偏压隧道半明半暗进洞施工技术
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摘要:福建永武高速公路龙井隧道左线进口因线路与山体斜交,边仰坡开挖均较大为三级半坡即28m左右高度,洞口地质复杂为强风化炭质粉砂岩,遇水易塌。为了安全、快速进洞施工,采取了半明半暗进洞施工方法,先作明作部分套拱,土体反压套拱,二衬施作完后再作反压挡墙,洞顶填土绿化。此方法遵循了早进洞原则,减少了植被的破坏,保证了边坡的稳定,故将此施工技术稍作整理,与同行们探讨,并对类似工程可作借鉴作用。
1、引言
随着高速公路及铁路的提速越来越快,对线路要求的设计也随着提高,由于大部分线路受山体的影响,不可避免的需修建隧道且线路与山体斜交的隧道越来越多,存在偏压的情况也越来越严重。福建永武高速公路A11标龙井隧道左线进口也遇到同样的情况,为了保证进洞的安全,尽量少破坏原有的植被,在阅读了大量关于偏压隧道及半明半暗进洞的施工方法[1~9]后,该隧道采用半明半暗进洞施工方法到得了成功。
2、工程概况
2.1设计概况
福建永武高速公路龙井隧道左洞进口原设计洞口里程为ZK185+258,进洞里程为ZK185+260,洞顶到仰坡顶高差在24米以上,三级土质仰坡,一级坡坡比为1:0.75,锚杆加六棱块植草,二级坡坡比为1:0.75,预应力锚索框架,三级坡坡比为1:1,三维网植草。边坡为二级半边坡,坡比均为1:1.25设计为拱形骨架护坡(见图1)。洞口段隧道围岩主要是强风化碳质粉砂岩、碳质泥岩、泥
图1洞口平、侧面图
岩极破碎,地下水位比洞顶高,隧道洞轴线与坡面成约470角,存在偏压。设计进洞方案为1500范围内,30m长Ø108长管棚注浆辅助。在施工进场后对地形的考察及试探性挖掘,发现在ZK185+254隧道拱顶标高处发现有两股地下水,流水量较大,地质为冲积粉砂层,且此时若继续按设计开挖高边仰坡存在很大安全质量隐患,尤其是在雨季施工,更难保证边、仰坡的稳定;另外,设计本洞口段为偏压,这样高的边仰坡必须边开挖边支护,还有就是要施作锚索需施工很长时间;三是业主要求尽量少破坏原始植被,进行环保施工,建一条绿色高速公路。基于以上原因,本着“保证工程质量、确保安全生产、利于工程进度、节约工程投资、降低运营成本、提高服务水平”的原则,经与业主、监理、设计协商决定对龙井隧道进口左洞进洞施工方案变更拱部半明半暗进洞。
2.2变更后方案概况
采用半明半暗进洞,将洞门里程提前,尽量少刷坡,仰坡几乎不动,只对边坡进行修整并进行临时支护以保证坡面稳定(见图2),隧道加长部分靠边坡侧作为隧道暗挖部分,另一侧作为明作部分,土方在边坡开挖时已挖走,支护和暗挖部分一起施作。
3、 半明半暗进洞施工方法
3.1刷坡
经实地测量,将隧道进洞位置定为ZK185+252,提前8m进洞(以地面线能
包裹全断面隧道开挖轮廓线为暗洞进洞里程见图2),从ZK185+252～ZK185+260处采用半明半暗的方式进洞,隧道左侧为明作部分,右侧为暗作部分。将洞口边仰坡稍作修整,以能施作长管棚套拱即可(见图3)。
3.2长管棚套拱施作
3.2.1基础施作:隧道左侧扩大基础及右侧片石砼基础施工,由于采用半明半暗方式进洞,右侧暗埋,偏压力主要集中在左侧基础上,故在左侧边墙处施作8m(长)×2m(宽)×3m(高)C25砼扩大基础。右侧按设计施作2m(长)×1.1m(平均宽)×2.19m(高)C15片石砼扩大基础。
