段曉彬 張 濤
(云南省交通規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院,云南 昆明 650041)
大坡隧道位于楚雄至大姚高速公路,左幅全長(zhǎng)1 577 m、右幅全長(zhǎng)1 558 m,為全線最長(zhǎng)的三車道隧道。隧道所在路段設(shè)計(jì)為雙向六車道高速公路,設(shè)計(jì)時(shí)速100 km/h,汽車荷載等級(jí):公路—Ⅰ級(jí),按7度地震設(shè)防,隧道凈寬14.5 m,凈高5 m。
擬建路線位于云貴高原西南側(cè),氣候溫和濕潤(rùn),冬無嚴(yán)寒,夏無酷暑,素有“四季如春”之稱,年平均氣溫15.3 ℃,最高33 ℃,最低-5 ℃。多年平均降雨量814.4 mm,最大1 132.5 mm,最小638.9 mm,80%集中于6月~10月,旱、雨季節(jié)分明。年蒸發(fā)量1 600 mm~2 000 mm,最強(qiáng)3月~5月。絕對(duì)濕度6.3 mb~30.1 mb。相對(duì)濕度50%~88%。每年11月~次年2月20 d~80 d的霜期,偶見高山有少量降雪,災(zāi)害性氣候不突出。
進(jìn)口段隧道圍巖分級(jí)劃分為Ⅴ1級(jí)。隧道圍巖為侏羅系上統(tǒng)高豐寺組(J3g)紫紅泥巖、長(zhǎng)石石英砂巖及第四系坡殘積(Qdl+el)粉質(zhì)粘土為主。粉質(zhì)粘土主要分布于隧道進(jìn)口段表層,硬塑狀態(tài),層厚一般2 m~5 m;泥巖、泥質(zhì)粉砂巖及長(zhǎng)石石英砂巖以強(qiáng)風(fēng)化為主,碎塊、塊狀碎裂結(jié)構(gòu),受周邊斷層錯(cuò)動(dòng)強(qiáng)烈,巖層產(chǎn)狀變化大,差異風(fēng)化明顯。巖體基本無自穩(wěn)能力,開挖時(shí)不及時(shí)支護(hù)或支護(hù)(處理)不當(dāng)易產(chǎn)生較大規(guī)模的坍塌,側(cè)壁穩(wěn)定性差。電阻率值一般在50 Ω·m~210 Ω·m之間。泥巖富水性弱,開挖時(shí)存在小量滲水、滴水現(xiàn)象。
左幅隧道進(jìn)口ZK40+755~ZK40+855段臨近既有廣姚公路(路基寬6.5 m),平面距離最小處僅為18 m。隧道洞口段位于溝谷,地形存在偏壓,部分地段隧道局部外露,整體成洞條件差。
項(xiàng)目施工過程中需保證廣姚公路通車,根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況不具備臨時(shí)改路的條件。與廣姚公路臨近段若采用挖方路基方案存在邊坡較高、坡比較陡、邊坡與既有公路過近的問題,施工與運(yùn)營(yíng)過程中邊坡穩(wěn)定及臨近公路安全均存在較大風(fēng)險(xiǎn),故決定采用隧道方案,針對(duì)實(shí)際地形條件提出了兩種可能的方案:明挖法、蓋挖法。
采用傳統(tǒng)明挖法,開挖隧道進(jìn)口淺埋偏壓段,對(duì)臨時(shí)邊坡進(jìn)行防護(hù),施作明洞結(jié)構(gòu)后進(jìn)行反壓回填。明挖法施作簡(jiǎn)單,利于機(jī)械操作,但存在以下幾個(gè)缺點(diǎn):
1)明挖段落較長(zhǎng),臨時(shí)邊坡暴露時(shí)間過長(zhǎng),存在邊坡滑塌的風(fēng)險(xiǎn)。
2)臨時(shí)邊坡較高,土石方開挖量過大,對(duì)地表影響大。
3)臨時(shí)邊坡與廣姚公路相距較近,對(duì)廣姚公路安全通行存在隱患。
4)隧道位于溝谷中,明洞段施作需要較長(zhǎng)周期,雨季排水困難,雨水對(duì)明、暗洞施工安全造成大的影響。
蓋挖法,盡可能減少對(duì)地表的破壞,挖除地表松散覆蓋層,開挖至較為穩(wěn)定的基巖作為拱腳所在位置,支護(hù)臨時(shí)邊坡,平整出套拱施工平臺(tái),按照隧道襯砌拱部澆筑混凝土套拱至拱腳處。當(dāng)混凝土套拱達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后,采用碎石土反壓回填,在隧道拱頂形成套拱+夯填碎石土的保護(hù)結(jié)構(gòu),同時(shí)進(jìn)行地表改溝。結(jié)束上部回填后洞身暗挖通過。
