杭金衢高速公路新嶺隧道段拓寬工程總體方案研究

陳 暉,汪質(zhì)華,陳 魁,李 萬

(杭金衢高速公路拓寬工程建設(shè)指揮部，浙江 杭州 310000)

杭州—金華—衢州高速公路(杭金衢高速公路)全長近300 km，自2003年貫通以來一直承擔(dān)著內(nèi)陸省市和上海之間繁重的交通運(yùn)輸任務(wù)，為推動(dòng)沿線地區(qū)的發(fā)展做出了重要貢獻(xiàn)。據(jù)統(tǒng)計(jì)，該公路的交通量增長迅速，年均增長率達(dá)10%，特別是局部路段，在2008年就已超過50 000 pcu/d，接近設(shè)計(jì)飽和交通量。鑒于此，為與經(jīng)濟(jì)、社會的快速發(fā)展相匹配，擬定于2017年年底前將杭金衢高速公路由4車道擴(kuò)建為8車道。

新嶺隧道段作為杭金衢高速公路上擁堵情況最為嚴(yán)重的一段，是全省最為著名的堵點(diǎn)之一，社會關(guān)注度極高，管理方將該路段的保暢通工作作為“保民生、維穩(wěn)定”的政治任務(wù)來抓。為此，浙江省委省政府特事特辦，果斷決定將該段作為先行段提前實(shí)施改擴(kuò)建，當(dāng)時(shí)計(jì)劃于2015年底建成[1]。

1 項(xiàng)目概況及難點(diǎn)

1.1 項(xiàng)目概況

新嶺隧道段先行拓寬段起于諸暨與蕭山交界處，止于直埠樞紐杭州方向的出入口預(yù)留位置，路線全長13.646 km，包括主線上跨分離式立交208.02 m/3座，隧道1 408.5 m/1座，互通式立交1處。該路段設(shè)計(jì)速度為時(shí)速120 km，以公路-I級作為設(shè)計(jì)荷載[2]。整體式路基及對應(yīng)的行車道寬度分別為42.0 m、2×15 m，分離式路基及對應(yīng)的行車道寬度分別為20.75 m、2×7.5 m。

1.2 項(xiàng)目難點(diǎn)

受國情與地域特點(diǎn)、建設(shè)水平等因素的影響，改擴(kuò)建工程中，從改擴(kuò)建的規(guī)模與方式，到路線、互通、橋梁、路基路面等相關(guān)的專業(yè)技術(shù)，都有許多不同于新建工程的具體問題，需要認(rèn)真地研究和分析[3-7]。

項(xiàng)目所在地屬于平原、低山、丘陵相結(jié)合的區(qū)域，公路里程雖短，但涉及隧道、高邊坡、大橋、互通等各專業(yè)分項(xiàng)工程的改擴(kuò)建。無論總體還是分項(xiàng)工程，該項(xiàng)目方案的確定均有較大難度，并且還要同步考慮與全線改擴(kuò)建的協(xié)調(diào)。除一般改擴(kuò)建工程存在的共性難點(diǎn)外，該項(xiàng)目還面臨一些特有的制約因素，具體而言：① 道路沿線分布有大量村鎮(zhèn)，且土地資源緊張，項(xiàng)目的開展涉及到繁重的征地、拆遷工作；② 作為浙江省最繁忙的黃金通道之一，施工與運(yùn)營保障的難度大，交通組織復(fù)雜；③ 隧道改擴(kuò)建需考慮對既有隧道的影響，擇優(yōu)選擇加寬方式并合理確定與既有隧道的間距。仔細(xì)論證新建隧道的襯砌支護(hù)方案與開挖工法，并做好對現(xiàn)狀隧道的監(jiān)測等。以上均是較新且難的問題；④ 高邊坡路段爆破施工對運(yùn)營的影響大，需研究合理的技術(shù)方案；⑤ 隧道距離直埠樞紐近，改擴(kuò)建車道數(shù)的確定及對交通流的引導(dǎo)設(shè)計(jì)十分重要。

2 改擴(kuò)建時(shí)機(jī)、加寬方式與規(guī)模

2.1 改擴(kuò)建時(shí)機(jī)

