馬占榮,武國春,董 佐
(中鐵二十五局集團(tuán)第五工程公司,山東青島 266000)
該隧道地處黃土丘陵地帶,屬于長大隧道。在隧道下穿高速公路位置,地面地形比較平緩。地表覆新黃土,黃褐色,堅(jiān)硬~硬塑,顆粒均勻,具大孔隙,含薄層細(xì)圓礫土和鈣質(zhì)結(jié)核層,夾多層淺棕紅色古土壤層。下伏老黃土,淺棕紅色,堅(jiān)硬~硬塑,土體緊密,含鈣質(zhì)結(jié)核層和洪積碎石類土和砂土,洞頂覆土較薄。區(qū)段沿線新黃土分布廣泛,部分具有濕陷性,局部為Ⅳ、Ⅴ級(jí),濕陷系數(shù)δs=0.012~0.080。
隧道洞身DK106+726.5~DK106+790.6處下斜穿高速公路,高速公路路面寬約為25 m,高速公路與隧道洞身夾角49°11'37″,下穿路面長度約為35 m。隧道洞頂至公路路面高度約29 m,開挖洞頂至高速公路路塹邊坡頂約36 m。
本隧道最大的風(fēng)險(xiǎn)源就是下穿高速公路,該段隧道施工設(shè)計(jì)地表沉降控制標(biāo)準(zhǔn)為最大2 cm,如何控制沉降值,確保安全,在保證質(zhì)量安全基礎(chǔ)上快速通過是施工的關(guān)鍵。見圖1、圖2。
(1)在DK106+820~DK106+830段預(yù)留長管棚工作室,工作室比正常隧道擴(kuò)挖80 cm,以保證φ159 mm大管棚施工作業(yè)空間。
(2)隧道里程DK106+700~DK106+820段,拱部150°范圍內(nèi),一次性打入1環(huán)52根φ159 mm大管棚進(jìn)行超前加強(qiáng)支護(hù),大管棚長120m,t=9mm,環(huán)向間距40cm。
(3)DK106+700~DK106+820段拱部140°范圍內(nèi)設(shè)置61根φ42mm小導(dǎo)管超前支護(hù),小導(dǎo)管長6m,t=3.5mm,環(huán)向間距30 cm。超前小導(dǎo)管配合鋼架使用,每3 m(5榀)施做1環(huán),縱向搭接長度不小于3.0 m。
圖1 隧道下穿高速公路平面示意(單位:m)
圖2 隧道下穿高速公路斷面示意
(4)玻纖錨桿垂直打入掌子面進(jìn)行加固,玻纖錨桿長12 m,錨桿間距60 cm×80 cm(水平×豎向),每8 m一環(huán),搭接長度4 m。
(5)初期支護(hù)采用I25a鋼架,間距60 cm,φ8鋼筋網(wǎng),20 cm×20 cm網(wǎng)格,噴射C25混凝土,厚度35 cm。仰拱底部初期支護(hù)采用I25a鋼架、φ22 mm連接筋、噴射C25混凝土,與拱墻初期支護(hù)閉合成環(huán)。
(6)隧道DK106+700~DK106+820采用雙側(cè)壁導(dǎo)坑法施工,施工時(shí)加強(qiáng)監(jiān)控量測,及時(shí)施做初期支護(hù)和二次襯砌。
(7)二襯采用C35鋼筋混凝土,拱墻厚度60 cm,仰拱厚度70 cm。仰拱采用C35鋼筋混凝土進(jìn)行施工,仰拱填充采用C20混凝土。
下穿高速公路段隧道施工總原則是“短進(jìn)尺、強(qiáng)支護(hù)、快封閉、勤量測”?,F(xiàn)場施工首先采用φ159 mm大管棚進(jìn)行超前支護(hù),φ42 mm小導(dǎo)管超前支護(hù),隨后進(jìn)入洞身開挖、支護(hù)、仰拱以及二襯施工,為使隧道快速安全通過高速公路,分別邀請(qǐng)專家進(jìn)行方案評(píng)審和方案優(yōu)化,結(jié)合專家意見,在不改變其他設(shè)計(jì)支護(hù)參數(shù)前提下,按超短臺(tái)階法進(jìn)行施工。仰拱和二襯應(yīng)盡可能緊跟掌子面,快速閉合成環(huán)。仰拱至掌子面最大距離控制不大于9 m,二襯至掌子面最大距離不大于15 m。如圖3所示。
圖3 短臺(tái)階施工支護(hù)步距示意(單位:m)
3.2.1 大管棚
采用管棚鉆機(jī)將120 mφ159 mm大管棚一次性打入,環(huán)向間距40 cm,外插角度控制在 0.5°~1.5°,采用棚管導(dǎo)向跟管一次性鉆進(jìn)法工藝。
3.2.2 洞身開挖及初期支護(hù)
依次開挖支護(hù)上臺(tái)階2~3榀,每次開挖支護(hù)1榀鋼拱架進(jìn)尺,確保有足夠的空間進(jìn)行中下臺(tái)階開挖,由于核心土較高,利用挖機(jī)將核心土兩邊的位置修成臺(tái)階式,以便工人上下作業(yè);在上臺(tái)階開始第3或第4榀開挖支護(hù)時(shí),再開始進(jìn)行中下臺(tái)階左右的交錯(cuò)開挖。
