高速公路双连拱隧道施工技术
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摘要:近年来,随着我国公路建设的快速发展,连拱隧道作为公路隧道的一个组成部分,由于其具有平面线形顺畅、占地面积少、洞口位置选择自由度大、便于运营管理等优点,故在特定条件下已越来越多地被采用。文章介绍了双联拱隧道的一些施工办法,可为今后类似工程的施工提供参考。
中图分类号:U455 文献标识码:A 文章编号:1009-2374(2010)09-0146-03
一、工程概况
济晋高速公路,省庄隧道位于济源市五龙口镇,是全线唯一的双联拱隧道。设计全长203米,其中明洞22米,暗洞181米,明洞采用明挖法,暗洞采用新奥法施工,隧道地处低山丘陵地形较缓,最大埋深56.5米,隧道围岩为强风化灰岩层状构造,风化强烈,节理发育,岩石破碎易崩塌,稳定性差,雨季有滴水渗流现象。
二、双联拱隧道开挖及支护施工方法
本隧道开挖施工采用中导洞-侧导坑-主洞开挖施工方法。隧道衬砌设计以新奥法原理为指导,采用复合式衬砌。Ⅱ级围岩采用中导洞、侧导坑临时支护形式开挖施工。
(一)施工前准备工作
连拱隧道施工机具设备同一般隧道,施工前做好边仰坡的临时防护及排水工作,洞口地表沉降观察点布设埋置完成并测量初始数据。
(二)连拱隧道施工工序
中导洞开挖、初期支护中隔墙施工侧导洞开挖、初期支护主洞上台阶开挖支护主洞下台阶开挖主洞仰拱开挖、初期支护仰拱钢筋混凝土浇筑防排水设施的施工二次衬砌浇筑洞内装饰。
1.中导洞施工:中导洞超前施工,是连拱隧道施工的关键工序之一。一是便于探明地质情况,做好记录,为确定主洞施工方案提供依据;二是通过初期支护和中隔墙施工,提前对导洞上部围岩进行支护,加强围岩本身的稳定性,充分利用围岩本身的自承力,抑制围岩在主洞开挖时产生过大的变形。
中导洞施工采用全断面开挖法、从进口单向掘进施工,无轨运输,开挖后及时按设计施作临时支护。开挖采用人工手持风钻打眼,掏槽方式采用复式楔性方式;周边眼隔孔装药,装药方式为不偶合间隔装药,控制单孔装药量,减小对周边围岩的震动。
中导洞开挖前首先采用φ50mm 小导管超前支护,沿隧道开挖轮廓线环向布置并向外倾斜,其倾斜角为15°;注浆压力为0.5～1.0MPa,终压1.5～2.0MPa;注浆导管环向间距0.4m。导管钻φ8mm注浆孔,间距15cm,呈梅花形布置,前端加工成锥形,尾部长度150mm作为不钻孔的止浆段。
2.中隔墙施工。中隔墙上方的围岩是薄弱环节,施工过程中在中导洞开挖及左右侧隧道拱部开挖时有三次扰动,同时伴有不利的偏压、变位和不平衡推力都要作用在坚实的隔墙上,故中隔墙施工是本隧道施工的一个重点和难点。(1)基底处理。清除基底浮碴、杂物和积水,施作混凝土找平层。由于Ⅱ级围岩段基底岩层破碎,采用地基锚杆锚固地层,锚杆采用φ22砂浆锚杆,长度为2.5m,纵向间距20cm横向间距100cm梅花形布置。(2)中隔墙分段浇筑。中隔墙底清理完毕后,分段浇筑中隔墙混凝土。浇注段每段长9.0m。模板采用6mm厚钢板制作大块模板,拐角处设异形定形钢模,模板间螺栓连结;钢筋现场绑扎、焊接;泵送混凝土施工,插入式振捣器捣固。混凝土按先基础、后墙身、再顶帽的顺序进行灌注。中隔墙顶面与主洞初支混凝土联结处,凿毛处理。(3)中隔墙顶部填充。