戴榮里

(中鐵建工集團(tuán)，北京 102488)

1 工程概況

金牛山隧道全長(zhǎng)1 905 m，隧道內(nèi)為3‰和12‰的上坡，平面處在9 000 m的曲線上。隧道位于丘陵緩坡，地形起伏較大，隧道最大埋深35.37 m，下穿某高速公路處埋深9.28 m。山坡自然坡度約15°～20°，種有果樹(shù)。

隧道區(qū)地層為太古界泰山群花崗片麻巖局部夾角閃片巖，灰白～灰褐色，中細(xì)粒變晶結(jié)構(gòu)，片麻狀構(gòu)造，節(jié)理裂隙發(fā)育;隧道區(qū)地下水主要為基巖裂隙水，主要由大氣降水補(bǔ)給。滲透系數(shù)K=(0.05～0.40)m/d。地下水埋深10.1～12.05 m，水位季節(jié)變幅2～10 m，經(jīng)取樣化驗(yàn)地下水對(duì)混凝土不具侵蝕性。

2 超前支護(hù)

2.1 超前支護(hù)

根據(jù)掌子面圍巖情況及超前地質(zhì)預(yù)報(bào)等數(shù)據(jù)，對(duì)圍巖實(shí)施超前小導(dǎo)管、超前長(zhǎng)管棚、超前預(yù)注漿等支護(hù)措施，并及時(shí)調(diào)整參數(shù)保證施工安全。設(shè)計(jì)超前支護(hù)(長(zhǎng)管棚)橫向、縱向布置見(jiàn)圖1、圖2。

圖1 洞身長(zhǎng)管棚橫向布置

2.2 初期支護(hù)

初期支護(hù)設(shè)計(jì)要求為錨桿，鋼筋網(wǎng)加格柵鋼架進(jìn)行噴混凝土支護(hù)。本項(xiàng)目根據(jù)不同的圍巖、檢測(cè)數(shù)據(jù)等分析對(duì)圍巖采取不同的初支措施，如沉降過(guò)大可加長(zhǎng)洞內(nèi)系統(tǒng)錨桿、加密格柵鋼架、增加噴護(hù)厚度，以控制沉降保證施工安全。

圖2 長(zhǎng)管棚縱向布置(單位:cm)

3 施工測(cè)量

3.1 測(cè)量方案和加密控制點(diǎn)測(cè)量

3.1.1 CPⅠ、CPⅡ控制網(wǎng)復(fù)測(cè)

1)對(duì)設(shè)計(jì)單位移交的基礎(chǔ)平面控制網(wǎng)(CPⅠ)、線路控制網(wǎng)(CPⅡ)、高程控制網(wǎng)進(jìn)行復(fù)測(cè)。復(fù)測(cè)按照設(shè)計(jì)單位所交測(cè)量成果資料，在同精度的情況下進(jìn)行。

2)復(fù)測(cè)過(guò)程中應(yīng)請(qǐng)駐地監(jiān)理進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量記錄的確認(rèn)。

3)將復(fù)測(cè)成果編制成測(cè)量復(fù)測(cè)報(bào)告上報(bào)監(jiān)理單位審批。

3.1.2 控制網(wǎng)的布設(shè)和計(jì)算

1)洞外控制網(wǎng)GPS按B等測(cè)量設(shè)計(jì)，洞內(nèi)導(dǎo)線網(wǎng)設(shè)計(jì)按二等導(dǎo)線測(cè)量要求作業(yè)。

2)測(cè)量作業(yè)程序及點(diǎn)位的設(shè)置和布設(shè)原則嚴(yán)格按照鐵路規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)和有關(guān)文件要求進(jìn)行。

3)各測(cè)量科目進(jìn)行換手測(cè)量，獨(dú)立平差計(jì)算。

4)根據(jù)本隧道特點(diǎn)，洞外控制采用大地四邊形控制網(wǎng)，洞內(nèi)布設(shè)閉合導(dǎo)線環(huán)，并扣連設(shè)計(jì)院(CPⅠ)或(CPⅡ)。其導(dǎo)線的邊長(zhǎng)選定為300～400 m，洞外采用GPS測(cè)量地表控制點(diǎn)，洞內(nèi)采用全站儀同精度測(cè)量，測(cè)量成果兩組平行嚴(yán)密平差計(jì)算。

