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        削坡影響的淺埋偏壓隧道洞口安全性優(yōu)化設(shè)計(jì)研究

        2021-11-06 04:00:00王年近張洋溢王曉勇
        四川水泥 2021年10期
        關(guān)鍵詞:圍巖優(yōu)化施工

        王年近 張洋溢 王曉勇

        (中電建路橋集團(tuán)有限公司, 北京 100160)

        0 引言

        隨著城市公路建設(shè)規(guī)模的不斷擴(kuò)大,建設(shè)過程中遇到穿越山體、大斷面等情況更為普遍。由于山區(qū)地形、地質(zhì)條件復(fù)雜多變,橋隧相連等原因,工程實(shí)際施工過程中出現(xiàn)了較多的隧道洞口設(shè)計(jì)邊坡被切削,造成隧道仰坡坡腳出現(xiàn)豎向臨空面的情況。隧道洞口設(shè)計(jì)邊坡的切削加劇破壞了山體的原有受力平衡,形成淺埋偏壓隧道施工條件,增加了隧道洞口施工風(fēng)險(xiǎn),使得這些洞口往往成為設(shè)計(jì)和施工中的控制難點(diǎn)。

        代樹林、左天宇、侯晶石等[1]對(duì)地形偏壓隧道地表處理措施開展研究,得到隧道偏壓優(yōu)化處理方案;張永利,李冬生[2]對(duì)削坡后洞口圍巖受力方式開展數(shù)值模擬,分析了山體削坡后對(duì)隧道穩(wěn)定性的影響。

        本文以杭州蕭山區(qū)博奧路山嶺隧道施工項(xiàng)目為研究對(duì)象,對(duì)該削坡淺埋隧道洞口施工安全性施工方法進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì),并進(jìn)行實(shí)際工程驗(yàn)證,為以后類似工程的設(shè)計(jì)提供了參考

        1 工程概況

        本項(xiàng)目位于杭州市蕭山區(qū)博奧路段的山嶺隧道隧道施工段,主線隧道為雙向六車道,采用分離式獨(dú)立雙洞形式穿越西山,主線隧道左線北起里程樁號(hào)ZK2+009.00, 南至里程樁號(hào)ZK2+580.00 的山嶺隧道段,長度571m。主線隧道右線北起里程樁號(hào)YK1+928.00,南至里程樁號(hào)YK2+580的山嶺隧道段,長度652m。慢行系統(tǒng)隧道北起里程樁號(hào)K0+140,南至里程樁號(hào)K0+800,全長660m。

        由于本隧道地處城市交通重點(diǎn)密集區(qū)域,需要對(duì)隧道上部坡體進(jìn)行切削施工,本項(xiàng)目主線隧道進(jìn)洞口段地面橫坡較為陡峻,邊仰坡開挖工程量較大,洞口處為淺埋偏壓以及開挖位置較深且隧道圍巖以砂巖為主,節(jié)理裂隙較發(fā)育且破碎,圍巖級(jí)別為Ⅴ級(jí)為主,圍巖自穩(wěn)性較差,給施工造成了較大的施工安全質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)隱患。

        由于隧道上部削坡施工處理,造成隧道施工難點(diǎn)在于洞口左偏壓且屬于淺埋段,如果開挖掘進(jìn)工藝不當(dāng)極易導(dǎo)致因圍巖變形過大甚至山體滑坡,進(jìn)而影響施工質(zhì)量安全且延誤施工工期。

        圖1 隧道洞洞口斷面

        2 削坡影響下隧道洞口安全性優(yōu)化設(shè)計(jì)

        綜合考慮各方面因素,結(jié)合博奧路西山隧道圍巖情況,針對(duì)上部坡體切削隧洞施工條件進(jìn)行施工設(shè)計(jì)優(yōu)化。

        2.1 隧洞開挖支護(hù)方法優(yōu)化設(shè)計(jì)

        洞頂截水溝設(shè)在距離邊仰坡開口線5m 外,采用M10 漿砌片石砌筑。采用機(jī)械配合人工開挖,局部地形受限采用人工開挖,擠漿法施工漿砌片石,在隧道洞口段開挖前施工完畢。

