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大跨扁平隧道施工技術

2013-04-29 00:00:00馬傳明張萍
建筑與文化 2013年5期

摘要:仰口隧道是青島濱海公路北段的唯一一座隧道,最大開挖跨度達16.44m,開挖高度達到11.83m,隧道結構內部凈寬14.66m,凈高7.95m,結構凈空高跨比為0.54,屬于典型的大跨度扁平隧道。針對這種大跨度扁平隧道的受力和變形特點,仰口隧道支護結構采用超前支護,再分部開挖,并及時施作初期支護,同時在施工過程中對拱頂下沉、周邊收斂等監控量測措施,保證了隧道施工的安全。

關鍵詞: 大跨度 隧道 施工技術

1.工程概況

仰口隧道是青島濱海公路北段的唯一一座隧道,位于青島嶗山區劈石口,是青島濱海公路北段的控制工程。仰口隧道設計車速80km/h,一級公路,雙向六車道,隧道左右線均為單向三車道。左線進口里程ZK57+650,出口里程ZK61+525,全長3875m;右線進口里程YK57+654,出口里程YK61+542,全長3888m。最大開挖跨度達16.44m,最大開挖高度達11.83m。仰口隧道結構內部凈寬14.66m,凈高7.95m,結構凈空高跨比為0.54,屬典型的大跨度扁平隧道。

仰口隧道圍巖大部分為Ⅱ級、Ⅲ級,洞身多為花崗巖、煌斑巖等巖脈穿插其中,受構造影響較大,貫通節理不多,場區按中-低應力考慮,采用全斷面開挖,這里不過介紹。本文主要介紹隧道進、出口段Ⅳ級、Ⅴ級圍巖段的施工。隧道北洞口圍巖為Ⅴ級(進口)處在山體與第四紀接觸帶處,位置較低,洞口之上為崩塌和坡積的塊石土,全風化煌斑巖,塊石直徑較大,松散堆積土為亞粘土,風化層較厚,厚度大于5m,不利于洞口的形成,沿口處為煌斑巖或花崗巖,基巖裸露,節理裂隙發育,對隧道穩定性影響較大。南洞口(出口)圍巖為Ⅴ級,為山前坡積地貌單位,坡洪積,沿口處覆蓋層(亞粘土、碎石層)為5~9m,下部為強風化煌斑巖、花崗巖,節理裂隙發育。

2.隧道施工

2.1隧道支護結構參數

仰口隧道進出口段圍巖為Ⅳ級和Ⅴ級圍巖。由于洞口段圍巖整體性差,裂隙發育,開挖跨度又大,達到16.44m,因而隧道開挖后穩定性差,對Ⅴ級圍巖(包括加強段)進行超前支護。Ⅴ級圍巖加強段,采用ф108×6超前大管棚和ф32超前小導管注漿加固圍巖,大管棚長25m,進出口各打一環,環向間距40cm,共53根,小導管長2.5m,環向間距40cm,每兩榀鋼拱架打設一環,共53根。Ⅴ級圍巖只采用超前小導管注漿加固圍巖,長3.0m,環向間距30cm,每兩榀打設一環。均采用錨桿、鋼拱架、鋼筋網和噴射混凝土作為初期支護,錨桿采用Φ25中空注漿錨桿,長4.0m,間距1.0×1.0m,梅花型布置,鋼拱架(I22a)Ⅴ級段間距0.75m,Ⅴ級加強段間距0.5m,鋼筋網ф6,150×150mm網格尺寸,均為雙層,噴射混凝土厚30cm。初期支護和二次襯砌之間采用400g/㎡無紡布和1.5mm厚的ECB防水板。二次襯砌厚度為60cm,采用C30鋼筋混凝土,鋼筋分別為25mm和20mm,預留變形10cm,抗滲等級S6。

Ⅳ級圍巖段不設超前支護,支護結構由錨桿、鋼筋網、鋼格柵和噴射混凝土組成,系統錨桿采用Φ25中空注漿錨桿,長3.5m,間距1.0×1.0m,梅花型布置,鋼格柵間距1.0m,鋼筋網ф6,150×150mm網格尺寸,單層,噴射混凝土厚為25cm,初期支護和二次襯砌之間采用400g/㎡無紡布和1.5mm厚的ECB防水板。二次襯砌厚50cm,采用C30鋼筋混凝土,鋼筋直徑18mm,預留變形量8cm,抗滲等級S6。

