大端隧道拆除擴(kuò)建施工關(guān)鍵技術(shù)

黃 婷,宋 建

(廣西桂鹿高速公路有限公司,廣西 南寧 546100)

0 引言

我國高速公路的交通量日益增長,因此將現(xiàn)有雙向四車道改擴(kuò)建成為六車道或是八車道的項(xiàng)目越來越多。改擴(kuò)建項(xiàng)目中,拆除施工又是極其重要的技術(shù)難點(diǎn),本文通過大端隧道老線拆除擴(kuò)建施工的案例分析,總結(jié)了改擴(kuò)建項(xiàng)目中舊隧道拆除施工過程中的關(guān)鍵技術(shù)要點(diǎn),在此基礎(chǔ)上提出了處治措施,并應(yīng)用于大端隧道拆除工程中,取得了良好的效果。

1 工程概況

大端隧道為廣西桂林至柳州高速公路改擴(kuò)建項(xiàng)目的一座分離式隧道。該隧道于1997年5月開始運(yùn)營,至今已有25年。原隧道寬(0.5+2+2×3.5+2)m=11.5 m,凈高5 m。該段改擴(kuò)建方案為:老線為擴(kuò)建隧道,左、右線外側(cè)各新建一幅隧道,建成后的大端隧道分為擴(kuò)建的雙向四車道雙洞隧道和新建的雙向四車道雙洞隧道。新建大端隧道通車運(yùn)行后,原有隧道擴(kuò)建施工無車輛通行、保通壓力,可封閉原有隧道路段進(jìn)行拆除擴(kuò)建施工。擴(kuò)建隧道ZK線設(shè)計(jì)起訖里程樁號(hào)為ZK1194+800～ZK1195+255,長455 m,凈空為(寬×高)11 m×5 m,設(shè)計(jì)最大埋深為86 m;擴(kuò)建隧道YK線設(shè)計(jì)起訖里程樁號(hào)為YK1194+715～YK1195+275,長560 m,凈空為(寬×高)11 m×5 m,設(shè)計(jì)最大埋深為84 m。左、右線洞門均無偏壓,進(jìn)、出口洞門采用端墻式洞門。

2 拆除施工關(guān)鍵點(diǎn)

經(jīng)過對(duì)擴(kuò)建隧道區(qū)域的工程地質(zhì)條件、圍巖分級(jí)以及原設(shè)計(jì)條件進(jìn)行綜合分析,總結(jié)出該隧道拆除施工的關(guān)鍵點(diǎn)在于:做好原隧道空腔處理、超前支護(hù)施工、拆除前的臨時(shí)護(hù)拱施工、對(duì)既有隧道襯砌切割擴(kuò)挖及拆除施工以及安全控制措施。

3 施工關(guān)鍵點(diǎn)處置

3.1 原隧道空腔處理

(1)若隧道拱頂和拱腰以上的空腔深度<2 m,則在清除空腔內(nèi)的充填物或者不穩(wěn)定體后于空腔周邊打設(shè)長2～3 m的φ20 mm藥卷錨桿,錨桿按間距120 cm×120 cm布設(shè),打入基巖深度應(yīng)>1 m,待施工完成初期支護(hù)后再分次用泵送C20混凝土進(jìn)行回填。如圖1(a)所示。

(2)對(duì)隧道拱頂及拱腰以上深度>2 m的空腔,若空腔體穩(wěn)定,可先對(duì)空腔壁噴射20 cm厚混凝土后施作初支,再泵送混凝土等措施;若空腔不穩(wěn)定,可先施作反壓回填平臺(tái)分次泵送混凝土填充形成拱部C20混凝土殼體后,輔助超前措施,再開挖支護(hù),同時(shí)架設(shè)排水管。如圖1(b)所示。

(3)拱部回填空腔時(shí),應(yīng)充分考慮初支承受回填體及圍巖壓力的影響,必要時(shí)采用加密鋼架、施作雙層初支等措施。

(4)若探測(cè)到原二襯(保留側(cè))背后出現(xiàn)空腔時(shí),應(yīng)采用注漿回填措施。

圖1 空腔處理示意圖

3.2 臨時(shí)護(hù)拱施工

為保證安全施工,改擴(kuò)建隧道拆換拱全部采用臨時(shí)護(hù)拱進(jìn)行支撐,采用臨時(shí)護(hù)拱對(duì)切割部位兩側(cè)的襯砌進(jìn)行加固支撐,如圖2所示。臨時(shí)護(hù)拱支撐由Ⅰ20a工字鋼制成,每5榀工字鋼(鋼支撐間距為0.6 m,工字鋼焊接在22 cm×22 cm×1.5 cm鋼板上)形成一個(gè)加固整體,再預(yù)留3 m的開挖斷面,待切割新建段前后各 3 m 范圍內(nèi)施工2組護(hù)拱,工字鋼與巖層之間密貼。若有不密貼的地方,采用鋼板條或木塞進(jìn)行塞緊,保證護(hù)拱鋼板受力均勻。工字鋼安裝施工采用在開挖臺(tái)車上的拱架自動(dòng)升降設(shè)備進(jìn)行。

