林東發(fā)
(漳州通平漳武高速公路有限公司,漳州 363000)
近年來(lái),高速公路工程等交通事業(yè)在山區(qū)蓬勃發(fā)展,因山區(qū)地形條件限制, 線(xiàn)路中的橋梁、 隧道占比越來(lái)越重,橋梁隧道相連的現(xiàn)象越來(lái)越多,甚至橋臺(tái)與隧道洞門(mén)相連,故大部分山區(qū)地形地貌高差較大、地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜、山體陡峭、 場(chǎng)地受限嚴(yán)重等問(wèn)題尤為突出, 增加建設(shè)成本,給施工和運(yùn)營(yíng)埋下了極大的質(zhì)量安全隱患。雖然我國(guó)在橋隧相連的設(shè)計(jì)和施工中取得了長(zhǎng)足的進(jìn)步, 但對(duì)于地形條件更加復(fù)雜的山嶺地區(qū)橋隧相連的洞口施工方法研究仍然不夠充分,存在著極大的局限性。
目前傳統(tǒng)正洞進(jìn)洞施工方案對(duì)部分橋隧相連地區(qū)施工受地勢(shì)及橋梁施工干擾影響的山區(qū)高速公路隧道適用性較小。 本文結(jié)合某高速公路隧道洞口地形條件(極陡峭、圍巖破碎、完整性較差),研究橋與隧緊連的山區(qū)高速公路隧道側(cè)面進(jìn)洞施工, 以期為同類(lèi)地形條件下隧道進(jìn)洞施工制定更加經(jīng)濟(jì)、可靠、合理的施工方案。
隧道特點(diǎn)及進(jìn)洞方式:①不良地質(zhì)和地形條件,按照先加固、后進(jìn)洞的原則,采用地層預(yù)加固措施,早進(jìn)洞,避免邊仰坡過(guò)高及對(duì)自然環(huán)境的破壞(正洞進(jìn)洞);②成洞面仰坡開(kāi)挖難度大,以滿(mǎn)足成洞條件為原則,根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)條件,對(duì)其高度進(jìn)行控制,保證一定的覆土厚度和適當(dāng)?shù)倪呇銎赂叨?正洞進(jìn)洞);③工期寬裕的隧道可在條件好的位置單向進(jìn)洞(正洞進(jìn)洞);④地形限制大,便道無(wú)法修筑至洞口或便道過(guò)長(zhǎng)的隧道, 根據(jù)實(shí)際地形設(shè)置橫洞或斜井,經(jīng)方案必選后可采取橫洞或斜井進(jìn)洞,避免對(duì)原地面大規(guī)模破壞(橫洞/斜井進(jìn)洞)。 不同的進(jìn)洞方式,各有其優(yōu)缺點(diǎn),如表1 所示,施工中應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況,有針對(duì)性地制定適當(dāng)?shù)倪M(jìn)洞方案。
進(jìn)洞方式確定后,主要的施工方法有:①明挖法;②套拱加短管棚法;③套拱加長(zhǎng)管棚法;④地表錨桿或小導(dǎo)管注漿預(yù)加固法;⑤回填暗挖法。
表1 不同地形地質(zhì)條件隧道進(jìn)洞方式對(duì)比表
某高速公路隧道左線(xiàn)全長(zhǎng)4881m、右洞全長(zhǎng)4891m,平均長(zhǎng)度為4886m; 洞內(nèi)設(shè)置14 處人行橫洞、6 處車(chē)行橫洞、4 處配電橫洞。 隧道進(jìn)口左、右洞分別需獨(dú)頭掘進(jìn)約3464m,順坡施工,合同要求工期24 個(gè)月,實(shí)際計(jì)算工期需33 個(gè)月,工期壓力大。
