公路小凈距隧道淺埋段施工處理與監(jiān)測(cè)分析

黃 鑫,匡渝陽

(1.浙江交工金筑交通建設(shè)有限公司,浙江 杭州 310051；2.浙江大盈建設(shè)有限公司,浙江 杭州 311203)

1 工程概況

平水隧道是杭紹臺(tái)高速公路重要隧道段，線路左洞進(jìn)口樁號(hào)為ZK32+474.29，出口樁號(hào)為ZK36+729，全長(zhǎng)4254.71 m，其中ZK35+000～ZK36+741.1(1 741.1 m)隧道段，隧道方式采用雙向四車道小凈距隧道，埋深小裂隙水豐富，雙洞凈距僅為13.67 m，該工程段巖柱參數(shù)如表1所示。該隧道段設(shè)計(jì)速度100 km/h，建筑限界10.75 m(寬)×5.0 m(高)，其中行車道凈寬2×3.75=7.5 m；設(shè)計(jì)縱坡控制在3%以內(nèi)，采用復(fù)合式路面施作。該隧址內(nèi)圍巖全部由III、Ⅳ、V級(jí)構(gòu)成，其中V級(jí)圍巖占30.9%；兩洞間開挖后的中夾巖厚僅12.28 m；重點(diǎn)是洞口淺埋段與斷層破碎段施工，難點(diǎn)是后行洞開挖爆破不造成先行洞二襯混凝土開裂。

表1工程段巖柱參數(shù)如表

其中ZK35+000～ZK36+741.1工程段屬于強(qiáng)偏壓淺埋地段，主要由第四系破殘積土及全風(fēng)化和強(qiáng)風(fēng)化花崗巖組成，巖石裂隙發(fā)育，巖體破碎，呈碎裂結(jié)構(gòu)，巖性軟弱。淺埋段設(shè)計(jì)為V級(jí)加強(qiáng)，工20a鋼架間距0.8 m/榀支護(hù)，襯砌厚度為55 cm。

2 淺埋段施工處理

2.1 排水措施

平水隧道左線ZK35+000～ZK36+741.1工程段埋深較淺，隧道上方有溪水經(jīng)過，具有覆水條件。對(duì)其進(jìn)行開挖施工前，應(yīng)首先做好排水設(shè)施，防止施工過程中發(fā)生隧道滲水危害。為防止隧道開挖過程中滲水的危害，將襯砌支護(hù)拱片周邊夯實(shí)后，對(duì)其兩側(cè)20 cm范圍內(nèi)排水溝進(jìn)行M10砂漿加固，防止排水沖刷對(duì)巖體的擾動(dòng)破壞。

2.2 基礎(chǔ)開挖

對(duì)ZK35+000～ZK36+741.1工程段采用人工配合挖掘機(jī)開挖，在開挖過程中對(duì)邊仰坡進(jìn)行及時(shí)支護(hù)，待開挖至基巖地段時(shí)，必須進(jìn)行地基承載力試驗(yàn)，確保護(hù)拱基礎(chǔ)的地基承載力不小于0.25 MPa。

2.3 邊仰坡防護(hù)

對(duì)于該隧道段的邊仰坡支護(hù)方式，采用噴錨支護(hù)的工藝流程，其工藝參數(shù)如下。

(1)邊仰坡錨桿支護(hù)參數(shù)。該隧道段邊仰坡錨桿支護(hù)布置，采用梅花形布置方式，其布置尺寸為1.5 m×1.5 m(橫向×縱向)；錨桿采用錨固段設(shè)計(jì)長(zhǎng)度為4 m直徑22 cm的砂漿錨桿進(jìn)行錨固支護(hù)。

