偏壓滑坡體連拱－分岔隧道進(jìn)洞施工技術(shù)研究

包 珍

(中國鐵建港航局集團(tuán)有限公司 廣東廣州 511442)

1 工程概況

在廣東省河源市連平縣境內(nèi)某隧道為分岔隧道，結(jié)構(gòu)形式復(fù)雜，進(jìn)口段為雙連拱隧道，目前為廣東省首例。隧道平面由直線及圓曲線組成，曲線最小半徑左線R＝700 m(右線R＝810)，隧道縱坡采用人字坡，為進(jìn)口1.0%，左線出口0.628%，右線出口0.6%，隧道最大埋深約110 m(見圖1)。隧道連拱段結(jié)構(gòu)形式復(fù)雜，以Ⅳ、Ⅴ級圍巖為主。安全風(fēng)險(xiǎn)高，技術(shù)難度大。

本隧道進(jìn)口端和出口端均采用端墻式洞門。兩端洞門以外為山間河流谷底。右線隧道已露拱，且既有地形十分陡峭，洞門施工難度較大。

隧道結(jié)構(gòu)變化形式為:從隧道進(jìn)口到出口依次由整體式直墻連拱段、整體式曲墻連拱段、復(fù)合式連拱段、超小凈距段、較小凈距段組成(見表1)，設(shè)計(jì)為從進(jìn)口段往出口段掘進(jìn)，即連拱段往小間距段施工。

表1 隧道分類統(tǒng)計(jì) m

隧道穿過丘陵地貌區(qū)，地面標(biāo)高276.01～391.36 m，相對高差為115.35 m，地形起伏較大，臨河陡崖分布，斷層、褶皺等構(gòu)造較發(fā)育，丘陵山體植被發(fā)育，局部基巖出露。

隧址區(qū)地層巖性為坡積碎石土、泥盆系砂巖、印支期侵入輝長巖及其風(fēng)化層。圍巖主要為碎石、塊石、強(qiáng)風(fēng)化石英砂巖，局部為中風(fēng)化石英砂巖，土質(zhì)不均，強(qiáng)度低，原始地形陡，局部雨季受擾動易崩塌，基巖裂隙發(fā)育，易滲水。

隧道位于丘陵區(qū)，地表水不發(fā)育，主要為大氣降雨形成地表水沿山谷匯流，為季節(jié)性地表水。

隧址區(qū)內(nèi)地下水類型主要為第四系松散層孔隙潛水、石英砂巖基巖裂隙水及斷裂構(gòu)造破碎帶脈狀水。隧道單洞正常進(jìn)水涌水量取值為12 526.03 m3/d，單洞最大進(jìn)水涌水量為13 940.96 m3/d。

2 工程重難點(diǎn)分析

(1)圍巖差

隧道圍巖差，以Ⅳ、Ⅴ級圍巖為主(見表2)，連拱段隧道雙洞的洞身開挖斷面面積為236～274 m2，軟弱巖層對大斷面開挖、多次擾動開挖和小凈距隧道開挖帶來了難度。

表2 隧道圍巖分級統(tǒng)計(jì)

根據(jù)區(qū)域地質(zhì)資料，擬建隧址區(qū)位于內(nèi)莞向斜的南東翼，為下坪正斷層和內(nèi)莞逆沖斷層所夾持，出露的地層較單一，主要為泥盆系中下統(tǒng)桂頭群砂巖、石英砂巖，滑坡、斷層、褶皺等不良地質(zhì)發(fā)育，勘察采用鉆探和地質(zhì)測繪相結(jié)合的方法實(shí)施。洞口明洞段區(qū)域分布3條線形斷層構(gòu)造，分別為F1(產(chǎn)狀45°＜80°)、F2(產(chǎn)狀320°＜30°)、F3(產(chǎn)狀160°＜80°)。

(2)洞口大偏壓，右線存在崩滑體，環(huán)境條件差

隧道進(jìn)口端左側(cè)臨山右側(cè)臨河，且河道不能侵占，因此嚴(yán)重限制了隧道進(jìn)口端連拱段左右隧道設(shè)計(jì)線間距，左右線間距不能完全拉開。

隧道進(jìn)口存在偏壓，隧道在陡崖條件下進(jìn)洞，且右線存在崩滑體，對連拱隧道進(jìn)洞十分不利(見圖2)。

圖2 隧道洞口段地形地貌

(3)隧道連拱進(jìn)洞，工序復(fù)雜，質(zhì)量安全風(fēng)險(xiǎn)大

本隧道連拱隧道方式進(jìn)洞，采用三導(dǎo)洞開挖，先施工中間墻，后施工兩側(cè)洞，施工工序復(fù)雜，工藝轉(zhuǎn)變多，質(zhì)量安全風(fēng)險(xiǎn)大。