隧道進(jìn)口段自然山體坡度約50~70°,位于山體半山坡位置,山林茂密。 隧道洞口與溝谷底部高差50m,與縣道高差80m, 隧道進(jìn)口平面圖見(jiàn)圖1。 隧道洞頂埋深較淺,地表覆蓋層厚度較大,圍巖主要為殘坡積層、花崗斑巖風(fēng)化土層,巖體結(jié)構(gòu)松散,圍巖級(jí)別為V 級(jí),開(kāi)挖后穩(wěn)定性較差, 且隧道進(jìn)口緊接橋臺(tái), 左洞門(mén)距離臺(tái)背僅0.5m,洞口臨崖、無(wú)作業(yè)空間,進(jìn)洞難度極大,如圖2 所示。
圖2 隧道左洞洞口橫斷面圖
洞口清表完成后現(xiàn)場(chǎng)踏勘隧道進(jìn)口處地形及地質(zhì)情況:隧道進(jìn)口地形陡峭且偏壓,洞口揭示圍巖節(jié)理發(fā)育、破碎,伴隨項(xiàng)目所處地區(qū)降雨量較大,降水入滲形成基巖裂隙水,施工時(shí)的輕微振動(dòng)即可導(dǎo)致掉塊甚至崩塌現(xiàn)象,給隧道進(jìn)洞施工造成較大的安全隱患, 洞口揭露巖層結(jié)構(gòu)見(jiàn)下圖3。
圖3 隧道洞口圍巖裂隙發(fā)育
根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況確保施工安全及保證工期, 該隧道采取左洞左側(cè)橫洞(凈空8m×7m)進(jìn)洞方案,取消采用正洞進(jìn)洞方案, 并在隧道左右洞之間再增設(shè)一處車(chē)行橫洞,用于右洞施工交通要道。 該方法主要優(yōu)點(diǎn):一是避開(kāi)施工便道修筑通過(guò)洞口需進(jìn)行邊仰坡擴(kuò)挖的安全風(fēng)險(xiǎn),減少了對(duì)山體的擾動(dòng),確保洞口圍巖穩(wěn)定有一定的作用;二是預(yù)計(jì)比從正洞正面進(jìn)洞需要進(jìn)行洞口加固完后方可進(jìn)洞施工提前6 個(gè)月進(jìn)洞,從而確保了施工工期,提高了整體經(jīng)濟(jì)效益;三是改善了隧道施工的場(chǎng)地作業(yè)環(huán)境,確保了施工安全;四是采取“零仰坡”出洞,減少對(duì)邊仰坡破壞,保護(hù)生態(tài)環(huán)境。此方案在地形陡峭、山體破碎、易發(fā)生崩塌, 且橋隧零距離相連的洞口效果非常明顯。 詳見(jiàn)圖4、圖5。
圖4 側(cè)面橫洞進(jìn)洞平面圖
圖5 橫洞斷面圖
圖6 橫洞進(jìn)洞施工組織流程圖
4.2.1 橫洞施工
(1)橫洞洞口截水溝設(shè)置。橫洞洞門(mén)采用端墻式,洞頂邊仰坡開(kāi)挖線(xiàn)5m 外設(shè)0.6m 深×1.0m 寬梯形截水溝,將橫洞頂山體水流通過(guò)截水溝改移, 并順接至山谷內(nèi)自然水系中,保證正常排水。
(2)將橫洞口邊仰坡加固。 橫洞成洞面及臨時(shí)邊坡采用噴、 錨、 網(wǎng)支護(hù),C25 噴射混凝土(厚10cm); @20×20cmφ8mm 鋼筋網(wǎng);L=5m, @1m×1mφ22mm 水泥砂漿錨桿。 成洞面及臨時(shí)邊坡應(yīng)設(shè)置 @2.0m ×2.0m φ10cmPVC 管泄水孔。 洞口開(kāi)挖時(shí),采取預(yù)留核心土臺(tái)階法施工。
(3) 橫洞洞口段采取φ108mm 鋼管,L= 24m@50cm中管棚超前加固方案進(jìn)洞。
(4)進(jìn)洞橫洞段按照V 級(jí)圍巖進(jìn)行設(shè)計(jì),洞身初期支護(hù)采用錨、噴、網(wǎng)、鋼架支護(hù),洞口段、橫洞與正洞交叉段采用工@60cm, 工16 工字鋼, 管棚范圍外鋼架間距1.0m;鋼筋網(wǎng)采用@20×20cmφ8mm 鋼筋網(wǎng);噴射混凝土標(biāo)號(hào)C25;系統(tǒng)錨桿拱部采用L=3.5,@1mφ25mm 中空錨桿,邊墻采用L=3,@1mφ22mm 砂漿錨桿梅花形布置;超前小導(dǎo)管L=4.5m,@50cm,σ5mmφ50mm 的無(wú)縫鋼管,縱向搭接長(zhǎng)度1.5m,外插角15°。洞口段15m 及與正洞交叉處10m 采用30cm 厚C30 模筑混凝土。