建設(shè)時(shí)機(jī)的確定是改擴(kuò)建工程中至關(guān)重要的一環(huán)。改擴(kuò)建進(jìn)行得太早不利于資源的最大化利用；過晚則不利于改擴(kuò)建方案的制定，并會給施工組織、協(xié)調(diào)以及交通組織和人民生活等各個(gè)方面帶來諸多不便。此外，投資、道路狀況、項(xiàng)目周邊路網(wǎng)等也是決定改擴(kuò)建時(shí)機(jī)的重要因素?？傊?，影響因素多，決策難度大，需要在充分考慮擬改擴(kuò)建項(xiàng)目特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，宏觀把控，統(tǒng)籌兼顧，綜合權(quán)衡利弊。若單純從某一角度(如投資效益)決策，有可能會失去較好的時(shí)機(jī)[8]。

國內(nèi)已有改擴(kuò)建工程實(shí)踐表明，在擬定改擴(kuò)建時(shí)機(jī)時(shí)應(yīng)充分考慮擬改擴(kuò)建項(xiàng)目的現(xiàn)有交通量和運(yùn)輸質(zhì)量，盡量使擬改擴(kuò)建項(xiàng)目的服務(wù)水平保持在3級及以上。對于四車道高速公路而言，應(yīng)使日均交通量保持在45 000～50 000 pcu/d以下，v/c保持在0.65～0.7以下，此時(shí)車輛的運(yùn)行速度自由度雖已受限，車輛之間易相互干擾，且經(jīng)常出現(xiàn)車隊(duì)，但平均行駛速度仍能維持在尚好的水平上。

該項(xiàng)目的紅墾至金華段改擴(kuò)建工程已于2005年開始前期研究，但受制于各方面制約因素，最終立項(xiàng)于2014年，并要求于2017年年底前竣工。由前述分析可知，新嶺隧道段改擴(kuò)建工程已錯(cuò)過最佳改擴(kuò)建時(shí)機(jī)。此外，新嶺隧道段交通運(yùn)營狀況還有兩個(gè)特點(diǎn)：一是大型車比例約20%，受隧道進(jìn)口前長上坡影響，通行能力不足；二是周末與節(jié)假日流量特別大(大于8萬輛)，且有一定的潮汐現(xiàn)象。因此，實(shí)際運(yùn)營中擁堵頻繁發(fā)生。

進(jìn)一步分析發(fā)現(xiàn)，新嶺隧道段既有隧道還需維修加固，隧道加固施工需待新建隧道貫通后進(jìn)行，與路面施工在同一階段交織，交通轉(zhuǎn)換復(fù)雜。若與全線同步，流量進(jìn)一步增長后，實(shí)施難度大大增加。但若能先行實(shí)施改擴(kuò)建，在2015年建成，則可避開路面施工時(shí)間段，進(jìn)而減小全線改擴(kuò)建施工對交通的影響。

綜合以上因素，經(jīng)論證并報(bào)請上級批準(zhǔn)，決定對新嶺隧道段提前實(shí)施改擴(kuò)建，以搶占相對有利的建設(shè)時(shí)機(jī)。

圖1 新嶺隧道洞前長山坡

2.2 改擴(kuò)建加寬方式

改擴(kuò)建實(shí)施過程中，道路加寬方式的選擇應(yīng)在道路沿線地形、地質(zhì)等調(diào)查的基礎(chǔ)上，綜合考慮構(gòu)造物形式與規(guī)模、施工條件，并確定好施工期間的交通組織，因地制宜地選擇加寬方式。此外，不應(yīng)片面地追求整條道路加寬方式的一致性，具體路段應(yīng)當(dāng)具體分析，應(yīng)在充分研究各個(gè)路段具體情況的基礎(chǔ)上，合理選用最為恰當(dāng)?shù)募訉挿绞絒9]。