3 偏壓滑坡體連拱－分岔隧道進(jìn)洞施工技術(shù)

3.1 總體施工方案

(1)上邊坡防護(hù):洞口段左側(cè)邊坡及仰坡較高，為了降低邊仰坡高度，減少地形偏壓對隧道洞口的影響，保證隧道施工及營運(yùn)安全，洞口段路基邊坡采用抗滑樁＋錨索格梁及明洞隧道綜合處治方案[1－3]。

(2)大邊墻支護(hù):由于本隧道為連拱隧道，跨度較大，進(jìn)洞段右洞露拱嚴(yán)重，且既有地形十分陡峭，需要在陡崖下進(jìn)洞，為了減少洞口開挖對山體的擾動，采用大邊墻＋套拱＋回填的方案進(jìn)洞。

洞口段先做大邊墻和套拱 20b工字鋼，隨即施工隧道暗洞初支、二襯，最后施工套拱外側(cè)的回填土。

(3)護(hù)面墻防護(hù):隧道右洞露拱至暗挖過渡段埋深較淺，巖性穩(wěn)定性較差，因此超薄埋深地段采用護(hù)面墻護(hù)坡，保證山體的穩(wěn)定性。

施工順序:邊仰坡防護(hù)施工→大邊墻、護(hù)面墻施工→隧道入口段進(jìn)洞施工。

3.2 護(hù)面墻防護(hù)施工技術(shù)

護(hù)面墻及巖壁錨桿防護(hù)設(shè)置在YK32＋658～YK32＋668段，沿既有山體坡面設(shè)置，巖面打設(shè)φ22砂漿錨桿，錨桿長度為2.5 m，錨桿端頭50 cm預(yù)留與護(hù)面墻內(nèi)鋼筋網(wǎng)焊接，設(shè)置間距為1.2 m×1.2 m，梅花形布置。護(hù)面墻混凝土等級為C20，基坑底部開挖寬度為3 m，深度2 m。墻身高為14.33 m，墻厚為2.5 m，內(nèi)部設(shè)置雙層 C14鋼筋網(wǎng)，網(wǎng)片間距20 cm×20 cm，護(hù)面墻斷面圖見圖3。

圖3 護(hù)面墻斷面圖

(1)基礎(chǔ)施工

基坑開挖深度2 m，寬度3 m，基坑開挖后進(jìn)行地基承載力試驗(yàn)，承載力小于400 kPa時進(jìn)行地基加固處理，地基加固采用φ76×5 mm鋼管打入強(qiáng)風(fēng)化層，深度不小于2 m，并注漿加固?；觾蓚?cè)放坡坡率為1∶0.3，坡面防護(hù)采用噴C25混凝土，厚度5 cm。

基坑驗(yàn)收合格后方可澆筑C20基礎(chǔ)混凝土。

(2)施工平臺搭設(shè)

護(hù)面墻工程施工先搭設(shè)施工作業(yè)平臺腳手架，采用落地扣件式三排φ48×3.5 mm鋼管腳手架方式搭設(shè)，每級平臺滿鋪20 cm×5 cm木板，并綁扎牢固。鋼管架分層搭設(shè)，每層高度根據(jù)每循環(huán)護(hù)面墻澆筑高度確定，架寬3 m，為增加抗風(fēng)能力，架體兩外側(cè)立桿采用雙立桿搭設(shè)[4－5]。

(3)錨桿施工

錨桿采用φ22砂漿錨桿，錨桿長度為2.5 m，設(shè)置間距為1.2 m×1.2 m，梅花形布置，錨桿端頭50 cm預(yù)留與護(hù)面墻內(nèi)鋼筋網(wǎng)焊接。

(4)護(hù)面墻施工

混凝土護(hù)面墻墻身高為14.33 m，墻厚為2.5 m，內(nèi)部設(shè)置雙層φ14鋼筋網(wǎng)，網(wǎng)片間距20 cm×20 cm。

3.3 大邊墻支護(hù)施工技術(shù)

隧道進(jìn)口處共設(shè)置兩段大邊墻(見圖4)，其中YK32＋645～YK32＋658段大邊墻在護(hù)面墻施工完成后施工，YK32＋635～YK32＋645段大邊墻及端墻在明洞二襯施工完成后施工。

圖4 大邊墻斷面圖(單位:cm)

(1)基礎(chǔ)施工

大邊墻基坑開挖深度2～3.35 m，寬度3.48～8.33 m，基坑開挖后進(jìn)行地基承載力試驗(yàn)，承載力小于400 kPa時進(jìn)行地基加固處理，地基加固采用φ76×5 mm鋼管打入強(qiáng)風(fēng)化層，并注漿加固?；觾蓚?cè)放坡坡率為1∶0.3，坡面防護(hù)采用噴C25混凝土，厚度5 cm?；域?yàn)收合格后方可澆筑C30基礎(chǔ)混凝土[6]。

