吴发展,龙 杨

(中铁隧道集团二处有限公司, 河北 三河 065201)

洞口施工是隧道施工的关键环节,洞口大挖大刷不仅不利于洞口的稳定,也不利于植被的恢复与生长。减少洞口开挖,提倡早进洞、晚出洞,注重水土保持与环保,尽量减少对自然环境的破坏,营造自然景观,保护生态已成为人们的共识。胡平等[1]以正在建设中的公路隧道为依托,论述了隧道进洞“零开挖”的设计理念和施工方法,将隧道洞口开挖对自然环境的影响减到最低程度,适当种植本地较高大的灌木,以保护和合理利用生态环境。隧道洞口段的大量刷坡开挖,不利于环境保护,还埋下了安全隐患,卓国平[2]介绍了铁路隧道洞口段的各种开挖和支护方法,绿色洞口与周围地形地貌相协调,应积极推广“早进晚出”的施工方法。蒙华铁路晋豫段途经国家级、省级自然保护区和水源保护区,贯彻“保护优先,预防为主”的原则,对洞口位置及防护型式等作了大量的勘察、对比和论证,基本避免了保护区范围内的环境破坏或污染,基本维持原有地貌,实现了“零开挖”进洞,使工程建设与环境保护相结合,营造了和谐的建设氛围[3]。林坤霖等[4]介绍了设计及施工更具弹性且无须砍伐树木的非混凝土结构护坡预应防护网工法,强化边坡结构,能保全现场自然景观,使隧道洞口的设计施工更加弹性及符合环境保护。宝坪高速公路建设单位非常重视环境保护,要求洞口少开挖以保护植被。卧虎山隧道右线出口地形坡度较缓,植被较好,贯彻建设单位要求,可以充分利用地形,实现小切口进洞。

1 工程概况

陕西宝鸡至坪坎高速公路是《国家公路网规划(2013—2030)》银川至昆明高速公路(G85)的重要组成部分[5],卧虎山隧道穿越秦岭中低山区,山体近南北走向,隧道与山脊近于直交(图1),隧址区内岩体近地表风化裂隙较发育,节理间有钙泥质充填,隧道出口位于山体斜坡处,地形坡度较缓,坡角为41°～42°,围岩为强—中风化二长花岗岩,节理发育,岩体较破碎,呈松散结构,围岩埋深较浅,稳定性差,地下水类型为基岩裂隙水,富水性弱。隧道右线采取小切口开挖进洞,进行暗洞开挖之前必须先做好地表注浆、施做C30混凝土套拱及大管棚。

图1 卧虎山隧道右线出口洞门剖面图(单位：cm)

2 准备工作

首先核对洞口地形和地质,核对洞口位置。进行测量桩点复核,找出洞口位置和边仰坡放线。按设计要求施工截水沟,截水沟内净宽600 mm,净深600 mm,截水沟比原地面低600～1 000 mm,以保证地表水能完全流入沟内,截水沟采用M7.5浆砌片石砌筑,截水沟内勾缝处理,做好排水系统,防止地表水向下渗漏影响隧道安全。

清除施工范围内的地表杂草、树木,对洞顶上方及周边的孤石、危石进行锚、拦、嵌、补等措施防护,并对其周边进行挂网喷浆防护,对个别坡面危石采用主动防护网,确保边仰坡稳定,以策洞口施工安全。

3 地表注浆

地表注浆范围横向为隧道中心线两侧各15 m,纵向为YK139+000～YK139+020从开挖仰坡线以下直至进入基岩不小于3 m。明洞仰拱注浆范围横向为隧道中心线两侧各10.5 m,纵向为YK139+020～YK139+030从明洞仰拱以下直至仰拱以下5 m(图2)。

在地面标出注浆钻眼范围和具体位置,根据实测高程和设计高程确定钻眼深度,从大里程向小里程单排单根采用潜孔钻进行钻眼,注浆管采用φ50×4 mm注浆钢花管,钢管间距为2 000 mm×2 000 mm 梅花型布置,垂直打入地表,钢管管壁每隔150 mm 交错布眼,眼孔直径为10 mm,注浆浆液采用1∶1水泥砂浆,初始注浆压力为0.5～1.0 MPa,注浆终压为2.0～3.0 MPa。

图2 地表注浆纵断面布置图

4 混凝土套拱

隧道右线套拱进洞起点桩号YK139+020,终点桩号YK139+022,总长度均为2 m,套拱使管棚起点不处于悬臂状态,保证钻孔精度,根据设计图纸放样开挖轮廓线,根据地形,洞身上半部分无须开挖,仅对洞身下半部分套拱拱架安设部位进行掏槽,挖出拱架安装空间,实现小切口进洞。土槽宽(纵向方向)与护拱厚度相同,土槽开挖采用人工辅助挖掘机开挖方式进行,土槽挖好后,要求内表面成型好。清除套拱段上断面土方,预留核心土体以抵抗掌子面前的土体压力并兼作套拱施工平台[6]。按设计标高开挖套拱基础,并夯实,地基承载力不小于250 kPa,套拱基础浇筑C30混凝土基础。

