預(yù)留核心土環(huán)形導(dǎo)坑法在隧道施工中的應(yīng)用

郭彥彥

(中鐵十二局集團(tuán)第三工程有限公司,山西 太原 030024)

預(yù)留核心土環(huán)形導(dǎo)坑法在隧道施工中的應(yīng)用

郭彥彥

(中鐵十二局集團(tuán)第三工程有限公司,山西 太原 030024)

針對(duì)不同的隧道圍巖等級(jí),應(yīng)當(dāng)采取相適應(yīng)的開(kāi)挖方法.通過(guò)結(jié)合龍崗隧道工程項(xiàng)目,斷面較大,大部分為Ⅳ、V級(jí)圍巖,隧道開(kāi)挖斷面大(特大斷面)、質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)高,施工組織復(fù)雜、施工難度大.設(shè)計(jì)要求Ⅲ圍巖S3型襯砌采用預(yù)留核心土法施工,Ⅳ級(jí)圍巖深埋段S4b型襯砌采用預(yù)留核心土環(huán)形導(dǎo)坑法,Ⅴ級(jí)及Ⅳ級(jí)圍巖淺埋段圍巖S5a、S5b、S5c、S5d、S4a型襯砌采用雙側(cè)壁導(dǎo)坑法開(kāi)挖.

隧道工程;圍巖;核心土;開(kāi)挖跨度

1 工程概況

營(yíng)城子至松江河高速公路撫民至靖宇高速公路是東北骨架公路網(wǎng)規(guī)劃的一條高速公路,是吉林省"十一五"重點(diǎn)建設(shè)項(xiàng)目.營(yíng)城子至松江河高速公路撫民至靖宇路段起于輝南縣撫民鎮(zhèn),止于靖宇縣濛江鄉(xiāng)境內(nèi)擬建中的鶴大高速公路,路段長(zhǎng)52.698 km.其龍崗隧道為雙向分離式隧道,洞門(mén)為削竹式洞門(mén).隧道內(nèi)地質(zhì)主要為強(qiáng)風(fēng)化黑云母花崗巖、少量弱風(fēng)化黑云母花崗巖,巖體破碎,圍巖自穩(wěn)能力差.

兩隧道中心距30~68 m,洞形為三心圓形,隧道最大開(kāi)挖跨度13 m,最大開(kāi)挖高度10.51 m.隧道縱面均為單向坡,左幅縱坡為2.715%,右幅縱坡為2.763%.隧道左線(xiàn)施工長(zhǎng)度1 895 m,起訖里程為K203+295~K205+190,其中襯砌結(jié)構(gòu)為普通明洞50 m(進(jìn)口25 m)、Ⅲ級(jí)圍巖354 m(其中停車(chē)帶40 m),Ⅳ級(jí)圍巖893 m(其中停車(chē)帶40 m)、Ⅴ級(jí)圍巖598 m(其中加強(qiáng)段370 m).進(jìn)口位于R=2 700的圓曲線(xiàn)上,出口位于直線(xiàn)上,中部位于直線(xiàn)及R=4 007.61的圓曲線(xiàn)上.隧道右線(xiàn)施工長(zhǎng)度為1 870 m,起訖里程為YK203+280~YK205+150.Ⅲ級(jí)圍巖346 m(其中停車(chē)帶40 m),Ⅳ級(jí)圍巖731 m(其中停車(chē)帶40 m)、Ⅴ級(jí)圍巖744 m(其中加強(qiáng)段360 m).進(jìn)口位于R=2 300圓曲線(xiàn)上,出口位于直線(xiàn)上,中部位于R=4 000的圓曲線(xiàn)上.

2 隧道洞身開(kāi)挖方案

本項(xiàng)目隧道為雙向8車(chē)道,單洞4車(chē)道,限界凈空為18.25 mX5 m,斷面較大,大部分為Ⅳ、V級(jí)圍巖,隧道開(kāi)挖斷面大(特大斷面)、質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)高,施工組織復(fù)雜,施工難度大,工序轉(zhuǎn)換頻繁,進(jìn)度緩慢.隧道設(shè)計(jì)為限界高度5.0 m,寬度18.25 m;隧道凈高9.18 m,總寬度19.1 m.車(chē)行橫洞限界高度5.0 m,寬度6.5 m.人行橫洞限界高度2.5 m,寬度2 m.設(shè)計(jì)要求Ⅲ圍巖S3型襯砌采用預(yù)留核心土法施工,Ⅳ級(jí)圍巖深埋段S4b型襯砌采用預(yù)留核心土環(huán)形導(dǎo)坑法,Ⅴ級(jí)及Ⅳ級(jí)圍巖淺埋段圍巖S5a、S5b、S5c、S5d、S4a型襯砌采用雙側(cè)壁導(dǎo)坑法開(kāi)挖.

