李银兵

中图分类号:U4文献标识码:A文章编号:1673-0992(2009)12-160-02

摘要:介绍了某高速公路施工过程中的隧道施工技术。厦蓉国道主干线榕江格龙至都匀高速公路沙井街隧道为上、下行合建的四车道高速公路连拱隧道,隧址位于格都高速公路K203+490.5～K203+678段,全长187.5M,最大埋深58M。笔者从理论上阐述了可行性方案,然后从技术上进行了认真分析,探讨了详细的施工过程。

关键词:高速公路;隧道;施工

山区高等级公路隧道,由于受地形、地质条件的限制,常采用双连拱隧道方案。厦蓉高速公路贵州境榕江格龙至都匀段BT22合同段沙井街隧道采用了连拱隧道的结构型式,在隧道的施工方案和方法上重点突出联拱隧道部分的施工方案,并作出其工期计划及设备配置情况。

一、沙井街联拱隧道工程概况

厦蓉国道主干线榕江格龙至都匀高速公路沙井街隧道为上、下行合建的四车道高速公路连拱隧道,隧址位于格都高速公路K203+490.5～K203+678段,全长187.5M,最大埋深58M。

1.隧道地质状况

(1)地质构造

隧道位于都匀复式向斜之凉水井背斜东冀:都匀复式向斜轴向南北,为紧密褶皱向斜,由核部向两翼依次出露三叠-寒武各地层。总体是一个轴面微向东倾的歪斜向斜。在都匀复式向斜上叠加有拢得向斜、尧林向斜、凉水井向斜等。岩层在隧道区呈单斜产出。

经过勘察对隧道进出口段灰岩进行了节理统计,主要节理有105°∠45°,(线密度6条/米)265°∠80°(线密度7条/米)两面三刀组。节理基本闭合,裂隙中有泥质充填。近地表岩体中风化裂隙较发育。

(2)地层岩性

据钻探揭露、工程地质调绘和土工试验,隧道区域分布的地层上二叠统(P2)灰岩,岩层产状95°∠52°。自上而下分述如下:

8-11全风化灰岩(P2):灰色,原岩结构构造已全部被破坏。岩芯呈散体状,手捏即散。Vp=730~1042m/s。

8-12强风化灰岩(P2):灰色,细晶结构,厚层状构造。主要矿物成分为方解石,节理裂隙发育,岩体破碎,呈松散结构,岩芯呈柱状,Vp=1830~2050m/s。

8-13弱风化灰岩(P2):灰色,细晶结构,薄层状构造。主要矿物为方解石,节理裂隙发育,岩体较破碎,呈镶嵌碎裂结构,岩芯呈柱状,Vp=2360~2750m/s。

2.地震:

本区域地震活动微弱,震源深度一般在15km附近,属浅源地震。

3.隧道施工条件:

隧道出口的施工便道相距甚近,工程需要的大型机械设备及外购物资必须由施工便道运到工地,因此施工便道的畅通将直接影响隧道施工物资的供应,因此必须注意施工便道保畅工作。

由于隧道从出口端掘井,因此隧道出口需设置变压器一台以保证电力的供应。

4.施工临时设施布置:

(1)临时房屋设施

临时房屋的修建布置于K203+750处路基左侧。

(2)水、电设施

由于隧道范围内水源紧张,故采用汽车运输的方式保证施工水源。电力设置主要依靠附近电力网络,但是为了保证施工的正常进行,需要配备120千瓦的发电机两台。

二、施工技术方案确定

1.施工作业线安排

根据隧道设计结构和工程地质情况,施工作业采用中导洞先行,中导洞掘进40～50米浇注中墙。在中墙混凝土强度达到70%以上再进左洞,右洞掌子面落后左洞按10m控制。经监控量测,围岩变形基本稳定后同时施作左右洞二次模筑衬砌。当围岩变形过大,初期支护力不足时,除应及时增强初期支护外,亦可修改二次衬砌设计参数后提前施作模筑混凝土。左右洞二次衬砌与掌子面间距控制在25～35m之间。这就在进、出口各自建立了中导洞、中墙、左、右洞开挖、二次模筑衬砌五道并行的作业流水线,拓展了隧道施工作业面。

