公路隧道上跨水工隧洞節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)關(guān)鍵技術(shù)研究

楊劍飛

(中鐵上海設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司,上海 200070)

近年來,全國(guó)高速公路網(wǎng)絡(luò)進(jìn)一步完善,大量的公路隧道上跨既有隧道項(xiàng)目不斷涌現(xiàn),新建工程與既有隧道的位置關(guān)系也更加復(fù)雜,交叉節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)與施工安全引起了眾多學(xué)者的關(guān)注[1-3]。

以某分離式高速公路大斷面隧道上跨既有水工隧洞工程為例,對(duì)交叉段隧道襯砌設(shè)計(jì)、注漿設(shè)計(jì)、排水設(shè)計(jì)、監(jiān)測(cè)設(shè)計(jì)、施工組織設(shè)計(jì)等方面進(jìn)行研究,為公路隧道上跨既有水工隧洞及類似交叉工程設(shè)計(jì)提供參考。

1 工程概況

雙線公路隧道采用雙洞分離式方案,路線采用高速公路設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn),時(shí)速100 km/h。左幅隧道長(zhǎng)802.79 m,右幅隧道長(zhǎng)875.698 m,公路線位整體上跨水工隧洞,隧道左線與水工隧洞平面交角約為81°,隧道右線與水工隧洞平面交角約為79°。隧道左線某段附近上跨現(xiàn)狀輸水隧洞,設(shè)計(jì)標(biāo)高至隧洞頂距離約為15.96 m,隧道結(jié)構(gòu)底至隧洞頂距離約為13.3 m,隧道右線某段附近上跨現(xiàn)狀輸水隧洞,設(shè)計(jì)標(biāo)高至隧洞頂距離約為15.6 m,隧道結(jié)構(gòu)底至隧洞頂距離約為12.9 m,交叉段平面和立面圖見圖1、圖2。

圖1 交叉段平面Fig.1 Cross segment plane

圖2 交叉段立面Fig.2 Cross elevatio

2 上跨水工隧洞段襯砌與基底注漿設(shè)計(jì)

上跨水工隧洞段隧道襯砌原設(shè)計(jì)為SA3a級(jí)襯砌,將隧道左線段及隧道右線段SA3a級(jí)襯砌提高為SA4b級(jí)形成閉合仰拱,提高該段襯砌整體受力和抗變形能力,確保施工及運(yùn)營(yíng)期水工隧洞安全。

考慮到上跨水工隧洞段隧道控制爆破施工可能會(huì)造成公路隧道與水工隧洞之間巖體產(chǎn)生裂隙,在隧道左線及隧道右線上跨水工隧洞段襯砌段基底注漿設(shè)計(jì),注漿范圍為拱腳與仰拱往外圍5 m,注漿孔按漿液擴(kuò)散半徑1.5 m布設(shè),注漿孔按梅花形布置,孔口間距為拱腳0.6 m,仰拱1.6 m,孔底間距為2 m,沿隧道縱向間距2 m,基底注漿設(shè)計(jì)斷面見圖3。

圖3 基底注漿設(shè)計(jì) Fig.3 Foundation grouting design

注漿孔孔徑為52 mm?？卓诠懿捎忙?0 mm,壁厚3.5 mm的熱軋無縫鋼管,鋼管長(zhǎng)1 m。漿材料采用普通水泥漿,注漿壓力按0.5～1.0 Mpa,水灰比1∶0.5～1∶1。注漿完成后,檢查注漿體滲透系數(shù),滲透系數(shù)小于5.0×10-5/cm/s表示合格,否則需進(jìn)行補(bǔ)注漿。

3 上跨水工隧洞段防排水設(shè)計(jì)