3 施工工藝

3.1 預(yù)留核心土法

本施工技術(shù)適用于Ⅲ級(jí)圍巖地段,預(yù)留核心土法開(kāi)挖將全斷面共分4部分進(jìn)行開(kāi)挖,采用平行流水作業(yè),依次開(kāi)挖各部分向前推進(jìn)施工.預(yù)留核心土法施工工藝流程見(jiàn)圖1所示,預(yù)留核心法施工橫斷面見(jiàn)圖2所示.該工藝的施工步驟首先在上一循環(huán)的超前支護(hù)防護(hù)下,弱爆破開(kāi)挖Ⅰ部,然后進(jìn)行初期支護(hù)①.弱爆破開(kāi)挖Ⅱ部,并施作初期支護(hù)②.弱爆破開(kāi)挖Ⅲ部,施作③部初期支護(hù).弱爆破開(kāi)挖Ⅳ部核心土,然后澆筑④部邊墻與拱部二次襯砌.

圖1 III級(jí)圍巖地段施工流程圖

圖2 臺(tái)階法施工工序橫斷面示意圖

施工方法分為以下6步:①Ⅰ部全斷面開(kāi)挖,Ⅱ部、Ⅲ部分左右幅交替開(kāi)挖并進(jìn)行初期支護(hù),以保證Ⅰ部車(chē)輛通行.②隧道洞身開(kāi)挖采用光面爆破,風(fēng)動(dòng)鑿巖機(jī)鉆孔,人工裝藥;爆破采用非電毫秒雷管起爆,2號(hào)巖石硝銨炸藥爆破.開(kāi)挖使用自制移動(dòng)式臺(tái)架作為施工平臺(tái)進(jìn)行施工作業(yè).③隧道出渣采用無(wú)軌運(yùn)輸方式,裝載機(jī)裝渣,挖掘機(jī)清底,自卸汽車(chē)出渣.④型鋼鋼架在洞外加工場(chǎng)胎模加工成型,經(jīng)預(yù)拼裝檢驗(yàn)合格后洞內(nèi)安設(shè).采用濕噴工藝進(jìn)行洞內(nèi)噴射混凝土施工,混凝土由強(qiáng)制式拌和機(jī)拌制,混凝土運(yùn)輸車(chē)運(yùn)至作業(yè)面;錨桿采用風(fēng)動(dòng)鑿巖機(jī)成孔,注漿泵壓注水泥漿或水泥砂漿.⑤隧道鋪底混凝土(路面基層)分左右幅施工,以便車(chē)輛通行.⑥各導(dǎo)坑長(zhǎng)度不得大于18 m,二襯與最遠(yuǎn)掌子面距離不大于120 m.

本工程安全步距要求及逃生管道設(shè)置,Ⅲ級(jí)圍巖S3型襯砌,導(dǎo)坑法施工過(guò)程中,導(dǎo)坑長(zhǎng)度不得大于18 m,二襯與最遠(yuǎn)掌子面距離不宜大于120 m.

3.2 預(yù)留核心土環(huán)形導(dǎo)坑法

本工藝適用于Ⅳ級(jí)圍巖,預(yù)留核心土環(huán)形導(dǎo)坑開(kāi)挖法將隧道全斷面分成7部分進(jìn)行開(kāi)挖,施工先施作超前支護(hù),開(kāi)挖中部導(dǎo)坑Ⅰ部,然后沿左右側(cè)自上而下分Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ進(jìn)行開(kāi)挖,每開(kāi)挖一步均應(yīng)及時(shí)施作錨噴支護(hù)、安設(shè)鋼架,待整個(gè)開(kāi)挖面支護(hù)成環(huán)后立即施做墊層、仰拱,等圍巖變形穩(wěn)定后立即施作二次襯砌.采用預(yù)留核心土環(huán)形導(dǎo)坑開(kāi)挖法施工.在S4b型襯砌導(dǎo)坑法施工過(guò)程中,導(dǎo)坑長(zhǎng)度不得大于15 m,二襯與最遠(yuǎn)掌子面距離不宜大于100 m.隧道開(kāi)挖采用光面爆破時(shí)應(yīng)嚴(yán)格控制裝藥量.施工過(guò)程中應(yīng)按監(jiān)控量測(cè)設(shè)計(jì)要求,埋設(shè)洞內(nèi)觀測(cè)點(diǎn),實(shí)施監(jiān)控量測(cè),并及時(shí)反饋信息以指導(dǎo)施工和修改設(shè)計(jì).