中隔墙与拱顶间空隙采用KBY-50/7型注浆泵、分次压注水泥浆回填密实。(4)中隔墙防护。在侧导坑、主洞环形开挖及核心土开挖爆破时将对已完成的中隔墙衬砌带来影响,施工中除采取“短进尺,弱爆破”及调整最小抵抗线方向外,采用4～5mm厚的人造纸板和圆木支顶进行防护;同时加强另一侧导洞的支护,防止单侧二次衬砌后产生偏压,引起中隔墙偏移。(5)中隔墙顶防排水。中隔墙衬砌拆模后,先对中隔墙与中间岩体接触段进行喷射混凝土封闭,然后进行灌浆处理,确保中隔墙顶与中间岩体间密贴。主洞开挖时,在中隔墙顶部两侧与水平排水管对应设排水立管,排入中心排水沟中。
(三)隧道主洞施工
主洞部分明洞施工完成,超前支护完成后首先进行主洞侧导坑施工。
1.侧导坑开挖及防护。侧导坑可根据现场实际情况及时施工,以不干扰中隔墙为原则。其开挖支护同中导洞施工。
2.隧道主洞施工。(1)洞身开挖施工隧道主洞采用上台阶下台阶以及仰拱三步施工,开挖程序如下图所示:
隧道出碴方式采用无轨出碴,配备挖掘机和侧翻装载机进行装碴作业,大型自卸运输车运碴,设备按“快速掘进”模式配备,重点是做好施工工序的合理安排及机械的合理调配。
(2)隧道主洞初期支护施工方法。
1)型钢拱架支护施工方法。钢架加工:按照设计尺寸在平整的场地上放出1∶1大样,把整榀钢架根据不同的开挖方法分成不同的单元和块别,并焊好连接法兰,法兰的焊接准确周正,孔眼对应。使用前将各单元编号预拼,无侧弯、扭曲、错台等缺陷,方可使用。钢架架立:首先要测量准确,架立后复核,钢架尽可能与围岩贴靠紧密,两侧底脚使用垫块支垫牢固。如基底松软时设置垫板,防止支撑受力下沉,必要时用混凝土加固基底。锁脚:每单元接头处施作锁脚锚杆,通过钢架或型钢钢架与锚杆的焊接,将钢架锁定到墙上。锚杆打设,与水平成约45°角倾斜向下,以改善受力状态。连接:用螺栓连接牢固,钢架与纵向锚杆焊牢,钢架与钢架之间用φ22螺纹钢焊接连成整体,起到整体支护效果。纵向连接筋按八字型交错连接成桁架结构,结点呈不可活动绞形式。此法抗扭性好,利于整体性和稳定性的提高。加楔:在钢架与围岩间空隙加混凝土预制楔块,保证围岩压力均匀传至钢架上。
2)中空注浆锚杆施工方法。中空锚杆由锚杆杆体、钢筋混凝土用钢筋、连接套、垫板、螺母、排气管、止浆塞和锚头等组成。锚杆必须设置垫板,施工时锚杆垫板必须与围岩密贴,锚杆尽量垂直与岩石层面和节理裂隙面施工。用凿岩机凿孔并清孔,将组合好的杆体插入锚孔的同时,安放好排气管;在锚孔的尾端套上止浆塞,并安装在锚孔内,用快装注浆接头把露在外端的中空注浆锚杆与注浆泵相连,排气管从注浆接头穿出;开动注浆泵,使砂浆充盈锚杆及杆体与孔壁空隙,如有需要压注浆改善围岩结构,必须待注浆的压力示值达到设计要求后再停止注浆。
水泥砂浆粘结剂采用425号以上新鲜硅酸盐水泥,砂径不大于2.5mm,并掺0.5%～1.0%FDN早强减水剂,5%氧化镁膨胀剂。砂浆配合比为1:1,水灰比0.35～0.45。当地层较为破碎,成孔困难易坍塌时,可采用自进式中空注浆锚杆代替普通中空锚杆,自进式中空注浆锚杆配置一次性使用耐磨自进十字钻头,施工时钢筋网与锚杆交叉点采用焊接。
3)钢筋网施作方法。钢筋网铺挂以前必须进行除锈,铺设时搭接长度不得小于设计要求,并且保证网片与围岩见接触紧密,当岩面有明显凹凸时,要将网片压弯或采用钢筋敷条以保证密贴;钢筋网片须与钢架或锚杆焊接牢固以达到整体受力。