套拱在明洞外轮廓以外,采用C30混凝土,厚度为600 mm,与明洞间预留100 mm变形量。套拱内埋I20a型工字钢4榀,间距600 mm,两端保护层厚度100 mm,架立套拱内工字钢拱架,拱架的架立以稳定、贴近掌子面并不侵占隧道净空(图3)。套拱段拱架安设时要保证中线、法线的准确,其安设误差在允许误差范围之内,保证其不偏、不斜、不前俯、不后仰,在安设时将各连接螺栓上齐、拧紧。套拱拱架架设完成以后,环向采用φ22螺纹钢筋连接,连接筋环向间距1.0 m,在钢拱架内、外缘交错布置,每两榀拱架之间焊接抗剪钢筋以形成一水平防沉梁。

图3 管棚护拱衬砌断面图

图4 定位钢筋大样图

工字钢定位准确后,在4榀工字钢上准确标出导向钢管的位置(图4),导向钢管定位时,先定出顶部导向钢管位置,然后向两边对称,每间隔400 mm一个,共计37根。导向钢管定位完毕后用φ22钢筋环向固定于工字钢骨架上：导向钢管选用φ133×4 mm钢管,与工字钢焊接牢固,外向插角2°。采用固定筋双面焊接,焊接长度不小于150 mm,导向钢管必须保证不松动,定位准确,方向平行于路线中线,以防止套拱混凝土浇筑过程中导向钢管移动。

考虑因掌子面不平整,靠近掌子面端的导向管可抵紧掌子面；靠洞口方向管端要整齐,在同一断面上。导向管安装完毕后,将导向管两端用编织袋堵塞密实,以防止浇注混凝土时混凝土进入导向管内。

拱架和导向管安装完毕后,进行内外模板铺设。模板采用厚度50 mm,宽度为200 mm、长度为2～3 m的木板,模板连接处要严密、牢固,以防跑模漏浆。内模板采用钢管加顶托做支撑骨架,在核心土架立底模和侧模支架减小支架高度。内外模及侧模均采用φ22螺纹钢在模板背后作为加劲筋,间距为300 mm,用φ8的钢筋与拱架焊接,连接内外模板的钢筋进行加固。模板安装时,分别在套拱外两侧及拱顶预留混凝土下料窗口,对套拱混凝土进行分层浇筑。混凝土采用外购商品混凝土,输送泵浇筑,浇筑时两侧对称浇筑,防止偏压使拱架产生偏移,边浇筑边捣固,保证混凝土密实。混凝土的入模温度、坍落度、和易性等必须满足施工要求,在浇筑过程中注意检查模板稳定情况,防止跑模,有异常时采取加固手段。

5 管棚施工

管棚布置在开挖的外轮廓线,形成牢固的棚状支护结构[7],起到纵向钢梁的作用,稳定前方地层。管棚采用长32 m(有效长度30 m,护拱2 m)、φ108 mm×6的无缝钢管,编号为奇数的第一节采用3 m,偶数的第一节采用6 m长,以后均为6 m,最后打入的一节结合套拱长度截取合适长度,连接采用丝扣连接,丝扣长度不小于150 mm；靠近洞口3 m范围内钢管为无孔,其余长度钢管钢管壁四周钻4排φ10的注浆孔,间隔150 mm,每两排之间错开75 mm布置,预留止浆段长度为5 m(图5)。同一断面接头数不大于50%,相邻钢管接头错开1 m以上。

图5 钢管示意图

钻机作业平台采用预留的核心土平台作为钻机操作平台,管棚钻孔采用YGL-100A管棚钻机平行钻孔作业,管棚钢管穿过套拱中预埋的钢套管及时跟进,利用钻机的冲击和推力低速低压将安有工作管头的棚管沿引导孔钻进,待入孔2 m后适当加压,钻机立轴方向必须准确控制,随时用测斜仪量测角度和钻进方向,发现偏斜超过设计要求时,及时纠正以保证钻孔方向正确。钻孔沿隧道周边以2°外插角打入围岩 (不包括路线纵坡),方向与路线中线平行,管棚环向间距400 mm,钢管逐节顶入,钢管接头采用φ114丝口连接,丝扣长150 mm[8]。选取2个试验孔确定选用于本地质条件下的钻孔角度、钻速等施工参数[9]。

施工时,对管棚自左向右予以编号,先安装奇数管棚,安装完毕后立即注浆。再安装偶数管棚,通过偶数管棚孔钻进时流出的液体及其颜色检查奇数孔的注浆质量。钻孔顺序由拱顶的高孔位向拱脚的低孔位进行,开孔时低速低压,待压孔后可加压到1.0～1.5 MPa,管棚施工误差径向不大于200 mm,横向不大于50 mm。

注浆泵选用2台,管棚灌注浆液为纯水泥(添加水泥重量5%的水玻璃)浆液,注浆水灰比为1∶1,注浆压：初压为0.5～1.0 MPa,终压2.0 MPa,浆液扩散半径不小于0.5 m,注浆采用分段注浆。注浆前先通过现场注浆试验确定注浆参数,注浆结束后及时清除管内浆液,并用M30水泥砂浆紧密充填,增强管棚的刚度和强度。

6 结 语

根据原地形,经现场测量,洞口洞身上半部分无须开挖,仅对洞身下半部分进行掏槽挖出拱架安装空间,预留核心土体以抵抗掌子面前的土体压力并兼作套拱和管棚施工平台,开挖量少,对围岩扰动较小,充分利用了地形,方便施工,实现小切口进洞。

隧道洞口不得大面积开挖,以免破坏洞口土体稳定,隧道进洞前对边仰坡加固,做好截、排水沟,避免地面水侵蚀洞体周围。在开挖影响区域内利用当地常见物种进行自然搭配种植,使隧道工程与周围环境协调[10]。