鄧文軍

(云南華怡道橋技術(shù)工程公司,云南 昆明 650000)

1 項目概述

項目為重慶成渝客運專線隧道施工,新建隧道位于改DK186+295～隧道出口為5‰上坡,于改DK186+385191下穿施工中的高速公路,該高速公路標號為K2+273106,公路與隧道的平面夾角為146°56′30″,下穿既有公路的設計高程為914.80,路肩設計高程為900.54,高度差為14.26 m,運營時隧道凈埋深為4.73 m?，F(xiàn)階段,隧道開挖深度1.79 m。

該高速公路采取半填半挖路基施工方案,采用復合式襯砌,初期支護與二次襯砌施工采用C25～C30混凝土,二襯厚度為35～40 cm。左線隧道K3+770～K4+010段的拱頂、拱腳與邊墻部位的二襯厚度為45～72 cm,襯層內(nèi)部加設鋼筋,間距為0.25 cm;右線隧道YK3+715～YK3+955段,二次襯厚度49～73 cm,內(nèi)部加設鋼筋的間距為0.25 cm。

2 暗挖隧道項目施工技術(shù)應用與工程管理要點

2.1 隧道開挖與支護施工

(1)隧道開挖方法

在暗挖隧道項目施工中,以臺階法進行開挖,施工人員對上下臺階縱向間距進行嚴格控制,確保間距為3～5 m之間,同時,在具體開挖過程中,將每次循環(huán)進尺的距離進行在1 m以下,在開挖時做好初期支護,由此降低對現(xiàn)有公路造成擾動,提升工藝技術(shù)應用能力。為控制臺階法開挖施工質(zhì)量,相關(guān)人員對項目重點部分,如拱部超挖、邊墻寬度、仰拱、隧底超挖進行嚴格管理,落實技術(shù)交底工作,見表1。

表1 隧道臺階法開挖施工技術(shù)交底

在暗挖隧道工程施工中,為確保圍巖自穩(wěn)能力達標,采取了超前支護措施,相關(guān)技術(shù)措施選取超前管棚與導管注漿。具體施工中,在隧道下穿公路段的拱部位置設計φ159大管棚,管棚長度為18 m,分節(jié)長度為9 m,搭接長度控制在3 m?？紤]到本隧道覆蓋層較為薄弱,在具體施工中,對鉆孔外插角進行嚴格控制,確保其角度保持在1°～3°之間,通過對上述技術(shù)措施的應用,可預防施工出現(xiàn)的穿頂問題,對降低施工作業(yè)風險意義重大。在具體施工中,為提升安全性,也在管棚鋼管之間增加φ42的超前小導管,將其作為加強支護結(jié)構(gòu),并采取小導管注漿的方式對地層進行加固處理。小導管采用了φ42的鋼管,其環(huán)向間距為3根/m,外插角度為5°～8°,在超前支護施工技術(shù)方案應用中,應盡量控制對土體造成的擾動,由此降低路基坍塌風險[2]。

(2)支護參數(shù)選擇

在暗挖隧道的初期支護施工中,采用了I22a工字鋼支承方案,同時應用鋼筋網(wǎng)、混凝土與系統(tǒng)錨桿,由此形成初期支護方案。其中,隧道邊坡位置使用L=4 m,直徑為22 mm的砂漿錨桿,將間距控制在50 cm。所用鋼筋直徑為8,鋼筋網(wǎng)間距為20 cm×20 cm。使用的混凝土強度等級為C25,厚度為30 mm。對方案中暗挖隧道的支護參數(shù)進行分析,發(fā)現(xiàn)其參數(shù)指標明顯高于同等級圍巖隧道參數(shù)。采取上述施工技術(shù)方案的主要目標是提升初期支護體系的強度,使得暗挖隧道施工安全性得到改善。

支護施工中,要求拱部鋼架采取縱向托梁的設計方案,以32槽鋼作為支點,由此增加鋼架底角部分的承重面積,同時設計有φ42鎖腳錨管,長度為4.0 m,牢固鎖定鋼架兩底腳。通過上述設計方案,能夠避免出現(xiàn)鋼架下沉與底腳回收的問題。在支護施工中,可根據(jù)現(xiàn)場具體情況,選擇使用臨時仰拱方式,由此避免初期支護造成的收斂變形問題。

隧道立交段的圍巖為中硬巖、軟巖,屬于IV、V類圍巖。在Ⅳ級圍巖的支護施工中,使用了格柵鋼架結(jié)構(gòu),間距控制在0.8 m,在拱墻位置設計有φ6.5 mm的鋼筋網(wǎng),網(wǎng)格間距為20 cm×20 cm,使用等邊三角形對鋼架進行布置,拱部均設計有φ42的注漿小導管,邊墻直徑為22 mm,布置有砂漿錨桿,長度為3 m,間距2均為1.2 m(環(huán))×1.0 m(縱),以梅花形方案布置。初期支護方案選擇的混凝土強度等級為C30,二次襯砌在初期支護完成后施工,采用C35等級鋼筋混凝土,厚度為50 cm[3]。