在改擴(kuò)建工程中，相比單側(cè)拼寬和分離增建，兩側(cè)拼寬具有獨(dú)特的優(yōu)勢，該種加寬方式運(yùn)營集中高效，可以使既有資源的利用最大化，并可節(jié)約土地，已成為改擴(kuò)建工程中加寬方式的首要選擇。對于本項(xiàng)目而言，現(xiàn)狀道路交通流量大，沿線分布有大量高填深挖路基，且包含隧道等構(gòu)造物，這給雙側(cè)拼寬的實(shí)施帶來了一定的挑戰(zhàn)，但綜合道路沿線的規(guī)劃、分流條件、結(jié)構(gòu)物以及互通特點(diǎn)等方面來看，雙側(cè)加寬仍不失為首選的加寬方案[10]。

初擬了單側(cè)增建四車道隧道、一側(cè)增建隧道另一側(cè)擴(kuò)挖隧道以及兩側(cè)增建等加寬方案?？紤]到隧道特點(diǎn)，為與道路全線加寬方式相匹配，且便于與樞紐銜接，決定采用兩側(cè)分離增建的加寬方案，相較其他方案，該方案具有明顯的優(yōu)勢。

圖2 新嶺隧道加寬效果圖

2.3 項(xiàng)目規(guī)模

2.3.1車道數(shù)

杭金衢高速公路改擴(kuò)建項(xiàng)目中，擬將全線擴(kuò)建為八車道，但考慮到新嶺隧道距離直埠樞紐僅有約1.2 km，為便于項(xiàng)目竣工后對大小型車輛進(jìn)行分道管理，特基于實(shí)際的交通模式，針對新嶺隧道與直埠樞紐互通間的交通負(fù)荷能力展開專題研究，并基于分析結(jié)果擬定分離增建隧道的車道數(shù)。分析計(jì)算模型采用FHWA的HCM2000模型中的交織構(gòu)型A型，構(gòu)型簡化圖如圖3所示。

圖3 構(gòu)型簡化示意圖

分析結(jié)果表明：無論是杭州至金華方向還是金華至杭州方向，若采用原隧道保留，增建1個(gè)2車道隧道(2+2)的模式，至2030年，對幾種可能的交通組織方式，都難以實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)期望的服務(wù)水平。如金華方向，直埠出口車輛全走外洞，外洞疊加車輛占比為40%時(shí)，速度59.07 km/h，密度18.58，服務(wù)水平D級；杭州方向，貨車及諸永往杭州方向均走外洞時(shí)，增建的外洞在2020年即達(dá)到D級服務(wù)水平?？傊?，考慮可能的實(shí)際交通模式，若僅增建2車道隧道，道路通行能力將無法滿足遠(yuǎn)景年的交通需求。但增建隧道若采用3車道，通行能力則能夠滿足相應(yīng)要求。因此，綜合改擴(kuò)建工程適當(dāng)超前的原則，最終擬定的加寬方式為兩側(cè)分離增建隧道，且均采用3車道隧道。

2.3.2起終點(diǎn)

由于為先行段，納入全線改擴(kuò)建項(xiàng)目中，先行段項(xiàng)目的起終點(diǎn)需要在考慮土石方調(diào)配、施工及運(yùn)營、政策處理、與全線施工進(jìn)度配合的基礎(chǔ)上分析確定。最終選擇對以上方面均相對有利的方案，起點(diǎn)定于蕭山與諸暨縣界，終點(diǎn)定于直埠樞紐，全長13.6 km。

3 交通組織方案

為保證施工期間的道路服務(wù)水平，無論是全線還是新嶺隧道段，其改擴(kuò)建總體方案中均將“保四”通行作為前提和基礎(chǔ)。鑒于此，特?cái)M定了多種技術(shù)方案和交通組織方案，并進(jìn)行了研究和比選，以尋求二者相對協(xié)調(diào)的最優(yōu)解。

利用先行的有利時(shí)機(jī)，對新嶺隧道段及全線改擴(kuò)建各階段中的交通需求與狀況進(jìn)行了預(yù)判。分析可知新嶺隧道段交通壓力最大的時(shí)段與全線最困難時(shí)段是可以錯(cuò)開的。由于新嶺隧道段里程較短，可通過合理的施工組織、交通轉(zhuǎn)換使其在最困難時(shí)段不致影響全線對應(yīng)時(shí)段的服務(wù)水平，盡量不因新嶺隧道段的施工而使分流的區(qū)域規(guī)模、路段的交通組織難度明顯增加，服務(wù)水平明顯下降。