(5)左、右主洞之間橫洞段按照IV 級(jí)圍巖進(jìn)行設(shè)計(jì),洞身初期支護(hù)采用錨、 噴、 網(wǎng)、 鋼架支護(hù), 鋼架采用@1.2cm,工14 工字鋼;鋼筋網(wǎng)采用@20×20cmφ8mm 鋼筋網(wǎng); 噴射混凝土標(biāo)號(hào)C25; 系統(tǒng)錨桿拱部采用L=30,@1.2mφ25mm 中空錨桿, 邊墻采用L=3,@1.2mφ22mm砂漿錨桿,梅花形布置。 與正洞交叉處各10m 采用30cm厚的C30 模筑混凝土。
(6)橫洞內(nèi)路面采用20cm 厚C20 混凝土澆筑,路面右側(cè)預(yù)留排水側(cè)溝,水溝寬30cm,深20cm。
(7) 主洞與橫洞交接位置的縱向排水管采用暗埋敷設(shè),跨電纜槽處設(shè)置跨溝蓋板,以確保排水不受影響。
4.2.2 橫洞挑頂施工
橫洞與主洞交接部位按先加固后開(kāi)挖的原則, 根據(jù)地質(zhì)情況,相交位置5m 范圍的支護(hù)型式加強(qiáng)。 橫洞進(jìn)入正洞的門(mén)洞采用雙拼工18 型鋼門(mén)架,鋼架組拼如圖7 所示。 進(jìn)入正洞后的挑頂施工,應(yīng)從外向內(nèi)逐步擴(kuò)大,并始終保持逃生通道的暢通。
圖7 橫洞挑頂鋼架組拼圖
4.2.3 主洞二襯臺(tái)車(chē)拼裝
正洞二襯臺(tái)車(chē)采用洞內(nèi)拼裝的施工方案。 臺(tái)車(chē)拼裝場(chǎng)地設(shè)置在橫洞與主洞交接位置小里程段落。 拼裝場(chǎng)地長(zhǎng)15m,主洞開(kāi)挖時(shí)拱部斷面加大100cm,后期二襯澆筑時(shí)按照原設(shè)計(jì)凈空澆筑到位,如圖8、圖9 所示。
(1)橫洞洞口施工前,應(yīng)先施作截、排水溝及洞口改溝,并確保排水暢通,確保洞口施工安全。
(2)橫洞大管棚與小導(dǎo)管縱向搭接長(zhǎng)度應(yīng)不小于5m;小導(dǎo)管搭接長(zhǎng)度不小于1m。
(3)橫洞施工時(shí),加強(qiáng)地表沉降、洞內(nèi)初期支護(hù)等監(jiān)控量測(cè)工作。
(4)嚴(yán)禁超挖,逐榀開(kāi)挖。
(5)盡可能控制爆破藥量,減少擾動(dòng),防止發(fā)生崩塌等災(zāi)害。
(6)嚴(yán)格遵循“短進(jìn)尺、弱爆破、快封閉、勤量測(cè)”的原則,嚴(yán)格控制開(kāi)挖進(jìn)尺和爆破振動(dòng)速度。
(7)應(yīng)堅(jiān)持“隨挖隨支、先噴后錨”的原則,即初期支護(hù)必須緊跟開(kāi)挖工作面,應(yīng)在爆破、通風(fēng)和找頂后首先及時(shí)初噴砼,盡快封閉巖面,控制圍巖變形,然后再及時(shí)掛鋼筋網(wǎng)、施作錨桿、架立鋼架,最后復(fù)噴砼至設(shè)計(jì)厚度。
(8)鋼架拱腳須位于堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)上,嚴(yán)禁拱腳懸空。拱腳處應(yīng)采用鎖腳錨桿將拱腳鎖緊。 當(dāng)拱腳位于土質(zhì)圍巖時(shí),應(yīng)進(jìn)行擴(kuò)大拱腳處理。
圖8 臺(tái)車(chē)拼裝場(chǎng)地設(shè)計(jì)圖
圖9 臺(tái)車(chē)拼裝立面圖
(9)在初期支護(hù)作業(yè)期間,應(yīng)隨時(shí)觀(guān)察圍巖變化情況。當(dāng)圍巖變形過(guò)大,應(yīng)及時(shí)反饋,以便采取施工輔助措施、加強(qiáng)初期支護(hù)或提前施作二次襯砌。