2.2 爆破振動控制

(1)施工技術(shù)方案

新建暗挖隧道與既有公路隧道間巖的垂直厚度為7.0 m,在施工過程中,需要充分考慮爆破振動對建筑物破壞程度影響。振動速度對公路造成的影響較大,因此在施工中,分析振動速度與隧道施工安全之間的具體關(guān)系。要求施工人員應最大爆破振動速度控制在2 cm,并做好鉆爆設計,以強化施工安全技術(shù)水平。

考慮到項目左線隧道與右線隧道均為IV、V級圍巖結(jié)構(gòu),因此采用了微振動的方式對整個爆破過程進行控制,同時做好臺階法鉆爆開挖。針對隧道拱部采取光面爆破方案,隧道邊墻位置則使用預裂爆破方式,其核心部分則使用控制爆破方式。在具體設計環(huán)節(jié),相關(guān)人員對施工現(xiàn)場的地質(zhì)條件因素進行仔細分析,將每次循環(huán)進尺的深度控制在1 m,分為上下臺階2次爆破[4]。炮眼埋深為1.2 m,保持炮眼與周邊間距為40 m,同時做好裝藥量控制,以間隔裝藥的方案,確保藥量使用合理,并且呈現(xiàn)出全長均勻分布的特點。

(2)鉆爆設計

在工程段的鉆爆設計與施工中,使用了乳化炸藥,使用電雷管進行引爆,經(jīng)過導爆管進行傳爆。目前,經(jīng)過大量的現(xiàn)場鉆爆試驗,將最大裝藥量控制在1.8 kg、輔助裝藥量保持在0.4 kg,周圍眼最大裝藥量0.2 kg,能夠最大程度提高鉆爆設計效果,以降低爆破施工對公路基礎造成的影響。為降低對圍巖部分形成的擾動,在項目施工中,也使用掏槽技術(shù),并注重提升圍巖結(jié)構(gòu)的整體性,并控制輪廓與形狀,通過鑿巖臺架與鉆眼機械設備的應用,使得爆破誤差得到準確控制。此外,為提升起爆控制能力,在施工中,也通過了毫秒雷管微差起爆技術(shù),嚴格做好施工流程管理,確?，F(xiàn)場施工安全有序。

(3)爆破材料與藥量控制

爆破材料使用1～17段ms雷管與塑料導管,并根據(jù)各斷面炮孔爆破的設計藥量,對總裝藥量進行控制。在斷面的周邊炮眼,則使用直徑為25 mm的藥卷進行裝藥,通過間接裝藥的方式確保效果可靠,以減少爆破對既有隧道造成的不良影響。針對其余炮眼而言,均采取連續(xù)裝藥方案,并使用了楔形掏槽。在周邊炮眼的布置中,也使用了低爆速、低密度的小直徑2號巖石硝銨炸藥,其中直徑為25 mm,其富水地段采用而來乳化炸藥,并使用炮泥進行堵塞,對導爆管的復式網(wǎng)路進行連接,使得各部分實現(xiàn)同時爆破。在實現(xiàn)精準爆破,也對各部分的裝藥量進行控制,其中掏槽眼的裝藥量控制在1.8 kg、輔助眼最大裝藥量控制在0.4 kg,周邊眼藥量為0.2 kg。

2.3 監(jiān)測既有隧道

(1)做好風險識別

為確保隧道安全、順利施工,對影響隧道施工安全的風險進行識別,并做好工程安全管理。在暗挖隧道施工過程中,對既有隧道襯砌振速進行監(jiān)測,要求振動速度不得超過2 cm/s,并且在每個交叉位置設計了3個監(jiān)測斷面。在每次爆破作業(yè)中,對相關(guān)指標進行監(jiān)測,將具體的監(jiān)測位置選擇在既有隧道斷面,并且對監(jiān)測點的數(shù)量進行控制,要求監(jiān)測點不得少于3個。

考慮到項目中暗挖隧道需要穿過既有公路,在交會位置設計了7個監(jiān)測斷面。在項目隧道立交的影響段,當二次襯砌混凝土的強度等級未達到設計強度時,應做好監(jiān)測頻率合理安排,確保監(jiān)測頻率不得少于3次/d;當二次襯砌達到設計強度后,需要對既有隧道的襯砌變形進行監(jiān)測,監(jiān)測頻率控制在每天1次。在監(jiān)測過程中,也對該隧道斷面出現(xiàn)的不均勻沉降進行分析。

