隧道下穿公路施工技术.doc

隧道下穿公路施工技术唐 堃(邵阳市公路桥梁工程公司,湖南 邵阳422000)摘 要：针对吕梁山隧道工程，总结了在复杂地质条件下下穿高速公路的施工方法和技术措施，以期对今后类似工程施工具有借鉴意义。关键词：隧道；下穿；施工；高速公路中图分类号：U457 文献标志码：A 文章编号：1001-7836(2008)12-0 1 工程概况 吕梁山隧道是太中银铁路重点控制工程，该隧道全长20 738m，为太中银铁路最长隧道，也是目前国内第二长隧。本隧道设计为双洞隧道，硒洞间距30m(净距21m)。单洞开挖断面(宽)9.22m(高)l1.42m，洞身按v级围岩加强地段设计。隧道出口段下穿青银高速公路。隧道洞顶至高速公路路面最小埋深为16m。左线隧道中线DK139750与高速公路中线K40+286相交，下穿高速公路地段为DK139816DK139670，长度为146m；右线隧道中线DK139709与高速公路中线K40246相交，下穿高速公路地段为DK139795DK139650，长度为145m。 2 施工方案 (1)开挖采用台阶加临时仰拱法开挖，每循环开挖0.6m。上断面采用预留核心土环行开挖，以保持围岩稳定。开挖完成后及时施做初期支护、临时仰拱。上下台阶均采用挖掘机开挖，遇到孤石时，采用预裂爆破破碎。 (2)在隧道下穿高速公路地段120m范围内，采用大管棚注浆超前支护，支护拱部140范围围岩；管棚采用108mm钢管，每根长18m，环向间距3根/m，每15m一环，搭接长度为3m，管棚注水泥浆，提高管棚承载能力。同时采用42超前小导管进行超前支护，每根长2.5m，环向间距3根/m，外插角1014，纵向每1.2m一个循环。 (3)设置型钢钢架锚喷射混凝土加强支护，型钢钢架间距0.6m榀，纵向连接筋环向间距1m。为增加格栅底座接触面积，上、下台阶格栅底脚增设工钢托梁，采用双根118工字钢，托梁纵向焊接为一体。 (4)临时仰拱间距0.6m，紧跟核心土施做，采用I18工字钢，临时仰拱间以纵向连接筋连接，连接筋间距1m。 (5)拱脚加设108mm钢管桩，桩长2m，增加承载力。 (6)上下台阶拱脚处每5m做地基承载力试验，掌握地基承载力情况，动态调整底脚基础的形式和接触面积。 (7)上台阶拱顶与拱脚问加设两根工钢斜撑，减小拱顶下沉。 (8)左右线不同时开挖，即右线通过高速公路后，再进行左线开挖。 (9)及早封闭初期支护及早施作二次衬砌，同时初期支护强度满足要求及二次衬砌施工完毕，在二次衬砌背后充填注浆，控制地表沉降。 (1O)施工监测。加强隧道监控量测和路面沉降位移量测，严格控制公路的沉降量，保证行车安全。加大量测频率，根据量测结果指导施工。 3 施工方法 3.1 右线下穿高速公路施工方法 3.1.1 超前大管棚施工 (1)注浆加固范围及大管棚布设。在隧道的拱部140范围内设置108mm的大管棚，每根长18m，环向间距3根/m，每15m一环，搭接长度为3m。管棚长度按145m设置。 (2)安装导向管。管棚施工前，在管棚工作室掌子面洞身开挖轮廓线上方架设一榀拱架，用锚杆锁定，将127mm1m的管棚导向钢管焊在拱架背部。然后挂网喷浆封闭掌子面，只露出导向管端头。考虑到下一循环管棚的开挖及钻具下垂等因素，导向管要加大外插角25(不包括线路纵坡)安装。安装时用经纬仪测量定位。 (3)钻孔。钻孔是管棚施工的关键工艺环节，钻孔质量的优劣关系到管棚的整体质量。根据地质条件及场地条件，选用2台MK-5型液压钻机，该机具有体积小，扭矩大，操作灵活等优点，适于隧道内作业。钻孔主要采用翼片式硬质合金钻进工艺，施工顺序由下向上由两边向中间依次进行。用方木逐层搭建钻机平台。钻孔注意事项和防斜措施：对孔要精确，钻具轴线要与导向管轴线重合；钻机平台要搭建稳固，钻机要固定牢；钻具上安装扶正器；钻进过程中要随时用罗盘测斜仪或经纬仪测量钻杆角度，发现偏差及时纠正。 (4)安装钢管。由于该地质条件差，因此成孔后要及时顶进。为便于顶进，第一根钢管前端加工成锥形。管棚钢管利用钻机动力头顶进，钢管间为内套管焊接连接。为了增强管棚的整体结构性能，相邻两孔钢管接头错开至少1m，同一断面钢管接头数50% 。 (5)注浆。