暗挖隧道下穿既有公路施工技術(shù)及工程管理問題探究

鄧文軍

(云南華怡道橋技術(shù)工程公司,云南 昆明 650000)

1 項(xiàng)目概述

項(xiàng)目為重慶成渝客運(yùn)專線隧道施工,新建隧道位于改DK186+295～隧道出口為5‰上坡,于改DK186+385191下穿施工中的高速公路,該高速公路標(biāo)號(hào)為K2+273106,公路與隧道的平面夾角為146°56′30″,下穿既有公路的設(shè)計(jì)高程為914.80,路肩設(shè)計(jì)高程為900.54,高度差為14.26 m,運(yùn)營(yíng)時(shí)隧道凈埋深為4.73 m?，F(xiàn)階段,隧道開挖深度1.79 m。

該高速公路采取半填半挖路基施工方案,采用復(fù)合式襯砌,初期支護(hù)與二次襯砌施工采用C25～C30混凝土,二襯厚度為35～40 cm。左線隧道K3+770～K4+010段的拱頂、拱腳與邊墻部位的二襯厚度為45～72 cm,襯層內(nèi)部加設(shè)鋼筋,間距為0.25 cm;右線隧道YK3+715～YK3+955段,二次襯厚度49～73 cm,內(nèi)部加設(shè)鋼筋的間距為0.25 cm。

2 暗挖隧道項(xiàng)目施工技術(shù)應(yīng)用與工程管理要點(diǎn)

2.1 隧道開挖與支護(hù)施工

(1)隧道開挖方法

在暗挖隧道項(xiàng)目施工中,以臺(tái)階法進(jìn)行開挖,施工人員對(duì)上下臺(tái)階縱向間距進(jìn)行嚴(yán)格控制,確保間距為3～5 m之間,同時(shí),在具體開挖過程中,將每次循環(huán)進(jìn)尺的距離進(jìn)行在1 m以下,在開挖時(shí)做好初期支護(hù),由此降低對(duì)現(xiàn)有公路造成擾動(dòng),提升工藝技術(shù)應(yīng)用能力。為控制臺(tái)階法開挖施工質(zhì)量,相關(guān)人員對(duì)項(xiàng)目重點(diǎn)部分,如拱部超挖、邊墻寬度、仰拱、隧底超挖進(jìn)行嚴(yán)格管理,落實(shí)技術(shù)交底工作,見表1。

表1 隧道臺(tái)階法開挖施工技術(shù)交底

在暗挖隧道工程施工中,為確保圍巖自穩(wěn)能力達(dá)標(biāo),采取了超前支護(hù)措施,相關(guān)技術(shù)措施選取超前管棚與導(dǎo)管注漿。具體施工中,在隧道下穿公路段的拱部位置設(shè)計(jì)φ159大管棚,管棚長(zhǎng)度為18 m,分節(jié)長(zhǎng)度為9 m,搭接長(zhǎng)度控制在3 m?？紤]到本隧道覆蓋層較為薄弱,在具體施工中,對(duì)鉆孔外插角進(jìn)行嚴(yán)格控制,確保其角度保持在1°～3°之間,通過對(duì)上述技術(shù)措施的應(yīng)用,可預(yù)防施工出現(xiàn)的穿頂問題,對(duì)降低施工作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)意義重大。在具體施工中,為提升安全性,也在管棚鋼管之間增加φ42的超前小導(dǎo)管,將其作為加強(qiáng)支護(hù)結(jié)構(gòu),并采取小導(dǎo)管注漿的方式對(duì)地層進(jìn)行加固處理。小導(dǎo)管采用了φ42的鋼管,其環(huán)向間距為3根/m,外插角度為5°～8°,在超前支護(hù)施工技術(shù)方案應(yīng)用中,應(yīng)盡量控制對(duì)土體造成的擾動(dòng),由此降低路基坍塌風(fēng)險(xiǎn)[2]。

(2)支護(hù)參數(shù)選擇

在暗挖隧道的初期支護(hù)施工中,采用了I22a工字鋼支承方案,同時(shí)應(yīng)用鋼筋網(wǎng)、混凝土與系統(tǒng)錨桿,由此形成初期支護(hù)方案。其中,隧道邊坡位置使用L=4 m,直徑為22 mm的砂漿錨桿,將間距控制在50 cm。所用鋼筋直徑為8,鋼筋網(wǎng)間距為20 cm×20 cm。使用的混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C25,厚度為30 mm。對(duì)方案中暗挖隧道的支護(hù)參數(shù)進(jìn)行分析,發(fā)現(xiàn)其參數(shù)指標(biāo)明顯高于同等級(jí)圍巖隧道參數(shù)。采取上述施工技術(shù)方案的主要目標(biāo)是提升初期支護(hù)體系的強(qiáng)度,使得暗挖隧道施工安全性得到改善。