采用蓋挖法能夠有效克服明挖法存在的幾個(gè)缺點(diǎn),對(duì)地表破壞及相鄰廣姚公路的影響較小,但也存在以下兩個(gè)缺點(diǎn):
1)施工步驟較多。
2)對(duì)施工質(zhì)量要求較高,拱腳處理不當(dāng)會(huì)造成套拱結(jié)構(gòu)下沉侵限。
通過對(duì)明挖法、蓋挖法優(yōu)缺點(diǎn)的分析,二者比較見表1。
由表1對(duì)比可以看出,蓋挖法與明挖法相比在對(duì)環(huán)境影響、工程安全等多個(gè)方面有明顯的優(yōu)勢(shì),故最終選用蓋挖法對(duì)此段隧道進(jìn)行施工。
表1 明挖法與蓋挖法對(duì)比表
1)根據(jù)實(shí)際地形情況,確定套拱設(shè)置范圍。
2)清除地表松散覆蓋層,平整出套拱施工平臺(tái)。
3)按1∶0.3開挖臨時(shí)邊坡,并采用掛網(wǎng)噴錨進(jìn)行臨時(shí)防護(hù)(C20噴射混凝土10 cm,8鋼筋網(wǎng)25×25 cm,22砂漿錨桿L=600 cm)。
4)臨時(shí)邊坡開挖過程及防護(hù)完成后,加強(qiáng)邊坡和臨近廣姚公路的監(jiān)控量測(cè),并制定相應(yīng)的應(yīng)急措施,如圖1所示。
1)套拱拱腳需保證位于較為穩(wěn)定的基巖處,拱腳基巖采用φ42×4小導(dǎo)管注漿加固,L=450 cm,縱向間距50 cm。
2)架設(shè)套拱工字鋼,采用Ⅰ20a工字鋼,間距50 cm。拱腳處采用槽鋼縱向連接,相鄰工字鋼之間采用φ20鋼筋縱向連接、環(huán)向間距100 cm,以增強(qiáng)鋼架整體性。
3)蓋挖段與暗挖段交界處前方2 m鋼架(ZK40+853~ZK40+855)預(yù)埋管棚導(dǎo)向鋼管,并先行澆筑此段套拱混凝土,待此段套拱混凝土強(qiáng)度滿足要求后,打設(shè)φ108×6超前管棚,為下階段進(jìn)暗洞做準(zhǔn)備。
4)套拱混凝土澆筑,鋼架、管棚施作完成后,對(duì)正常段套拱混凝土進(jìn)行澆筑,套拱采用C20混凝土,厚70 cm,為避免施工過程中及后期套拱沉降侵入隧道主體結(jié)構(gòu)支護(hù)范圍,預(yù)留10 cm沉降量,見圖2。
套拱結(jié)構(gòu)混凝土強(qiáng)度達(dá)到要求后,對(duì)拱頂進(jìn)行碎石土反壓回填,碎石土應(yīng)分層夯實(shí),臨時(shí)邊坡一側(cè)盡可能與原有地面相接,另一側(cè)填高以減小地形偏壓對(duì)隧道結(jié)構(gòu)造成的影響;碎石土表面設(shè)置50 cm粘土隔水層,并及時(shí)進(jìn)行綠化恢復(fù)。
由于洞口淺埋段位于自然沖溝內(nèi),此段結(jié)構(gòu)施工應(yīng)在旱季內(nèi)完成,并在回填碎石土上設(shè)置水溝與既有自然沖溝連接,將水引出隧道范圍,見圖3。
套拱結(jié)構(gòu)、碎石土回填完成后,即可對(duì)正洞進(jìn)行開挖,結(jié)合地質(zhì)情況,采用三臺(tái)階預(yù)留核心土法進(jìn)行開挖,按照暗埋結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行支護(hù),開挖過程中應(yīng)加強(qiáng)監(jiān)控量測(cè)。
楚姚高速大坡隧道進(jìn)口左幅位于自然沖溝內(nèi),地質(zhì)較差、地形偏壓、臨近既有道路;實(shí)際施工中采用蓋挖法,順利渡過了淺埋偏壓段,減小了對(duì)既有地表的破壞,保證了廣姚公路的安全通行,并通過夯填碎石土減緩了結(jié)構(gòu)偏壓?jiǎn)栴},取得了良好的工程效果。
云南為多山省份,復(fù)雜的地質(zhì)地形情況是公路選線工作中難以避免的難題,由于條件受限隧道洞口常常位于自然沖溝內(nèi),給隧道設(shè)計(jì)帶來了很大的困難。本隧道蓋挖法的成功實(shí)施,充分考慮了既有的不利因素,分析風(fēng)險(xiǎn),因地制宜采用針對(duì)性的措施,可以為將來云南山嶺隧道洞口段的施工提供一定的借鑒。