为了避免围岩内孔隙水通过钻孔流出而引起地面沉降，必须及时注浆。采用KBY5070型双液注浆泵，前进式注浆。注浆压力为1.0MPa一1.5MPa或根据施工需要调整。 3.1.2 超前小导管施工 (1)小导管布设。开挖时超前预支护采用42小导管进行超前支护，不注浆。小导管沿开挖轮廓线从格栅腹部穿过，环向间距3根/m，单根长 3.0m，外插角1O14。布设范围在拱部140范围内，纵向每1.5m打设一排小导管，两排小导管纵向搭接长度1.0m。 (2)小导管加工制作与安装。超前注浆小导管采用42钢管加工制成，长度为3.0m，前端加工成锥形，以便插打。末端焊6环形箍筋，以防止采用气动锤振插小导管时端部开裂，插孔时用气动锤振入。对于砂类土，也可用20mm钢管制作风管，将吹风管缓缓插入土中，用高压风射孔，成孔后将小导管插入。 3.1.3 隧道开挖 隧道下穿地段地质属于黄土地段，大管棚及超前小导管施做完毕后，先进行拱部环行开挖，预留拱部核心土核心土长度不小于250cm。开挖完毕，及时进行初期支护、临时仰拱和临时支撑。上台阶开挖支护完成25m后，再进行下断面左、右半部的开挖。在下断面左、右半部开挖时，为防止初期支护拱脚悬空，引起下沉，在拱脚部位设置双排锁脚锚杆，同时下断面左右半部前后错开3m开挖，见图2。上下断面采用挖掘机直接开挖，遇到孤石时，采用预裂爆破技术进行爆破施工。每循环进尺0.6m，同时每0.6m架设型钢拱架一榀，每部开挖完后立即架设型钢拱架，并初喷混凝土，然后打锚杆、挂网复喷混凝土。施工中，边墙设拱部设系统锚杆，边墙设砂浆锚杆，拱部设反循环注浆锚杆，保证围岩稳定。 3.1.4 系统锚杆 系统锚杆与钢架构成初期支护系统，且有较好的扩散半径可以在锚杆周边形成一个固结壳体，使锚杆之间的破碎岩体不会因不能固结而下漏，保证支护效果。钻孔采用凿岩台架风钻，孔径大于32mm。注浆浆液配比为11水泥砂浆，水灰比0.380.45。注浆后用塑胶泥封堵杆体周围及孔口，工作面上的裂纹也用塑胶泥封堵塞。管端外露20cm，以便安装注浆管。注浆过程中，注浆口最高压力控制每根注浆量在30Lmin内。注浆用定量注浆，即每孔注人0.3m3，浆液，但孔口压力已达到0.5MPa时也结束注浆。注浆结束后及时清洗泵、阀门和管路，保证机具完好，管路畅通。 3.1.5 边墙砂浆锚杆 边墙砂浆锚杆仅在隧道边墙布置。采用锚杆长3.5m的砂浆锚杆，纵向间距0.8m，环向间距1.0m。钻孔采用YT一28型风钻，孔眼间距、深度和布置符合设计参数的要求。锚杆钻孔深度应大于锚杆长度10cm，孔距允许偏差15cm。锚杆的锚头制成Y字型，锚端头最大宽度与锚固剂直径相等，将锚杆的锚头安放在锚固卷底部，用TJ一9型风动搅拌机带动锚杆快速旋转，边旋转边推进，锚头在旋转与推进中强烈搅拌浸水后的锚固卷，使水泥浆获得良好的和易性，水泥浆如沿孔壁下滑，孔口用纸堵塞，施工过程要求迅速，时间不要过长。所有锚杆安装垫板，并与基面紧贴，锚杆插人长度不小于设计长度的95%。施工中，砂浆的强度等级、配合比应符合设计要求。锚杆孔内灌注砂浆应饱满密实。锚固采用早强型锚固材料。 3.1.6 喷射混凝土 喷射混凝土前，检查开挖断面尺寸，清除开挖面的浮石和墙角的岩碴、堆积物。受喷面滴水部位埋设导管排水，导水效果不好的含水层可设盲沟排水，对淋水处可设截水圈排水。埋设控制混凝土厚度的标志。喷射混凝土应在开挖后及时进行。喷射作业采用湿喷机、喷射手进行作业。拌合料用混凝土运输罐车运至湿喷机前，通过湿喷机加上速凝剂后，喷至受喷面上。喷射顺序自下而上；在前一层混凝土终凝后进行复喷。喷射混凝土养护在终凝两小时后，采喷雾式养护，控制水量。防止喷水量过大而侵蚀围岩。喷射混凝土平均厚度大于设计厚度，最小厚度不小于设计厚度的2/3，表面平整度允许偏差为100mm。喷射混凝土表面应密实、平整度、无裂缝、脱落、漏喷、露筋、空鼓和渗漏水，锚杆头无外露。 3.1.7 初期支护拱背注浆 拱部开挖过程中，由于失水产生孔隙，易松动脱离，采用拱背注浆充填，效果明显。拱背注浆孔间距根据现场检查结果布置，一般拱顶拱腰共布置3个孔为宜。待初期支护强度达到70%以后、在二次衬砌之前，利用预留注浆管进行注浆，对初期支护与围岩间孔隙进行充填，以控制地表下沉，改善隧道受力状态和封堵隧道渗漏水。