2.风、水、电作业

(1)施工供风:在隧道进、出口各设一座空气压缩机站,各安装2台20m3/min和1台10m3/min的空气压缩机以保障隧道施工用风。

(2)施工用水进、出口分别:在距隧道拱顶30m以上的山顶各修建一座100m3的高山水池,水源一是在隧道出口右侧山脚挖一集水池,收集山泉水抽上山顶水池,再用管道输水至出口供施工生活用水。一是从电站水渠中抽水至山顶蓄水池再用管道输水至进口,供施工、生活用水。所有水源都要经过水质检验,PH值小于4或者硫酸盐、氯化物含量超过有关规范的允许值以及含有对水泥凝结硬化有害的杂质的水石不得用于搅拌砼。

(3)施工供电:在隧道进、出口各安装一台315KVA变压器,利用附近的地方电网供电,同时各准备一台功率为220KW的发电机组备用。动力设备采用三相380V,照明用电采用220V,为确保安全,所有线路都安装漏电保护开关。线路的架设及各种电器的安装必须符合《公路隧道施工技术规范》JTJ042-94的有关要求。

三、连拱隧道合理的施工工序

对三层中墙连拱隧道而言,其施工工序对隧道的稳定和结构安全影响很大,施工工序不仅仅是平面的施工顺序,尚应注意在隧道纵向方面的开挖和施工控制,如各工序之间的纵向距离控制。

1.软岩低围岩类别的三层中墙连拱隧道施工工序 a.隧道的施工工序首先应选取三导坑法进行施工。 b.地质条件略好时,可采用中导坑开挖+主洞微台阶法开挖,上半断面超前的距离不大于10m。 c.后开挖主洞的开挖,需在先开挖主洞的二次衬砌施工后进行。

2.硬岩及高围岩类别的三层直中墙连拱隧道施工工序硬岩及高围岩类别相对于软岩低围岩类别而言具有:隧道基底承载力高,围岩侧压力小,总的隧道压力小等特点。所以

隧道的施工工序也应不同于软岩低围岩连拱隧道,建议采用的施工工序为中导坑法开挖;主洞开挖可采用台阶法或全断面开挖;后开挖主洞的开挖,最好在先开挖主洞的二次衬砌施工后进行。当受施工制约时,可根据实际施工时视围岩和中墙结构和厚度等情况,左右洞可同时开挖。

3.洞口浅埋偏压段的施工工序一般情况下连拱隧道属浅埋的短隧道。由于连拱隧道宽度较宽,所以在洞口段常会出现偏压地形偏压或地质构造偏压,而对于这种情况下的施工主要应注意确定内、外侧那一个主洞先开挖。国内目前关于这个问题的讨论或争议较大,通过实地处理的一些浅埋偏压连拱隧道的经验和一些计算分析结果,认为应先开挖外侧的隧道。当外侧隧道的二次衬砌完成后,才能进行内侧隧道的开挖和施工。主要理由为:

(1)如果先施工内侧的隧道,则在外侧主洞开挖时,由于隧道所受向外的偏压很大,容易引起内侧已建隧道的变形和开裂。同时外侧主洞埋深更小,如施工时发生坍塌,则会使得内侧已完成的隧道处于非常不利的偏压情况,一般情况下隧道的失稳也是在所难免。

(2)在浅埋偏压条件下,通常外侧主洞的围岩条件相对较差,成洞困难。如果能够将成洞困难的外侧主洞先施工完毕,则对于条件相对较好的内侧主洞施工进度更能够保证。内侧隧道开挖时,外侧已完成的隧道所受偏压有限,隧道的稳定易于保证。

(3)根据数值模拟分析,先开挖外侧主洞,其影响范围相对较小;如果先施工内侧主洞,其影响范围要大,围岩的松弛给后续的外侧主洞施工造成不利影响。主要反映在先开挖内侧较先开挖外侧隧道时隧道围岩的内部位移和塑性区明显偏大。

4.明洞施工

隧道进出口处各设有一段明洞,采用明挖法施工。开挖时要根据现场工程地质和水文地质条件,本着“早进、晚出”的原则进行开挖。开挖后及时进行明洞钢筋砼施工,以保证进洞施工安全。

明洞土方采用机械开挖,石方采用7655风枪钻孔,控制爆破。施工过程中对洞门仰坡及边坡尽量避免扰动,并加强对该处坡面的观测,如在开挖过程中有滑坡迹象应及时采取加固措施,并采取保留核心土的办法,先将明洞和洞门衬砌好,再挖除核心土。

5.正洞开挖

珠湖隧道采用新奥法施工,为防止出现偏压,双连拱隧道必须兼顾左右洞开挖,否则会给隧道施工带来一定的安全隐患。

(1)隧道进洞

隧道正洞在大管棚及护拱的掩护下进洞,采取台阶分部开挖法施工,将隧道断面分上下台阶开挖逐步成型。若采用双侧壁导坑超前开挖法施工。则需要在开挖并支护好侧壁导坑后,再开挖正洞的上台阶,而且施工正洞下台阶时还要将侧壁导洞的初期支护拆除,工序比较复杂,并且因工作面较多,相互干扰大。

