大跨度連拱隧道施工技術淺談

徐 坤

(西南交通大學,四川成都 610031)

連拱隧道在我國的發展有 20多年的歷史,據文獻報道,我國最早成型的公路連拱隧道是于 1993年通車的廣州市白云山三車道連拱隧道。其具有接線布設靈活、節省洞口路基和橋梁分幅所占土地面積、縮小所占地下空間、提高地下空間利用率等優點,使其在公路建設中得到廣泛應用。隨著高等級公路路幅寬度的增加,連拱隧道的跨度也隨之增大,從2×2車道發展至 2×3車道連拱隧道,直至出現 2×4車道的特大跨度連拱隧道,這也對公路隧道的建設者提出了新的要求[1]、[2]。

1 工程概況

金雞山隧道位于福州東北部,屬于福州長樂國際機場高速公路的二期工程。隧道場址區屬低山丘陵地貌,圍巖以Ⅴ、Ⅳ級圍巖為主。隧道為 2×4車道雙洞連拱隧道,單洞凈跨度為 18.15m,毛洞跨度達 41.36m,最大覆蓋層厚度約 50 m,隧道長度為 295m,縱坡采用 -2.2%。隧道斷面采用R-950c m和 R-640 c m的三心圓形式,高跨比為 0.648(如圖1)。

圖1 金雞山隧道凈空斷面圖

2 隧道施工方案

金雞山隧道圍巖級別為Ⅴ～Ⅳ級,Ⅴ級圍巖段主洞采用大管棚小導管預注漿超前支護,Ⅳ級圍巖段主洞采用超前錨桿超前支護,均采用雙側壁導坑法開挖,超前支護施工輔助措施須在開挖之前施工。不同圍巖的詳細開挖步驟如圖 2。

3 施工工藝

由于隧道埋深淺、跨度大,因此,在施工中對不同圍巖采取不同的施工方式,并嚴格按“管超前、嚴注漿、弱爆破、短開挖、強支護、早噴錨、勤量測、早封閉”的原則組織和施工。

3.1 中導洞及中墻施工

中導洞開挖時應注意保護圍巖,貫通后應及時澆筑中隔墻;當中墻基底為土質時,為了提高基礎承載力,在中墻底部基礎增加布設 50×5注漿小導管,而后再澆筑中隔墻。施工時應嚴格控制膨脹混凝土的配合比及外加劑摻量,使中隔墻頂部與圍巖頂緊密實,并在中墻頂部預埋注漿管,以便發現不密實時可采用壓漿補救;中導洞在中隔墻處的錨桿應伸入中隔墻內 1m,以確保中隔墻整體受力。待中隔墻混凝土達到設計強度 70%以上,方可進行主洞開挖。

圖 2 不同圍巖的詳細開挖步驟圖

3.2 正洞開挖

隧道進出口成洞面地質都較差。成洞面采用噴射混凝土、錨桿群及掛網加固穩定,進出口結合相關的施工輔助措施成洞。仰拱應采用跳槽開挖,開挖后應及時施作,盡快形成閉合環。開挖時必須嚴格控制欠挖,盡量減少超挖,必須采用光面爆破、微震爆破、預裂爆破等控制爆破技術,并須通過爆破震動監測等監控手段嚴格控制爆破震動對隧道圍巖和地表建筑物的不利影響。Ⅴ級圍巖宜采用人工挖掘或弱爆破開挖,注意掌子面的觀察和及時必要的支護。隧道施工放樣應保證精度。施工時應根據隧道各主要控制點的坐標計算隧道的長度和方向,并據此實地放線。為保證隧道底部按圖紙所示的縱坡開挖并滿足襯砌的正確放樣,洞內每隔 50 m應設置一個水準點。

3.3 初期支護施作

各級圍巖爆破開挖后應及時施作初噴射混凝土,封閉圍巖外露面。初噴厚度當初期支護設有鋼支撐時不得小于 4 c m,初噴后應立即安裝鋼拱架、鋼筋網、錨桿等,緊接著噴至設計的初支厚度;所有噴射混凝土均應采用濕噴技術,不得采用干噴,以確保噴射混凝土的質量。在噴射混凝土前,應用水或高壓風管將巖壁面的粉塵和雜物沖洗干凈。噴射作業應以適當厚度分層進行,后一層噴射應在前一層混凝土終凝后進行。若終凝后間隔 1h以上且初噴表面已蒙上粉塵時,受噴面應用高壓氣體、水清洗干凈。巖面有較大凹洼時,應結合初噴予以找平。噴射混凝土終凝 2h后,應噴水養護,養護時間一般不少于 7 d。應根據中線、水平、坑道斷面和預留沉落量等將鋼拱架設在中線方向的垂直面上,并力求整齊,與圍巖應盡量密貼。鋼架與圍巖間的間隙必須用噴射混凝土充填密實,當間隙過大時應及時用契形塊頂緊(契形塊環向間距不大于 0.8 m);鋼架之間應縱向連接牢固,構成整體。應根據地質條件采取防止支護下沉的措施,支護柱腳下虛渣必須清除,地層松軟時應加設墊板或墊托梁。在開挖臨時拱腳處應噴射飽滿。錨桿與墊板應保持垂直,并與噴射混凝土充分接觸,螺母務必擰緊。

