软弱围岩地段双连拱隧道施工技术

文章编号:1004—5716(2003)06—95—03中图分类号:U45514　文献标识码:B软弱围岩地段双连拱隧道施工技术汪俊民(中铁十五工程局集团公司,河南洛阳471002)摘　要:结合工程实例,简要分析了围岩软弱地带的双连拱隧道的施工方法,对“假拟洞门”的新观念作了探讨,并对工程施工过程中可能和容易出现的质量问题提出了解决思路。

关键词:软弱围岩;双连拱隧道;施工;技术 随着科技的进步和我国高速公路建设的迅猛发展,越来越多的新技术、新工艺不断出现,隧道设计形式也越来越多,双连拱隧道作为其中一项,也越来越广泛地被应用于山区隧道施工中。

双连拱隧道通过减小隧道线间距,能大幅度缩短施工地形困难地段靠山一侧的隧道长度,从而有效地节约投资,也避免了线路从整体→分离式→整体式的复杂转换。

但与分离式隧道相比,工序复杂,增加了对围岩的扰动,无论是从保证施工安全或是工程质量来讲,难度都大大增加。

下面就我单位在福建的一个施工实例,对在软弱围岩地段双连拱隧道的施工技术进行探讨。

1　工程简介文山下隧道位于福州市闽侯县境内,属(北)京福(州)高速公路福州段的一项难点工程。

文山下隧道设计为双洞连拱隧道,全长256m 。

隧道洞门与山体呈40°角斜交,坡度为单向- 2.8%下坡,整个隧道位于R =510m 的圆曲线上。

隧道进出洞口段均为Ⅱ类泥夹碎石围岩,围岩破碎、节理发育,且山体偏压严重,右洞进口覆盖层最薄处仅有2～4m 。

在围岩破碎、偏压、曲线、斜交条件下修建双连拱隧道,要想保证施工安全和质量,必须采用科学周密的施工方案。

2　隧道开挖方案2.1　方案一:侧导洞法(见图1)图1　文山下隧道偏压段开挖顺序图①地面线;②锚杆;③管棚施工工艺流程:中导洞开挖及初期支护1→中隔墙浇筑2→右侧导洞开挖及初期支护3→左侧导洞开挖及初期支护4→右洞主洞上台阶开挖和初期支护5→右洞主洞下台阶开挖6→左洞主洞上台阶开挖和初期支护7→右洞主洞下台阶开挖8→右洞二次衬砌→左洞二次衬砌。

首先进行中导洞开挖和初期支护,中导洞贯通后进行中隔墙浇筑,完成后再顺序进行右侧和左侧导洞开挖及初期支护,侧导洞开挖15m 以后方可进行主洞上台阶开挖。

施工间隔距离工序5和工序6保持5～10m ,工序6和工序7>30m ,工序7和工序8保持5～10m 。

2.2　方案二:侧壁导坑法(见图2)图2　方案调整后文山下隧道偏压段开挖顺序图①锚杆;②管理施工工艺流程:中导洞开挖及初期支护1→中隔墙浇筑2→左洞左侧壁上、下导坑开挖及初期支护3、4→右洞右侧壁上、下导坑开挖及初期支护5、6→右洞左侧壁上、下台阶开挖和初期支护7、8→右洞二次衬砌→左洞右侧壁上、下台阶开挖和初期支护9、10→左洞二次衬砌。

方案二中导洞和中隔墙施工方法相同,中隔墙施工完成后,按短台阶方法开挖左洞左侧壁上下导坑,同时及时施作初期支护和左侧临时支护。

然后对称施工右洞右侧壁,注意两开挖面要拉开距离25m 以上,工序6和7错开15m 以上;对于洞口围岩软弱带,在工序8和工序10施工完成后应及时施作仰拱和二次衬砌,尽早形成闭合环受力,工序8和9至少应拉开距离30m 以上。

2.3　方案比选与方案一相比,方案二将一个大跨度断面分解成若干个独立小断面导洞进行施工,而方案一中两个侧导洞的开挖,并未能总第85期2003年第6期 西部探矿工程WEST -CHINA EXPLORA TION EN GIN EERIN G series No.85J un.2003够大幅减小主洞的开挖跨度,方案二的古典力学模型明显要优于方案一。