        整體結(jié)構(gòu)采用C35 自防水鋼筋混凝土進(jìn)行結(jié)構(gòu)的自防水;之后采用2.0mm 厚EVA 防水卷材,背襯400g/m2無紡布一層作為防水隔離層;最后在襯砌澆筑工作縫設(shè)置鋼邊橡膠止水帶,在設(shè)置變形縫處設(shè)鋼邊止水帶。同時(shí)在二襯迎水面設(shè)置背貼式止水帶。施工時(shí)沿邊溝側(cè)填土夯實(shí),并高于溝頂,以免水滲入截水溝基礎(chǔ)內(nèi)。

        邊仰坡采用挖掘機(jī)為主,人工配合刷坡,逐級(jí)開挖、逐級(jí)防護(hù),防護(hù)與開挖同步,開挖到成洞面附近時(shí)預(yù)留核心土體,方便長管棚施工。時(shí)刻注意洞口段地質(zhì)狀況,地質(zhì)條件較差時(shí)仰坡采取馬口開挖,開挖后及時(shí)進(jìn)行錨、網(wǎng)、噴支護(hù)。

        2.2 削坡影響下隧道偏壓進(jìn)洞優(yōu)化設(shè)計(jì)

        首先開展淺埋偏壓隧洞的長管棚施工設(shè)計(jì),進(jìn)洞口均采用30m 管棚,邊仰坡開挖支護(hù)到設(shè)計(jì)位置時(shí),注意預(yù)留核心土,方便施做長管棚套拱,管棚采用C25 混凝土套拱做固定端,套拱內(nèi)設(shè)3 榀工20a 工字鋼與管棚焊成整體。管棚材料采用熱軋無縫鋼管直徑108mm,壁厚8mm。

        充分利用預(yù)留的核心土,搭設(shè)平臺(tái),安裝鉆機(jī),鉆孔→下管→注漿。

        圖2 削坡影響下長管棚優(yōu)化設(shè)計(jì)圖

        右線隧道進(jìn)口處地形起伏較大,為盡可能少的進(jìn)行山體刷坡,減小對(duì)山體邊坡環(huán)境的影響,在洞口山體外側(cè)施做反壓處理,施做套拱,并在隧道頂部回填土石,防止由于淺埋造成的隧道失穩(wěn)。

        先開挖清除部分地表土,然后施作60cm 厚C25 混凝土套拱,套拱內(nèi)設(shè)I18 工字鋼鋼拱架,間距50cm,鋼架之間通過Φ22 鋼筋連接,環(huán)向間距100cm,套拱內(nèi)預(yù)留Φ127×4mm 孔口管,套拱兩端基礎(chǔ)各延伸至圍巖內(nèi)不小于60cm,并設(shè)置鎖腳錨桿,每榀8 根;管棚采用Φ108×8mm 無縫鋼管,長30m。套拱施作完畢后對(duì)隧道拱頂進(jìn)行回填。

        3.3 削坡影響下隧道偏壓洞口安全性優(yōu)化設(shè)計(jì)

        針對(duì)工程現(xiàn)場(chǎng)削坡影響下的偏壓隧道到工況,開展如下隧洞洞口優(yōu)化設(shè)計(jì)方案:

        左右線及慢行隧道進(jìn)口洞門根據(jù)地形條件,采用臺(tái)階式洞門。慢行隧道出口洞門采用端墻式洞門。

        (1)明洞、洞門土石方開挖至洞口大管棚套拱基礎(chǔ)底標(biāo)高時(shí),人工開挖基坑,進(jìn)行長管棚套拱及長管棚施工,超前長管棚注漿后,進(jìn)入正洞施工,正洞開挖與明洞下半部分土石方開挖同時(shí)進(jìn)行。

        (2)明洞、洞門土石方開挖至路面設(shè)計(jì)標(biāo)高時(shí),轉(zhuǎn)為人工開挖,由人工挖出明洞仰拱及洞門基礎(chǔ),明洞基礎(chǔ)應(yīng)落在穩(wěn)固的基礎(chǔ)上,地基承載力≥200kPa。如在土層上,應(yīng)實(shí)測(cè)地基承載力,再做處理,保證承載力滿足設(shè)計(jì)要求。