(2)隧道邊仰坡完成錨桿施工后，使用直徑為6 mm，網(wǎng)格間距為20 m×20 cm的鋼筋網(wǎng)片進(jìn)行支護(hù)。

(3)完成以上兩道工序后，對(duì)鋼筋網(wǎng)片使用C20混凝土進(jìn)行噴射施工，保證噴射混凝土的厚度為均勻的10 cm。

2.4 護(hù)拱施作

(1)為保證隧道共性襯砌穩(wěn)定性，對(duì)拱形襯砌的基礎(chǔ)進(jìn)行擴(kuò)大澆筑處理。對(duì)于擴(kuò)大基礎(chǔ)的澆筑本工程設(shè)計(jì)擴(kuò)大基礎(chǔ)尺寸為200 cm×100 cm，使用C15片石混凝土進(jìn)行澆筑而成，為保障基礎(chǔ)與拱片的連接牢固，在基礎(chǔ)頂面設(shè)置直徑為25 mm的螺紋鋼，方便連接。

(2)隧道襯砌護(hù)拱施工。該隧道護(hù)拱施工采用內(nèi)外模固定，混凝土進(jìn)行澆筑的施工方式，在進(jìn)行模板支護(hù)時(shí)，需時(shí)刻對(duì)支護(hù)模板進(jìn)行加固，并對(duì)模板的平整度及定位進(jìn)行實(shí)時(shí)測(cè)量，防止進(jìn)行混凝土澆筑過程中發(fā)生脹模、跑?，F(xiàn)象。當(dāng)模板支護(hù)加固完成后，采用C25混凝土進(jìn)行澆筑，澆筑過程中對(duì)混凝土進(jìn)行振搗，保證其密實(shí)度符合要求。

(3)護(hù)拱頂部回填。當(dāng)支護(hù)的護(hù)拱混凝土養(yǎng)護(hù)強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度值時(shí)，方可進(jìn)行拱頂回填。護(hù)拱頂部回填應(yīng)按照工程量進(jìn)行分步進(jìn)行，一般易分為兩步進(jìn)行。本工程中第一步回填至拱頂1 m處，等暗洞施工完成后進(jìn)行最后一步回填，直至回填高度達(dá)到設(shè)計(jì)值。

2.5 超前支護(hù)

為保證工程的安全進(jìn)行，本工程在超前支護(hù)方案設(shè)計(jì)上，采用多方案并行，與實(shí)際工程相結(jié)合的方式。即在施工初始設(shè)計(jì)多種超前支護(hù)方案，依據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際施工情況，對(duì)圖紙和工程進(jìn)行對(duì)比比選，經(jīng)過可行性論證，最終選擇采用“雙層小導(dǎo)管+護(hù)拱+雙層小導(dǎo)管”超前支護(hù)方案。即在淺埋段完成護(hù)拱施工后，在隧道洞身處設(shè)置雙層直徑為50 mm的小導(dǎo)管，導(dǎo)管縱向設(shè)置間距為2.4 m。施工工序如下。

(1)施工前準(zhǔn)備。對(duì)設(shè)計(jì)圖紙進(jìn)行閱讀論證，對(duì)施工設(shè)計(jì)工序進(jìn)行檢驗(yàn)；其次依據(jù)工程地質(zhì)條件，設(shè)置注漿類型及相關(guān)施工參數(shù)；依據(jù)試驗(yàn)對(duì)施工過程中的注漿半徑、單管注漿量及注漿壓力進(jìn)行計(jì)算分析；最終確定導(dǎo)管施工間距，對(duì)施工設(shè)備及耗材進(jìn)行加工準(zhǔn)備。

(2)施工小導(dǎo)管準(zhǔn)備。施工過程中的雙層小導(dǎo)管采用壁厚5 mm，直徑50 mm的無縫鋼管進(jìn)行制作，小導(dǎo)管長(zhǎng)度4.5 m，導(dǎo)管前部設(shè)計(jì)為錐子型加工，為保證注漿效果，在小導(dǎo)管的中部3～3.4 m設(shè)置注漿孔，注漿孔為孔徑8 mm的圓孔，孔間間距為30 cm且成梅花形布置。