4)喷锚支护施工。操作顺序:初期支护中,根据围岩量测结果,分4～7层喷射混凝土。喷射时先开液态速凝剂泵,再开风,后送料,以凝结效果好、回弹量小、表面湿润光泽为准。
喷射混凝土采用湿喷工艺。搅拌混合料采用强制式搅拌机,搅拌时间不小于2分钟。原材料的称量误差为:水泥、速凝剂±1%,砂石±3%;拌合好的混合料运输时间不得超过2小时;混合料应随拌随用;混凝土喷射机具性能良好,输送连续、均匀,技术性能满足喷射混凝土作业要求;喷射混凝土作业前,清洗受喷面并检查断面尺寸,保证尺寸符合设计要求。
喷射混凝土在开挖面暴露后立即进行,分段分片作业;喷射作业自下而上,先喷钢架与拱壁间隙部分,后喷两钢架之间部分;喷射混凝土分层进行,一次喷射厚度根据喷射部位和设计厚度而定,拱部为5～6cm,边墙为7～10cm,后喷一层应在先喷一层凝固后进行,若在先喷层终凝后或间隔一小时后喷射,受喷面用水清洗干净。
喷射混凝土在终凝2小时后开始洒水养护,洒水次数以能保证混凝土具有足够的湿润状态为度;养护时间不少于14天。喷射混凝土表面应密实、平整,无裂缝、脱落、漏喷、空鼓、渗漏水等现象。表面不平整度允许偏差为±3cm。
三、双联拱隧道主洞断层破碎带控制爆破方法
断层破碎带与一般的软弱围岩相比,最大的不同之处是:前者破碎,后者软弱。从单轴抗压强度来说,前者均高于后者。但前者的自稳能力小于后者。双联拱隧道的施工中,采取减小震动的控制爆破技术,可以减小爆破对隧道围岩的扰动,有效的控制破碎带塌方的几率,为隧道安全快速施工创造条件。
断层破碎带的爆破除采用常规的缩短循环进尺,控制装要量外,关键是合理设计周边部位的钻眼,装药参数及装药结构,保证良好的成型,尽可能避免对隧道围岩的扰动破坏作用。即尽可能维护隧道轮廓线以岩的原始状态,除要求良好的成型外,还要求爆破产生的地震动强度最小。其次还应采取适宜的掏槽形式,钻爆参数及起爆顺序,减轻地震动控制爆破技术。
1.掏槽形式的选择。根据以往有关隧道爆破震动速度的观测数据,选用楔型掏槽。这样不仅可以有效的控制震动速度,而且容易掏出槽来,且能使掏槽的单段用药量减小。
2.爆破器材的选择。根据断层破碎带围岩的物理力学性质,为了充分发挥炸药的最大效率和减小对围岩的破坏,选择2#低爆速炸药与之匹配取得良好的爆破效果。
3.循环进尺的选定。主要根据地质条件、进度安排进行,根据一般隧道的地质情况及工期要求,循环进尺控制在0.75~1.2m范围内。
4.地板眼的爆破。根据一般隧道断层破碎带的特点,将地板眼分成3～4个段位起爆,减少地板眼同时起爆的炸药量,改变地板眼抵抗线的方向,从而减小地板眼爆破产生的地震动强度。爆破参数的选定按照计算法结合工程类比法确定,并经现场试验进行检验调整。
四、隧道监控测量
根据隧道的实际情况,在施工中必须进行的监控量测项目一般有地质和支护状态观察、隧道围岩变形量测、隧道地表下沉变形监控量测以及锚杆抗拔试验等。
五、结语
本隧道已顺利竣工通车,由于在施工过程中精心准备,方法得当,顺利的完成了施工任务,赢得了监理、业主等各界的好评,同时也为今后类似工程的施工积累了宝贵经验。
参考文献
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作者简介:许占良(1975-),河南洛阳人,中铁十五局集团第六工程有限公司工程师,研究方向:交通土建。