圖2 臨時(shí)護(hù)拱施工橫斷面示意圖

3.3 既有隧道襯砌切割施工

采用定制液壓墻鋸機(jī)對(duì)中間預(yù)留的3 m左右原襯砌及支護(hù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行切割。為保證墻鋸鋸縫施工安全及便捷,根據(jù)原有隧道斷面尺寸,定制制作5 m長切割臺(tái)車,在切割臺(tái)車環(huán)向布置軌道,將墻鋸安裝至軌道固定,切割時(shí),操作人員只需用遙控控制即可。在墻鋸施工過程中,必須給鋸片安裝護(hù)罩,運(yùn)行的鋸片的徑向行程方向上不得站有任何施工人員。在對(duì)特殊地段進(jìn)行切割時(shí),必須先停止施工,待探明具體情況后,采取安全預(yù)防措施后方可施工。工作中,每切割完一刀后需要用水沖洗干凈施工周圍地面,以免人員行走打滑出現(xiàn)危險(xiǎn)。

3.4 超前支護(hù)施工

老隧道施工是隧道施工安全最薄弱的地方,為減輕擴(kuò)挖隧道對(duì)拱頂圍巖的擾動(dòng),保證人員和機(jī)械的安全,需做好隧道的超前支護(hù),特別是明暗交界處的超前支護(hù)、老隧道原襯砌及支護(hù)切割完成后的超前支護(hù)以及原隧道塌方段。為防止隧道再次坍塌所做的超前支護(hù)均尤為關(guān)鍵。該工程采用長管棚支護(hù)及超前小導(dǎo)管注漿加固的超前支護(hù)方案。具體施工方法如下:

(1)超前長管棚:擴(kuò)建大端隧道進(jìn)口左右洞均施作長度為30 m的長管棚,管棚按間距0.4 m環(huán)向布設(shè),共33根,外插角為1°～3°(不包含線路縱坡)。鋼管的周壁鉆注漿孔,孔徑為10 mm,各孔布置呈梅花形,間距為15 cm。注漿材料采用1∶1水泥漿,水泥漿中添加占水泥漿體積5%的水玻璃,注漿壓力為初壓0.5 MPa,終壓1～2MPa。注意根據(jù)現(xiàn)場具體施工情況適當(dāng)調(diào)整漿液配合比和注漿壓力,注漿結(jié)束后將管內(nèi)漿液及時(shí)清理干凈,并用M30水泥砂漿緊密充填,從而增強(qiáng)管棚的剛度及強(qiáng)度。

(2)超前小導(dǎo)管注漿加固:超前小導(dǎo)管應(yīng)布設(shè)在隧道開挖輪廓線以外。注漿小導(dǎo)管施工時(shí),先在鋼架上打孔,將鋼管從鋼架或格柵鋼架的腹部穿過,再將尾部焊接在鋼拱架上,保證超前小導(dǎo)管的打設(shè)方向不發(fā)生較大偏移。小導(dǎo)管打入巖層后,對(duì)掌子面前方巖體采用M30水泥凈漿按拱兩側(cè)向拱頂?shù)姆较蝽樞蜻M(jìn)行注漿。

3.5 襯砌拆除及擴(kuò)挖施工

待原隧道襯砌切割完成后,為減輕對(duì)圍巖的擾動(dòng),保證施工過程中的安全管控,采用改裝成破碎頭的挖掘機(jī)和人工風(fēng)鎬相配合的機(jī)械設(shè)備將二襯混凝土整模拆除。在切割交界處開始鑿除,深度為原二襯混凝土厚度,以消除炮機(jī)拆除時(shí)對(duì)未切割段落襯砌混凝土的影響。拆除時(shí)挖掘機(jī)需從側(cè)面拆除,且自上而下進(jìn)行,如圖4所示,環(huán)向位置由Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ自上而下拆除,縱向每次拆除控制在3 m,Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ區(qū)域均采用炮機(jī)拆除,破除時(shí)振動(dòng)幅度和次數(shù)根據(jù)現(xiàn)場情況而定,盡量減少對(duì)圍巖的擾動(dòng)。大炮機(jī)自下而上撬動(dòng)震動(dòng)使之掉落,每掉落一塊至地板就破碎一塊,嚴(yán)格按拆除順序,按部就班、循序漸進(jìn)逐段采用氣割切除進(jìn)行二襯及初支鋼筋拆除。在拆除過程中對(duì)該段交通進(jìn)行封閉,派現(xiàn)場安全員進(jìn)行管控。

