公路隧道上跨水工隧洞節(jié)點設計關鍵技術研究

楊劍飛

(中鐵上海設計院集團有限公司,上海 200070)

近年來,全國高速公路網(wǎng)絡進一步完善,大量的公路隧道上跨既有隧道項目不斷涌現(xiàn),新建工程與既有隧道的位置關系也更加復雜,交叉節(jié)點的設計與施工安全引起了眾多學者的關注[1-3]。

以某分離式高速公路大斷面隧道上跨既有水工隧洞工程為例,對交叉段隧道襯砌設計、注漿設計、排水設計、監(jiān)測設計、施工組織設計等方面進行研究,為公路隧道上跨既有水工隧洞及類似交叉工程設計提供參考。

1 工程概況

雙線公路隧道采用雙洞分離式方案,路線采用高速公路設計標準,時速100 km/h。左幅隧道長802.79 m,右幅隧道長875.698 m,公路線位整體上跨水工隧洞,隧道左線與水工隧洞平面交角約為81°,隧道右線與水工隧洞平面交角約為79°。隧道左線某段附近上跨現(xiàn)狀輸水隧洞,設計標高至隧洞頂距離約為15.96 m,隧道結構底至隧洞頂距離約為13.3 m,隧道右線某段附近上跨現(xiàn)狀輸水隧洞,設計標高至隧洞頂距離約為15.6 m,隧道結構底至隧洞頂距離約為12.9 m,交叉段平面和立面圖見圖1、圖2。

圖1 交叉段平面Fig.1 Cross segment plane

圖2 交叉段立面Fig.2 Cross elevatio

2 上跨水工隧洞段襯砌與基底注漿設計

上跨水工隧洞段隧道襯砌原設計為SA3a級襯砌,將隧道左線段及隧道右線段SA3a級襯砌提高為SA4b級形成閉合仰拱,提高該段襯砌整體受力和抗變形能力,確保施工及運營期水工隧洞安全。

考慮到上跨水工隧洞段隧道控制爆破施工可能會造成公路隧道與水工隧洞之間巖體產(chǎn)生裂隙,在隧道左線及隧道右線上跨水工隧洞段襯砌段基底注漿設計,注漿范圍為拱腳與仰拱往外圍5 m,注漿孔按漿液擴散半徑1.5 m布設,注漿孔按梅花形布置,孔口間距為拱腳0.6 m,仰拱1.6 m,孔底間距為2 m,沿隧道縱向間距2 m,基底注漿設計斷面見圖3。

圖3 基底注漿設計 Fig.3 Foundation grouting design

注漿孔孔徑為52 mm。孔口管采用φ50 mm,壁厚3.5 mm的熱軋無縫鋼管,鋼管長1 m。漿材料采用普通水泥漿,注漿壓力按0.5～1.0 Mpa,水灰比1∶0.5～1∶1。注漿完成后,檢查注漿體滲透系數(shù),滲透系數(shù)小于5.0×10-5/cm/s表示合格,否則需進行補注漿。

3 上跨水工隧洞段防排水設計

根據(jù)規(guī)范[4]規(guī)定,隧道防排水設計應遵循防、排、戴、堵相結合,因地制宜,綜合治理的原則,洞內(nèi)外防排水系統(tǒng)應完整通暢。上跨水工隧洞段不僅要考慮拱墻與拱頂范圍公路隧道的防排水設計,還需考慮仰拱防水,由于公路隧道運營期隧道內(nèi)污水及滲漏水可能會滲入底板進而流入水工隧洞,影響洞內(nèi)水源水質(zhì),在仰拱下方增設400 g/m2的土工布與1.2 mm厚EVA防水板起到防滲作用,交叉段隧道全包防水設計見圖4。

圖4 全包防水設計Fig.4 All-inclusive waterproof design

4 上跨水工隧洞段監(jiān)測設計

圖5為隧道施工期間隧道本身與水工隧洞監(jiān)測指導性方案,其中超前地質(zhì)預報、隧道變形、爆破振動[5]、錨桿軸力、鋼架內(nèi)力為必測項目,水工隧洞水質(zhì)、流量、爆破振動[6]為必測項目。

圖5 監(jiān)測橫斷面設計Fig.5 Monitor cross section design

由于水工隧洞無法布設測點,爆破振速測點可左右洞交錯布置于最近的鄰近主洞對應邊墻處,即左洞爆破時,在右洞最近處進行監(jiān)測。同理,右洞爆破時,在左洞最近處進行監(jiān)測,間接測得交叉段爆破振動速度,安全允許爆破振動速度取值5 cm/s。

在下游泵站出水口處設置流量和水質(zhì)監(jiān)測點,需密切關注水工隧洞流量監(jiān)控成果,出現(xiàn)流量異常應及時匯報并處采取相應措施。

表1 公路隧道必測項目及要求

表2 水工隧洞必測項目及要求

5 施工組織設計

左右洞在交叉位置嚴格控制施工速度,加強隧道變形及振速監(jiān)測,左右洞錯開施工節(jié)點,不要同步爆破開挖,避免同時施工對交叉區(qū)產(chǎn)生不利影響,應交錯掘進,建議掌子面錯開距離≥40 m,交叉段需編制爆破及施工專項方案并經(jīng)過專項評審后方可施工,交叉段整體施工組織見圖6。

圖6 交叉段施工組織設計Fig.6 Cross section construction organization design

6 結論和建議

交叉段爆破施工期間,每次爆破均應對質(zhì)點振動速度測點進行觀測,安全允許爆破振動速度取值5 cm/s,當發(fā)現(xiàn)質(zhì)點振動速度超過預警值時應立即停止施工,及時分析原因并調(diào)整施工方案。

交叉段隧道底板固結灌漿后的圍巖滲透系數(shù)應小于5×10-5cm/s。底板全包防水嚴格把控施工質(zhì)量,做好截排水方案,阻斷滲漏通道,疏通隧道內(nèi)污水引排管線,降低原水污染的風險。

施工前需對水工隧洞平面位置及標高進行復測,與竣工圖進行核對,需得到產(chǎn)權方確認。施工時注意嚴格控制施工速度,及時支護,仰拱開挖后及時閉合成環(huán),加強各項監(jiān)測。