基于某公路接線工程的隧道開挖及支護(hù)施工工藝

鄧 軍

(1.浙江省建投交通基礎(chǔ)建設(shè)集團(tuán)有限公司,浙江 杭州 310000; 2.溫州理工學(xué)院,浙江 溫州 325035)

0 引言

公路接線工程隧道是現(xiàn)代公路建設(shè)中的重要組成部分,其施工工藝的合理性和質(zhì)量直接關(guān)系到公路的安全、順暢和持久性。隨著公路建設(shè)的快速發(fā)展,公路接線工程隧道的數(shù)量不斷增加,隧道施工工藝的合理性和質(zhì)量越來越受到關(guān)注。公路接線工程隧道的建設(shè)往往受到地形、地貌、地質(zhì)條件、氣候條件等多種因素的影響,其施工難度和復(fù)雜性較高。隧道開挖及支護(hù)施工是隧道建設(shè)的關(guān)鍵環(huán)節(jié),直接關(guān)系到隧道的安全性和穩(wěn)定性。因此,研究公路接線工程隧道的開挖及支護(hù)施工工藝,對(duì)于提高隧道施工的質(zhì)量和安全性具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

1 工程概況

1.1 工程概述

本文以項(xiàng)目依托工程位于浙江省紹興市新昌縣新中路接線工程上角坪隧道為例,隧道長度為672 m(右線),隧道設(shè)計(jì)采用曲墻拱形斷面,雙向四車道,隧道限寬12.5 m,限高5.0 m,設(shè)計(jì)時(shí)速60 km/h。洞口均采用端墻式洞門形式,洞口無偏壓、淺埋。

隧道進(jìn)洞口位于斜坡上,坡度8°～22°,自然山坡整體穩(wěn)定,本段隧道埋深3 m～32 m,微地貌為山麓至平原過渡帶,植被較發(fā)育,隧道洞頂和洞身為⑨層粉質(zhì)黏土混碎石,⑩-2層強(qiáng)風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖和⑩-3層中風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖。巖體完整性較差,受構(gòu)造擠壓影響,泥質(zhì)粉砂巖裂隙節(jié)理發(fā)育,局部巖體較破碎;進(jìn)洞段局部為F0和F1斷層,受構(gòu)造擠壓影響,節(jié)理裂隙密集,巖體較破碎,施工時(shí)會(huì)出現(xiàn)涌水現(xiàn)象,洞頂圍巖易松動(dòng)、掉塊;整體圍巖自穩(wěn)能力差,[BQ]=153,圍巖分級(jí)為Ⅴ級(jí)。隧道出洞口位于山脊延伸段,本段隧道埋深32 m～57 m,表層覆蓋層及強(qiáng)風(fēng)化基巖厚約3 m～4 m,隧道洞頂和洞身為-3層中風(fēng)化凝灰質(zhì)砂礫巖和⑩-3層中風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖互層,巖體較完整,圍巖相對(duì)穩(wěn)定,泥質(zhì)粉砂巖遇水易崩解,軟化而形成軟弱結(jié)構(gòu)面,[BQ]=265,為Ⅳ級(jí)圍巖。隧道圍巖級(jí)別及施工參數(shù)如表1,表2所示。

表2 上角坪隧道右線圍巖級(jí)別及施工參數(shù)表

1.2 施工控制要點(diǎn)

1)隧道進(jìn)洞施工前應(yīng)完成洞口排水系統(tǒng),施工時(shí)必須避開雨季,開挖時(shí)需時(shí)刻注意洞口地質(zhì)狀況,確保邊仰坡穩(wěn)定性。

2)嚴(yán)格按“管超前、嚴(yán)注漿、弱爆破、短開挖、強(qiáng)支護(hù)、早噴錨、勤量測、早封閉”的原則組織和施工。

3)不同等級(jí)圍巖地段仰拱距離掌子面距離大小嚴(yán)格控制:a.Ⅲ級(jí)圍巖地段仰拱距離掌子面不宜大于90 m; b.Ⅵ級(jí)圍巖地段仰拱距離掌子面不宜大于50 m;c.Ⅴ級(jí)圍巖地段仰拱距離掌子面不宜大于40 m。

4)先行洞與后行洞之間的距離宜保持在2倍開挖跨度以上,以減少后行洞開挖爆破對(duì)先行洞二襯的影響。

1.3 施工工序

工前準(zhǔn)備“三通一平”→洞外臨時(shí)排水系統(tǒng)施作→進(jìn)出口開挖支護(hù)→超前支護(hù)→洞挖→初期支護(hù)→鋪設(shè)防水板、排水管等→模筑二次襯砌→管溝、檢修道、人行道施作→路基、路面施工→隧道附屬設(shè)施施作→洞內(nèi)、洞門裝修。