為達(dá)到上述目的，在工程技術(shù)方案與交通組織方案的協(xié)調(diào)方面做了大量工作：

a.精心分析各分項(xiàng)工程的施工對運(yùn)營的影響，從工程角度尋求利于運(yùn)營的技術(shù)方案。如在確定爆破方案時(shí)，應(yīng)尋求合理的隧道間距以減少對現(xiàn)狀構(gòu)造物的影響；深入分析邊坡的開挖與運(yùn)輸方式，在有條件的路段選擇上部錨固下部陡直開挖的施工方案以減少爆破；對拆建的主線橋采用超拼等。

b.精心編排施工組織計(jì)劃。將施工階段細(xì)分為9個(gè)時(shí)間段，對施工內(nèi)容及范圍、通行方式、分流需求、管制速度、作業(yè)區(qū)保障等進(jìn)行綜合的協(xié)調(diào)設(shè)計(jì)。

c.設(shè)置必要的輔助設(shè)施。如考慮到隧道施工進(jìn)程相對滯后，特設(shè)置洞前運(yùn)營聯(lián)絡(luò)道以滿足路面上面層施工的交通轉(zhuǎn)換需求等。

d.細(xì)化各階段、各作業(yè)區(qū)段的交通工程臨時(shí)標(biāo)志、標(biāo)線及安全設(shè)施設(shè)計(jì)。

至2015年底，新嶺隧道段改擴(kuò)建完工，整個(gè)施工過程總體控制在預(yù)先規(guī)劃的范圍內(nèi)，施工及運(yùn)營的協(xié)調(diào)十分成功，甚至在2015年春節(jié)還利用先行貫通的左洞和春節(jié)前后的車流潮汐現(xiàn)象，成功避免了往年的擁堵現(xiàn)象。實(shí)踐證明在設(shè)計(jì)階段所作的細(xì)化努力是十分有效的。

4 關(guān)鍵技術(shù)及對策

公路改建、擴(kuò)建在我國已有十多年歷史，一些常規(guī)的、不同于新建工程的技術(shù)亦逐漸成熟[11]，《高速公路改擴(kuò)建設(shè)計(jì)細(xì)則》(JTG/T L11-2014)對舊路數(shù)據(jù)采集與評價(jià)、線形擬合、路基路面及構(gòu)造物拼接、新舊設(shè)計(jì)荷載標(biāo)準(zhǔn)的銜接、拼寬地基處理等相關(guān)技術(shù)進(jìn)行了總結(jié)和規(guī)定[12]，此處不再贅述，重點(diǎn)介紹新嶺隧道段幾個(gè)特殊問題的研究與對策。

4.1 既有隧道檢測評估與加固整治

4.1.1檢測評估

新嶺隧道存在襯砌開裂、漏水等病害，特別是靠近杭州一側(cè)，由于地表地形于排水不利，在多雨季節(jié)時(shí)有地表水滲入隧道周圍的情況發(fā)生，地表水滲入隧道周圍后進(jìn)一步沿隧道結(jié)構(gòu)的縫隙滲漏，形成隧道滲水現(xiàn)象，并最終對隧道圍巖的穩(wěn)定產(chǎn)生不利影響。新建隧道采用鉆爆法施工，新舊隧道間距為30 m，若既有隧道結(jié)構(gòu)安全儲備高，在新隧道施工期間老隧道的安全性則有一定的保證；相反，如果老隧道病害比較嚴(yán)重，整治效果不理想，則新建隧道施工期間的爆破振動(dòng)可能加劇老隧道病害的發(fā)展，導(dǎo)致嚴(yán)重的工程事故。鑒于此，開展全面、系統(tǒng)的隧道襯砌病害調(diào)查與檢測工作顯得尤為重要，可較為準(zhǔn)確地判斷隧道結(jié)構(gòu)的安全和服役狀況提供依據(jù)，并可為病害產(chǎn)生原因的分析提供依據(jù)。

