高速公路大跨徑隧道雙側(cè)壁導坑法施工技術(shù)研究

石 賡

(山西路橋第四工程有限公司，山西 大同 037006)

1 項目背景

某高速公路工程項目包含一座大跨徑隧道，采用的是雙向六車道，布設(shè)方式是左洞、右洞分離。其中左洞長度為2.528 km(ZK108+239～ZK110+767)，右洞長度為2.649 km(ZK108+550～ZK111+199)，隧道的寬度是14 m，設(shè)計的行車速度是80 km/h。此大跨徑隧道的洞口段地質(zhì)屬于坡積土，同時全-強風化花崗巖表現(xiàn)為“散體狀+碎裂狀”結(jié)構(gòu)，圍巖的總體自穩(wěn)能力相對比較差，拱頂部位易發(fā)生滑塌與側(cè)壁掉塊等現(xiàn)象。通過專家研究與論證，此隧道工程進洞段的50 m之內(nèi)與洞內(nèi)遇土質(zhì)圍巖確定選擇雙側(cè)壁導坑法施工技術(shù)。

2 施工技術(shù)

2.1 超前支護

針對隧道洞口段的淺埋、軟弱土質(zhì)地層而言，需要選擇超前注漿小導管實施巖體預注漿與預加固，從而增強土體結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。其中小導管使用的是熱軋無縫鋼管(直徑φ=50 mm，長度為5 m)，環(huán)向間隔距離是0.5 m，縱向間隔距離是2.8 m，將注漿壓力控制在0.5～1.0 MPa，水灰比控制為1∶0.5[1]。此外，土方開挖前必須完成超前支護，且漿液增強土體結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性后才能夠進行后續(xù)工序。

2.2 土方開挖與初期支護

此隧道項目中左洞進口段的50 m之內(nèi)屬于土質(zhì)圍巖，通過綜合研究討論后選擇雙側(cè)壁導坑法施工技術(shù)。

1)雙側(cè)壁導坑法需要把斷面劃分為左側(cè)導洞、右側(cè)導洞、中部上臺階以及中部下臺階。當超前支護強度達到要求后，才能夠進行左側(cè)導洞的開挖作業(yè)，同時布設(shè)初期支護鋼筋網(wǎng)與系統(tǒng)錨桿，并進行混凝土結(jié)構(gòu)層噴射，從左導洞的右側(cè)壁上建立支護鋼實現(xiàn)墻體支撐，使左側(cè)導洞的洞身能夠產(chǎn)生閉合結(jié)構(gòu)[2]。

2)當左側(cè)導洞施工相應(yīng)距離之后，需要實施右側(cè)導洞開挖，以及建立右側(cè)導洞的初期支護結(jié)構(gòu)，同時進行右洞左側(cè)的鋼支撐墻體支護，從而使右側(cè)導洞形成穩(wěn)定閉合體系。

3)等到左側(cè)導洞與右側(cè)導洞施工間隔達到規(guī)定距離之后，則開始進行中部上臺階開挖作業(yè)，實施拱頂初期支護與建立臨時仰拱。

4)中部下臺階進行開挖使用，構(gòu)建初期支護結(jié)構(gòu)，從而使斷面形成穩(wěn)定、安全的閉合結(jié)構(gòu)。

2.3 監(jiān)控量測

通過現(xiàn)代化測量儀器或者是設(shè)施實現(xiàn)圍巖穩(wěn)固實際狀況與支護結(jié)構(gòu)受力變化狀態(tài)的實時監(jiān)測，從而為隧道項目掘進施工與二次襯砌提供參考與指導，確保隧道施工質(zhì)量及安全[3]。此隧道施工監(jiān)控量測部分項目見表1。

表1 監(jiān)控量測要求

2.4 拆除臨時支護

在隧道同斷面的初期支護結(jié)構(gòu)施工完成之后，同時各項監(jiān)控量測數(shù)據(jù)結(jié)果符合規(guī)范要求，應(yīng)在二次襯砌之前拆除臨時支護。

1)臨時支護拆除前需要精心設(shè)置監(jiān)控量測點，一般處在拱頂兩側(cè)，主要監(jiān)測隧道支護具體變形狀況，然后判斷隧道巖體是否失穩(wěn)，從而確保安全施工。

2)以中間臨時仰拱為起點進行拆除，而拆除階段必須嚴格控制震動情況，以免影響初期支護結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。

3)針對右側(cè)臨時支護墻而言，在進行拆除時需要將混凝土鑿除，選擇電弧焊或者是氫氧焰實現(xiàn)鋼筋網(wǎng)與錨桿的整齊切割，完成鋼拱架臨時防護處理，以免拆除階段發(fā)生傾倒。此外，將鋼拱架的連接板實施切割處理，然后拆除鋼拱架。

