敬 海

1 工程概況

1.1 概述

金川水電站S211改線公路工程為電站施工期的主要交通干線,主要目的是解決施工期地方交通過壩,按三級(jí)公路、單洞、雙車道雙向交通設(shè)計(jì),建筑限界為:10.5 m×5.3 m。金川隧道進(jìn)口樁號(hào)K3+598,設(shè)計(jì)出口樁號(hào)K4+384(暗洞出洞樁號(hào)K4+379),縱坡2.365%。

1.2 地質(zhì)條件

金川隧道出口地層為雜谷腦組上段(T3z2)薄層狀變質(zhì)細(xì)砂巖夾含碳質(zhì)千枚巖,巖體風(fēng)化強(qiáng)烈,由于受大渡河及新扎溝的切割破壞,巖體中斷層裂隙等構(gòu)造發(fā)育,巖體卸荷、傾倒變形強(qiáng)烈。金川隧道出洞口邊坡為QD2傾倒體,巖層傾倒彎曲折斷,結(jié)構(gòu)面發(fā)育,為弱風(fēng)化上帶,卸荷強(qiáng)烈,巖體極易破碎,呈散體結(jié)構(gòu),為V2級(jí)巖體。出口近地表30 m內(nèi)巖體可使用挖掘機(jī)開挖,局部孤石解爆。

1.3 工程特點(diǎn)

1)場(chǎng)地狹窄、緊鄰省道。2)設(shè)計(jì)洞口明挖工程量較大。3)早期勘探平硐影響圍巖穩(wěn)定。

2 設(shè)計(jì)調(diào)整

2.1 推遲出洞

原設(shè)計(jì) K4+379～K4+384段為明洞,按照“早進(jìn)洞、晚出洞”的原則,若將出洞樁號(hào)向外順延可降低開口線高度,減少明挖。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè),K4+379處埋深近5 m,邊坡坡度在35°～55°之間,若將出洞樁號(hào)外移2 m～4 m,將大幅減少明挖和開口線高度,即客觀上存在調(diào)整的空間。綜合其他因素,最后決定暗洞出洞樁號(hào)外移2.5 m,調(diào)整至K4+381.5,K4+381.5～K4+384段為明洞。

2.2 坡度調(diào)整

設(shè)計(jì)邊仰坡坡度1∶0.5,邊坡高度超過20 m。根據(jù)地質(zhì)資料,金川隧道出口處為殘坡積碎礫石土層,整體結(jié)構(gòu)松散,穩(wěn)定性差,但巖層走向與路線走向大角度相交,對(duì)邊坡穩(wěn)定有利。若盡量利用天然邊坡(輔以有效的錨固支護(hù)措施),避免大面積的開挖觸動(dòng),可保證邊坡穩(wěn)定,故將左側(cè)路基邊坡、洞臉仰坡坡度1∶0.5調(diào)整為1∶0.25,增大坡度后降低了邊坡高度,減少了開挖范圍。

調(diào)整前后開挖范圍對(duì)照?qǐng)D見圖1。

經(jīng)過對(duì)出洞樁號(hào)、邊坡坡度等進(jìn)行調(diào)整,洞口明挖工程量由2000 m3減少為500 m3,邊坡高度由平均20 m(最高30 m)降低至平均 14.5 m(最低 9 m),K4+379處埋深由4.8 m降低至1.6 m。最大程度上避免了對(duì)原始地貌的大面積開挖,也為在出洞口貫通隧道創(chuàng)造了有利條件。

3 主要施工難點(diǎn)

3.1 超前支護(hù)

施工方法:小導(dǎo)管尾部焊加強(qiáng)箍,并設(shè)置止?jié){塞,前部呈圓錐形并予以封焊,管壁間隔30cm布置φ 8mm梅花形泄?jié){孔(后端1 m左右、頭部0.2 m范圍不設(shè)泄?jié){孔);注漿管孔位沿設(shè)計(jì)開挖輪廓線外側(cè)拱頂120°范圍布置,采用風(fēng)鉆造孔,成孔后立即插入小導(dǎo)管,必要時(shí)用鉆機(jī)配氣錘快速壓入,防止成孔時(shí)間過長(zhǎng)造成塌孔使導(dǎo)管無法插入;導(dǎo)管外露長(zhǎng)度30cm左右,安裝完成后對(duì)環(huán)形開挖區(qū)域噴混凝土厚5cm～10cm封閉止?jié){;上述工作完成后按設(shè)計(jì)要求對(duì)超前小導(dǎo)管進(jìn)行注漿,注漿完成后待4 h～6 h進(jìn)行開挖。