檢測評估的主要結(jié)論如下：

a.開裂是既有隧道的主要病害。其中，環(huán)向開裂和縱向開裂是左線隧道的主要開裂類型，且開裂部位多發(fā)生于邊墻，拱腰次之，拱頂?shù)牧芽p最少。右線隧道則以縱向開裂最為多發(fā)，環(huán)向和斜向裂縫相對少見(比例大致相當(dāng))，且拱頂、邊墻和拱腰處的開裂最為嚴(yán)重。裂縫的寬度、深度分別為0.2～3 mm、20 cm，屬于微張開型裂縫。

b.經(jīng)處置的既有裂縫尚未出現(xiàn)二次開裂現(xiàn)象。據(jù)舊裂縫寬度判斷其屬微張開型裂縫，深度相對較深?，F(xiàn)場局部區(qū)段鉆孔取芯分析結(jié)果也表明其確屬舊裂縫，暫無擴(kuò)展趨勢。據(jù)此判斷二襯結(jié)構(gòu)破損等級為B級。

c.在隧道洞身段的局部區(qū)間，存在二襯背后脫空或不密實(shí)等病害，主要發(fā)生于拱頂、拱腰等部位。

d.沿隧道行車方向的非均布荷載、圍巖地質(zhì)的改變以及沉降縫的處置不合理等因素是環(huán)向開裂的主要因素。由于其寬度較小(主要在0.2～3 mm范圍)，不會對二襯結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性產(chǎn)生很大影響。

e.不規(guī)則開裂主要表現(xiàn)為干縮裂縫和溫度裂縫，對二襯各方面的影響較小。

f.局部斜裂縫源于環(huán)向和縱向應(yīng)力的合力超過混凝土抗剪強(qiáng)度而發(fā)生剪切破壞(拱頂延伸至拱腰位置)或地基發(fā)生了一定程度的不均勻沉降(邊墻位置)所致，對二襯穩(wěn)定性有一定影響。

g.針對III、IV類圍巖中縱向開裂的斷面，分別計(jì)算了襯砌開裂位置在開裂前和開裂后的內(nèi)力。結(jié)果表明，襯砌開裂后，剛度減小，彎矩值降低，軸力值升高，開裂處的安全系數(shù)大幅減小。

4.1.2加固整治設(shè)計(jì)主要措施

工程類比法是加固整治設(shè)計(jì)中應(yīng)用最為廣泛的方法，加固整治包括襯砌背后空洞注漿回填、裂縫修補(bǔ)與加固、滲漏水整治及新建隧道施工期間對既有隧道的應(yīng)急加固等方面。整治加固完成后，要求在按養(yǎng)護(hù)規(guī)范進(jìn)行正常養(yǎng)護(hù)的同時(shí)，還應(yīng)建立長期的觀察、觀測機(jī)制。

a.裂縫。根據(jù)檢測結(jié)果、設(shè)計(jì)資料和施工資料，在考慮病害對隧道影響程度的基礎(chǔ)上，基于不同區(qū)段的實(shí)際情況擬定了以下5種處置措施：

①適用于裂縫較寬、張開，且分布密集、縱環(huán)交錯(cuò)成環(huán)，或襯砌產(chǎn)生錯(cuò)臺的情況。處置措施：首先使用低壓注射灌漿法進(jìn)行修補(bǔ)，再用Φ25中空預(yù)應(yīng)力漲殼式錨桿+拱部連續(xù)貼單層或雙層碳纖維的方法加固襯砌結(jié)構(gòu)。

②當(dāng)裂縫密集，且寬度較寬時(shí)，首先使用低壓注射灌漿法修補(bǔ)，再在拱部連續(xù)貼碳纖維布。

③當(dāng)裂縫分布較密集、組合較不利，但裂縫普遍不寬時(shí)，首先使用低壓注射灌漿法修補(bǔ)，再在拱部間斷粘貼碳纖維布。

④一般區(qū)段中補(bǔ)強(qiáng)局部較寬裂縫時(shí)(寬度多大于0.3 mm)，可先使用低壓注射灌漿法修補(bǔ)，再沿較寬的裂縫貼碳纖維布。

⑤采用低壓注射灌漿法修補(bǔ)大于0.3 mm的既有裂縫。

b.襯砌背后空洞。采用注漿處理，需要回填時(shí)，采用φ100鋼管和純水泥漿。水泥漿水灰比采用0.5∶1～0.6∶1，注漿壓力采用0.1～0.2 MPa，要求回填密實(shí)，空洞較大處分次進(jìn)行。