注浆材料采用水泥一水玻璃双液浆，注浆压力0.2MPa左右。 3.1.8 二次衬砌施工 为确保隧道施工安全，二次衬砌施作时间应通过监控量测确定，在初期支护沉降基础稳定后及时进行二次衬砌，二次衬砌采用仰拱超前拱墙的方式进行。先施做防水层、安设止水条，然后安装模板台车，灌注混凝土。 3.1.9 衬砌背后压浆填实 衬砌背后压浆在衬砌强度达到70%后进行，及时对背后回填注浆，尤其二次衬砌顶板背后。如留存空隙，既不利于防水，又不利于初期支护与二衬共同承载。二次衬砌背后充填注浆宜采用压力灌浆法，压力0.25MPa。如压力太大，易使衬砌混凝土出现纵向裂隙。其施工工艺流程为：预埋管(衬砌时)制浆灌浆检查试验补灌验收封孔。压浆管在灌筑衬砌混凝土时在拱顶防水板处沿隧道纵向预埋一根塑料压浆管，视混凝土衬砌施工情况通过此管进行衬砌背后压浆填实。压浆材料为水泥砂浆，其配合比：水泥砂水=130.8。压浆时要密切监测衬砌混凝土的变形，若发现异常时立即降压或停止压浆。 3.2 左线下穿高速公路施工方法 左线下穿高速公路地段为DK139816DK139670，长度为146m。施工中左、右线间距30m，为保证隧道施工安全，右线通过高速公路后，左线再跟进施工。 4 安全保证措施 4.1 施工现场监控量测 为保证隧道的安全通过和公路行车安全，根据可能出现影响安全的因素，选择布置适当的监控方案，使其能客观地反映隧道通过高速公路时的安全状况。施工监测是该隧道施工下穿高速公路中非常重要的一个环节，合理、及时、准确的施工监测将为制定施工方法和保证施工安全提供可靠的科学依据，使施工过程完全处于信息化控制中。 4.2 公路行车安全措施 隧道下穿高速公路施工期间，为保证公路的正常运营及隧道的施工安全，施工中条件允许，高速公路宜半幅行车。并按高速公路路政管理规定在施工区域设置限速标志，可减小行车对施工区域内地面的扰动。必要时，可在高速公路路面铺设防滑钢板，并及时对隧道的施工采取短进尺、强支护措施。以保证公路路基的稳定。 5 施工预案 针对该段工程的施工特点，成立专门的生产指挥组，对该段工程施工过程进行全面的监控，并对超前地质预报、监控量侧，质量控制、安全设施等施工过程的管理，由专人负责，责任到位，确保段该工程施工的安全和高速公路的行车安全。在施工中及时对地质超前预报和监控量测的数据进行分析，并及时反馈监理、业主和设计单位，制定可行性施工方案。 5.1 地质超前预报 施工中，组建地质超前预报专业小组，采用先进科技手段进行超前地质探测预报，提前准备各种可能的不良地质条件的施工预案，超前处理不良地质，是实现该隧道穿越高速公路安全施工和快速掘进的必要条件。该隧道施工采用超前钻孔法，在正洞掌子面上用水平钻孔打10m20m的超前钻孔，根据钻取岩芯状况，测定数据和钻孔速度，循环水质预报孔深范围的地质情况。此外还应综合运用地球物理探测法并与地质调查相结合，提高预报的准确性。根据地质超前预报提供资料，对不良地质制定可行性施工预案。 5.2 高速公路路面沉降监控措施 在施工中，为保证高速公路行车安全，对高速公路路面沉降进行观测是关键。通过路面的沉降观测数据，进行分析判断地表的变化，根据变化规律来指导施工，并制定可行性的施工措施。判断路面进入稳定阶段方法为：根据沉降量与时间关系曲线来判断。在观测中，每期沉降量均不大于221/2倍测量中误差，可认为进入稳定阶段。若沉降速度小于0.O1mm/d0.04mm/d，可认为进入稳定阶段。 5.3 局部塌方的处理措施 开挖过程中，在砂层地质中拱部易产生小坍塌时，采用超前注浆(如砂层中采用化学浆液)预加固地层，使其固结后再开挖，对坍塌部位采用混凝土砌块回填密实。且加强初期支护拱背注浆。若局部坍塌洞室较大，应考虑先高压吹砂回填后再注浆，并要多次注浆，严禁使用废编织袋、木材等堵塞空洞。隧道施工预防塌方首先做好地质预报，选择安全合理的施工方法和措施。在施工中应采取“早排水、短开挖、弱爆破、强支护、快衬砌、勤检查”施工措施。参考文献：1朱合华，丁文其.地下结构施工过程的动态仿真模拟分析J.岩石力学与工程学报，1999，18(5).2张玉军，熊传义.拟建中的武汉地铁隧道盾构法施工的平面有限元数值模拟J.岩土力学，2001，22 (1).