嚴(yán)格控制開挖進(jìn)尺,開挖后立即進(jìn)行初期支護(hù),減少圍巖暴露時(shí)間,初期支護(hù)采用I25a鋼架、φ22 mm連接筋φ8 mm鋼筋網(wǎng)C25噴射混凝土,做到“短進(jìn)尺、強(qiáng)支護(hù)”。短臺(tái)階開挖時(shí)嚴(yán)格控制臺(tái)階長度不大于3 m,中下臺(tái)階每次左右錯(cuò)開1.2 m(2榀鋼架)。每側(cè)上中下臺(tái)階鋼拱架鎖腳錨管根數(shù)分別為6根、4根、4根,打入深度不小于4 m。
超短臺(tái)階開挖法有利于控制圍巖變形,但中下臺(tái)階相隔太近,施工干擾較大,所以在施工過程中嚴(yán)格控制中下臺(tái)階錯(cuò)開的問題,確保在無安全隱患前提下,進(jìn)行下道工序的施工,開挖后要及時(shí)進(jìn)行噴錨作業(yè),以免土體暴露時(shí)間過長,形成安全隱患。
掌子面每次開挖1榀鋼拱架,進(jìn)尺60 cm;掌子面開挖完成后,及時(shí)對(duì)掌子面進(jìn)行噴錨封閉。掌子面距已施做好的仰拱達(dá)到約9 m時(shí),噴混凝土封閉好掌子面,再緊跟著開挖支護(hù)中下臺(tái)階1.8 m或2.4 m,使中下臺(tái)階分別跟齊到同一里程?,F(xiàn)場施工每個(gè)循環(huán)開始前,首先需要用自卸車裝載4~5車的土回填到掌子面核心土的位置,以便挖掘機(jī)能作業(yè),上臺(tái)階掌子面繼續(xù)向前循環(huán)開挖支護(hù)。
3.2.3 仰拱
只要有條件立刻施做仰拱,使初期支護(hù)盡早成環(huán),仰拱底部初期支護(hù)采用I25a鋼架、φ22 mm連接筋、C25噴射混凝土,仰拱采用C35鋼筋混凝土進(jìn)行施工,C20混凝土進(jìn)行填充。嚴(yán)格控制仰拱開挖長度,每次3.5~4 m,快速施作仰拱,減少沉降。
3.2.4 二襯
由于作業(yè)面空間較為狹小,將掛防水板簡易臺(tái)車拆除,在液壓襯砌臺(tái)車上制作外伸支架鋪設(shè)木板用來掛設(shè)防水板,綁扎鋼筋,從而可以有效節(jié)省空間。下穿高速公路段二襯應(yīng)緊跟仰拱,仰拱填充強(qiáng)度達(dá)到條件后,立即施作二襯。拱墻二襯采用C35鋼筋混凝土,利用混凝土輸送泵、液壓全自動(dòng)鋼模板臺(tái)車整體澆筑。拱頂混凝土澆筑要加強(qiáng)監(jiān)控,必須緩慢施工,邊振搗邊澆筑,防止初期支護(hù)與二襯混凝土存在空隙。大管棚預(yù)留工作室段的二襯施工,使用鋼管將二襯液壓臺(tái)車加強(qiáng)支撐,然后一次性進(jìn)行管棚工作室段整體二襯混凝土澆筑,由于混凝土比較厚,施工時(shí)要放慢速度,加強(qiáng)監(jiān)控,以免跑模,擠爆臺(tái)車模板等。
隧道下穿高速公路段施工設(shè)計(jì)地表沉降控制標(biāo)準(zhǔn)為2 cm,監(jiān)控量測在此段施工過程中尤為重要。施工過程中測量隊(duì)將每日的沉降及變形監(jiān)控量測資料報(bào)局指分管領(lǐng)導(dǎo)及項(xiàng)目部主管領(lǐng)導(dǎo),及時(shí)掌控沉降情況。
3.3.1 監(jiān)測項(xiàng)目
本項(xiàng)目在下穿高速公路施工過程中需進(jìn)行的常規(guī)監(jiān)測主要有:地表沉降、隧道拱頂下沉及水平收斂等。各種觀測數(shù)據(jù)相互印證,確保監(jiān)測結(jié)果的可靠性,為合理確定施工參數(shù)提供依據(jù),達(dá)到反饋指導(dǎo)施工的目的。
在施工過程中,項(xiàng)目部測量隊(duì)人員堅(jiān)持以每天4次的量測頻率進(jìn)行監(jiān)控量測,在下穿大運(yùn)高速公路過程中,當(dāng)下雨的時(shí)候,為監(jiān)測雨天對(duì)沉降的影響,測量人員全天在高速路面上每隔1 h進(jìn)行1次地表高程量測。
3.3.2 監(jiān)測測點(diǎn)布置