c.錨桿加固圍巖。對于裂縫較寬且分布密集、成環(huán)向封閉狀，或局部襯砌厚度不足的個(gè)別區(qū)段，為改善襯砌的受力并增強(qiáng)圍巖的穩(wěn)定，采用Φ25漲殼式中空預(yù)應(yīng)力錨桿加固圍巖，并在拱部粘貼碳纖維布。

d.滲漏水處理。根據(jù)不同滲漏水特點(diǎn)，對較嚴(yán)重的集中滲水部位采用打孔引排，對孤立滲水點(diǎn)或小面積濕漬部位采用注漿封堵的方法進(jìn)行處理。

4.2 新隧道爆破振動(dòng)控制

爆破施工法在山嶺隧道施工中廣泛應(yīng)用，但施工時(shí)伴有振動(dòng)，于鄰近既有隧道不利。若爆破設(shè)計(jì)不合理，施工將影響現(xiàn)狀隧道的后期正常運(yùn)營，甚至?xí)?dǎo)致其破壞。因此特研究了近距離新建隧道的爆破振動(dòng)對現(xiàn)狀隧道安全的影響，并研究了爆破施工的控制技術(shù)，在此基礎(chǔ)上提出了設(shè)計(jì)、施工及控制方法。

4.2.1襯砌設(shè)計(jì)

以鋼筋混凝土作為明洞的襯砌結(jié)構(gòu)，對于暗洞，則使用復(fù)合式襯砌，如表1所示。另對洞內(nèi)車行橫通道區(qū)域和緊急停車帶斷面的襯砌支護(hù)作進(jìn)一步加強(qiáng)。

4.2.2施工方案

a.V級圍巖。施工時(shí)，右洞進(jìn)口采空區(qū)采用“φ108管棚+注漿”，單側(cè)壁導(dǎo)坑法，并增設(shè)臨時(shí)橫撐，開挖時(shí)每循環(huán)進(jìn)尺不大于0.6 m。其它V級圍巖以“大管棚或小導(dǎo)管+注漿”預(yù)支護(hù)，采用環(huán)形開挖預(yù)留核心法，每循環(huán)進(jìn)尺不大于0.8 m。

b.IV級圍巖。采用“小導(dǎo)管+注漿”預(yù)支護(hù)，上下臺階分部開挖法施工，每循環(huán)進(jìn)尺不大于1.2 m。

c.III級圍巖。采用全斷面開挖法施工，為防止坍塌，在必要時(shí)輔以超前錨桿等措施，每循環(huán)進(jìn)尺不大于1.5 m。

4.2.3爆破設(shè)計(jì)

V級圍巖較為薄弱，施工難度較大，以其為例介紹爆破方案：施工鉆爆時(shí)每個(gè)循環(huán)0.6～0.8 m，以平行空眼直線掏槽、光面爆破技術(shù)作為爆破方案，施工工序共分為4個(gè)部分，按圖4和圖5布置炮眼。

4.2.4振動(dòng)速度控制

合理選用爆破安全標(biāo)準(zhǔn)是正確評價(jià)結(jié)構(gòu)物安全性的前提，但目前國內(nèi)外的研究者們對有關(guān)安全標(biāo)準(zhǔn)的選用尚未達(dá)成共識。峰值質(zhì)點(diǎn)速度可以較好地評估巖石、混凝土結(jié)構(gòu)容許的震動(dòng)破壞等級，現(xiàn)有的關(guān)于爆破振動(dòng)的多數(shù)成果也是通過測量、分析振動(dòng)速度得出的。具體而言：爆破地點(diǎn)離現(xiàn)狀構(gòu)筑物較近時(shí)，應(yīng)控制爆破以盡量減小開挖范圍外的巖石振動(dòng)速度，保證其不影響現(xiàn)狀構(gòu)筑物的安全及使用。

為確保新嶺隧道的結(jié)構(gòu)安全，爆破施工時(shí)應(yīng)制定完整的監(jiān)測方案。鑒于新嶺隧道不同路段的病害狀況不同，對不同地段因地制宜地制定了不同的振動(dòng)速度控制標(biāo)準(zhǔn)，見表2。