根據(jù)規(guī)范[4]規(guī)定,隧道防排水設(shè)計(jì)應(yīng)遵循防、排、戴、堵相結(jié)合,因地制宜,綜合治理的原則,洞內(nèi)外防排水系統(tǒng)應(yīng)完整通暢。上跨水工隧洞段不僅要考慮拱墻與拱頂范圍公路隧道的防排水設(shè)計(jì),還需考慮仰拱防水,由于公路隧道運(yùn)營(yíng)期隧道內(nèi)污水及滲漏水可能會(huì)滲入底板進(jìn)而流入水工隧洞,影響洞內(nèi)水源水質(zhì),在仰拱下方增設(shè)400 g/m2的土工布與1.2 mm厚EVA防水板起到防滲作用,交叉段隧道全包防水設(shè)計(jì)見圖4。

圖4 全包防水設(shè)計(jì)Fig.4 All-inclusive waterproof design

4 上跨水工隧洞段監(jiān)測(cè)設(shè)計(jì)

圖5為隧道施工期間隧道本身與水工隧洞監(jiān)測(cè)指導(dǎo)性方案,其中超前地質(zhì)預(yù)報(bào)、隧道變形、爆破振動(dòng)[5]、錨桿軸力、鋼架內(nèi)力為必測(cè)項(xiàng)目,水工隧洞水質(zhì)、流量、爆破振動(dòng)[6]為必測(cè)項(xiàng)目。

圖5 監(jiān)測(cè)橫斷面設(shè)計(jì)Fig.5 Monitor cross section design

由于水工隧洞無法布設(shè)測(cè)點(diǎn),爆破振速測(cè)點(diǎn)可左右洞交錯(cuò)布置于最近的鄰近主洞對(duì)應(yīng)邊墻處,即左洞爆破時(shí),在右洞最近處進(jìn)行監(jiān)測(cè)。同理,右洞爆破時(shí),在左洞最近處進(jìn)行監(jiān)測(cè),間接測(cè)得交叉段爆破振動(dòng)速度,安全允許爆破振動(dòng)速度取值5 cm/s。

在下游泵站出水口處設(shè)置流量和水質(zhì)監(jiān)測(cè)點(diǎn),需密切關(guān)注水工隧洞流量監(jiān)控成果,出現(xiàn)流量異常應(yīng)及時(shí)匯報(bào)并處采取相應(yīng)措施。

表1 公路隧道必測(cè)項(xiàng)目及要求

表2 水工隧洞必測(cè)項(xiàng)目及要求

5 施工組織設(shè)計(jì)

左右洞在交叉位置嚴(yán)格控制施工速度,加強(qiáng)隧道變形及振速監(jiān)測(cè),左右洞錯(cuò)開施工節(jié)點(diǎn),不要同步爆破開挖,避免同時(shí)施工對(duì)交叉區(qū)產(chǎn)生不利影響,應(yīng)交錯(cuò)掘進(jìn),建議掌子面錯(cuò)開距離≥40 m,交叉段需編制爆破及施工專項(xiàng)方案并經(jīng)過專項(xiàng)評(píng)審后方可施工,交叉段整體施工組織見圖6。

圖6 交叉段施工組織設(shè)計(jì)Fig.6 Cross section construction organization design

6 結(jié)論和建議

交叉段爆破施工期間,每次爆破均應(yīng)對(duì)質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)速度測(cè)點(diǎn)進(jìn)行觀測(cè),安全允許爆破振動(dòng)速度取值5 cm/s,當(dāng)發(fā)現(xiàn)質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)速度超過預(yù)警值時(shí)應(yīng)立即停止施工,及時(shí)分析原因并調(diào)整施工方案。

交叉段隧道底板固結(jié)灌漿后的圍巖滲透系數(shù)應(yīng)小于5×10-5cm/s。底板全包防水嚴(yán)格把控施工質(zhì)量,做好截排水方案,阻斷滲漏通道,疏通隧道內(nèi)污水引排管線,降低原水污染的風(fēng)險(xiǎn)。

施工前需對(duì)水工隧洞平面位置及標(biāo)高進(jìn)行復(fù)測(cè),與竣工圖進(jìn)行核對(duì),需得到產(chǎn)權(quán)方確認(rèn)。施工時(shí)注意嚴(yán)格控制施工速度,及時(shí)支護(hù),仰拱開挖后及時(shí)閉合成環(huán),加強(qiáng)各項(xiàng)監(jiān)測(cè)。