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        大跨徑隧道開挖施工技術(shù)研究

        2022-07-21 05:03:38楊永強(qiáng)
        工程建設(shè)與設(shè)計(jì) 2022年12期
        關(guān)鍵詞:跨徑洞口拱頂

        楊永強(qiáng)

        (中鐵十七局集團(tuán)城市建設(shè)有限公司,貴陽 550000)

        1 引言

        在經(jīng)驗(yàn)積累、技術(shù)創(chuàng)新、設(shè)備革新過程中,大跨徑隧道開挖施工技術(shù)進(jìn)步明顯,相比于傳統(tǒng)小塊、多次分割斷面的挖掘方法,其施工過程更加快速與安全,并且能符合大跨徑隧道開挖施工的基本需求。為了更好地應(yīng)用大跨徑隧道開挖施工技術(shù),對(duì)其進(jìn)行研究十分必要。

        2 工程案例

        黃家屋基隧道工程隧道區(qū)附近海拔1 889.4~2 078.8 m,地貌類型為溶蝕、侵蝕、剝蝕低山地貌。場地位于六盤水市水城縣發(fā)箐鄉(xiāng)大河鎮(zhèn)村境內(nèi),隧道進(jìn)出口及洞身段均有鄉(xiāng)村公路可達(dá),交通便利。本高速公路隧道設(shè)計(jì)時(shí)速80 km/h,建筑限界凈寬、凈高分別為10.25 m 與5.0 m,設(shè)計(jì)荷載為公路-Ⅰ級(jí)。為分離式長隧道,隧道進(jìn)口及洞身段測設(shè)線間距約30 m,出口段測設(shè)線間距19 m。右幅隧道起訖樁號(hào)為YK15+552~YK17+528,長1 926 m,最大埋深約124 m。左右幅隧道進(jìn)口及洞身平面線形為直線,左幅出口段位于R=1 300 m 的圓曲線上,右幅出口段位于R=1 200 m 的圓曲線上。左右幅隧道進(jìn)口段為上坡,坡度分別為2.478%及2.5%,洞身及出口段為下坡,縱坡坡度分別為-0.84%和-0.86%[1]。

        該項(xiàng)目屬于大跨徑隧道,在開挖過程中需注意諸多要點(diǎn),要求做好大跨徑隧道開挖施工技術(shù)控制,確保施工質(zhì)量。

        3 工程地質(zhì)條件

        3.1 地層巖性

        隧道區(qū)上覆殘坡積層(Qel+dl)粉質(zhì)黏土;下伏二疊系下統(tǒng)棲霞組一段(P1Q1)砂巖夾泥巖;下伏二疊系下統(tǒng)棲霞組二段(P1Q2)灰?guī)r;下伏石炭系中統(tǒng)黃龍群組(C2hn)灰?guī)r;下伏石炭系下統(tǒng)大塘組(C1d)灰?guī)r;下伏石炭系下統(tǒng)擺佐組(C1b)灰?guī)r。

        3.2 巖石物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)

        粉質(zhì)黏土夾碎石、強(qiáng)至中風(fēng)化灰?guī)r。粉質(zhì)黏土夾碎石結(jié)構(gòu)松散,易垮塌;強(qiáng)至中風(fēng)化灰?guī)r,中厚層狀,節(jié)理裂隙發(fā)育,巖體破碎~較破碎,圍巖呈碎裂結(jié)構(gòu),隧道圍巖易發(fā)生松動(dòng)變形、掉塊,拱部無支護(hù)時(shí)可產(chǎn)生坍塌。

        強(qiáng)風(fēng)化砂巖夾泥巖:薄~中層狀,節(jié)理裂隙極發(fā)育,結(jié)構(gòu)面結(jié)合性極差,巖體極破碎,且軟弱。該層風(fēng)化深度、程度大。中風(fēng)化砂巖夾泥巖:薄~中層狀,節(jié)理發(fā)育,受夾層影響,結(jié)構(gòu)面結(jié)合性差至一般,巖體完整性差。

        本次勘察利用初勘試驗(yàn)成果資料,結(jié)果見表1。

        表1 巖體物理力學(xué)試驗(yàn)指標(biāo)統(tǒng)計(jì)表

        4 大跨徑隧道開挖施工技術(shù)控制要點(diǎn)

        4.1 隧道進(jìn)出口工程地質(zhì)評(píng)價(jià)

        4.1.1 隧道進(jìn)洞口邊(仰)坡穩(wěn)定性評(píng)價(jià)

        隧道進(jìn)口地形緩,無高仰坡存在。但覆蓋層較厚,隧道開挖后,巖基巖面可能發(fā)生坍塌、滑移,且?guī)r體節(jié)理裂隙發(fā)育,巖體破碎,自穩(wěn)定性較差,可能危急隧道施工及運(yùn)營安全,須加強(qiáng)仰坡防護(hù)及洞內(nèi)支護(hù)。

        4.1.2 隧道出洞口邊(仰)坡穩(wěn)定性評(píng)價(jià)

        隧道出口地形稍陡,無高仰坡存在。覆蓋層較薄,巖體節(jié)理裂隙極發(fā)育,巖體極破碎,自穩(wěn)定性差,須加強(qiáng)仰坡防護(hù)及洞內(nèi)支護(hù)[2]。

        4.1.3 隧道施工對(duì)環(huán)境影響評(píng)價(jià)

        隧道穿越山體,地表水不發(fā)育,無居民居住,地表大部分為荒山、少量旱地,地下水埋藏深,位于隧道底板以下,隧道開挖后對(duì)地下水環(huán)境影響微弱。隧道開挖棄渣應(yīng)合理利用或合理堆放,以免對(duì)環(huán)境產(chǎn)生破壞[3]。