支護(hù)施工中,要求拱部鋼架采取縱向托梁的設(shè)計(jì)方案,以32槽鋼作為支點(diǎn),由此增加鋼架底角部分的承重面積,同時(shí)設(shè)計(jì)有φ42鎖腳錨管,長(zhǎng)度為4.0 m,牢固鎖定鋼架兩底腳。通過上述設(shè)計(jì)方案,能夠避免出現(xiàn)鋼架下沉與底腳回收的問題。在支護(hù)施工中,可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)具體情況,選擇使用臨時(shí)仰拱方式,由此避免初期支護(hù)造成的收斂變形問題。

隧道立交段的圍巖為中硬巖、軟巖,屬于IV、V類圍巖。在Ⅳ級(jí)圍巖的支護(hù)施工中,使用了格柵鋼架結(jié)構(gòu),間距控制在0.8 m,在拱墻位置設(shè)計(jì)有φ6.5 mm的鋼筋網(wǎng),網(wǎng)格間距為20 cm×20 cm,使用等邊三角形對(duì)鋼架進(jìn)行布置,拱部均設(shè)計(jì)有φ42的注漿小導(dǎo)管,邊墻直徑為22 mm,布置有砂漿錨桿,長(zhǎng)度為3 m,間距2均為1.2 m(環(huán))×1.0 m(縱),以梅花形方案布置。初期支護(hù)方案選擇的混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C30,二次襯砌在初期支護(hù)完成后施工,采用C35等級(jí)鋼筋混凝土,厚度為50 cm[3]。

2.2 爆破振動(dòng)控制

(1)施工技術(shù)方案

新建暗挖隧道與既有公路隧道間巖的垂直厚度為7.0 m,在施工過程中,需要充分考慮爆破振動(dòng)對(duì)建筑物破壞程度影響。振動(dòng)速度對(duì)公路造成的影響較大,因此在施工中,分析振動(dòng)速度與隧道施工安全之間的具體關(guān)系。要求施工人員應(yīng)最大爆破振動(dòng)速度控制在2 cm,并做好鉆爆設(shè)計(jì),以強(qiáng)化施工安全技術(shù)水平。

考慮到項(xiàng)目左線隧道與右線隧道均為IV、V級(jí)圍巖結(jié)構(gòu),因此采用了微振動(dòng)的方式對(duì)整個(gè)爆破過程進(jìn)行控制,同時(shí)做好臺(tái)階法鉆爆開挖。針對(duì)隧道拱部采取光面爆破方案,隧道邊墻位置則使用預(yù)裂爆破方式,其核心部分則使用控制爆破方式。在具體設(shè)計(jì)環(huán)節(jié),相關(guān)人員對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)的地質(zhì)條件因素進(jìn)行仔細(xì)分析,將每次循環(huán)進(jìn)尺的深度控制在1 m,分為上下臺(tái)階2次爆破[4]。炮眼埋深為1.2 m,保持炮眼與周邊間距為40 m,同時(shí)做好裝藥量控制,以間隔裝藥的方案,確保藥量使用合理,并且呈現(xiàn)出全長(zhǎng)均勻分布的特點(diǎn)。

(2)鉆爆設(shè)計(jì)

在工程段的鉆爆設(shè)計(jì)與施工中,使用了乳化炸藥,使用電雷管進(jìn)行引爆,經(jīng)過導(dǎo)爆管進(jìn)行傳爆。目前,經(jīng)過大量的現(xiàn)場(chǎng)鉆爆試驗(yàn),將最大裝藥量控制在1.8 kg、輔助裝藥量保持在0.4 kg,周圍眼最大裝藥量0.2 kg,能夠最大程度提高鉆爆設(shè)計(jì)效果,以降低爆破施工對(duì)公路基礎(chǔ)造成的影響。為降低對(duì)圍巖部分形成的擾動(dòng),在項(xiàng)目施工中,也使用掏槽技術(shù),并注重提升圍巖結(jié)構(gòu)的整體性,并控制輪廓與形狀,通過鑿巖臺(tái)架與鉆眼機(jī)械設(shè)備的應(yīng)用,使得爆破誤差得到準(zhǔn)確控制。此外,為提升起爆控制能力,在施工中,也通過了毫秒雷管微差起爆技術(shù),嚴(yán)格做好施工流程管理,確?，F(xiàn)場(chǎng)施工安全有序。

