超淺埋大斷面隧道明暗結(jié)合施工技術(shù)

鄧尤波

1 工程概況

集包增建第二雙線鐵路卓資一號隧道位于內(nèi)蒙古集寧市卓資縣境內(nèi),地處內(nèi)蒙古低中山區(qū),地形崎嶇復(fù)雜,溝谷切割強烈,隧道穿越地層局部埋深淺,起訖里程:DK549+390～DK550+997,全長 1 607 m,是本工程重點控制工程。

卓資一號隧道進洞口段屬于淺埋新黃土,隧道埋深在-2 m～20 m,開挖斷面積140.88 m2,淺埋段一般都帶有偏壓,施工難度大,很容易造成塌方,特別是超淺埋(埋深在-200 cm～300 cm)大斷面(開挖面積大于120 m2)隧道施工難度更大,更易造成塌方引發(fā)安全事故。針對超淺埋大斷面隧道施工,研究制訂了本施工方法,巧妙地規(guī)避了塌方風險,成功解決了超淺埋大斷面隧道施工難度大、易塌方這一技術(shù)難題。

2 施工方法

2.1 工藝流程

施工準備→測量放樣→襯砌輪廓外土體開挖→修整上弧導胎模→胎模覆蓋塑料布→布鋼架、連接筋和鋼筋網(wǎng)→澆筑拱圈混凝土→上弧導開挖→左右交錯開挖中導→施作中導初期支護→左右交錯開挖下導→施作下導初期支護→仰拱開挖→順序澆筑仰拱及填充→施作二次襯砌。

2.2 操作要點

1)沿隧道襯砌外輪廓將地表覆蓋的多余的土石清除掉,同時將缺少部分補齊,兩側(cè)拱腳處加寬,使其形成一個比隧道襯砌外輪廓稍大的胎模。要求胎模圓順,胎模輪廓比設(shè)計襯砌外輪廓大20 cm,兩側(cè)拱腳加寬100 cm,胎模上覆蓋塑料布以防止拱圈混凝土與胎模巖石粘結(jié)。

2)在胎模上布鋼拱架、連接筋和鋼筋網(wǎng)。鋼拱架采用Ⅰ20型鋼鋼架,間距80 cm,連接筋采用Φ 22螺紋鋼,環(huán)向間距 60 cm,上下兩層交錯布置,鋼筋網(wǎng)采用φ 10盤條焊接成15 cm×15 cm網(wǎng)格。鋼筋網(wǎng)與鋼架離開胎模輪廓一定距離,確保混凝土保護層不小于5 cm。鋼架要伸入擴大拱腳基底30 cm,并用砂土埋設(shè)。

3)在上弧導拱架外側(cè)和擴大拱腳處安裝模板,澆筑C25混凝土,使其形成一個厚度不小于60 cm的鋼筋混凝土剛性拱圈。

4)待拱圈混凝土強度達到后,在鋼筋混凝土剛性拱圈的保護下進行洞身開挖。開挖施工步驟見圖1。

a.上弧導采取預(yù)留核心土環(huán)形開挖,開挖進尺根據(jù)初期支護鋼架設(shè)置間距確定,最大不超過1.6 m,上臺階要求開挖矢跨比大于0.3。b.中導左右兩側(cè)馬口交錯開挖,先后交錯2 m～3 m,開挖進尺根據(jù)初期支護鋼架設(shè)置間距確定,最大不超過2.4 m,及時施作初期支護。c.下導左右兩側(cè)馬口交錯開挖,先后錯開2 m～3 m,開挖進尺根據(jù)初期支護鋼架設(shè)置間距確定,最大不超過2.4 m,及時施作初期支護。d.掘進3 m～5 m后,按上中下順序挖除核心土,上中下三個臺階長度保持在3 m～5 m。e.分段開挖仰拱,仰拱開挖長度控制在3 m～5 m,開挖后及時施作仰拱初期支護、仰拱及填充混凝土使支護體系盡早閉合成環(huán)整體受力。

5)采用移動式棧橋進行仰拱混凝土施工。

6)混凝土灌注前按設(shè)計要求做好鋼筋安裝、防水層鋪設(shè)及各類預(yù)埋件、預(yù)留孔、溝、槽、管路的設(shè)置。

3 監(jiān)控量測技術(shù)

需進行的監(jiān)控量測項目見表1。

表1 監(jiān)控量測項目一覽表

隧道內(nèi)每隔5 m布一個量測斷面,每個斷面布置一個拱頂下沉測點和兩條水平凈空收斂量測基準線。隧道內(nèi)測點布置見圖2。并在隧道拱頂?shù)乇砼c隧道內(nèi)量測斷面對應(yīng)位置布置地表沉降觀測點,地表觀測頻率與隧道內(nèi)量測頻率相同。

凈空水平收斂量測和拱頂下沉量測采用相同量測頻率。測量頻率見表1,實際量測頻率從表中根據(jù)變形速度和距開挖工作面距離選擇較高的一個量測頻率。

水平收斂量測采用激光斷面儀量測,開挖后按要求迅速安裝測點并編號,在開挖后12 h內(nèi)讀取初讀數(shù)。拱頂下沉量測采用激光斷面儀、精密水準儀、收斂計和銦瓦尺進行量測,噴射混凝土后迅速在拱頂設(shè)點。

根據(jù)量測結(jié)果,繪制位移—時間曲線,進行回歸分析,判斷圍巖及支護穩(wěn)定情況,及時反饋,以指導施工。

4 施工效果分析

采用本施工方法與原設(shè)計施工方法相比較,每延米可節(jié)約超前支護費用約1 300元,或節(jié)約臨時支撐費用約9 000元,功效提高節(jié)約費約1 100元,增加剛性拱圈混凝土費用約4 000元,增加胎模鋼拱架費用約2 300元,合計每延米可節(jié)約成本5 100元,在205 m超淺埋段施工過程中,累計節(jié)約成本約105萬元。

5 結(jié)語

集包增建第二雙線鐵路卓資一號隧道進口采用明暗結(jié)合的施工方法,取消原設(shè)計雙側(cè)壁導坑法中的超前支護及大量臨時支撐,并簡化了施工工序,提高了施工進度。相比明挖法施工,則規(guī)避了開挖放坡大、明洞混凝土施工難、回填量大等一系列難題,且在施工過程中未發(fā)生一起塌方事故,地表沉降全部控制在2 cm

以內(nèi),且地表未發(fā)現(xiàn)開裂現(xiàn)象。因此,明暗結(jié)合施工方法完全是可行的。

[1] TB 10204-2002,鐵路隧道施工規(guī)范[S].

[2] 關(guān)寶樹.隧道施工要點集[M].北京:人民交通出版社,2003.

[3] 朱永全,宋玉香.隧道工程[M].北京:中國鐵道出版社,2005.

[4] 李東平.大斷面黃土隧道施工技術(shù)探討[J].山西建筑,2008,34(5):329-330.