但方案二工序相对复杂,降低了施工速度,增加了对围岩的扰动次数,使围岩力学性质下降,且临时支护成本也略高于方案一。

对于洞口软弱围岩段,方案二更有利于保证施工的安全和质量,因此,文山下隧道决定采用方案二施工,并在施工中尽量采用人工配合小型机械(如风镐等)进行开挖,尽可能地减小施工对围岩的扰动。

当进入Ⅳ、Ⅴ类围岩后,采用正台阶法或全断面开挖以提高施工速度。

3　“假拟洞门”施工文山下隧道原设计洞门与线路呈40°斜交。

我国以往施工的公路、铁路隧道也有许多斜交洞门,但据调查这些洞门基本上均位于直线地段,因此从远处看到的洞门仍是一个标准断面,不会产生视觉变形。

而文山下隧道位于小半径曲线上,通视条件较差,加之斜交角度偏大,极易对高速行驶中的驾驶员产生视觉误导,影响行车安全。

为解决这一问题,经过认真研究并参考国外实例,我们向设计部门提出“假拟洞门”施工方案,将原来的斜交洞门改变为左右错台式正交式洞门。

具体施工方法见图3、图4。

图3　“假拟洞门”平面示意图1、原斜交洞门;2、右线洞门;3、右线;4、左线洞门;5、左线图4　假拟洞门施工立面示意图1、预应力锚杆;2、管棚;3、植被土层;4、沙袋;5、钢拱架;6、连接钢筋在原斜交洞门与山体接触的最外点处(图3、图4中的A 点)沿与线路正交方向架立钢拱架,拱架右侧拱脚与山体接触,再往前继续架立钢架(方向均要与线路垂直),每榀拱架的右侧拱脚与山体接触的位置挖槽,以放得下拱架即可。

拱架之间用连接钢筋焊接好。

直到拱架左侧也与山体接触,这样就相当于把拱架镶嵌到山体中,此时已形成一个由钢架和连接筋组成的骨架,而骨架内山体的原状土体并没有被挖掉,所以山体边坡还应该是稳定的。

在骨架的外露侧用浆砌片石砌一个挡护结构,在拱架和坡面接合处用沙袋码砌成一自然坡面(如图4中所示)后就可进洞施工了,因为码砌成的自然坡面上可植被种草,采用这样的方法进洞对周围环境的破坏较小,因此又称绿色环保洞门。

4　初期支护中导洞的开挖为正洞开挖做了超前地质预报,探明了地质情况。

结合文山下隧道围岩极度破碎,为增加支护强度,初期支护结构调整为超前大管棚注浆、径向锚杆、喷射钢纤维混凝土、U 型钢拱架等。

4.1　超前大管棚注浆施工超前大管棚施工采用 120地质潜孔钻钻孔,钻孔作到无串孔和卡钻现象,完成后用高压风洗孔后沿孔插入 108管棚钢管,钢管上按梅花型布设注浆孔,管棚钢管每6m 为一节,节间用丝扣连接,管棚尾部预留50cm 不钻孔作为止浆段。