2 隧道施工方案和工藝

本文依托項(xiàng)目的隧道采用新奧法施工,其施工嚴(yán)格遵循“光面爆破、噴錨緊跟、監(jiān)控量測及時(shí)反饋和修正”以及“少擾動(dòng)、快加固、勤量測、早封閉”的原則。在施工中積極推廣和應(yīng)用國內(nèi)外隧道施工的新技術(shù)、新方法以及公司隧道施工的技術(shù)成果,采用快速高效的配套機(jī)械施工,實(shí)現(xiàn)開挖、出渣、噴射混凝土機(jī)械相配合作業(yè),確保隧道連續(xù)循環(huán)快速施工。

施工中貫徹“光面爆破是基礎(chǔ),初期支護(hù)保安全,圍巖量測明情況,施工通風(fēng)出效率”的工作思路。隧道主要采取人工配合鑿巖機(jī)鉆爆,挖掘機(jī)配合裝載機(jī)出渣,無軌運(yùn)輸施工方案。實(shí)施開挖(鉆、爆、裝、運(yùn))、支護(hù)(拌、運(yùn)、噴、錨)兩條機(jī)械化作業(yè)線。保證兩條作業(yè)線施工機(jī)械實(shí)用先進(jìn),選型科學(xué),互不干擾,節(jié)奏緊湊。

2.1 洞口施工方案

結(jié)合洞口地形、地貌和地質(zhì)條件,并針對(duì)洞口段工程的特點(diǎn)和難點(diǎn),制定以“超前預(yù)報(bào),長管棚支護(hù),洞身開挖,加強(qiáng)支護(hù),盡早封閉,監(jiān)控量測”為原則的總體施工方案[1-2],進(jìn)洞施工順序如圖2所示。

1)洞口開挖及仰坡防護(hù)。上角坪隧道邊仰坡采用分段開挖,邊仰坡防護(hù)措施主要為φ25 mm鋼筋砂漿錨桿、噴混凝土掛網(wǎng)防護(hù),具體見表3。

表3 上角坪隧道仰坡防護(hù)主要參數(shù)

2)套拱及管棚施工。拱基礎(chǔ)采用套拱同標(biāo)號(hào)C35混凝土,基礎(chǔ)尺寸為長135 cm×寬200 cm×高50 cm。鋼拱架采用Ⅰ20a工字鋼,鋼拱架共3榀,每榀90 cm等間距布置,內(nèi)外側(cè)保護(hù)層為每側(cè)10 cm。安裝采用由下而上、由內(nèi)至外的順序進(jìn)行,先拼裝并定位靠近開挖面的一榀,經(jīng)檢測調(diào)整合格后,緊貼內(nèi)側(cè)按照設(shè)計(jì)間距打設(shè)錨桿并錨固和拱架焊接固定,如圖3所示[3]。

2.2 洞身開挖

超前大管棚施工后進(jìn)入隧道洞身開挖及初期支護(hù),本文圍巖級(jí)別及施工方法關(guān)系如下:XS-Ⅲa型襯砌以及人行橫通道采用全斷面開挖;XS-Ⅲb型,XS-Ⅳa型襯砌結(jié)構(gòu)段采用上下臺(tái)階法施工;XS-Ⅳb型襯砌結(jié)構(gòu)段采用三臺(tái)階法施工;XS-Ⅳc型襯砌結(jié)構(gòu)段采用三臺(tái)階七步作業(yè)法施工;XS-Ⅴa型,XS-Ⅴb型襯砌結(jié)構(gòu)段采用CD法施工;XS-Ⅴc型襯砌結(jié)構(gòu)段采用CRD法施工[4-6]。

1)Ⅴc級(jí)圍巖施工(CRD法)。Ⅴc級(jí)圍巖采用CRD法進(jìn)行開挖及支護(hù),CRD法開挖也叫交叉中隔壁法,每循環(huán)進(jìn)尺0.5 m～0.75 m。其開挖及初期支護(hù)分5步,即5個(gè)導(dǎo)洞。左側(cè)上中兩個(gè)導(dǎo)洞為先期開挖的第一、二導(dǎo)洞,右側(cè)上中按順序分別為第三、四導(dǎo)洞,第五導(dǎo)坑為仰拱處。左側(cè)一、二導(dǎo)洞呈臺(tái)階狀,右側(cè)三、四導(dǎo)洞呈臺(tái)階狀。

2)Ⅴa,Ⅴb級(jí)圍巖施工(CD法)。Ⅴa,Ⅴb級(jí)圍巖采用CD法進(jìn)行開挖及支護(hù),CD法開挖也叫中隔壁法,其施工工法與CRD法基本相同,在CRD法的基礎(chǔ)上簡化施作橫撐部分,每循環(huán)進(jìn)尺1 m。具體施工順序如下:開挖及初期支護(hù)分5步,即5個(gè)導(dǎo)洞。左側(cè)上中兩個(gè)導(dǎo)洞為先期開挖的第一、二導(dǎo)洞,右側(cè)上中按順序分別為第三、四導(dǎo)洞,仰拱處為第五導(dǎo)洞。左側(cè)一、二導(dǎo)洞呈臺(tái)階狀,右側(cè)三、四導(dǎo)洞呈臺(tái)階狀。