(3)爆破材料與藥量控制

爆破材料使用1～17段ms雷管與塑料導(dǎo)管,并根據(jù)各斷面炮孔爆破的設(shè)計(jì)藥量,對(duì)總裝藥量進(jìn)行控制。在斷面的周邊炮眼,則使用直徑為25 mm的藥卷進(jìn)行裝藥,通過間接裝藥的方式確保效果可靠,以減少爆破對(duì)既有隧道造成的不良影響。針對(duì)其余炮眼而言,均采取連續(xù)裝藥方案,并使用了楔形掏槽。在周邊炮眼的布置中,也使用了低爆速、低密度的小直徑2號(hào)巖石硝銨炸藥,其中直徑為25 mm,其富水地段采用而來乳化炸藥,并使用炮泥進(jìn)行堵塞,對(duì)導(dǎo)爆管的復(fù)式網(wǎng)路進(jìn)行連接,使得各部分實(shí)現(xiàn)同時(shí)爆破。在實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)爆破,也對(duì)各部分的裝藥量進(jìn)行控制,其中掏槽眼的裝藥量控制在1.8 kg、輔助眼最大裝藥量控制在0.4 kg,周邊眼藥量為0.2 kg。

2.3 監(jiān)測(cè)既有隧道

(1)做好風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別

為確保隧道安全、順利施工,對(duì)影響隧道施工安全的風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行識(shí)別,并做好工程安全管理。在暗挖隧道施工過程中,對(duì)既有隧道襯砌振速進(jìn)行監(jiān)測(cè),要求振動(dòng)速度不得超過2 cm/s,并且在每個(gè)交叉位置設(shè)計(jì)了3個(gè)監(jiān)測(cè)斷面。在每次爆破作業(yè)中,對(duì)相關(guān)指標(biāo)進(jìn)行監(jiān)測(cè),將具體的監(jiān)測(cè)位置選擇在既有隧道斷面,并且對(duì)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的數(shù)量進(jìn)行控制,要求監(jiān)測(cè)點(diǎn)不得少于3個(gè)。

考慮到項(xiàng)目中暗挖隧道需要穿過既有公路,在交會(huì)位置設(shè)計(jì)了7個(gè)監(jiān)測(cè)斷面。在項(xiàng)目隧道立交的影響段,當(dāng)二次襯砌混凝土的強(qiáng)度等級(jí)未達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度時(shí),應(yīng)做好監(jiān)測(cè)頻率合理安排,確保監(jiān)測(cè)頻率不得少于3次/d;當(dāng)二次襯砌達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后,需要對(duì)既有隧道的襯砌變形進(jìn)行監(jiān)測(cè),監(jiān)測(cè)頻率控制在每天1次。在監(jiān)測(cè)過程中,也對(duì)該隧道斷面出現(xiàn)的不均勻沉降進(jìn)行分析。

在項(xiàng)目施工中,為提升施工風(fēng)險(xiǎn)控制能力,也科學(xué)選擇監(jiān)測(cè)技術(shù)方案,在左右隧道中線與新建隧道中線的交叉點(diǎn)或兩側(cè)對(duì)稱布置監(jiān)測(cè)點(diǎn)。確保單側(cè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)由近到遠(yuǎn)的間距為20 m、10 m、10 m、10 m、10 m、10 m、20 m,左右線共計(jì)設(shè)置29個(gè)監(jiān)測(cè)斷面,其位置選擇在下穿中心線交叉點(diǎn)兩側(cè)各40 m[5]。

(2)測(cè)點(diǎn)的選擇與布置

考慮到隧道附近交通壓力較大,需要重點(diǎn)做好施工技術(shù)應(yīng)用,對(duì)路面沉降、仰拱進(jìn)行監(jiān)測(cè),并對(duì)拱頂沉降值與隧道洞口收斂數(shù)據(jù)進(jìn)行掌握,采取自動(dòng)化技術(shù)手段完成上述操作。在對(duì)既有公路隧道路面不均勻沉降的監(jiān)測(cè)中,使用了全站儀機(jī)器人設(shè)備,并對(duì)隧道路面的不均勻沉降進(jìn)行24 h全自動(dòng)化監(jiān)測(cè),提升下穿既有公路施工技術(shù)應(yīng)用效果。

