重庆外环路朝阳寺隧道下穿渝邻高速公路施工

2012-08-15李俊龙

山西建筑 2012年2期

李俊龙

1 工程概况

朝阳寺隧道属于重庆市外环路绕城高速公路项目，位于重庆市渝北区王家镇大屋村，隧道按公路Ⅰ级设计，公路等级为双向六车道高速公路，设计行车速度为100 km/h。隧道净高5.0m，净宽14.50m，为三心圆曲线结构。双洞，两隧道净距11.58m～34.24m，为小净距隧道。隧道长999m(K18+141～K19+140)，属中长隧道。隧道要下穿通过既有渝邻高速公路。渝邻高速公路位于隧道进口段100m(K18+241)的位置，距离隧道进口很近。洞口为V级围岩浅埋段，隧道拱顶距离渝邻高速公路路面12.69m，属浅埋隧道。隧道和渝邻高速公路的交角为90°正交。因此确保渝邻高速公路安全是隧道施工的首要任务。

经现场察看朝阳寺隧道进口段位于逆向斜坡上，地形北西高南东低，右洞段轴线与斜坡地形呈小角度斜交，右侧岩体相对较薄，易产生偏压。该段地层由第四系残坡积土(Qel+dl4)及侏罗系中统上沙溪庙组(J2s)泥岩、粉砂质泥岩、砂岩互层组成。围岩破碎，稳定性差。隧道区内地下水类型主要有第四系孔隙水和基岩裂隙水，区内砂岩具有较强的渗透性，且岩体围岩级别为Ⅴ级，地处华南的重庆地区雨水充沛，下穿渝邻高速公路正值雨季，因而给下穿渝邻高速公路施工增加了更大难度。

2 施工方案

2.1 矿山法与新奥法比选

隧道下穿渝邻高速公路段地质为Ⅴ级粉砂质泥岩，原设计为矿山法施工，支护参数如下:超前小导管采用外径42mm，厚4mm的无缝钢管加工，锚杆采用WTD25中孔注浆锚杆，锚杆长3.5m，间距0.8m，喷混凝土厚10cm，格栅钢架间距100cm 一榀，钢筋网间距20cm×20cm，防水层采用RC911型橡胶防水板，模筑混凝土厚80cm。同新奥法比较超前小导管注浆支护强度低，对开挖安全不利。先拱后墙施工，整体衬砌台车不能使用，只能使用简易小模板台车，外观质量差。另外，马口接缝防水较差，难控制，易出现渗漏水，未设计预留变形量，在实际施工过程中，马口、仰拱开挖，拱部会产生一定的下沉量。通过设计院、业主和监理共同研究决定将矿山法改为新奥法，支护参数中喷混凝土厚度增加到24cm，格栅钢架间距为50cm一榀，模筑混凝土60cm，预留变形量15cm，考虑下穿段地质条件较差，超前支护增加了φ32迈式锚杆，L=600cm，间距35cm。

2.2 具体施工方法

2.2.1 左右洞施工顺序

朝阳寺隧道为双线六车道，左洞和右洞的净距为11.58m，根据现场实际情况决定采取左洞超前、右洞后续的施工方法，左右洞开挖掘进工作面的距离控制在不小于80m，最大限度减小左右洞开挖爆破对围岩扰动的影响，确保隧道施工安全。

2.2.2 邻近下穿位置洞内衬砌施工

在洞内开挖接近渝邻高速公路路基边坡坡角线时，停止洞内开挖施工。进行已开挖段的初期支护和二次衬砌施工，二衬必须要紧跟到开挖工作面，为隧道下穿渝邻高速公路开挖施工做好各项准备工作。

2.2.3 开挖施工方法

隧道下穿渝邻高速公路段地质属V级围岩，为粉砂质泥岩，隧道埋深18m，且洞顶上方有渝邻高速公路通过，因此要严格控制开挖施工对地层围岩的扰动。开挖施工要遵循“短进尺，弱爆破，少扰动，早封闭，强支护，勤量测，紧衬砌”的原则。开挖方法采用双侧壁导坑法施工:导洞分为上下台阶，台阶长度为5m～8m，中夹岩侧导坑超前20m，上下台阶相距15m～20m。上台阶开挖采用人工风镐开挖，遇坚硬石质地层人工钻眼爆破，下台阶开挖方式主要采用挖掘机辅助松动爆破。后续开挖必须保护中夹岩岩柱不受破坏，保持中夹岩的稳定。开挖时根据地质情况适时调整上、下台阶长度，及时初期支护，最大限度减小地表下沉和围岩变形。开挖施工采用松动爆破:控制好爆破药量和爆破震动速度，要求爆破震动速度不大于12cm/s。

1)装药量计算。爆破作业段最大一段允许装药量计算公式为:Qmax=R3·(Vkp/K)3/a。其中，Qmax为最大一段爆破药量，kg;Vkp为安全速度，cm/s;根据《爆破安全规程》并结合本隧道所处的地形、地质情况、地表建筑物的重要程度，取距隧道周边净距10m处质点震动速度为V≤2.5cm/s;R为爆破安全距离，m;K为地形、地质影响系数;a为衰减系数。