3.2.2套拱拱架施作:考虑到洞门的美观及暗挖时的安全和长管棚施作平台搭设及移动,明挖部分仍施作套拱和导向管。 ZK185+252～ZK185+254为2m全断面套拱部分,ZK185+252～ZK185+260左半部分有套拱,孔口套管加长6m。zk185+252～zk185+254处套拱拱架为全断面拱架,两拱脚均落在混凝土基础上;zk185+254～zk185+260处拱架由于右侧属于暗挖部分,该处拱架左侧架立在扩大基础上,右侧支撑在未开挖的边坡上。隧道左侧明挖部分孔口套管(共25根)加长至8m,抵至zk185+260处仰坡面,右侧暗挖部分孔口套管抵至zk185+252处仰坡面,两里程处套拱拱架及导向管布置(见图4)。
3.2.3导向管安装及浇筑套拱混凝土:按设计要求在拱部1500度范围内每隔50cm安装一根钢导向管,然后关模浇筑60cm厚混凝土。
3.3长管棚施作
按设计要求施作Φ108长管棚,因存在左侧偏压及地质原因,设
图4套拱拱架及导向管布置图
计采用辅助措施长管棚进洞,长度30m。原设计进洞里程为K185+258,现提前到K185+250提前8m进洞,故长管棚相应加长为38m,明挖部分与暗挖部分的差别是每根管棚少钻孔8m长度。现因长管棚施工方法大家都比较熟悉,这里不再一一作述。
3.4进行洞内开挖支护
在长管棚施作以后,在套拱外侧临时填土反压套拱临时抵挡偏压力然后进行进洞开挖,因暗挖开挖部分较少,故采用上、下台阶法,上台阶采用环形开挖预留核心土,在长管棚基础以上定为上台阶高度,以下为下台阶左、右错开开挖支护,为了保证洞口安全及时落底施作仰拱和二衬。支护参数见表1:
3.4.1隧道开挖
上台阶环形槽采用人工开挖,局部稍硬岩用风镐开挖,确实需爆破的采用弱爆破震裂即可,每循环开挖不超过0.5m,即一榀拱架位置。核心土采用机械开挖。下台阶采用机械开挖,先挖左侧,每次开挖1m,即两榀拱架位置,机械开挖时要预留20cm人工开挖层,以免超挖。
3.4.2隧道初期支护
按设计要求架立工字钢拱架,因明挖部分还有下台阶及仰拱需初期支护,为了保证拱架的整体性,明挖部分上台阶也同样作初期支护,即初期支护上台阶全断面成型(见图5)。施作锚杆时,明挖部分以固定拱架为主,不宜打穿套拱混凝土而引起初期支护渗水。其他按正常隧道施工。
图5半明半暗进洞立拱施工图
3.4.3隧道仰拱及二衬
当隧道开挖支护完30m后,立即施作仰拱,仰拱采用桥施工以不影响洞内开挖,当仰拱施作完并达到设计强度,立即施作二次衬砌,洞口施作二模后即24m后,按正常施工,二衬与掌子面距离不大于200m。这样,既保证了洞口的安全,又能为尽快施作衡重式挡墙和洞门墙提供条件。
3.5施作衡重式挡土墙并进行拱顶回填
在左侧施作一13m高衡重式挡土墙,挡土墙高度以平洞顶回填高度即洞门墙排水沟顶,因偏压力较大,在挡墙较长有10m,故在施作基础时分段施工,防止侧移。挡墙可全段一次施工,挡墙施作完后对洞顶采用分层填筑并夯实,以平衡侧压力。见图6半明半暗进洞成型后图。
4、结论与建议
本进洞方案与一般的半明半暗方法不一样,该方案将明挖部分的护拱与长管棚的套拱合为一体,在暗挖之前就已施作,保证了暗挖的安全。该方法采用半明半暗进洞,减少了大量破坏原有的植被,遵循早进洞的原则,保证了洞口的安全,缩短了总工期近2个月。同时,在施工时,我们加大了量测力度,对初期支护及二衬都进行了拱顶沉降及拱腰收敛以及边坡位移量测。实际量测证明:当二次衬砌完成后仍有收敛,但在可控范围内,当该段衡重式挡墙完成并洞顶回填后,隧道收敛值明显减小并趋于平衡。此施工方法的成功经验,建议在以后同时遇到以下几种情况:一是隧道洞轴线与洞口等高线斜交且角度较小;二是边仰坡开挖高度较高,开挖方量大;三是围岩地质差,存在偏压采用此法。
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