在具體操作中,選取公路隧道路面中心作為振速監(jiān)測(cè)的位置,并且在左右水溝蓋板位置設(shè)計(jì)了3個(gè)布設(shè)測(cè)點(diǎn)。在相關(guān)測(cè)試技術(shù)的應(yīng)用中,施工技術(shù)人員首先將傳感器粘結(jié)固定在各量測(cè)斷面的測(cè)點(diǎn)位置,并及時(shí)將爆破后產(chǎn)生的振動(dòng)速度記錄在測(cè)試儀上,通過計(jì)算機(jī)軟件分析技術(shù),對(duì)相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行轉(zhuǎn)化,并據(jù)此編制施工技術(shù)指導(dǎo)方案,對(duì)隧道施工現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行管理。

(3)監(jiān)測(cè)結(jié)果分析

截至目前,項(xiàng)目所在段應(yīng)順利完成下穿既有公路的目標(biāo),并且完成了二次襯砌施工,對(duì)相關(guān)施工作業(yè)的自動(dòng)化檢測(cè)結(jié)果進(jìn)行說明。

①對(duì)暗挖隧道項(xiàng)目拱腳周邊位移、拱頂下沉與仰拱不均勻的問題進(jìn)行分析后,發(fā)現(xiàn)圍巖整體狀況取向穩(wěn)定。

②以上布置的測(cè)點(diǎn)周邊的位移速率均低于0.15 mm,同時(shí)對(duì)拱頂?shù)南鲁了俾蔬M(jìn)行監(jiān)測(cè),得到下沉速率<0.2 mm/d。在已經(jīng)發(fā)生的所有位移中,總量達(dá)到預(yù)計(jì)位移量的80%,因此,二次襯砌施工效果具有可靠性。

③對(duì)大學(xué)城隧道內(nèi)所有的爆破振動(dòng)進(jìn)行測(cè)試后,發(fā)現(xiàn)所有測(cè)點(diǎn)的水平方向振速中等,豎直方向的振速最大。對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的參數(shù)進(jìn)行分析后,發(fā)現(xiàn)振速的最小值為0.5 cm/s,最大值為3.5 cm/s,其中振速低于1 cm/s的部分占比為10%,振速在1～2 cm/s的部分占比為80%;振速在2～5 cm/s的部分占比為10%,通過上述分析可知,本項(xiàng)目隧道施工中,要求最大允許振速為2cm/s,施工方案具有可行性。

2.4 其他工程管理措施

(1)優(yōu)化施工工序

在暗挖隧道項(xiàng)目施工中,為降低相鄰隧道之間影響,對(duì)施工工序進(jìn)行合理組織,將相鄰隧道的施工時(shí)間錯(cuò)開,以最大程度降低圍巖交叉擾動(dòng),提升項(xiàng)目整體施工質(zhì)量。

(2)重視排水施工

隧道下穿既有公路施工中,現(xiàn)場(chǎng)有時(shí)會(huì)出現(xiàn)地表降水或隧道底部積水的問題,此時(shí),需要及時(shí)做好引水與排水,對(duì)圍巖的穩(wěn)定性進(jìn)行評(píng)估。通過對(duì)排水措施的應(yīng)用,圍巖穩(wěn)定性極大提升,有利于落實(shí)現(xiàn)場(chǎng)施工安全管理方案。

(3)地表沉降控制

施工經(jīng)驗(yàn)表明,在暗挖隧道下穿既有公路施工中,需要對(duì)施工技術(shù)方案進(jìn)行優(yōu)化,降低項(xiàng)目施工對(duì)既有公路運(yùn)行造成影響。目前,影響既有公路運(yùn)行主要因素是地表沉降問題,因此在工程管理中,需要重點(diǎn)加強(qiáng)對(duì)地表沉降監(jiān)測(cè)與控制。例如,在項(xiàng)目施工中,使用了全站儀機(jī)器人設(shè)備對(duì)地表沉降數(shù)據(jù)進(jìn)行獲取,同時(shí)對(duì)隧道結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性進(jìn)行評(píng)估,降低隧道施工對(duì)既有公路造成不利影響。

3 結(jié) 論

研究重慶成渝客運(yùn)專線隧道項(xiàng)目,對(duì)施工風(fēng)險(xiǎn)與作業(yè)流程進(jìn)行簡(jiǎn)述,在此基礎(chǔ)上重點(diǎn)分析隧道項(xiàng)目施工技術(shù)方案,對(duì)工程管理的重點(diǎn)進(jìn)行明確。通過對(duì)隧道開挖、支護(hù)、爆破、沉降監(jiān)測(cè)技術(shù)的應(yīng)用,使得項(xiàng)目施工具有安全性,同時(shí)確保施工進(jìn)度與合同要求一致,為同類工程施工與管理積累經(jīng)驗(yàn)。