黄土连拱隧道开挖工艺浅谈

2011-06-13王军

山西建筑 2011年31期

王军

1 概述

我国北方地区属第四季黄土质砂粘土地层，这种土是在干燥气候下形成的灰黄、褐黄，垂直发育的特殊土。这种地质强度低、山体松弛破碎，特别怕遇水。在此地层中开挖隧道，容易出现坍塌，尤其是一旦渗漏水，围岩强度将大幅度降低，严重时完全失去自稳能力。近年来，连拱隧道以其在线路、平面、洞口位置等选择上的优越性，综合造价较低的特点在我国高速公路建设中获得了长足发展。突出表现为连拱隧道快速增长、跨度和长度不断突破、设计和施工水平不断提高。与传统的单幅修建单体隧道相比，连拱隧道在线路、平面、洞口位置等选择上比分幅修建隧道优越，而且自由度大。同时综合造价比单跨结构低。考虑到隧道分修的双洞进出口各有较长的连接线引起的土地征用增多、前后段桥路工程增加等一系列问题，连拱结构则有明显的优势。因此采取何种合理可行的施工方案来施工在质量、安全、施工技术方面显得尤为重要。

随着全国高速公路已进入山区，隧道数量不断增多，由于受山区地形展线限制，一些较短隧道选用双连拱结构形式。

我国高速公路已规划设计了几十座连拱隧道。无论从设计角度，还是从施工角度而言，其结构受力形式是十分复杂的。山西太佳高速公路(吕梁段)青凉寺(黄土)双连拱隧道就是其中一例。

山西太佳高速公路(吕梁段)青凉寺双连拱隧道工程概况:青凉寺双连拱隧道是太原—陕西佳县吕梁段的重点控制工程，设计为四车道双连拱，全长220 m，其中暗洞200 m、明洞20 m。左右洞轴距13.46 m，隧道内轮廓线设计方案采用三心圆及中隔墙组成，中隔墙宽2.6 m，单洞总宽度10.86 m，开挖断面总宽24.5 m。隧址区黄土大面积覆盖，地形起伏较大，沟壑纵横，地貌表现为黄土梁、黄土冲沟、黄土陡坡、黄土缓坡等。隧道围岩地层第四季中更新统风积物和冲洪积物—保德组(N2b)岩性为红褐色粉质粘土，呈坚硬状态，土质较均，夹有多层薄层的钙质结核层，稍湿、中密，具有弱膨胀性。

2 设计要求施工工序

隧道施工顺序示意图(一)见图1。

图1 青凉寺隧道施工顺序示意图（一）

1)在侧导开挖一段距离后才能进行主洞的开挖。2)先期进行开挖的主洞应与中隔墙回填抵抗方向一致，本隧道设计推荐从左洞开始。3)中导洞主要施工工序:中导洞开挖→中导洞初期支护→浇筑中隔墙→中隔墙顶部注浆密实。4)左洞主要施工工序:a.开挖左侧导洞;b.左侧导洞初期支护;c.中隔墙右侧回填;d.开挖左洞上半断面、上半断面初期支护;e.开挖核心土，浇筑仰拱及二衬。5)左洞在施工20 m以上时，再按左洞施工方法施工右洞。6)同一洞口左右侧主洞掌子面应相差20 m以上。如果按照设计施工工艺施工，就保证不了合同工期。经过现场踏勘结合图纸设计，为满足业主和合同工期青凉寺隧道施工采用新工艺确保了合同工期要求。

3 采用新工艺工序及施工方案

1)在施工管棚时根据围岩和实际受力情况为加强管棚的刚度和强度采用管棚加强法，按设计将管棚钢管全部打好后，应先用钻头掏尽钢管内残碴，进行管棚补强。补强方法:在钢管内应先放置Ф20钢筋笼，再向管内充注入水泥浆(水灰比为1∶1)，注浆初压力为0.5 MPa～2.0 MPa，终压力为 2.0 MPa，用以加强管棚的刚度。2)合理控制三个导洞开挖作业之间的距离。3)中导洞开挖→初期支护→浇筑。在浇筑中隔墙时在墙顶预埋注浆孔，待浇筑50 m后进行注浆，保证中隔墙顶密实并与墙顶密贴，并在墙顶预埋牢钢板。4)在中隔墙混凝土强度达到设计要求后主洞开始从左洞佳县端往太原端施工:a.取消原设计在中隔墙另一端用浆砌片石回填方法抵抗反力，采用型钢进行中隔墙反支撑，形成桁架式整体;b.改原设计侧壁导坑开挖为台阶开挖。左主洞上台阶开挖施工、初期支护;c.左主洞下台阶开挖施工、初期支护;d.左主洞仰拱开挖及支护;e.左洞二衬施工。左洞施工20 m后右洞开始施工，同步进行保证左右洞施工合理距离是确保安全的一项主要措施，以免对洞身形成人为偏压。右洞:a.右洞上台阶开挖施工;b.右洞上台阶初期支护;c.右洞下台阶开挖施工;d.右洞下台阶初期支护;e.右洞仰拱施工;f.右洞二衬混凝土施工。5)下导开挖，下导中槽开挖两边留马口宽度不得小于2 m，开挖下导左右侧要错开。下导马口开挖长度Ⅴ级浅埋段不得大于1 m，Ⅴ级围岩不得大于2 m，Ⅳ级围岩不得大于3 m，开挖完毕立即进行初支。6)在隧道施工过程中严格控制施工用水，各排水管道接头必须严密，并有防渗漏水软化围岩而引起支撑下沉或失稳。施工机具尽量在洞外清洗，严禁施工用水随意排放。在开挖时，如因不良地质因素发生少量坍塌，必须用同标号喷射混凝土填充或用浆砌片石填充。不能留有空洞，杜绝人为制造假顶，留下空洞，给隧道留下隐患。隧道施工顺序示意图(二)见图2。

两主洞施工工序合理间距是洞径的3倍或30 m，根据围岩状况，稳定性考虑掌子面、仰拱、二衬应紧跟，保证施工安全。

图2 青凉寺隧道施工顺序示意图（二）

该隧道于2009年3月21日中导洞开挖，6月15日完成，主洞2009年7月13日开工，12月21日贯通。通过新工艺的成功实践，提前工期近一年。

4 施工中进行的监控测量工作

1)左线拱顶测点，水平测点，左、右点，水平收敛;2)中隔墙测点(偏压，位移);3)右线拱顶测点，水平测点，左、右点，水平收敛。在整个施工过程中监控量测起积极指导施工的作用，各个测点数据均符合规范要求，中隔墙经过监控量测未发生位移，在主洞初支施工完成后对中隔墙的外观进行了详细的观察，未发现任何裂缝和破损。总结:在整个隧道施工过程中加强了以下几点主要工序的把关:1)取消中隔墙的浆砌片石回填，采用反向支撑法。2)主洞采用环形开挖留核心土和台阶施工法，并及时完成仰拱成环。3)左右洞开挖掌子面距离的控制(30 m内)。4)中隔墙顶预埋钢板易移位，在连接主洞初支钢拱架位置找不准，故采用了纵向预埋长钢板法，保证了拱架与钢板的焊接质量。5)整个施工过程贯彻“短进尺、早支护、少扰动、勤量测、早封闭、紧衬砌”的施工指导思想。6)监控量测贯穿整个施工过程。