(3)安裝注漿小導(dǎo)管。對(duì)于注漿小導(dǎo)管設(shè)計(jì)位置及間距進(jìn)行孔位布置，易采用角度為10°～40°交叉式布置進(jìn)行安裝，小導(dǎo)管間的環(huán)向間距控制在30 cm。鋼支撐與小導(dǎo)管間的縱向搭接長(zhǎng)度不小于1.2 m，其縱向間距為2.4 m，其搭接位置應(yīng)控制在150°拱部范圍內(nèi)。

(4)進(jìn)行小導(dǎo)管注漿工藝。開始注漿前，在坑道的注漿開挖面與5 m范圍內(nèi)的裸露面進(jìn)行噴漿保護(hù)，噴漿保護(hù)層的厚度控制在50～100 mm范圍內(nèi)。本工程中的注漿漿液為水泥漿，其水灰比為0.5∶1。

(5)注漿注意事項(xiàng)。在注漿過程中，為防止出現(xiàn)注漿孔口塌陷或污染孔洞，采用堵塞物對(duì)注漿孔進(jìn)行封堵。進(jìn)行逐次注漿時(shí)，采用鐵纖或高壓風(fēng)箱對(duì)注漿孔進(jìn)行清潔處理，防止雜物污染漿液，影響注漿質(zhì)量。在注漿過程中時(shí)刻觀察注漿壓力，防止注漿管堵塞產(chǎn)生爆管危害。為保證注漿的順利，在注漿前對(duì)漿液配比進(jìn)行反復(fù)試驗(yàn)，確保注漿凝結(jié)時(shí)間及流動(dòng)度符合施工要求，其次也可才采用間歇式、小泵量等注漿方式進(jìn)行調(diào)控。

2.6 淺埋段洞身開挖支護(hù)

本工程段隧道洞身為淺埋隧道,其開挖方法為單側(cè)壁導(dǎo)坑法，在開挖過程中嚴(yán)格按照“弱爆破，短進(jìn)尺，常測(cè)量，快支護(hù)，早封閉”原則。為保障工程施工的安全進(jìn)行，當(dāng)單側(cè)臺(tái)階開挖完成，應(yīng)及時(shí)完成初期支護(hù)，同時(shí)為增加拱腳圍巖穩(wěn)定性，及時(shí)進(jìn)行拱腳錨桿設(shè)置，此外應(yīng)及時(shí)完成仰拱及下臺(tái)階施工，并及時(shí)完成支護(hù)體系的封閉。當(dāng)施工過程中出現(xiàn)地質(zhì)條件差時(shí)，易采用洞內(nèi)襯砌加固與地表注漿加固的綜合處理方式進(jìn)行圍巖加固。

3 監(jiān)控量測(cè)

當(dāng)隧道進(jìn)行新奧法復(fù)合式支護(hù)開挖及施工共過程中，為掌握隧道圍巖及支護(hù)結(jié)構(gòu)的力學(xué)變化信息，保障工程的安全進(jìn)行，常采用隧道施工現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)控制的方式，對(duì)隧道施工及支護(hù)進(jìn)行工程數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)。除此之外，還可通過施工過程中的數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)，對(duì)隧道圍巖的初期支護(hù)、二襯施工、支護(hù)及圍巖力學(xué)信息進(jìn)行獲取，進(jìn)而保障施工的安全進(jìn)行，優(yōu)化施工工序，以達(dá)到隧道施工的安全進(jìn)行及節(jié)省施工損耗的目的。施工監(jiān)測(cè)控制應(yīng)貫穿施工整個(gè)過程，其監(jiān)測(cè)目的主要為。

(1)獲取隧道圍巖及支護(hù)結(jié)構(gòu)施工動(dòng)態(tài)信息，依據(jù)獲取的施工動(dòng)態(tài)信息，對(duì)隧道施工進(jìn)行指導(dǎo)作業(yè)。