(10)隧道主洞出洞時(shí)應(yīng)已完成洞口邊坡加固施工,且加強(qiáng)洞口作業(yè)防護(hù),避免落石傷人。
(11)主洞洞口大管棚、邊坡防護(hù)等防護(hù)措施施工完成后方可施工橋臺(tái),避免石塊崩落傷人。
(12)隧道施工過(guò)程中,嚴(yán)格落實(shí)隧道施工安全九條規(guī)定和“十一項(xiàng)措施”,嚴(yán)格落實(shí)領(lǐng)導(dǎo)帶班制度,控制安全步距,落實(shí)安全教育培訓(xùn)制度,做好班前教育工作。
(1)傳統(tǒng)正洞進(jìn)洞與橫洞進(jìn)洞方案對(duì)比,見(jiàn)表2。
表2 正洞進(jìn)洞與橫洞進(jìn)洞方案對(duì)比表
(2)實(shí)際產(chǎn)生效益分析
橫洞進(jìn)洞方案比正洞進(jìn)洞方案投資增加340 萬(wàn),工期節(jié)省6 個(gè)多月;勞務(wù)及機(jī)械等成本減少378 萬(wàn)元,具體見(jiàn)表3。
表3 人、料、機(jī)成本對(duì)比
本文介紹了某高速公路隧道橋隧相連的特點(diǎn)、 地質(zhì)條件, 對(duì)傳統(tǒng)施工方案中隧道洞口位置和開(kāi)挖方案的選擇作了闡述,正洞進(jìn)洞在承擔(dān)高風(fēng)險(xiǎn)、高難度、長(zhǎng)工期、多作業(yè)面干擾的情況下, 比橫洞進(jìn)洞方案增加投資340 萬(wàn)元,但橫洞進(jìn)洞方案工期提前6 個(gè)月,勞務(wù)及機(jī)械等成本節(jié)約378 萬(wàn)元。正洞進(jìn)洞方案中施工安全、施工難度以及對(duì)環(huán)境破壞等方面所造成的負(fù)面影響遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)其所節(jié)省的經(jīng)濟(jì)成本。
本文所述某隧道針對(duì)地形、 地質(zhì)、 地貌條件的特殊性,摒棄在地形陡峭部位正洞進(jìn)洞的傳統(tǒng)方案,采用橫洞進(jìn)洞方案。
經(jīng)對(duì)正洞進(jìn)洞方案和橫洞進(jìn)洞方案進(jìn)行對(duì)比, 總結(jié)如下:
(1)經(jīng)方案比選,針對(duì)地形陡峭、地質(zhì)復(fù)雜、安全風(fēng)險(xiǎn)大的隧道不應(yīng)盲目選擇節(jié)省成本的進(jìn)洞方式, 應(yīng)堅(jiān)持以人為本,安全第一,綠色公路,品質(zhì)工程的理念,結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際,綜合考慮,統(tǒng)籌規(guī)劃,制定切實(shí)可行的方案,才能保證施工安全,順利進(jìn)洞施工,緩解工期壓力。
(2)探討了主洞進(jìn)洞施工安全隱患及地形地質(zhì)條件對(duì)施工工期和質(zhì)量的影響,給出了橫洞進(jìn)洞的建議。
(3)橫洞進(jìn)洞施工,仍舊堅(jiān)持“管超前、嚴(yán)注漿、短開(kāi)挖、強(qiáng)支護(hù)、早封閉、勤量測(cè)”的施工原則,早進(jìn)洞,晚出洞,確保施工安全。
(4)從經(jīng)濟(jì)、安全、施工質(zhì)量控制等方面對(duì)不同的進(jìn)洞方案進(jìn)行比選, 對(duì)不同施工方案可能出現(xiàn)的風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行總結(jié)和分析,為橋隧相連工程施工提供了一定的參考。