        (3)外模采用5cm 厚木板,插入式振搗器振搗。隧道明洞一次性整體式進(jìn)行灌注,澆筑砼必須對(duì)稱分層澆筑,每層厚度不超過30~50cm,振搗密實(shí)又不超振。在明洞與隧道正洞洞內(nèi)接頭處設(shè)置變形縫。

        明洞及洞門結(jié)構(gòu)施工須符合以下質(zhì)量要求:洞門施工放樣位置準(zhǔn)確;洞門基礎(chǔ)必須置于穩(wěn)固的地基上,并滿足設(shè)計(jì)承載力;明洞襯砌與暗洞交界設(shè)沉降縫分開澆注,臺(tái)車長度多于部分向洞門段調(diào)節(jié);洞門建筑完成后,檢查仰坡坡頂?shù)慕厮疁霞奥穳q排水系統(tǒng)的完好與連通。

        (4)整體結(jié)構(gòu)采用C35 自防水鋼筋混凝土進(jìn)行結(jié)構(gòu)的自防水;之后采用2.0mm 厚EVA 防水卷材,背襯400g/m2無紡布一層作為防水隔離層;最后在襯砌澆筑工作縫設(shè)置鋼邊橡膠止水帶,在設(shè)置變形縫處設(shè)鋼邊止水帶。同時(shí)在二襯迎水面設(shè)置背貼式止水帶。施工時(shí)沿邊溝側(cè)填土夯實(shí),并高于溝頂,以免水滲入截水溝基礎(chǔ)內(nèi)。

        (5)明洞襯砌達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度,完成防水和排水盲溝后,采用碎石土進(jìn)行回填?;靥顟?yīng)分層、對(duì)稱,每層厚度不大于0.3m,兩側(cè)回填土高差不大于0.5m,壓實(shí)度應(yīng)大于90%,應(yīng)在拱頂中心回填高度達(dá)到1.0m,方可采用機(jī)械回填?;靥钔另敳渴┕?0cm 粘土隔水層,并嚴(yán)格夯實(shí),表層植草種樹。

        3 優(yōu)化設(shè)計(jì)成果

        針對(duì)杭州市蕭山區(qū)博奧路段的上部削坡處理的淺埋偏壓山嶺隧道施工條件,結(jié)合本文削坡影響下隧道洞口安全性優(yōu)化設(shè)計(jì)方案,開展實(shí)際項(xiàng)目工程驗(yàn)證,在本文優(yōu)化方案設(shè)計(jì)下,現(xiàn)場(chǎng)隧洞施工效果圖如圖3。

        圖3 淺埋偏壓隧道洞口效果圖

        如圖3 所示,隧洞上部山嶺坡體被切削,破壞了原有的圍巖穩(wěn)定形態(tài),導(dǎo)致隧洞施工環(huán)境受力較為復(fù)雜;本文利用隧洞偏壓優(yōu)化方案設(shè)計(jì),穩(wěn)定了圍巖受力情況,工程效果良好,對(duì)該洞口設(shè)計(jì)過程中存在的問題和解決方案進(jìn)行了探討,為以后類似工程的設(shè)計(jì)提供了參考。

        圖4 淺埋偏壓隧道洞口內(nèi)部效果圖

        4 結(jié)束語

        本文以杭州蕭山區(qū)博奧路山嶺隧道施工項(xiàng)目為研究對(duì)象,對(duì)該削坡淺埋隧道洞口施工安全性施工方法進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì),得到以下結(jié)論:

        (1)對(duì)于偏壓型隧道,在洞口山體外側(cè)施做反壓處理,施做套拱,并在隧道頂部回填土石,防止由于淺埋造成的隧道失穩(wěn),應(yīng)用效果良好。

        (2)偏壓式洞口護(hù)拱防護(hù)結(jié)構(gòu)及安全性優(yōu)化設(shè)計(jì),能夠有效的降低大開挖對(duì)山體圍巖擾動(dòng)。

        本施工方案的優(yōu)化設(shè)計(jì),很好地解決了淺埋偏壓地形帶來的施工難點(diǎn),保證了隧洞后續(xù)暗洞施工質(zhì)量安全。通過隧道的施工實(shí)踐,為大斷面淺埋隧道施工積累有效且經(jīng)濟(jì)的施工經(jīng)驗(yàn),為類似的淺埋偏壓隧道施工具有一定的借鑒和參考意義。

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