5)為確保隧道的測(cè)量精度，平面坐標(biāo)系統(tǒng)建立以隧道線路左線中線(曲線段為起端切線)為X軸方向，里程增加方向?yàn)槠湔?由X軸順時(shí)針旋轉(zhuǎn)90°的方向?yàn)閅軸。平面坐標(biāo)系統(tǒng)與 CPⅠ或 CPⅡ控制點(diǎn)聯(lián)測(cè)，計(jì)算出坐標(biāo)換算關(guān)系。

6)高程控制采用二等水準(zhǔn)測(cè)量，其測(cè)量結(jié)果進(jìn)行兩組平行嚴(yán)密平差計(jì)算。

7)二等水準(zhǔn)測(cè)量往返觀測(cè)順序如下:往測(cè)，奇數(shù)站為后→前→前→后，偶數(shù)站為前→后→后→前;返測(cè)，奇數(shù)站為前→后→后→前，偶數(shù)站為后→前→前→后。

3.2 施工過(guò)程中的控制測(cè)量工作

1)隧道的洞門點(diǎn)要定位測(cè)量，隧道每延伸50 m時(shí)要進(jìn)行中線、水平復(fù)核。每延伸到200～300 m時(shí)與洞外地表控制點(diǎn)(CP點(diǎn))聯(lián)測(cè)一次。

2)對(duì)洞內(nèi)曲線五大樁和直線段每100～150 m中線樁進(jìn)行定位測(cè)量。洞內(nèi)每公里設(shè)置一個(gè)永久性水準(zhǔn)點(diǎn)。

4 下穿公路段專項(xiàng)施工技術(shù)方案

為了安全快捷地進(jìn)行下穿公路段的施工，引入水電工程成熟的中導(dǎo)洞施工技術(shù)。

中導(dǎo)洞法就是在大斷面隧道中先開(kāi)挖一個(gè)小斷面(約20 m2)的導(dǎo)洞，然后以小導(dǎo)洞為臨空面，擴(kuò)挖隧道至全斷面，最后分左右半幅開(kāi)挖仰拱和下臺(tái)階。采取中導(dǎo)洞法施工時(shí)，首先對(duì)下穿公路段原設(shè)計(jì)參數(shù)做適當(dāng)調(diào)整，隧道初期支護(hù)按照V級(jí)圍巖支護(hù)參數(shù)實(shí)施，即設(shè)超前大管棚，格柵拱架間距為0.6～0.8 m，錨桿間排距為1.0 m×0.8 m(環(huán)×縱)，噴早強(qiáng)混凝土厚28 cm。

結(jié)合本工程特點(diǎn)，確定金牛山下穿公路段施工方案如下:

1)做好地面排水疏堵工作和監(jiān)控量測(cè)點(diǎn)的布置。

2)進(jìn)入下穿公路段之前，進(jìn)行15～30 m中導(dǎo)洞法工藝性試驗(yàn)，加強(qiáng)圍巖收斂和變形觀測(cè)，對(duì)相關(guān)成果進(jìn)行分析，采集導(dǎo)洞施工參數(shù)，指導(dǎo)施工。

3)分析超前地質(zhì)預(yù)報(bào)結(jié)果，調(diào)整支護(hù)參數(shù)，在圍巖較差地段按照設(shè)計(jì)要求施作超前支護(hù)φ108 mm長(zhǎng)管棚，每段22.5 m。同時(shí)加密雙排超前小導(dǎo)管。

4)然后開(kāi)挖中導(dǎo)洞。中導(dǎo)洞為城門洞型，尺寸為4.0 m×4.1 m，底部距離圓心30 cm，頂部距離拱頂結(jié)構(gòu)線3.10 m，軸線與隧道一致。導(dǎo)洞超前約6～9 m。

5)導(dǎo)洞內(nèi)采用臨時(shí)支護(hù)，噴厚10 cm的C25纖維混凝土，并掛鋼筋網(wǎng)(參數(shù)為 φ8@25 cm×25 cm)支護(hù)。巖石破碎的地段隨機(jī)布置 φ22砂漿錨桿加強(qiáng)支護(hù)。中導(dǎo)洞開(kāi)挖過(guò)程中應(yīng)進(jìn)行地質(zhì)素描。

6)施作超前小導(dǎo)管，擴(kuò)挖隧道的頂拱和側(cè)墻至設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)線，循環(huán)進(jìn)尺為0.8 m。邊、頂拱結(jié)構(gòu)周邊采用光面爆破。