(2)墻身混凝土澆筑施工

洞門大邊墻混凝土強(qiáng)度等級為C30，墻身分段分層澆筑，每層澆筑高度不超過2 m，邊墻坡率為1∶0.4，基礎(chǔ)及每層墻身澆筑完成時安裝φ22接插筋，接插筋伸出混凝土面不小于50 cm，布置間距為0.5 m×0.5 m。

YK32＋645～YK32＋658段大邊墻墻身澆筑至拱腰處，預(yù)先埋設(shè)護(hù)拱鋼板，縱向間距為1 m，預(yù)埋15 mm厚鋼板尺寸為24 cm×24 cm(預(yù)埋鋼板示意見圖5)。

圖5 護(hù)拱預(yù)埋鋼板

3.4 上邊坡防護(hù)施工技術(shù)

ZK32＋635～ZK32＋645路塹左側(cè)邊坡位于內(nèi)莞隧道的明洞上方，為四級邊坡，在路基高邊坡施工時開挖至隧道明洞頂部，邊坡安全設(shè)計(jì)要求高。坡腳設(shè)錨索抗滑樁(2 m×3 m)，樁間距6 m。樁頂按1∶0.3的坡率切坡，分級坡高15 m，平臺寬度2 m；坡面采用錨桿墊墩和預(yù)應(yīng)力錨墩進(jìn)行加固，坡面掛主動防護(hù)網(wǎng)，塹頂設(shè)截水溝和被動防護(hù)網(wǎng)。隧道洞口路基高邊坡及仰坡施工后進(jìn)行邊坡穩(wěn)定性監(jiān)控量測，在確保邊坡、仰坡穩(wěn)定后開挖明洞段土石方。

3.5 直墻連拱隧道施工技術(shù)研究

隧道連拱段結(jié)構(gòu)形式復(fù)雜，從隧道進(jìn)口到出口依次由整體式直墻連拱段、整體式曲墻連拱段、復(fù)合式連拱段組成[7－8]。

連拱隧道采用三導(dǎo)洞法施工(見圖6)，先開挖中導(dǎo)洞施作中隔墻，待中隔墻達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后可開挖側(cè)壁導(dǎo)坑。

圖6 連拱隧道開挖順序

圖6中阿拉伯?dāng)?shù)字代表開挖步序，羅馬數(shù)字代表支護(hù)施工順序。

3.5.1 中隔墻施工技術(shù)

(1)開挖

中導(dǎo)洞采用采用上下臺階法開挖，開挖循環(huán)進(jìn)尺為2～3 m。

中導(dǎo)洞施工過程中若側(cè)導(dǎo)坑橫向收斂過大，則應(yīng)設(shè)置底部橫撐或臨時仰拱。

(2)混凝土澆筑

隧道二次襯砌采用模板臺車澆筑鋼筋混凝土，雙連拱中隔墻模板支撐體系為:模板用P3015標(biāo)準(zhǔn)鋼模板拼裝，內(nèi)楞鋼架用 16工字鋼彎制而成，鋼架縱向間距750 mm，外楞用100 mm×100 mm方木，支架采用φ48×3.2 mm鋼管搭設(shè)，橫向步距750 mm，縱向步距為750 mm，施工斷面示意見圖7。

直中墻連拱段中導(dǎo)洞頂支護(hù)與中墻襯砌是緊貼的，中墻分兩步施工，先澆筑直立式中墻至特定高度處，再用兩根預(yù)留注漿管將中墻頂與中導(dǎo)洞頂之間充填C20混凝土。

3.5.2 主洞施工技術(shù)

左、右主洞施工應(yīng)在中導(dǎo)洞貫通、中隔墻施作完成后進(jìn)行[9－10]。

(1)開挖技術(shù)

連拱段兩側(cè)主洞在中隔墻施工完成施工，主洞主要采用單側(cè)壁導(dǎo)坑法進(jìn)行開挖，對于淺埋段隧道，調(diào)整為預(yù)留核心土弧形導(dǎo)坑開挖；對于軟巖段變形較大時，側(cè)導(dǎo)洞調(diào)整為上下臺階法開挖。開挖從隧道進(jìn)口端向出口端方向開挖。

隧道首先進(jìn)行右側(cè)主洞開挖施工，在右側(cè)主洞上臺階開挖進(jìn)尺超過左側(cè)洞口20 m后可進(jìn)行左側(cè)主洞開挖施工。側(cè)導(dǎo)洞超前主洞上臺階長度不小于15 m；主洞上下臺階掌子面間距不小于10 m，主洞二次襯砌待初支封閉、圍巖變形穩(wěn)定后施工。

