王清江
(重慶廣播電視大學(xué),重慶 401520)
隧道洞口開挖施工是隧道工程施工的關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一,洞口地段一般地質(zhì)條件較差,巖層風(fēng)化程度高,受地下水影響大,洞口埋深較淺,地形地貌復(fù)雜,洞口開挖施工易造成坍塌等問題,如洞口設(shè)計和施工方案不當(dāng),隧道將無法進(jìn)洞。因此,隧道洞口邊仰坡穩(wěn)定直接關(guān)系著隧道施工的工期和效益。隧道洞口施工方案選取需考慮的關(guān)鍵因素是施工中如何減少對山體擾動和影響,確保洞口山體原有的穩(wěn)定狀態(tài)。進(jìn)洞方案的確定,在對洞口圍巖地質(zhì)條件、地下水形態(tài)、地貌特征等自然條件認(rèn)真分析的基礎(chǔ)上,按“早進(jìn)晚出”的原則比選確定。
目前,隧道進(jìn)洞開挖施工方法很多,但概括起來主要有全斷面法、臺階法、分部開挖法。根據(jù)圍巖地質(zhì)情況,當(dāng)圍巖較好時,采取全斷面法或臺階法,當(dāng)圍巖較差時采取CD法、CRD法或雙側(cè)臂導(dǎo)坑法等分部開挖方法。另外,當(dāng)圍巖地質(zhì)破碎,開挖后圍巖難以自穩(wěn)時,可采取地表及超前預(yù)加固措施。施工中,雖然采取了一系列措施,但洞口開挖施工過程中仍會發(fā)生諸多問題,如:邊仰坡崩塌、滑動、圍巖失穩(wěn);掌子面失穩(wěn)崩落;隧道洞口地表沉陷等問題。這些問題的成因主要是隧道開挖改變了山體巖層內(nèi)應(yīng)力狀態(tài),破壞了山體原有穩(wěn)定結(jié)構(gòu)。
確定洞口開挖施工穩(wěn)定技術(shù)措施應(yīng)針對引起洞口失穩(wěn)的原因進(jìn)行分析研究,隧道要求按“早進(jìn)晚出”的原則組織施工,其目的也是減少隧道洞口開挖施工對山體原有形態(tài)的改變,充分利用山體的自穩(wěn)狀態(tài)。根據(jù)這一原則隧道洞口施工穩(wěn)定技術(shù)可采取如下措施:
1)減少和避免地表水對洞口開挖施工的影響,開挖前首先施作地表截排水工程。
2)避免邊仰坡開挖過程中失穩(wěn),根據(jù)圍巖地質(zhì)情況選取邊仰坡開挖坡度,盡量減少對原有穩(wěn)定邊坡的破壞,開挖后及時施工邊坡工程。
3)采取護(hù)拱法進(jìn)洞方案,邊仰坡開挖至隧道洞頂標(biāo)高后,掏槽施工護(hù)拱后再進(jìn)洞開挖,以減少進(jìn)洞開挖對穩(wěn)定山體的影響。
4)圍巖破碎地段采取洞頂注漿及超前預(yù)注漿等預(yù)加固措施后再進(jìn)洞開挖。
護(hù)拱法洞口開挖施工工藝流程圖見圖1。
1)隧道洞口截排水溝施工。
測放隧道洞頂截水溝位置,截水天溝距邊仰坡開挖邊緣不小于5 m,溝底坡度根據(jù)地形設(shè)置,且不小于3%,天溝采取人工或人工配合小型機(jī)械開挖,開挖后砌筑漿砌片石或澆筑混凝土溝壁。
圖1 護(hù)拱法隧道洞口開挖施工工藝流程圖
2)邊仰坡開挖。
施工前清除洞口與上方有可能滑塌的表土、灌木及山坡危石后,土質(zhì)地層采用挖掘機(jī)自上而下逐層開挖,人工配合修坡,石質(zhì)地層邊仰坡開挖需爆破時,采取淺眼松動爆破開挖。邊仰坡較高時,應(yīng)分層開挖,分層防護(hù),采用坡度尺檢查坡度,及時施作系統(tǒng)錨桿及防護(hù)工程。
3)護(hù)拱法施工工藝。
a.護(hù)拱結(jié)構(gòu)。