表1 新建隧道襯砌支護(hù)參數(shù)Table 1 Parameters of lining support of newly built tunnel圍巖級別超前支護(hù)初期支護(hù)二次襯砌錨桿E6鋼筋焊接網(wǎng)噴砼鋼拱架拱圈仰拱S5JQA大管棚注漿?25先錨后灌式注漿錨桿-0.5 m×1.0 m,長4.5 m雙層28 cm22 a號工字鋼間距0.5 m60 cmC30鋼筋砼60 cmC30鋼筋砼S5JQB大管棚注漿?25先錨后灌式注漿錨桿-0.5 m×1.0 m,長4.5 m雙層26 cm20 a號工字鋼間距0.5 m60 cmC30鋼筋砼60 cmC30鋼筋砼S5A大管棚(小導(dǎo)管)注漿?25先錨后灌式注漿錨桿-0.5 m×1.0 m,長4.5 m雙層26 cm18號工字鋼間距0.5 m60 cmC30鋼筋砼60 cmC30鋼筋砼S5B小導(dǎo)管注漿?25先錨后灌式注漿錨桿-0.75 m×1.0 m,長4.0 m雙層26 cm18號工字鋼間距0.75 m60 cmC30鋼筋砼60 cmC30鋼筋砼S4小導(dǎo)管注漿?25先錨后灌式注漿錨桿-1.0 m×1.0 m,長3.5 m單層20 cm格柵拱架間距1.0 m45 cmC30鋼筋砼45 cmC30鋼筋砼S3超前錨桿(必要時(shí))?25先錨后灌式注漿錨桿-1.2 m×1.2 m,長3.0 m單層15 cm—45 cmC30砼—

圖4 炮眼布置示意圖(單位：m)

表2 既有隧道振動(dòng)速度控制標(biāo)準(zhǔn)(設(shè)計(jì)建議)Table 2 Vibration speed control standard of existing tun-nel(design suggestion)段落長度振動(dòng)速度AZK46+580～AZK46+69011010AZK46+690～AZK46+8301405AZK46+830～AZK46+98015015左洞AZK46+980～AZK47+18020010AZK47+180～AZK47+220405AZK47+220～AZK47+42020010AZK47+420～AZK47+480605AZK47+480～AZK47+95047010AYK46+606～AYK46+72011410AYK46+720～AYK46+8301105右洞AYK46+830～AYK46+98015010AYK46+980～AYK47+050705AYK47+050～AYK47+60055010AYK47+600～AYK48+46546510

圖5 掏槽孔布置示意圖(單位：cm)

4.3 洞口段采空區(qū)處理

圖6 洞口采空區(qū)范圍地面塌陷

新建右洞進(jìn)口段存在廢棄小煤窯采空區(qū)，局部地面已塌陷，見圖6。受總體方案限制，路線難以繞避，處治不當(dāng)則難以保證洞口邊仰坡的施工安全。4.3.1明挖段處理方案

a.支護(hù)樁采用φ1.5 m的鉆孔灌注樁，支護(hù)樁方案見圖7。

b.明挖后采用C15片石砼回填隧道底板下的采空區(qū)。

c.設(shè)φ75 cm鋼筋混凝土圓管進(jìn)行排水，并做好明洞防滲處理。

4.3.2暗挖段處理方案

a.采用超前大管棚注漿預(yù)支護(hù)。

b.將系統(tǒng)錨桿調(diào)整為徑向小導(dǎo)管。

c.利用明洞明挖后空間，φ76×5 mm鋼花管注漿處理，鋼花管豎向間距2 m，縱向間距3 m；注漿材料采用1∶1水泥砂漿，注漿壓力0.5～1.0 MPa。

d.采用單側(cè)壁導(dǎo)坑法施工。

e.對采空區(qū)地表塌穴回填土石，頂部設(shè)置50 cm厚粘土層，并做好截排水措施。

4.4 高邊坡技術(shù)方案

對于運(yùn)營狀態(tài)下的高速公路而言，改擴(kuò)建工程中路塹段的拓寬比路堤段和新建工程的施工難度大，主要體現(xiàn)在山體的薄層開挖工效低、運(yùn)輸困難，對營運(yùn)影響大等方面?，F(xiàn)有的研究中有關(guān)高邊坡路段擴(kuò)挖方法的分析和施工控制方法的討論尚不多見，因此，針對新嶺隧道段的高邊坡路段，決定根據(jù)穩(wěn)定系數(shù)補(bǔ)償原理采用先錨固后開挖的施工方案，具體方案如圖8所示。實(shí)踐結(jié)果表明該方案是可行的，既減少了對山體的破壞，節(jié)省了用地，又大大加快了施工進(jìn)度。