        4.2 炮眼布置參數(shù)

        在工程中采取光面爆破,在極硬巖中周邊眼間距為50~70 cm、周邊眼最小抵抗線為60~80 cm、裝藥集中度為0.3~0.35 kg/m,硬巖周邊眼間距為45~65 cm、周邊眼最小抵抗線為60~80 cm、裝藥集中度為0.2~0.3 kg/m,軟質(zhì)巖周邊眼間距為35~50 cm、45~60 cm、0.07~0.12 kg/m。

        4.3 隧道襯砌設(shè)計(jì)

        以新奧法原理指導(dǎo)隧道洞身襯砌設(shè)計(jì),初期支護(hù)采取復(fù)合式襯砌方式,由于圍巖級(jí)別不同,可采取超前支護(hù)措施,二次襯砌材料為模筑混凝土或鋼筋混凝土,將1.5 mm 厚EVA蜂窩式防水板及350 g/m2無紡?fù)凉げ挤笤O(shè)在初期支護(hù)與二次襯砌之間[4]。采用工程類比法對(duì)襯砌結(jié)構(gòu)尺寸進(jìn)行設(shè)計(jì)。根據(jù)圍巖級(jí)別和洞室埋深條件擬定相應(yīng)的支護(hù)參數(shù)(見表2)[5]。

        表2 隧道復(fù)合式襯砌支護(hù)參數(shù)

        4.4 隧道施工方法

        選擇明挖法處理隧道明洞段,在邊坡穩(wěn)定的基礎(chǔ)上可就地全斷面整體模筑鋼筋混凝土;采用新奧法對(duì)暗洞進(jìn)行施工,采用無軌運(yùn)輸?shù)姆绞教幚硭淼莱鲈?;采用模板臺(tái)車進(jìn)行二次襯砌澆筑[6];采用環(huán)形開挖留核心土法對(duì)Ⅴ級(jí)圍巖地段進(jìn)行處理;采用臺(tái)階法與全斷面法處理Ⅳ級(jí)、Ⅲ級(jí)圍巖;采用濕噴工藝處理隧道初期支護(hù)噴射混凝土,整體模筑混凝土處理二次襯砌;工作面可使用上部留核心土支擋,這樣能確保工作面的穩(wěn)定性,確保在安全支護(hù)下進(jìn)行操作。環(huán)形開挖進(jìn)尺需控制在0.5~1.0 m。

        4.5 隧道施工監(jiān)控量測

        4.5.1 拱頂下沉

        全~強(qiáng)風(fēng)化Ⅴ級(jí)圍巖段10~15 m 布設(shè)1 個(gè)斷面,一般情況Ⅴ級(jí)圍巖地段每10~20 m 布設(shè)1 個(gè)斷面,Ⅳ級(jí)圍巖地段每20~40 m 布設(shè)1 個(gè)斷面,Ⅲ級(jí)圍巖地段每30~50 m 布設(shè)1 個(gè)斷面,測點(diǎn)原則布設(shè)在拱頂中心線上,當(dāng)圍巖較差時(shí)在拱頂設(shè)置3 個(gè)測點(diǎn)。

        4.5.2 周邊位移

        測點(diǎn)布置應(yīng)與拱頂下沉量測布設(shè)在同一斷面,每個(gè)斷面根據(jù)開挖方法布置1~3 對(duì)測點(diǎn)(每臺(tái)階1 對(duì)測點(diǎn));底鼓測點(diǎn)一般在Ⅴ級(jí)圍巖地段每20~40 m 布設(shè)1 個(gè)斷面,測點(diǎn)原則布設(shè)在仰拱中心線上,且測點(diǎn)布置應(yīng)與拱頂下沉、水平收斂量測布設(shè)在同一斷面。在變形較大區(qū)域要加密測點(diǎn)和觀測頻率。

        4.5.3 地表沉降

        將10~15 m 的斷面設(shè)置在隧道洞口淺埋段,每個(gè)洞口的斷面至少為1 個(gè),將測定設(shè)置在斷面隧道拱部,將測點(diǎn)間距、拱部兩側(cè)測點(diǎn)間距分別控制在2~3 m、3~4 m,洞室穩(wěn)定狀態(tài)和評(píng)價(jià)隧道變形特征可采取洞口淺埋段地表變形量測來實(shí)現(xiàn)。測點(diǎn)布置應(yīng)盡量與洞內(nèi)拱頂下沉、周邊位移量測布設(shè)在同一斷面;洞口段、淺埋段或地表有建(構(gòu))筑物時(shí),必須進(jìn)行地表下沉量測。淺埋偏壓隧道洞口除沉降外要同時(shí)測量水平和縱向位移;監(jiān)測發(fā)現(xiàn)位移量過大、邊仰坡開裂或者速度無穩(wěn)定趨勢時(shí)要加密觀測頻率。

        5 結(jié)語

        在大跨徑隧道開挖施工技術(shù)的應(yīng)用過程中,要求能了解工程地質(zhì)條件,做好隧道進(jìn)出口工程地質(zhì)評(píng)價(jià)、隧道平、縱線形設(shè)計(jì)、隧道襯砌內(nèi)輪廓等各個(gè)環(huán)節(jié)與要點(diǎn)的控制,確保施工質(zhì)量。本研究方案在實(shí)際應(yīng)用中能有效提升施工效率,降低施工難度,同時(shí)也能在應(yīng)用過程中減少施工阻力,可以為類似項(xiàng)目工程提供理論與實(shí)踐依據(jù)。

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