7)出渣完成后，立即按設(shè)計(jì)要求實(shí)施初期支護(hù)，包括系統(tǒng)錨桿、格柵拱架、掛鋼筋網(wǎng)、噴混凝土。

8)滯后上部30 m分左右半幅開(kāi)挖下臺(tái)階及仰拱，及時(shí)完成初期支護(hù)，使其封閉成環(huán)。二次襯砌緊跟。

9)施工時(shí)同步進(jìn)行地面監(jiān)控量測(cè)和洞內(nèi)收斂觀測(cè)，在必要時(shí)與高速公路管理單位聯(lián)系對(duì)高速公路通行采取限速、限噸位、分道通行的交通管制措施。

5 仰拱棧橋的應(yīng)用

5.1 工藝原理

通過(guò)在隧道施工中采用帶有行走裝置的仰拱棧橋跨越仰拱作業(yè)區(qū)段，來(lái)解決仰拱作業(yè)與隧道開(kāi)挖出渣進(jìn)料工序間的相互干擾。亦即各種車輛設(shè)備和人員在棧橋上正常通行，棧橋下同時(shí)進(jìn)行隧道的仰拱初期支護(hù)、襯砌、回填等工序的施工，從而實(shí)現(xiàn)隧道施工快速安全的推進(jìn)。

棧橋結(jié)構(gòu)參考國(guó)內(nèi)外貝雷橋、鋼橋成熟的設(shè)計(jì)技術(shù)，采用標(biāo)準(zhǔn)化的結(jié)構(gòu)形式，將整個(gè)棧橋分成若干段，每段9 m長(zhǎng)、橋面3.5 m寬。為滿足移動(dòng)要求，在棧橋兩端設(shè)置移動(dòng)行走機(jī)構(gòu)，并設(shè)置限位預(yù)警裝置。行走時(shí)，棧橋抬起、下落由液壓系統(tǒng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)完成。本移動(dòng)棧橋主要由鋼橋、行走裝置、液壓系統(tǒng)、電氣系統(tǒng)、限位裝置和預(yù)警系統(tǒng)等組成。

5.2 施工工藝流程及操作要點(diǎn)

1)施工工藝流程(見(jiàn)圖3)

圖3 施工工藝流程

2)施工總體工序安排

①隧道開(kāi)挖到一定長(zhǎng)度可安排進(jìn)行仰拱施工，先完成首段仰拱澆筑并回填，仰拱棧橋同時(shí)拼裝并通過(guò)檢驗(yàn)，此時(shí)即可將棧橋移動(dòng)就位。若此時(shí)首段仰拱強(qiáng)度未達(dá)到70%，棧橋后輪可設(shè)在原地面上(最好是基巖或經(jīng)過(guò)處理的地面)。

若首段仰拱強(qiáng)度達(dá)到70%后，則可將棧橋后輪設(shè)于仰拱上，棧橋下可展開(kāi)兩段仰拱的施工。

②仰拱棧橋移動(dòng)就位后，即可依托棧橋在掌子面正常推進(jìn)的情況下進(jìn)行仰拱的施工。正常情況下，棧橋下可分為兩段，按照基礎(chǔ)處理、防水板安裝、仰拱鋼筋綁扎、仰拱澆筑、填充進(jìn)行流水施工安排。當(dāng)完成棧橋下一段仰拱澆筑與填充，且達(dá)到一定強(qiáng)度后即可向前移動(dòng)棧橋。如此循環(huán)推進(jìn)。

③采用臺(tái)階法開(kāi)挖時(shí)，臺(tái)階的開(kāi)挖一般可以按照左右兩幅分別進(jìn)行開(kāi)挖，這樣可以實(shí)現(xiàn)棧橋施工緊跟臺(tái)階開(kāi)挖。此時(shí)棧橋須在隧洞內(nèi)進(jìn)行側(cè)向移動(dòng)。

仰拱棧橋大樣及棧橋下的仰拱作業(yè)情況見(jiàn)圖4、圖5。

圖4 仰拱棧橋大樣

圖5 棧橋下仰拱作業(yè)狀態(tài)

6 結(jié)語(yǔ)

中導(dǎo)洞施工方法的成功應(yīng)用，為鐵路隧道淺埋段施工引入了新的施工技術(shù)，既降低了施工成本，又便于安全施工管理，具有極大的推廣價(jià)值。

可移動(dòng)仰拱棧橋的使用，不僅解決了鐵路隧道掌子面施工、仰拱施工、二次襯砌各工序之間的施工干擾，也使隧道施工逐步進(jìn)入全面機(jī)械化施工階段，提高了施工效率。

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［5］中華人民共和國(guó)鐵道部.TB10108—2002 鐵路隧道噴錨構(gòu)筑法技術(shù)規(guī)范［S］.北京:中國(guó)鐵道出版社，2002.