監(jiān)測測點(diǎn)布置原則為:觀測點(diǎn)類型和數(shù)量的確定結(jié)合本工程性質(zhì)、地質(zhì)條件、設(shè)計(jì)要求、施工特點(diǎn)等因素綜合考慮,全面反映被監(jiān)測對(duì)象的工作狀態(tài),以隧道中線為中心向兩邊對(duì)稱布置。
表面變形測點(diǎn)的位置既要考慮反映監(jiān)測對(duì)象的變形特征,又要便于應(yīng)用儀器進(jìn)行觀測,還要有利于測點(diǎn)的保護(hù)。按照設(shè)計(jì)預(yù)先布置好各監(jiān)測點(diǎn)。如果測點(diǎn)在施工過程中遭到破壞,應(yīng)盡快在原來位置或盡量靠近原來位置補(bǔ)設(shè)測點(diǎn),保證該測點(diǎn)觀測數(shù)據(jù)的連續(xù)性。
地表監(jiān)控量測點(diǎn)布置如圖4所示。以隧道中線與高速公路走向斷面為該量測斷面的里程;以隧道中線與量測斷面交點(diǎn)為中點(diǎn),沿公路方向兩側(cè)布點(diǎn),左右兩側(cè)每間隔3 m布點(diǎn),布5個(gè),之后每隔5 m布點(diǎn),布7個(gè);即每個(gè)量測斷面共布25個(gè)點(diǎn)。
項(xiàng)目部和作業(yè)隊(duì)共分白天和夜晚安排4人對(duì)高速公路進(jìn)行24 h現(xiàn)場指揮交通,示意車輛減速慢行。高速公路兩端在GK676+708和GK678+708設(shè)置減速警示牌。
高速公路 GK676+708~GK677+608,GK677+808~GK678+708每隔100 m設(shè)置警示牌,標(biāo)明“因施工前方限速15 km/h”。
高速公路GK677+608~GK677+808段慢行,限速15 km/h。
隧道洞身下穿高速公路共64.1 m,從2011年5月6日到2011年6月27日共54 d 7個(gè)循環(huán)完成,在隧道下穿高速公路段,地表最大沉降值為17.1 mm,最終實(shí)現(xiàn)了下沉控制在20 mm內(nèi)的設(shè)計(jì)沉降目標(biāo),順利完成重點(diǎn)工程安全質(zhì)量進(jìn)度目標(biāo)。
[1]王曉洲.大斷面黃土隧道建設(shè)技術(shù)[M].北京:中國鐵道出版社,2009.
[2]中鐵二局集團(tuán)有限公司.鐵建設(shè)[2010]241號(hào) 高速鐵路隧道工程施工技術(shù)指南[M].北京:中國鐵道出版社,2010.
[3]關(guān)寶樹.隧道工程施工要點(diǎn)集[M].北京:人民交通出版社,2003.
[4]關(guān)寶樹.隧道力學(xué)概論[M].成都:西南交通大學(xué)出版社,1993.
[5]王毅才.隧道工程[M].北京:人民交通出版社,2000.
[6]王曉洲.淺埋大斷面黃土隧道下穿既有鐵路施工技術(shù)[J].鐵道標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì),2007(S1).
[7]劉 斌,寧茂權(quán).甬臺(tái)溫鐵路前黃隧道下穿高速公路設(shè)計(jì)[J].鐵道標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì),2008(6).
[8]鐵道第三勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司.隧道設(shè)計(jì)施工圖[Z].天津:鐵道第三勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司,2010.
[9]夏永旭.隧道結(jié)構(gòu)力學(xué)計(jì)算[M].北京:人民交通出版社,2004.
[10]凌榮華,等.大跨度深埋黃土隧洞的開挖效應(yīng)研究[J].工程地質(zhì)學(xué)報(bào),1996(3).
[11]李青岳,等.工程測量學(xué)[M].北京:測繪出版社,1995.
[12]中鐵一局集團(tuán)有限公司.高速鐵路隧道工程施工質(zhì)量驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)[S].北京:中國鐵道出版社,2010.
[13]張 囂.大斷面黃土隧道支護(hù)結(jié)構(gòu)力學(xué)特性研究[D].北京:北京交通大學(xué),2010.