(2)隧道爆破开挖

隧道的光面爆破不仅直接影响着超欠挖,而且对减少围岩所受的扰动,提高锚喷支护能力起着非常重要的作用,光面爆破效果要求为:

a.轮廓整齐、美观圆顺、不欠挖、平均线性超挖小于10cm。

b.炮眼痕迹保存率大于85%,每循环炮眼对齐大致一条线。

c.两茬炮衔接台阶平均值小于10cm。

为了增强光面爆破的效果,利用在中导洞开挖时积累的围岩情况做出相应的光面爆破设计,对布眼、装药、起爆等技术标准都做了严格规定。

四、隧道防排水

1.衬砌防水

①防水层铺设:防水层采用1.2mm厚PVC防水卷材+无纺布复合防水层。根据设计要求、防水卷材施工采用热焊无钉铺设。防水板之间采用热焊机双焊缝焊接。焊接质量用充气法检验。防水层施工的要点:A.铺设前对初期支护背后注浆,直至无水渍时才铺防水板,同时清理喷砼面,凸凿凹补,使之平整,无钢筋头;B.工程采用的PVC防水卷材,无纺布缓冲保护层材料必须符合设计要求,且完好;C.铺设做到平顺,无吊空、起鼓及皱褶;D.双焊完好,搭接长度,宽度符合规范要求;E.防水板铺设完毕,作冲气试验进行质量检查。

②止水带、条施:工二次衬砌沉降缝采用中埋式橡胶止水带止水,施工缝采用BWⅡ缓膨型橡胶止水条止水。沉降缝和施工缝处同时设背贴式止水带。止水带长度在洞外按轮廓尺寸另加40cm～50cm富余量裁剪,卷成捆运入洞内,吊挂在衬砌模型的端头。安装时先打开捆卷,从墙底开始,沿衬砌轮廓向上挂设,并固定在挡头模板中间,使止水带中心与工作缝重合。止水带两头用铁丝拉在模板上,中间摊平,止水带后一半埋入现浇混凝土中,前一半将埋入下一循环的混凝土中。为此,挡板间夹缝作到上下(或左右)顺直平整,以免灌注混凝土时漏浆。在设置止水带处,混凝土采用粒径小的粗集料,以保证止水带与混凝土胶结密实。

止水条则在衬砌挡头模板中间设一木条,砼浇注挡头模板拆除后,在下一循环的混凝土浇注前嵌入BWⅡ型橡胶止水条,作为施工缝防水。

2.衬砌背后引排水设施

隧道开挖初喷砼后,根据设计施作环向MF7塑料盲沟及纵向MY8C塑料盲沟,先将环向MF7塑料盲沟及纵向MY8C塑料盲沟接好接头,固定在初喷砼上,每隔一定距离设边墙泄水管(φ110HDPE横向排水管)将水排入中心水沟中。

3.路面底基层排水

为防止路面底层地下水上渗到路面影响行车安全,路面平整层施工之前,应先铺设MY8C横向盲沟以排除隧道底渗水,横向盲沟的渗水通过外侧的MY8C盲沟在边沟沉沙井处与边沟连通。

4.路面排水:

在路面外侧设置45×50cm现浇边沟,用作路面积水以及隧道清洗等污水的排除通道,每30m设置一处沉沙井,边沟纵坡和隧道纵坡一致。

5.隧道施工排水:

本段隧道出口端施工为上坡施工,施工排水方案采用自然排水,在隧道两侧挖排水沟。同时在掌子面设集水坑,用泥浆泵将掌子面的水抽入已施工完毕的水沟中。进口端为下坡施工,施工排水方案采用潜水泵抽水,在靠近掌子面的地段设置积水坑,及时抽出洞内积水。在隧道洞口外设置污水处理、沉淀池,施工废水经污水处理达到有关标准后方可排放,以保证环境不被污染。

五、结语

经过最近几年国内对连拱隧道设计和施工的不断研究、总结,连拱隧道的设计已比较成熟。所以可以根据实际选线时采用一些连拱隧道,特别是在围岩地质条件较好、隧道洞口地形有利的中短隧道更宜选用连拱隧道。本文的目的主要是希望同行能对连拱隧道形成正确的认识,在实际应用时有条件地通过综合比较分析而选用连拱隧道结构型式。