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),時速100 km/h。左幅隧道長802.79 m,右幅隧道長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級襯砌,將隧道左線段及隧道右線段SA3a級襯砌提高為SA4b級形成閉合仰拱,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)營期隧道內(nèi)污水及滲漏水可能會滲入底板進(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[5]、錨桿軸力、鋼架內(nèi)力為必測項(xiàng)目,水工隧洞水質(zhì)、流量、爆破振動[6]為必測項(xiàng)目。

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

由于水工隧洞無法布設(shè)測點(diǎn),爆破振速測點(diǎn)可左右洞交錯布置于最近的鄰近主洞對應(yīng)邊墻處,即左洞爆破時,在右洞最近處進(jìn)行監(jiān)測。同理,右洞爆破時,在左洞最近處進(jìn)行監(jiān)測,間接測得交叉段爆破振動速度,安全允許爆破振動速度取值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)及時匯報(bào)并處采取相應(yīng)措施。

表1 公路隧道必測項(xiàng)目及要求

表2 水工隧洞必測項(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,左右洞錯開施工節(jié)點(diǎn),不要同步爆破開挖,避免同時施工對交叉區(qū)產(chǎn)生不利影響,應(yīng)交錯掘進(jìn),建議掌子面錯開距離≥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)對質(zhì)點(diǎn)振動速度測點(diǎn)進(jìn)行觀測,安全允許爆破振動速度取值5 cm/s,當(dāng)發(fā)現(xiàn)質(zhì)點(diǎn)振動速度超過預(yù)警值時應(yīng)立即停止施工,及時分析原因并調(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)。

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