基于有限元強(qiáng)度折減法分析典型邊坡的穩(wěn)定性，分析結(jié)果列于表3中。采用預(yù)應(yīng)力錨固技術(shù)增強(qiáng)邊坡穩(wěn)定性，以開挖后邊坡穩(wěn)定性系數(shù)不小于開挖前穩(wěn)定性系數(shù)的原則來確定所需的錨固力。

圖7 洞口采空區(qū)明挖段支護(hù)樁方案(單位： cm)

圖8 路塹拓寬技術(shù)方案

表3 典型邊坡穩(wěn)定性系數(shù)Table 3 Stability coefficient of typical slope計(jì)算方法采用表2參數(shù)在不同工況下邊坡穩(wěn)定性系數(shù)采用反分析不確定參數(shù)+在不同工況下邊坡穩(wěn)定系數(shù)現(xiàn)狀邊坡開挖后加固后現(xiàn)狀邊坡開挖后加固后Spencer1.7021.6801.7061.2001.1691.200強(qiáng)度折減法1.691.671.721.201.171.22注: +:Fs=1.2,即:C=100 kPa;?=23.74°。

4.5 互通跨線橋

原設(shè)計(jì)中次塢互通A匝道跨線橋橋下凈空按四車道標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，現(xiàn)按八車道拓寬，橋下凈空不能滿足拓寬后整體式標(biāo)準(zhǔn)路基的寬度要求，橋臺會侵占拓寬后的硬路肩。按工可要求匝道橋梁主跨需拆除以加大跨徑，但考慮到只侵占拓寬后硬路肩一部分寬度，如能保留該跨線橋，不僅能節(jié)省大量投資并減少對環(huán)境的破壞，而且可減小施工期的交通組織難度和對地方交通的干擾。鑒于此，從硬路肩功能出發(fā)，對路面的支撐、主線通行能力與安全、臨時(shí)停車、救援等幾方面進(jìn)行了需求分析。認(rèn)為在完善交安設(shè)施的基礎(chǔ)上，不拆建能保留的剩余路肩寬度對通行能力和行車安全沒有影響，救援則可通過從邊跨設(shè)置便道解決。故最終保留了該匝道橋，該匝道橋在營運(yùn)使用中效果良好。圖9為該點(diǎn)斷面示意。

圖9 次塢互通A匝道橋下主線斷面布置示意(單位： cm)

5 結(jié)語

杭金衢高速公路新嶺隧道段拓寬工程總體方案的擬定經(jīng)歷了艱巨而復(fù)雜的過程。

a.在深入研究新建隧道施工對既有隧道的影響及采空區(qū)進(jìn)洞方案后，成功實(shí)現(xiàn)了兩側(cè)加寬，并與全線加寬方式協(xié)調(diào)良好。

b.通過對施工方案、施工計(jì)劃及交通組織方案的研究，在科學(xué)決策建設(shè)時(shí)機(jī)的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)了大交通量條件下的“保四”通行，并與全線改擴(kuò)建交通組織配合默契。

c.對于隧道與互通樞紐相距較近的情況，根據(jù)實(shí)際運(yùn)營管理模式，對路段交通負(fù)荷進(jìn)行了分析論證，科學(xué)合理地確定了隧道規(guī)模。

d.通過高邊坡擴(kuò)挖技術(shù)研究，確定了先進(jìn)可靠的技術(shù)措施。通過工點(diǎn)硬路肩功能保障分析，采取技術(shù)手段保留了互通跨線橋，大大減少了施工對運(yùn)營的干擾，節(jié)約了資源和造價(jià)。