(2)依據(jù)獲取的隧道圍巖及支護(hù)在施工過程中信息變化，對(duì)隧道施工及設(shè)計(jì)進(jìn)行優(yōu)化，進(jìn)而達(dá)到安全施工及經(jīng)濟(jì)施工的目的。在隧道開挖過程中，應(yīng)對(duì)每個(gè)工序完成時(shí)隧道圍巖信息進(jìn)行觀察分析。對(duì)隧道施工作業(yè)面的隧道圍巖位移、混凝土噴射效果、應(yīng)力變化及節(jié)理裂隙的分布狀態(tài)進(jìn)行分析，研究其信息變化規(guī)律。當(dāng)工程監(jiān)測(cè)信息發(fā)生突變時(shí)，應(yīng)及時(shí)對(duì)施工狀態(tài)進(jìn)行安全評(píng)判，防止施工過程中出現(xiàn)工程安全事故。

3.1 拱頂沉降

對(duì)隧道淺埋段拱頂位移變化監(jiān)測(cè)曲線進(jìn)行繪制，如圖1所示。由圖可知，隧道淺埋段拱頂沉降在開挖施工初期發(fā)生較大位移變化，其中ZK35+133斷面的8 d計(jì)拱頂沉降為16.1 mm，由于在初期隧道開挖過程中，混凝土尚未凝結(jié)產(chǎn)生強(qiáng)度，難以抵抗圍巖變形產(chǎn)生的位移，隨著養(yǎng)護(hù)時(shí)間的增加，混凝土逐漸達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度，此時(shí)拱頂沉降累計(jì)值穩(wěn)定在13.0mm。采用雙層小導(dǎo)管注漿處理的淺埋段ZK35+123工程段，拱頂累計(jì)沉降量18.1 mm，沉降位移變化符合設(shè)計(jì)需求。

圖1 淺埋段拱頂沉降時(shí)程變化曲線

圖2 淺埋段周邊收斂時(shí)程變化曲線

3.2 周邊收斂

繪制淺埋段隧道周邊收斂位移變化規(guī)律，如圖2所示。由圖可知，在開挖初期兩個(gè)開挖斷面的洞周收斂不斷向洞內(nèi)發(fā)生位移變化；當(dāng)開挖至20 d，其洞周收斂變化速率逐漸降低且位移變化逐漸趨于穩(wěn)定，在開挖前20 d，其洞周收斂位移變化速率最大。當(dāng)淺埋隧道開挖至35 d右時(shí)，由于開挖過程中前后掌子面爆破施工擾動(dòng)，ZK35+133斷面洞周收斂位移變化波動(dòng)較大。當(dāng)開挖60 d右時(shí)，隧道開挖貫通，此時(shí)ZK35+133及ZK35+123斷面最終洞周收斂位移分別為8.66 mm和8.24 mm，較為接近且都符合施工設(shè)計(jì)需求。

4 結(jié) 語

(1)以杭紹臺(tái)高速公路平水隧道為工程背景，采用“雙層小導(dǎo)管+護(hù)拱+雙層小導(dǎo)管”施工工藝，對(duì)隧道圍巖進(jìn)行超前支護(hù)，對(duì)于淺埋段隧道采用單側(cè)壁導(dǎo)坑法進(jìn)行開挖時(shí)，可取得較好的施工效果。

(2)通過對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)工程監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析可知，采用本文所述處理方法進(jìn)行隧道施工開挖時(shí)，該方案對(duì)圍巖洞周收斂及拱頂沉降等總體控制較好。

(3)由隧道圍巖監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)可知，當(dāng)淺埋段隧道在開挖過程中其鄰近隧道洞周收斂受到波動(dòng)影響較大，在施工監(jiān)測(cè)時(shí)，應(yīng)對(duì)該部位圍巖變形進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)分析。