任军军

隧道是公路修建中的一个主要部分,尤其是目前对环境、土地等各方面考虑,隧道在公路中的应用呈上升趋势,特别是在高等级公路中比重越来越大。

1 工程概况

雷家碛1号隧道位于临县雷家碛村北约50 m,设计为分离式,隧道两洞中轴线最大间距约36 m。右线起讫里程K186+045～K186+500,全长455 m,太原端洞口里程桩号 K186+045,洞口底板设计高程1064.43 m,佳县端洞口里程桩号K186+500,洞口底板设计高程1073.53 m,洞体局部出露于黄土冲沟,洞体最大埋深约55 m,位于K186+220处。左线起讫里程ZK186+045～ZK186+522,全长 477 m,太原端洞口里程桩号ZK186+045,洞口底板设计高程1064.43 m,佳县端洞口里程桩号ZK186+522,洞口底板设计高程1073.97 m,洞体局部出露于黄土冲沟,洞体最大埋深约52 m,位于K186+240处。进出口均位于黄土梁黄土冲沟,且进出口为浅埋段。

2 工程地质条件

1)隧址区地质结构简单,出露的地层由新至老依次由第四系上更新统()湿陷性黄土(粉土)、()黄土(粉土)、第四系中更新统()黄土(粉质黏土)组成,)湿陷性黄土(粉土)为稍湿,稍密,松软结构;)黄土(粉土)为稍湿,中密,松软结构;黄土(粉质黏土)为坚硬状态,松软结构。该隧道围岩物理力学指标见表1。

表1 隧道围岩物理力学指标

2)水文地质条件。隧址太原端洞口为无名黄土冲沟的右岸,佳县端洞口为黄土冲沟左岸,沟内只有雨季时有暂时性水流汇集,一般时节干枯无水。根据地质调查及探井揭示,隧道洞体埋深范围内未见地下水位,隧址周围坡麓地带及冲沟内亦未发现有泉水出露,隧道洞体埋深范围内岩体富水性弱。但由于洞体埋深不大,岩体富水性强,雨季期间大气降水沿土体空隙下渗,在洞体内可能形成暂时性空隙水,造成洞体内产生滴渗水现象。

3 开挖方案选择

对于浅埋地段,由于覆盖层薄,岩体往往较为松散,岩体本身一般不能形成完整的支撑环,支撑结构主要承受松散压力,设计和施工中支护的强度和刚度大于一般深埋的情况。但如果将设计的支护及时有效地在隧道施工中施作,首先决定的是开挖方法。

开挖方法的选择主要决定于影响围岩稳定的因素,影响围岩稳定的因素很多,主要有自然地质因素和工程因素。本隧道太原端进口K186+055～K186+120段为紧接明洞地段,埋深 5.6 m～30 m。据上述地质条件和现场地质量测,洞口浅埋段总体稳定性差,稍一开挖围岩就会掉块、坍塌。经分析,决定洞口浅埋段采用侧壁导坑开挖方法施工,见图1。

步骤说明:①先行导坑上部开挖;②先行导坑下部开挖;③先行导坑超前支护、锚喷支护、钢架支撑,设置临时壁墙支撑;④后行导坑上部开挖;⑤后行导坑下部开挖;⑥后行导坑超前支护、锚喷支护、钢架支撑,设置临时壁墙支撑;⑦中央部拱顶开挖;⑧中央部拱顶超前支护、锚喷支护、钢架支撑等;⑨,⑩中央部其余部分开挖;⑪仰拱锚喷支护、钢架支撑等;⑫拆除临时壁墙;⑬模筑全周衬砌。

该方法施工时开挖高度较低,支护方便及时,能抑制垂直压力随围岩变形加剧而迅速增加,减少坍塌几率。虽然有很多优点,但开挖断面分块多,扰动大,初期支护闭合时间长。且拱架接头增多,开挖高度受到限制,不利大型机械使用,而且速度慢,成本高。

鉴于上述情况,掘进10 m以后,经过现场近期一段时间的监控量测数据,拱顶累计下沉为2 cm,周边位移累计为1.5 cm。初期支护无明显变化,土体也较洞口密实,埋深也较洞口厚。所以改为台阶法进行施工,见图2。

步骤说明:①上半部开挖;②拱部进行锚喷支护;③中心核部开挖;④下部开挖;⑤边墙锚喷支护;⑥浇筑仰拱;⑦模筑二次衬砌。

要注意的是开挖时台阶长度一般为1.5倍～2倍的洞跨,在开挖施工中要根据围岩的稳定情况,适当调整台阶长度、台阶个数,同时根据初期支护施作情况,采用长短马口结合,错开施工。

在围岩较好时,使用该方法能使机械效率大大发挥出来,提高了施工进度,降低成本。但该方法一次开挖高度大,相对来说初期支护慢,但整体闭合时间缩短了。

就浅埋段而言,开挖方法还有很多,比如全断面开挖法,分部开挖法等。隧道施工过程中,无论选择何种开挖方法,都必须认真进行现场监控量测,特别是围岩特征、围岩压力、洞周的位移、拱顶的下沉、初次衬砌的压力、临时支护的变形等应该作为监控量测的重点,通过现场量测及时掌握围岩和支护结构的动态,以实现不同的特征采用不同的开挖方法,这是隧道开挖人员在施工过程中必须注意的问题。随着高等级公路的快速发展,隧道开挖方法探讨的问题还有很多,恳请各位同仁、专家批评、指正。

[1]JTJ 042-94,公路隧道施工技术规范[S].

[2]隧道施工管理实施指南[M].北京:人民交通出版社,2004.

[3]朱月贵,王 松.浅谈九曲小净距隧道的施工[J].山西建筑,2008,34(11):335-336.