管超前、嚴(yán)注漿、短進(jìn)尺、強(qiáng)支護(hù)、早封閉、勤量測(cè)”18字原則，做好前期地質(zhì)勘察，結(jié)合工程現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際地質(zhì)情況和相關(guān)類似工程施工經(jīng)驗(yàn)，同時(shí)抓住連拱隧道結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、薄弱點(diǎn)，強(qiáng)化管理、精細(xì)施工，保證了工程的整體質(zhì)量。

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