根據(jù)地形情況,護(hù)拱長為1 m~2 m,厚50 cm,C25混凝土,護(hù)拱內(nèi)設(shè)3榀~5榀高45 cm格柵拱架,格柵拱架間距50 cm,靠近掌子面1榀拱架嵌入巖體內(nèi)。護(hù)拱高度結(jié)合進(jìn)洞施工方法,可分為全斷面或半斷面。護(hù)拱形式見圖2。
圖2 洞口護(hù)拱形式示意圖
b.開挖。
施工前,測量放線,施作完成超前小導(dǎo)管或超前錨桿,拱架安設(shè)部位采取掏槽開挖,掏槽高度與初期支護(hù)厚度相同,縱向深度30 cm~50 cm。掏槽開挖采用人工鑿槽。
c.拱架加工、架設(shè)。
護(hù)拱段拱架采用格柵鋼架或工字型鋼鋼架,主筋為Φ25鋼筋(或Ⅰ20b工字鋼),為確保護(hù)拱段的初期支護(hù)凈空尺寸、防止因拱頂下沉及側(cè)墻收斂侵入凈空,拱架尺寸在原設(shè)計拱架的基礎(chǔ)上加大10 cm。拱架安裝要求:
在拱架架設(shè)前,將拱架腳部鋪墊5 cm厚的早強(qiáng)砂漿找平層,待砂漿強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計強(qiáng)度時,再安裝鋼架,以防拱架下沉,拱架安裝時嚴(yán)格控制拱架標(biāo)高,拱架安裝時按設(shè)計抬高5 cm。
第一榀拱架要鑲嵌于事先挖好的土槽中,與小導(dǎo)管焊接連接。
護(hù)拱段拱架安設(shè)時要保證中線、法線準(zhǔn)確,保證其不偏、不斜、不前俯、不后仰,鋼架安裝允許偏差為:橫向和高程±5 cm,垂直度 ±2°。
拱架架設(shè)完成后,焊接縱向Φ22連接筋,環(huán)向間距1.0 m,在焊接縱向連接筋的同時掛雙層鋼筋網(wǎng),鋼筋網(wǎng)采用φ8鋼筋,網(wǎng)格間距200 mm×200 mm,掛設(shè)時兩片鋼筋網(wǎng)搭接不得小于200 mm。
打設(shè)鎖腳錨桿,鎖腳錨桿采用φ25鋼筋,長3 m,每榀拱架每側(cè)設(shè)鎖腳錨桿3根。
d.噴射混凝土。
立模,護(hù)拱內(nèi)模板可采用1 cm厚的木板吊在護(hù)拱格柵鋼架的內(nèi)側(cè)。噴射混凝土,采用濕噴工藝,噴射時從下向上分層進(jìn)行,每層噴射厚度為3 cm~5 cm。噴射時兩側(cè)對稱同步進(jìn)行,防止因高差過大造成拱架移位。
e.洞身開挖。
護(hù)拱混凝土噴射完成后,進(jìn)行開挖作業(yè)。洞口護(hù)拱施工示意圖見圖3。
圖3 洞口護(hù)拱施工示意圖
國內(nèi)外工程界對隧道工程洞口施工都高度重視,隧道進(jìn)洞方法應(yīng)根據(jù)不同隧道地質(zhì)情況、施工條件、埋置深度、斷面大小、自然邊仰坡及施工環(huán)境,以施工安全為前提,綜合考慮工期、經(jīng)濟(jì)等因素經(jīng)比選確定。護(hù)拱法進(jìn)洞方案旨在最大限度的削弱隧道開挖對山體圍巖穩(wěn)定狀態(tài)的影響,確保了軟弱破碎圍巖洞口施工安全。
[1] TB 10203-2002,鐵路橋涵施工規(guī)范[S].
[2] TB 10210-2001,鐵路混凝土與砌體工程施工規(guī)范[S].
[3] 鐵建設(shè)(2005)16號,鐵路混凝土工程施工質(zhì)量驗收補(bǔ)充標(biāo)準(zhǔn)[S].
[4] 鐵建設(shè)(2005)157號,鐵路混凝土結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計暫行規(guī)定[S].
[5] 鐵路橋梁工程施工手冊(下冊)[Z].