管棚安装完成后施作止浆墙和止浆塞,进行注浆施工。

注浆机使用BW -250/50型注浆泵,注浆时以注浆压力作为注浆控制依据,并记录下每孔实际注浆量与设计注浆量进行对比,分析围岩的裂隙度及注浆效果。

注浆前要对注浆管路系统(含接头、阀门等)进行认真检查,并在洞外用清水试压,排除各种故障后方可进行注浆施工。

注浆结束后,所有机具尤其是搅拌机、注浆管、接头、阀门、贮浆桶等均应清洗干净后存放。

4.2　U 型钢支撑U 型钢拱架弯制采用专用卧式可调液压弯曲机按设计半径加工成型,安装时采用装载机配合人工安装,均十分方便。

但须注意以下几点以保证安装质量:(1)U 型钢拱架拱脚必须落于基岩或特制基础上,不得悬空,否则加垫钢板调整,必要时增设锁脚锚杆确保支护强度和稳定。

(2)拱架背后尽量与围岩密贴,当有较大空隙时,加设垫块处理。

(3)U 型钢拱架为塑性支撑,每片拱架单元间的连接应按设计采用U 型钢板和螺栓夹固,而不能简单焊接。

4.3　喷射钢纤维砼喷射砼采用铁科院西南分院生产的T K -961型湿喷机施工,砼由洞外集中拌合,砼输送车运至洞内。

采用浙江嘉兴“七星”牌钢纤维,每方砼钢纤维掺量为35kg 。

注意喷射钢纤维砼接近设计厚度时,应预留1～2cm 改用同标号素砼补平,以覆盖钢纤维砼表面外露的钢纤维,防止在今后防水层施工时,外露钢纤维会剌破防水层。

5　中隔墙浇注中隔墙采用大块组拼钢模、泵送混凝土浇注。

施工中隔墙时,一定要注意使墙顶砼密实,墙顶与中导坑拱顶之间不能留有任何空隙,否则将影响左右洞开挖时的安全。

可采取如下措施:①浇注封顶砼时,加大泵送压力。

②隔墙顶部预留注浆管,待隔墙砼强度达到70%以上时,对墙顶进行压浆处理。

③中导洞拱顶预留连接钢筋以加强与中隔墙的连接强度。

主洞开挖和衬砌时必须采取有效措施,保护好中隔墙,减少对中隔墙的振动,避免中隔墙承受单向不平衡推力作用。

一侧开挖施工前,须在另一侧对中隔墙进行支撑加固,确保中隔墙不承受单向侧压力。

6　防水层施工69西　部　探　矿　工　程 J un.2003No.6文山下隧道防水层设计采用EVA 塑料板与无纺土工布复合而成的防水板。

防水板在出厂时已加工成宽2m ,长度满足环向吊挂长度(含预留量)的长条状,并在背后预留吊带方便吊挂。

防水板铺设时利用防水板专用台架采用无钉铺设技术,每相邻板幅间采用ZPR -210V 型热合机进行热焊连接。

防水板吊挂时要求每平方米不少于一个吊点,并应根据隧道超挖情况,吊挂时预留一定的松弛度,防止砼浇注时因预留量不足造成顶部防水板拉裂或脱落。

其它防水:设计施工缝安设遇水膨胀止水条、伸缩缝安设橡胶止水带进行防水处理。

7　监控量测监控量测包括周边位移、拱顶下沉、地表下沉、围岩压力等几个项目,测线和测点布置严格按要求进行,作好详细记录,并做数据分析处理,及时反馈信息指导施工作业。

8　二次衬砌二次衬砌采用全液压大型衬砌台车一次浇注成型。

衬砌混凝土采用在洞外自动计量拌合站集中拌合,砼搅拌式输送车运输到洞内,混凝土输送泵泵送入模,机械振捣。

由于文山下隧道位于R =510m 小半径曲线上,为确保隧道曲线圆顺并尽量减少施工缝,衬砌台车长度选定为9m 。

当台车两端头中心位于线路中心线上时,则线路中心在台车中部向曲线外侧的偏移量按下式计算为2cm 。

δ=R -〔R 2-(L/2)2〕1/2式中:δ———偏移量;R ———曲线半径;L ———台车长度。

为保证隧道净空要求,在开挖和二次衬砌时将净空均扩大2cm ,台车就位时,台车两端头中心同时向曲线外侧平移1cm ,则能保证二次衬砌后所有点位均不会侵限。

9　结束语实践证明,对地处软弱围岩的连拱隧道施工宜先贯通中导洞,既起地质超前预报作用,又能改善洞内施工环境,同时施工中的监控量测又是确保隧道施工安全的必要手段。

针对不同的地质情况,选择合适的开挖方案,无疑是对隧道施工安全、质量的又一重要保证。

(上接第94页) 有效的锚固作用能改善围岩及结构的力学性能,控制围岩体结构变形的发展,形成具有动态耦合作用的衬砌—锚杆—围岩体系自适应内承载结构,从而保证隧道体的稳定性。

具有严重裂损或变形隧道体多处在围岩破碎、软弱、受地下水危害、难以成孔的地段,目前较为有效的锚固办法是采取以自钻式或半自钻式锚管等成孔置杆方式,高压注入具有早强高强性、可注流动性、膨胀密实性的加固型TGRM 水泥基特种灌浆料,以形成注浆锚固加强带,全面改善围岩及结构的承载和抗渗特性。

从效果、可操作性、经济性等方面考虑,可选择国产的HZ25K 型半自钻式高效注浆锚杆,它是集钻头、锚杆、注浆导管为一体的管式锚杆。