圖4 拆除順序示意圖

二襯混凝土拆除后,采用挖掘機(jī)配合破碎頭,進(jìn)行擴(kuò)挖部分施工,采用上下臺(tái)階法進(jìn)行擴(kuò)挖處的開挖施工,每次擴(kuò)挖長度不超過2榀。開挖至擴(kuò)建隧道設(shè)計(jì)斷面后,按設(shè)計(jì)支護(hù)型式進(jìn)行初期支護(hù)措施。待中間3 m施工完成以后,拆除護(hù)拱,進(jìn)行下一循環(huán)的護(hù)拱加固段施工、二襯拆除及初支施工,如此循環(huán)直至施工完成。

3.6 隧道襯砌切割及擴(kuò)挖施工安全保證措施

拆除過程中,存在垮塌,涌水、掉塊等風(fēng)險(xiǎn),制定有效的安全保證措施,充分保障施工拆除人員及施工機(jī)械的安全尤為關(guān)鍵。具體安全保證措施如下:

(1)隧道擴(kuò)挖施工嚴(yán)格落實(shí)“先頂后拆”的施工原則;破除的3 m兩側(cè)須保證均有護(hù)拱做臨時(shí)加固,方可進(jìn)行破除及擴(kuò)挖施工,破除措施兩側(cè)交替進(jìn)行。

(2)嚴(yán)格控制護(hù)拱的施工長度以及縱向型鋼及鎖腳錨管與護(hù)拱的連接質(zhì)量,待一切就緒后,經(jīng)現(xiàn)場施工員檢查合格后,進(jìn)行對(duì)應(yīng)段落的切割施工。

(3)要定時(shí)檢查機(jī)械的穩(wěn)定性、安全性,每班施工前,先試運(yùn)行3 min,待機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)正常后方可正式切割施工。

(4)在使用墻鋸施工時(shí),鋸片必須安裝護(hù)罩,操作人員不得站在運(yùn)行的鋸片的徑向行程方向上。在進(jìn)行特殊地段的切割時(shí),必須先停止施工,待探明具體情況后,采取安全預(yù)防措施后方可施工。

(5)切割完成后,襯砌破除前,必須對(duì)挖掘機(jī)司機(jī)進(jìn)行教育、交底,破除施工時(shí),挖掘機(jī)盡量從側(cè)面進(jìn)行破碎,防止個(gè)別段落圍巖存在碎塊掉落的情況,破碎從上至下進(jìn)行,不得隨意更改施工順序。

(6)擴(kuò)挖施工時(shí),要嚴(yán)格按照臺(tái)階法進(jìn)行擴(kuò)挖,不得超挖,擴(kuò)挖長度以2榀為一循環(huán)。

(7)在隧道襯砌切割、破碎、擴(kuò)挖過程中,需派專人進(jìn)行巡查,一旦發(fā)現(xiàn)開挖面出現(xiàn)異常情況,第一時(shí)間組織人員撤離施工作業(yè)面,同時(shí)報(bào)告項(xiàng)目負(fù)責(zé)人,待查明原因,采取措施后方可進(jìn)行施工。

(8)沿需切割的襯砌兩側(cè)邊貼警示標(biāo)志,以便識(shí)別現(xiàn)場切割施工段落以及后續(xù)開挖的基準(zhǔn)面,起到警示作用。

(9)施工場地布置照明燈,保證整個(gè)施工過程的明亮,進(jìn)出的自卸車輛禁止開遠(yuǎn)光燈,防止對(duì)施工人員造成干擾。

4 結(jié)語

大端隧道通過在拆除前,嚴(yán)格做好老隧道空腔處置、臨時(shí)護(hù)拱設(shè)置以及超前支護(hù),在襯砌結(jié)構(gòu)拆除時(shí)嚴(yán)控切割邊界,合理制定拆除單元和進(jìn)尺長度,保證一次性拆除規(guī)模可控,拆除順序合理,經(jīng)過現(xiàn)場實(shí)際施工實(shí)踐,本文論述的關(guān)鍵技術(shù)科學(xué)合理,可為同行參考借鑒。