2.2隧道施工

仰口隧道共分四個標段,左右線各為兩個,開挖分別從洞口開始施工。根據圍巖工程地質特征、結構特征和完整性、圍巖開挖后的穩定性、巖體節理發育程度等,經過比選多種施工方案,確定不同圍巖級別采取不同的施工方法。Ⅴ級圍巖段(包括加強段),先對隧道拱部用超前大管棚(加強段)和超前小導管注漿進行預加固,以使拱部形成具有足夠強度和剛度的超前支護體系,保證施工安全,然后采用“眼鏡法”開挖施工,施工過程中采用光面爆破,盡量減少對圍巖的擾動,如下圖:

Ⅴ級圍巖地段隧道施工主要步驟如下:

⑴施作拱部超前大管棚(加強段)和超前小導管預注漿支護,注漿時采用水泥漿,水灰比為0.5:1.5~1:1.5,大管棚注漿初壓力0.5~1.0Mpa,終壓力2~2.5 Mpa,小導管注漿壓力0.6~1.0 Mpa;⑵開挖左、右兩側上導坑;⑶施作兩側上導坑的初期支護和臨時支護,包括施作錨桿、鋼筋網、鋼拱架、噴射混凝土,臨時支護采用I20a鋼支撐,間距和初期支護鋼支撐相同,鋼支撐用Ф22螺紋鋼連接起來增加支護的剛度,再焊接鋼筋網,最后噴射混凝土;⑷開挖兩側下導坑;⑸施作兩側下導初期支護、臨時支護,支護參數同⑶步;⑹開挖中間上部核心土;⑺施作中上部初期支護,支護參數同⑶步;⑻開挖中心下臺階;⑼施作中心底部的初期支護,支護參數同⑶步;⑽拆除臨時支護,鋪設防水層;⑾模筑二襯混凝土,施作附屬結構。在施工過程中,每個掌子面錯開10~15m,臨時支護拆除根據量測結果,每次拆除6~8m.

Ⅳ級圍巖的穩定性相對好一些,因而采用上下臺階法開挖施工,主要施工步驟如下:

⑴開挖上臺階;⑵施作上臺階拱部初期支護,包括系統錨桿、鋼格柵、鋼筋網和噴射混凝土,鋼格柵每米一榀,用Ф22螺紋鋼連接起來,其環向間距為1.0m,打Φ25中空注漿錨桿,噴射鋼筋網混凝土;⑶開挖兩側下臺階(預留核心土);⑷施作下半斷面邊墻初期支護,支護參數同⑵步;⑸開挖預留核心土;⑹施作仰拱初期支護;⑺鋪設防水層,模筑混凝土,施作內部附屬結構。開挖過程中采用光面爆破,爆破時注意對初期支護的保護。

隧道開挖后,圍巖整體性被破壞,自身需要重新應力分布,再加上隧道本身跨度較大,因此,測量拱頂下沉直接可以反映隧道的穩定性。在隧道施工過程中對拱頂斷面下沉情況加強量測,根據測量結果指導施工,調整支護參數,以確保施工安全。

3.隧道拱頂下沉量測

拱頂下沉量測結果可以用來判斷周邊圍巖的穩定性,初期支護是否妥當及二次襯砌的施作時間等。采用精密水準儀配合鋼尺,精度0.05mm,測點用Ф22螺紋鋼焊接一三角形鐵鉤組合而成。測點安裝完后,噴射混凝土封閉巖體表面,做好測點保護。

4.結語

仰口隧道開挖跨度大,高跨比小,隧道圍巖較差,易發生塌方。在施工過程中,嚴格遵循著“管超前,嚴注漿,短開挖,強支護,勤量測,早封閉”的基本原則,通過采取超前大管棚和超前小導管注漿預加固,并采用系統錨桿、鋼拱架和噴射鋼筋網混凝土作為初期支護結構,眼鏡法和臺階法開挖等技術措施,并通過光面爆破,控制裝藥量等手段,加強監控量測,通過測量數據調整施工參數,指導施工,確保了隧道施工安全,為順利完工提供了強有力的技術保障。

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