2)装药结构。周边眼的装药结构:严格控制周边眼装药量，采用不耦合装药结构，双传爆线结构装药形式，炸药采用φ22的2号防水炸药，炮眼直径为42mm，不耦合系数控制在1.4～2.0范围内。其他眼的装药结构:底板眼、内圈眼、二台眼、掘进眼、掏槽眼等炮眼直径为42mm，药卷直径32mm，均采用连续装药结构。

3)起爆顺序。掏槽眼→掘进眼→二台眼→内圈眼→底板眼→周边眼。为了减少底板眼爆破产生的地震动强度，将底板眼分成2个段分开起爆。

2.2.4 超前支护措施

进行超前支护施工前，先对开挖工作面喷C20混凝土25cm厚进行封闭处理，后序施工超前小导管注浆。同时增加双层φ32迈式锚杆，L=600cm，间距35cm，层距35cm，在拱部120°范围内共施作45根(单排)迈式锚杆。杆体为中孔式，钻头为φ50十字钻头，杆体节长2m，施作过程中靠连接套进行接长。

1)人工持YT-28风动凿岩机钻孔，沿开挖外轮廓线梅花形布置，间距35cm，外层超前锚杆外插角10°～15°，内层超前锚杆控制在3°～6°，超前锚杆的搭接长度不得小于1.0m，锚杆端部与格栅焊接牢固，洞身开挖四循环(进尺4.0m)施作一次超前锚杆。

锚杆杆体通过转换接头与YT-28风动凿岩机钻杆连接，由风动凿岩机直接顶进，达到设计深度后，安装止浆塞、垫板、螺栓和注浆接头。

2)锚杆钻进过程中注意观测水压及钻头和钻杆顶进压力，因为泥粉极易通过钻头出水孔进入杆体。

3)注浆采用水泥单液浆，用高压注浆泵注入，使水泥浆扩散半径达到管棚注浆效果。

2.2.5 架立格栅施工

完成超前锚杆施工后，待水泥砂浆强度达到要求标准时进行开挖，待进尺达到1.0m时，开始立格栅，每50cm架一榀。将格栅钢架与超前锚杆焊接牢固，然后对轮廓进行初喷挂网，打锚杆(系统锚杆)，最后进行喷射混凝土作业，要求格栅钢架底脚铺设长钢板，以增加底脚与围岩接触面积，两侧底脚分别施作四根锁脚锚杆。

2.3 隧道上方渝邻高速公路安全防护方案

主动和高速公路管理部门协商好渝邻高速公路安全防护方案。使隧道下穿施工得到交通、路政等有关方面的支持和帮助。在开挖接近渝邻高速公路路基坡脚边缘采取措施如下:

1)限制行车速度，减小行车速度对下穿段地层的震动。路面行车通过的速度限制在15 km/h。禁止行车高速通过。

2)封闭路面交通，单行半幅通车，封闭半幅路面，半幅单向行车，使封闭的半幅路面下方开挖施工上方无行车通过。

3)设置路面和洞内施工联络通讯专线，派专人24 h值班。洞内开挖松动爆破时禁止路面车辆通行，爆破结束，目测路面地形无变化后放行车辆通过。

3 监控量测及信息反馈

监控量测是新奥法(NATM)设计与施工的重要手段，是对施工前设计所确认施工方案所选定的结构形式、支护参数、预留变形量、施工工艺、施工方法及各工序作业时间等的检验和修正。

3.1 监控量测项目设置

1)路面监测。在渝邻高速路面两侧和中间分两排设置6个地面沉降观测点，用水平仪观测地面沉降。在路面周围地表设置6个点形成三角网，用全站仪观测地面水平位移。2)洞内监测。设拱顶下沉、周边收敛、隧底鼓起和锚杆拉拔力三个项目。每5m设置一个测量断面。在拱顶设置一个点，拱腰设置两个点，仰拱设置两个点。采用WRM-3收敛仪进行周边收敛量测。用水准仪配合悬挂钢尺量测拱顶下沉，作为收敛量测的补充，用水平仪测量隧底鼓起。用锚杆测力拉拔器量测锚杆拉拔力。3)监控量测频率。洞内每8 h观测1次，每日3次，高速公路路面每日1次且每循环不少于1次。每次观测要在下一次开挖之前进行。锚杆拉拔力每5m一个断面，每断面不少于3根锚杆。

3.2 数据收集、信息反馈

1)量测数据收集、分析处理。为检验量测数据的可靠性，了解围岩变化规律和稳定程度，为施工提供可靠的参考数据，对量测数据通过位移—时间曲线进行回归分析。利用u=A×e-h/1函数将量测数据进行处理与回归分析，绘出位移—时间曲线。

2)数据信息反馈。回归分析结果为:渝邻高速路面下沉量1mm～3mm，水平位移1mm～2mm;洞内拱顶下沉量4mm～8mm，周边收敛最大值2.0mm，隧底鼓起量1mm～3mm。从观测数据比较可以看出路面的数值变化比洞内的数值变化小，开挖后，一般12 d左右围岩变形量基本稳定，通过量测数据分析隧道下穿渝邻路施工方案合理，初期支护及时有效。