隧道主洞開挖按Ⅴ級圍巖架立1榀鋼拱架為一循環(huán)進(jìn)尺，Ⅳ級圍巖架立1～2榀鋼拱架為一循環(huán)進(jìn)尺，初期支護(hù)邊開挖邊支護(hù)。

中導(dǎo)洞施工結(jié)束后，主洞右洞先暗挖進(jìn)洞，為確保安全，應(yīng)先對中導(dǎo)洞左側(cè)回填，加強(qiáng)段中墻臨時支撐，隨即進(jìn)行主洞隧道開挖掘進(jìn)。

中墻臨時支撐要求:

隧道右側(cè)主澗開挖時，必須先做好中隔墻左側(cè)空洞的臨時支護(hù)工作；

臨時支護(hù)采用50 cm碎石＋50 cm混凝土回填組合的形式交替進(jìn)行(見圖8)；

在中隔墻臨時支護(hù)拆除時，距主洞掌子面15 m范圍內(nèi)的臨時支護(hù)不可拆除。

右洞掌子面距二襯不小于50 m；洞口澆筑一板二襯后即可進(jìn)行明洞施工。

爆破嚴(yán)格采用微震爆破，Ⅴ級圍巖不大于5 cm/s，Ⅳ級圍巖不大于8 cm/s。

(2)支護(hù)技術(shù)

①隧道導(dǎo)洞初期支護(hù)采用C25噴射混凝土，厚度為26 cm。初期支護(hù)鋼架采用 20a型鋼鋼架，間距為60 cm。在Ⅳ級圍巖段，隧道導(dǎo)洞初期支護(hù)采用C25噴射混凝土，厚度為20 cm。初期支護(hù)鋼架采用 16型鋼鋼架，間距為80 cm。

②主洞、導(dǎo)洞鋼支撐分別由 22b工字鋼(Q235鋼)組成，段與段之間采用螺栓連接，分別焊接在24 cm×24 cm ×1.5 cm、29 cm ×22 cm ×1.5 cm、22 cm×22 cm×1.5 cm鐵板上。鋼支撐縱向采用鋼筋連接，縱向連接鋼筋的環(huán)向間距為1.0 m，與鋼支撐焊接。鋼支撐均采用雙面焊接，焊縫厚度不得小于5 mm。

(3)超前預(yù)報(bào)

采用長短結(jié)合、物探與鉆探相結(jié)合的綜合地質(zhì)預(yù)報(bào)技術(shù)，將超前地質(zhì)預(yù)報(bào)納入隧道施工工序中，準(zhǔn)確判斷不良地質(zhì)段的位置及性質(zhì)，制定相應(yīng)的施工措施[11－12]。

(4)排水技術(shù)

①直墻連拱段，中墻為滲漏水高發(fā)部位，為排泄中墻頂積水，通過中墻頂設(shè)兩根φ110 mm PE橫向排水管，將中墻頂?shù)姆e水與襯砌背后環(huán)向排水管中的水引入中墻內(nèi)預(yù)埋的φ110 mm PE排水管中，再通過中墻墻角處的φ110 mm PE橫向排水管將水引入側(cè)式排水暗溝內(nèi)，最后通過暗埋縱向排水管將水排出洞外。

②在隧道路面基層下設(shè)置縱、橫向10 mm×50 mm扁形排水盲溝。

③襯砌背后集中出露的小面積股水，可用聚氯乙烯管將其直接引入側(cè)溝內(nèi)排除。

④明洞段襯砌采用外貼兩布一膜防水層，洞頂回填并設(shè)置黏土隔水層，洞頂設(shè)截排水溝。

⑤為了便于對縱向排水管定期采用管道及時疏通，在二次襯砌墻腳每隔50 m設(shè)置檢查維修井。

4 結(jié)語

(1)連拱隧道是在隧道施工領(lǐng)域中難度較大的設(shè)計(jì)形式，做好中導(dǎo)洞與左右主洞之間的施工先后順序，并中隔墻頂部設(shè)置專用排水通道，保證施工質(zhì)量。

(2)連拱隧道主洞開挖時需對側(cè)中間墻進(jìn)行回填，作為臨時支撐，可保證中間墻的穩(wěn)定性和主動開挖施工安全。

(3)大偏壓、大滑坡體等特殊環(huán)境條件下，大斷面進(jìn)洞時，需做好上邊坡穩(wěn)定性，并對露拱部分采用大邊墻，淺埋段落采用護(hù)面墻技術(shù)可保證隧道的進(jìn)洞安全性和穩(wěn)定性。