3)Ⅳb,Ⅳc級(jí)圍巖施工(三臺(tái)階法)。Ⅳc級(jí)圍巖施工采用三臺(tái)階七步法開挖,每循環(huán)進(jìn)尺1.5 m。是以弧形導(dǎo)坑開挖留核心土為基本模式,分上、中、下三個(gè)臺(tái)階七個(gè)開挖面,各部位的開挖與支護(hù)沿隧道縱向錯(cuò)開、平行推進(jìn)的隧道施工方法。

4)Ⅲb,Ⅳa級(jí)圍巖施工(上下臺(tái)階法)。Ⅲb,Ⅳa級(jí)圍巖施工采用上下臺(tái)階開挖,開挖采用控制爆破,每循環(huán)進(jìn)尺2 m～3 m。開挖時(shí),分上、下兩個(gè)臺(tái)階開挖,各部位的開挖與支護(hù)沿隧道縱向錯(cuò)開、平行推進(jìn)的隧道施工方法。

5)人行橫通道施工(全斷面法)。人行橫通道、Ⅲa級(jí)圍巖施工采用全斷面法開挖,開挖采用控制爆破,每循環(huán)進(jìn)尺不大于3 m,炮眼深度不大于3.5 m。

2.3 隧道超前支護(hù)

各級(jí)圍巖洞身開挖前,應(yīng)先進(jìn)行超前支護(hù)施工,圍巖類型與超前支護(hù)關(guān)系如表4所示。單層超前注漿小導(dǎo)管適用于Ⅳc(拱架間距80 cm)、Ⅴa(拱架間距75 cm)、Ⅴb級(jí)圍巖(拱架間距60 cm),雙層超前注漿小導(dǎo)管適用于Ⅴc級(jí)圍巖(拱架間距50 cm)第一環(huán)后超前支護(hù)。超前錨桿為C25 超前藥卷錨桿,用于鋼拱架鎖腳及Ⅳa,Ⅳb級(jí)圍巖超前支護(hù)[7]。

表4 圍巖類型與超前支護(hù)關(guān)系

3 監(jiān)控量測

現(xiàn)場監(jiān)控量測是隧道按新奧法施工的重要組成部分,通過現(xiàn)場量測掌握圍巖和支護(hù)的動(dòng)態(tài),指導(dǎo)施工,預(yù)報(bào)險(xiǎn)情,確保安全,進(jìn)行日常的施工管理。施工時(shí)應(yīng)按時(shí)準(zhǔn)確的進(jìn)行現(xiàn)場監(jiān)控量測,在對(duì)量測數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理與必要的計(jì)算后,繪出曲線,根據(jù)所繪曲線的變化情況與趨勢,判定圍巖的穩(wěn)定性,及時(shí)預(yù)報(bào)險(xiǎn)情,確定施工時(shí)應(yīng)采取的措施,為修正和確定隧道初期支護(hù)參數(shù),二次襯砌施作時(shí)間提供參考依據(jù)[8-10]。測線布置方案如圖4所示。

圖4中F為拱頂下沉量測點(diǎn),其余為周邊位移量測點(diǎn),兩者布設(shè)在同一斷面上。一般地段采用2條測線,在洞口附近30 m以及埋深小于2倍洞徑地段及特殊地段,采用6條測線。沿隧道軸線每級(jí)圍巖至少有一個(gè)量測斷面。

4 結(jié)論

隧道施工是一項(xiàng)復(fù)雜而重要的工程,需要綜合考慮地質(zhì)條件、施工環(huán)境、施工方法等多種因素。本文通過探討公路接線工程隧道的施工工藝和質(zhì)量控制措施,得出了以下結(jié)論:

1)隧道施工前應(yīng)進(jìn)行充分的施工準(zhǔn)備工作,包括現(xiàn)場勘查、設(shè)備調(diào)試、材料采購等,以確保施工過程的順利進(jìn)行。2)選擇合適的開挖方法和爆破技術(shù)對(duì)于隧道施工至關(guān)重要,應(yīng)控制爆破振速,避免對(duì)圍巖造成過大擾動(dòng)。3)及時(shí)進(jìn)行鋼架支撐和噴射混凝土施工,以保護(hù)圍巖穩(wěn)定,提高隧道的施工質(zhì)量和安全性。4)重視超前支護(hù)措施的應(yīng)用,根據(jù)地質(zhì)條件選擇合適的超前支護(hù)方式,以增強(qiáng)圍巖的穩(wěn)定性。5)加強(qiáng)監(jiān)控量測工作,及時(shí)分析處理數(shù)據(jù),為調(diào)整施工參數(shù)和修正設(shè)計(jì)參數(shù)提供依據(jù),確保施工安全。6)加強(qiáng)施工現(xiàn)場管理和監(jiān)督,提高施工人員的技術(shù)水平和安全意識(shí),確保隧道的施工質(zhì)量和安全性。

綜上所述,隧道施工需要嚴(yán)格控制施工工藝和質(zhì)量,采取有效的安全管理措施,以確保隧道的順利施工和安全運(yùn)營。對(duì)于類似工程,可以借鑒本文所探討的施工工藝和質(zhì)量控制措施,為實(shí)際施工提供參考和指導(dǎo)。