要點(diǎn):設(shè)計(jì)小導(dǎo)管環(huán)向間距30cm,K4+350～K4+381.5段因受探硐影響,在拱頂左拱肩處最易發(fā)生坍塌,因此在每循環(huán)施工前由專業(yè)技術(shù)人員根據(jù)掌子面巖體巖性、產(chǎn)狀對(duì)超前注漿小導(dǎo)管孔位進(jìn)行略微調(diào)整,如:對(duì)破碎部位、左拱肩探硐處小導(dǎo)管適當(dāng)加密,而巖體較完整處、結(jié)構(gòu)面有利穩(wěn)定處則相對(duì)減少布孔。

3.2 洞身開挖

洞身分部開挖施工順序?yàn)?Ⅰ→Ⅱ→Ⅲ→Ⅳ→Ⅴ→Ⅵ,見圖2。

施工方法:施工遵循“短進(jìn)尺、弱爆破(盡量不爆破)”原則,采用人工配合挖掘機(jī)進(jìn)行開挖,確需爆破的堅(jiān)硬巖石部位,要控制爆破總裝藥量、最大單響藥量等爆破參數(shù),減小爆破規(guī)模;控制每循環(huán)進(jìn)尺在40cm～60cm之內(nèi);開挖完成后立即噴5cm厚C25混凝土對(duì)出露巖體進(jìn)行封閉。通過監(jiān)控量測(cè)數(shù)據(jù)反饋,在上一層臺(tái)階初期支護(hù)設(shè)施基本穩(wěn)定后進(jìn)行洞身下臥開挖,下層臺(tái)階滯后上層約10 m～15 m。

要點(diǎn):循環(huán)進(jìn)尺控制、下臺(tái)階開挖,在此重點(diǎn)介紹下臺(tái)階開挖方法。

下臺(tái)階開挖容易被大家忽視,但如果施工方法不恰當(dāng),極易造成初期支護(hù)開裂、變形、下沉等現(xiàn)象,甚至侵入二次襯砌空間,處理相當(dāng)棘手。本工程中下層臺(tái)階開挖左右側(cè)拱腳分段跳槽開挖,每側(cè)應(yīng)至少錯(cuò)位10 m以上;開挖每循環(huán)進(jìn)尺按一倍鋼支撐間距控制;開挖后及時(shí)焊接加長(zhǎng)并進(jìn)行支護(hù),盡量減少開挖后圍巖暴露時(shí)間;鋼支撐基礎(chǔ)必須受力良好,安裝時(shí)要清除浮渣,嚴(yán)禁用片石干砌拱腳基礎(chǔ);鎖腳錨桿在鋼支撐安裝完成后立即施工,將錨桿端部彎曲5cm～10cm,包住鋼拱架并進(jìn)行焊接。

上、中層之間增設(shè)鎖腳錨桿,利用鎖腳錨桿先對(duì)上層臺(tái)階拱腳處進(jìn)行固定后再掏空基礎(chǔ)接長(zhǎng)工字鋼。

3.3 洞口工程施工

施工程序:洞內(nèi)中、下層臺(tái)階開挖、支護(hù)→仰拱及二襯混凝土澆筑→洞口土石方明挖、支護(hù)→明洞、洞門端墻澆筑。

施工方法:洞內(nèi)開挖支護(hù)及襯砌與前文所述方法相同,洞口明挖則采用由內(nèi)向外、由上至下分層開挖的方法,由人工配合挖機(jī)進(jìn)行刷坡。洞頂以上邊仰坡主要由人工進(jìn)行刷坡(當(dāng)然若未對(duì)原設(shè)計(jì)洞口進(jìn)行修改,大幅縮減開挖范圍,推遲出洞以降低出洞點(diǎn)埋深,那么人工刷坡將非常困難,甚至單向出洞亦不可行),洞頂以下則主要由挖掘機(jī)進(jìn)行開挖,局部孤石解爆。采用這種方法,在開挖過程中甚至開挖石渣基本未從邊坡滾落,全部棄土石方由運(yùn)渣車運(yùn)往進(jìn)口方向棄渣場(chǎng),給下方S211省道通行提供了安全保障,當(dāng)然此外在開挖過程中仍然采取了其他安全技術(shù)措施。

開挖完成后,及時(shí)對(duì)邊坡進(jìn)行了支護(hù),并完成明洞端墻等工程施工。為確保隧道運(yùn)營期間長(zhǎng)久安全,后期對(duì)探硐進(jìn)行了封堵。

4 結(jié)語

金川隧道地質(zhì)條件差,巖層傾倒變形嚴(yán)重,施工條件復(fù)雜,施工難度大。通過對(duì)出口洞門工程的設(shè)計(jì)修改,不斷優(yōu)化施工技術(shù)措施,有效的施工組織管理,隧道出口最后31.5 m洞挖順利完成,實(shí)現(xiàn)隧道零開挖出洞單向貫通,為在V2類圍巖地段不具備雙向開挖條件的隧道工程提供了單向貫通隧道的施工經(jīng)驗(yàn)。

[1] 朱鐵巖.隧道開挖與支護(hù)的力學(xué)性能分析[J].山西建筑,2008,34(17):313-314.