4)對左側(cè)臨時支護墻體進行拆除處理。

5)全面清理工程現(xiàn)場，實施初期支護破損位置的混凝土噴射找平，從而為后續(xù)施工創(chuàng)造有利條件。

2.5 二次襯砌

1)根據(jù)設(shè)計內(nèi)容與要求布設(shè)防水板，妥善處理各防水板搭接位置，以免出現(xiàn)滲漏水問題。

2)根據(jù)設(shè)計圖紙規(guī)定要求實施鋼筋綁扎，然后二次襯砌臺車進場，首先進行臺車端頭處理，接著實施止水帶安裝。

3)按照規(guī)定進行二襯混凝土拌和、澆筑以及振搗等作業(yè)。

4)二次襯砌臺車移位，根據(jù)規(guī)定順序進行施工。

3 技術(shù)控制要點

1)建立導洞寬度的基本原則。綜合分析鋼支撐臨時支護效果、機械設(shè)備運轉(zhuǎn)以及現(xiàn)場施工條件等相關(guān)影響要素，然后確定導洞橫線寬度。通常單側(cè)導坑設(shè)置寬度≤斷面最大跨度1/30。

2)設(shè)置步距的基本原則。左側(cè)導坑、右側(cè)導坑、中部上臺階以及中部下臺階各工序施工面的前后交錯距離，需要結(jié)合開挖一側(cè)導坑引發(fā)施工擾動所導致的另外一側(cè)導坑支護結(jié)構(gòu)變化及穩(wěn)定性狀況而確定。結(jié)合實踐經(jīng)驗導洞間步距處于3～5 m[4]。此外，二次襯砌與初期支護段的步距應(yīng)確保不超過2倍洞身跨度。

3)嚴格按照工序規(guī)定施工。具體如下：①開挖一側(cè)導坑，最短時間之內(nèi)構(gòu)建初期支護與臨時支護結(jié)構(gòu)，從而形成穩(wěn)定的閉合結(jié)構(gòu)；②開挖另外一側(cè)導坑，構(gòu)建初期支護與臨時支護結(jié)構(gòu)，然后形成穩(wěn)定、安全的閉合結(jié)構(gòu)；③開挖中部上臺階，完成拱頂初期支護構(gòu)建；④開挖中部下臺階，完成底部初期支護構(gòu)建，確保初期支護結(jié)構(gòu)能夠形成全斷面的、穩(wěn)定、安全的閉合結(jié)構(gòu)；⑤將導坑中的臨時支護結(jié)構(gòu)進行拆除處理，等到圍巖穩(wěn)定性達標之后再進行二次襯砌施工。

4)加強臨時支撐拆除階段的監(jiān)控量測與安全防護，必須按照規(guī)定要求進行跟蹤式監(jiān)控量測，所有施工技術(shù)人員必須佩戴安全帽與防塵口罩，且穿絕緣膠底鞋，若是需要高空作業(yè)則必須佩戴安全繩，建立安全防護欄。項目現(xiàn)場全體工作人員需要聽從統(tǒng)一指揮，嚴格控制上部、下部同步施工，以及大型機械暴力式拆除作業(yè)。等到拆除施工完成之后，應(yīng)及時噴射混凝土找平處理初期支護破壞與缺漏位置。

5)嚴格按照規(guī)定要求采集、匯總以及處理監(jiān)控量測信息，并實施動態(tài)分析，一般選擇作圖方法實現(xiàn)監(jiān)測數(shù)據(jù)變化特點、動態(tài)走向以及具體大小等，然后繪制測點時間-位移曲線圖(如圖1所示)。若是隨著時間的增長而位移量不斷變小，則表明此位置的圍巖狀態(tài)較為穩(wěn)定，且支護系統(tǒng)安全、可靠，如圖1中正常曲線所示。若是曲線發(fā)生了向上反彎，且變化速率不斷地增大，則表明此監(jiān)控點巖體位移出現(xiàn)了加速變形與變位問題，且支護體系也發(fā)生了失穩(wěn)現(xiàn)象。首先必須全面查找與分析原因，若是非人為因素造成的，則必須進一步實施支護處理。通常情況下，若是觀測數(shù)值的收斂速度小于0.2 mm/d，則表明此位置圍巖結(jié)構(gòu)處于穩(wěn)定狀態(tài)，能夠進行后續(xù)施工；若是觀測數(shù)值的收斂速度大于5 mm/d，則表明此位置的巖體變化比較劇烈，需要采取有效措施進行支護處理，并適當?shù)卦黾佑^測頻率[5]。

圖1 時間-位移曲線

4 總 結(jié)

本文以實際高速公路工程項目為例，綜合分析了大跨徑隧道雙側(cè)壁導坑法施工技術(shù)，基本包含了超前支護、初期支護、監(jiān)控量測以及二次襯砌等，同時提出了施工技術(shù)控制要點。研究表明，大跨徑隧道項目實現(xiàn)了安全施工，而且隧道各項參數(shù)均符合規(guī)范要求，為雙側(cè)壁導坑法施工技術(shù)的應(yīng)用提供了參考。

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