本工程IV級(jí)圍巖預(yù)留核心土環(huán)形導(dǎo)坑開(kāi)挖施工步驟如下:①超前支護(hù).主洞洞身采用單排C25 mm超前錨桿支護(hù),單根長(zhǎng)度4 m,外插角10°~15°.超前錨桿加工場(chǎng)制作,運(yùn)至工作面安裝,采用風(fēng)動(dòng)鑿巖機(jī)鉆孔并導(dǎo)入,注漿錨固并將端部焊接在拱架上.②開(kāi)挖先行導(dǎo)坑.開(kāi)挖采用弱爆破為主,軟弱破碎巖層采用機(jī)械開(kāi)挖方式.開(kāi)挖進(jìn)尺控制在1~2榀鋼架距離為宜.③先行導(dǎo)坑初期支護(hù),支護(hù)緊跟掌子面.主洞洞身及導(dǎo)坑側(cè)壁墻初噴后,主洞洞身支護(hù)采用φ25 mm中空注漿錨桿、鋼筋網(wǎng)片、型鋼拱架,型鋼拱架采用φ42X4 mm(無(wú)縫鋼管)施作鎖腳錨桿(管),以加強(qiáng)鋼支撐的穩(wěn)定性.④左右側(cè)導(dǎo)洞開(kāi)挖及支護(hù).先行導(dǎo)洞開(kāi)挖大于15 m后,開(kāi)挖左側(cè)導(dǎo)洞,并施作初期支護(hù).左側(cè)導(dǎo)洞開(kāi)挖15 m后開(kāi)挖右側(cè)導(dǎo)洞.保持各分部開(kāi)挖斷面和各部的縱向間距,開(kāi)挖輪廓線(xiàn)要圓順,以減少出現(xiàn)應(yīng)力集中現(xiàn)象.⑤核心土的開(kāi)挖.采用兩臺(tái)階開(kāi)挖方式開(kāi)挖核心土,上臺(tái)階超前長(zhǎng)度3~5 m.施工期間做好施工安排及協(xié)調(diào),避免施工干擾.⑥仰拱澆筑及二次襯砌.核心土開(kāi)挖后進(jìn)行仰拱墊層的澆筑,綁扎仰拱鋼筋澆筑仰拱,等初期支護(hù)穩(wěn)定后澆筑二次襯砌,二次襯砌采用液壓整體模板襯砌臺(tái)車(chē),混凝土輸送泵入模;插入式振搗器振搗為主,附著式振搗器為輔的振搗方式.

Ⅳ級(jí)圍巖S4b型襯砌,導(dǎo)坑法施工過(guò)程中,導(dǎo)坑長(zhǎng)度不宜大于15 m,二襯與最遠(yuǎn)掌子面距離不宜大于100 m.

4 結(jié)束語(yǔ)

結(jié)合工程實(shí)踐,文章通過(guò)結(jié)合龍崗隧道工程實(shí)例,針對(duì)隧道某標(biāo)段巖體破碎,擠壓揉皺嚴(yán)重情況,對(duì)于本隧道中的III、Ⅳ級(jí)圍巖深埋段提出采取預(yù)留核心土方式進(jìn)行開(kāi)挖施工.通過(guò)合理控制各個(gè)開(kāi)挖施工環(huán)節(jié)等措施,使得本隧道開(kāi)挖施工滿(mǎn)足安全性要求,為同類(lèi)工程提供參考實(shí)例.

[1]黃南清.埋軟巖大跨度鐵路隧道施工技術(shù)研究[J].施工技術(shù),2006(11).

[2]洪三金,蔣學(xué)文,鄔疆.全斷面富水砂層淺埋暗挖隧道施工技術(shù)[J].建筑施工,2010(10).

〔編輯:張思楠〕

U455

A

10.15913/j.cnki.kjycx.2017.22.155

2095-6835(2017)22-0155-02