在項目施工中,為提升施工風險控制能力,也科學選擇監(jiān)測技術(shù)方案,在左右隧道中線與新建隧道中線的交叉點或兩側(cè)對稱布置監(jiān)測點。確保單側(cè)監(jiān)測點由近到遠的間距為20 m、10 m、10 m、10 m、10 m、10 m、20 m,左右線共計設置29個監(jiān)測斷面,其位置選擇在下穿中心線交叉點兩側(cè)各40 m[5]。

(2)測點的選擇與布置

考慮到隧道附近交通壓力較大,需要重點做好施工技術(shù)應用,對路面沉降、仰拱進行監(jiān)測,并對拱頂沉降值與隧道洞口收斂數(shù)據(jù)進行掌握,采取自動化技術(shù)手段完成上述操作。在對既有公路隧道路面不均勻沉降的監(jiān)測中,使用了全站儀機器人設備,并對隧道路面的不均勻沉降進行24 h全自動化監(jiān)測,提升下穿既有公路施工技術(shù)應用效果。

在具體操作中,選取公路隧道路面中心作為振速監(jiān)測的位置,并且在左右水溝蓋板位置設計了3個布設測點。在相關(guān)測試技術(shù)的應用中,施工技術(shù)人員首先將傳感器粘結(jié)固定在各量測斷面的測點位置,并及時將爆破后產(chǎn)生的振動速度記錄在測試儀上,通過計算機軟件分析技術(shù),對相關(guān)數(shù)據(jù)進行轉(zhuǎn)化,并據(jù)此編制施工技術(shù)指導方案,對隧道施工現(xiàn)場進行管理。

(3)監(jiān)測結(jié)果分析

截至目前,項目所在段應順利完成下穿既有公路的目標,并且完成了二次襯砌施工,對相關(guān)施工作業(yè)的自動化檢測結(jié)果進行說明。

①對暗挖隧道項目拱腳周邊位移、拱頂下沉與仰拱不均勻的問題進行分析后,發(fā)現(xiàn)圍巖整體狀況取向穩(wěn)定。

②以上布置的測點周邊的位移速率均低于0.15 mm,同時對拱頂?shù)南鲁了俾蔬M行監(jiān)測,得到下沉速率<0.2 mm/d。在已經(jīng)發(fā)生的所有位移中,總量達到預計位移量的80%,因此,二次襯砌施工效果具有可靠性。

③對大學城隧道內(nèi)所有的爆破振動進行測試后,發(fā)現(xiàn)所有測點的水平方向振速中等,豎直方向的振速最大。對監(jiān)測數(shù)據(jù)的參數(shù)進行分析后,發(fā)現(xiàn)振速的最小值為0.5 cm/s,最大值為3.5 cm/s,其中振速低于1 cm/s的部分占比為10%,振速在1～2 cm/s的部分占比為80%;振速在2～5 cm/s的部分占比為10%,通過上述分析可知,本項目隧道施工中,要求最大允許振速為2cm/s,施工方案具有可行性。

2.4 其他工程管理措施

(1)優(yōu)化施工工序

在暗挖隧道項目施工中,為降低相鄰隧道之間影響,對施工工序進行合理組織,將相鄰隧道的施工時間錯開,以最大程度降低圍巖交叉擾動,提升項目整體施工質(zhì)量。

(2)重視排水施工

隧道下穿既有公路施工中,現(xiàn)場有時會出現(xiàn)地表降水或隧道底部積水的問題,此時,需要及時做好引水與排水,對圍巖的穩(wěn)定性進行評估。通過對排水措施的應用,圍巖穩(wěn)定性極大提升,有利于落實現(xiàn)場施工安全管理方案。

(3)地表沉降控制

施工經(jīng)驗表明,在暗挖隧道下穿既有公路施工中,需要對施工技術(shù)方案進行優(yōu)化,降低項目施工對既有公路運行造成影響。目前,影響既有公路運行主要因素是地表沉降問題,因此在工程管理中,需要重點加強對地表沉降監(jiān)測與控制。例如,在項目施工中,使用了全站儀機器人設備對地表沉降數(shù)據(jù)進行獲取,同時對隧道結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性進行評估,降低隧道施工對既有公路造成不利影響。

3 結(jié) 論

研究重慶成渝客運專線隧道項目,對施工風險與作業(yè)流程進行簡述,在此基礎上重點分析隧道項目施工技術(shù)方案,對工程管理的重點進行明確。通過對隧道開挖、支護、爆破、沉降監(jiān)測技術(shù)的應用,使得項目施工具有安全性,同時確保施工進度與合同要求一致,為同類工程施工與管理積累經(jīng)驗。