3.4 防排水控制措施

3.4.1 施工排水

隧道施工前應先按設計要求及時做好洞頂、洞口的地面排水系統,防止地表水的下滲和沖刷;應清理洞口附近地面,開溝疏導封閉積水洼地,不得積水?？碧接玫目油?、探坑等應回填粘土,并分層夯實。洞外路塹向隧道內為下坡時,路基邊溝應做成反坡,向路塹外排水,并宜在洞口 3～5 m位置設置橫向截水設施,攔截地表水流入洞內。洞內反坡排水時必須采取機械排水,排水方式可根據距離、坡度、水量和設備等情況選用排水溝或管路,或分段接力或一次將水排出洞外。施工廢水應通過管路及不透水的溝槽排泄到隧道范圍以外,臨時開挖面底部不得積水。施工中遇到地下水應逐段取樣化驗,了解有否侵蝕性,以便及早采取防腐蝕措施。

3.4.2 結構防排水

在 E V A防水板施工時,噴射混凝土表面應整平,凹凸不平面的跨深比不大于 1/6,對鋼筋等尖銳的突出物要割除磨平,以免扎破防水層。E V A防水卷材之間搭接寬度為10c m,并采用自動行走式熱合機進行雙縫焊接。每道焊縫均應進行氣密性檢查,充氣壓力為 0.15 MP a,并保持恒壓時間不少于 2 m i n。焊縫強度不得低于母體強度。排水管接頭應密封牢固,不得出現松動。施工時應保證側式及縱橫向排水管不被壓碎和阻塞;澆筑側溝頂混凝土時應采取隔離措施,防止水泥漿下滲造成排水溝堵塞,確保排水系統暢通。施工縫采用 P-201止水材防水,施工前應用鋼絲刷除掉施工面的砂粒及混凝土渣,施工后確認混凝土和 P-201間有無縫隙,存在縫隙時用抹子抹平。P-201止水材施工后至表面硬化需要約 24h,在 P-201表面硬化完全達到指觸干燥后,才可以進行后期的混凝土續澆。施工中應注意保護 P-201不要浸水。

3.5 二次襯砌

二次襯砌混凝土澆筑時應加強施工組織管理,選擇干縮小的混凝土配合比,采用剛度足夠的模板臺車,以盡量減小二次襯砌與初支之間的間隙。澆筑混凝土每一模二襯的拱頂預埋三個壓漿管,管頂距拱頂初襯表面 2 c m左右,其上用塑料薄膜包住,防止管口堵塞。在二襯澆筑一段時間達到設計強度并完成大部分干縮后,采用M25號的細水泥砂漿進行注漿,注漿壓力為 0.15 M P a,以填充襯砌背后的間隙[3～5]。

4 結束語

連拱隧道施工,先施工中導洞,這樣可以超前預報整體隧道的地質,又能改善洞內施工環境。正洞開挖工法應根據工期和地質狀況合理確定。

中隔墻在左右洞施工過程中,受力轉換十分復雜,容易產生偏心、扭曲,因此在中墻兩邊回填或采取其他臨時支撐,能夠起到初期支護與二次襯砌一樣的作用,有利于中墻穩定。

隧道防水,除滲水管及防水布要嚴格施作外,特別要注意鋼筋施作極易擾動防水層,要加強防護,在圍巖變化地段,要增設沉降縫。

條件比較差的圍巖爆破后應該盡早進行支護,否則容易引起拱頂坍塌。

[1]王亞瓊,謝永利.連拱隧道在我國的發展與研究[J].公路,2008(6):216-219

[2]唐穎.金雞山特大跨度連拱隧道設計[J].公路,2007(8):217-218

[3]福建省交通規劃設計院.福州長樂國際機場高速公路二期工程招標文件[R].福州:福建省交通規劃設計院,2007

[4]J T GD 70-2004公路隧道設計規范[S]

[5]J T J 042-94公路隧道施工規范[S]