池忠波,劉 志,邱 洋

(中鐵建大橋工程局集團第一工程有限公司,遼寧 大連 116033)

1 引 言

懸索橋的錨碇方式主要包括重力式錨碇和隧道式錨碇。隧道式錨碇適合在基巖較為堅硬的山區(qū)使用,由于其具有技術(shù)先進、造價低、對建筑環(huán)境影響小等諸多技術(shù)優(yōu)點,在橋梁建筑領(lǐng)域的應用也越來越廣泛。懸索橋錨碇結(jié)構(gòu)的尺寸主要由地質(zhì)條件和主纜力決定,而主纜力主要受跨度影響。對于大跨山區(qū)懸索橋,隧道錨碇結(jié)構(gòu)直徑大、錨塞體放置深、傾斜角度大,常規(guī)施工對圍巖擾動大,不易達到施工要求。

近年來學者們對隧道錨進行了一些研究,汪海濱[1]等通過對隧道錨進行有限元數(shù)據(jù)分析和試驗對比驗證,發(fā)現(xiàn)巖錨初始段的預應力、錨碇長度、外部應力荷載作用量值分別控制著錨索及主體錨碇在隧道錨碇施工系統(tǒng)中直接參與外部荷載作用貢獻的量值和塑性作用發(fā)生時機。胡中超[2]等通過模擬出大橋隧道錨及錨碇開挖循環(huán)過程,分析了公路隧道錨及主體錨內(nèi)碇密封開挖循環(huán)過程、密封循環(huán)以及施工過程中,主體錨內(nèi)碇主體空間軸運動變化效應和主體錨內(nèi)碇主體時間軸的運動變化效應。對大橋隧道錨碇施工過程設計方案的施工技術(shù)應用安全性和隧道施工過程合理性兩個部分結(jié)果進行了具體數(shù)值計算驗證。董志宏[3]等對矮寨新型中國大橋公路橋梁隧道錨進行了系統(tǒng)了解和數(shù)值計算分析后的模擬,主要分析了新型大橋公路隧道錨密封開挖以及循環(huán)過程施工過程中塔基和公路隧道的應力和位移。結(jié)果表明,開挖導致的圍巖位移較小,由于巖體的開挖,弱化了圍巖強度,增大纜力后,圍巖塑性區(qū)的范圍有增大的趨勢,對下方的公路隧道安全產(chǎn)生不利影響。

國內(nèi)外學者對隧道錨進行了大量的研究[4-5],但對超大傾角隧道錨施工設計等研究較少。本文依托主跨為760 m的油溪長江大橋單跨懸索橋工程,對超大傾角隧道錨的開挖、支護及襯砌進行了研究。該隧道錨采用微振動、光面爆破法進行分層開挖,配合超前小導管+鋼架、鎖腳和系統(tǒng)錨桿等支護方法,最后用支架模板對錨室做二次襯砌。

2 工程概況

油溪長江大橋是合川至璧山至江津高速公路項目的控制性工程,在江津區(qū)油溪鎮(zhèn)下游1.8 km處跨越長江,全橋共4聯(lián),主橋為主跨760 m單跨懸索橋,主纜矢高80 m,矢跨比為1∶9.5。橋塔采用門式框架結(jié)構(gòu),塔基采用承臺加樁基結(jié)構(gòu),南岸采用重力錨,北岸采用隧道錨。隧道錨結(jié)構(gòu)處于線路大挖方范圍內(nèi),挖方高度約50 m,且存在順層、滑坡堆積體及巖穴等不良地質(zhì)情況。

北錨采用隧道式錨碇,由錨塞體、散索鞍支墩及基礎、前錨室及明洞四部分組成。隧道長70 m,最大埋深約50 m;左右隧洞線間距為33.365 m,兩側(cè)錨錠最小凈距為19.896 m。錨塞體長40 m,與水平線的傾角為45°。橫斷面頂部采用圓弧形,側(cè)壁和底部采用直線形,前錨面尺寸為10.4 m×10.4 m,頂部圓弧半徑5.2 m,后錨面尺寸為15 m×15 m,頂部圓弧半徑7.5 m。

3 隧道錨施工

3.1 隧道錨開挖

(1)洞口施工

自上而下分層挖掘進行地底開挖。地下或上洞口分層挖掘進行場地,可首先采用自動動力裝載機分層挖掘,然后再輔以電動動力推土機分層進行挖掘整平,并分層進行壓實。地下洞口底部遇堅硬的硬性礫石質(zhì)地層下陷致使地層爆破時,可人工挖掘,使用自動鉆眼工具進行挖掘爆破。開掘邊坡側(cè)坡或仰斜坡的斜坡,以噴水筒或錨噴筒為基礎防護,噴一層15 cm厚鋼筋混凝土,以穩(wěn)定速度開挖邊坡、側(cè)仰的斜坡。

洞門及洞口附近的排水、截水設施應配合洞門施工盡早完成,并與路塹排水系統(tǒng)連通,以免地表水沖刷坡面。洞頂天溝應順接原排水通道,利用人工進行開挖,并保證漿砌圬工施工質(zhì)量,土質(zhì)天溝隨挖隨砌。該錨碇傾斜角度大,雨季容易灌水進去,因此進洞口搭設防雨棚,防雨棚長60 m、寬54 m、高12 m。

(2)爆破施工

隧道錨爆破建議采用微振動、光面爆破法,以利于保證建筑圍巖的整體完整性,并且還應及時進行支護、施工以及襯砌,防止建筑圍巖整體變形程度過大。開挖循環(huán)進尺:建議進尺為1.2～1.5 m。炮孔布置及孔網(wǎng)參數(shù):爆破孔孔徑與鉆孔設備相關(guān),40 mm左右,孔深與一次掘進深度相關(guān),建議1.2～1.5 m,掏槽孔比崩落孔超深20～30 cm。對于光爆孔,孔間距為0.4～0.5 m,藥卷直徑為25 mm。

(3)出渣與排水系統(tǒng)

圖1(b)中上臺階①開挖完成后,利用拱部核心土形成操作平臺,②提供機械站位,下臺階③按照相應爆破參數(shù)分兩部開挖,這種開挖方式可以有效地內(nèi)部利用爆破石渣,無需使用施工臺車,大大加快工程進度。洞內(nèi)鋪設出渣軌道,軌道選用38 kg/m鋼軌。在初支已成環(huán)區(qū)段,鋼軌直接焊接固定于均布的工字鋼頂面。機械設備上下及斗車牽引采用30 t卷揚機牽引。卷揚機錨塊采用地錨,位于卷揚機后方,錨塊錨固力按不小于400 kN設計,斗車采用后卸式,可以較好地利用地勢高差進行作業(yè)。

圖1 二襯鋼管支架

3.2 初期支護

(1)超前小導管及鋼架

超前小導管采用外徑42 mm、壁厚3.5 mm熱軋無縫鋼管。超前小導管施工時,鋼管以10°～15°外傾打入圍巖。鋼管長度L=3.5 m,環(huán)向間距40 cm,每打完一排鋼管注漿后,開挖拱部及第一次噴射混凝土、架設鋼架、初期支護完成后,縱向間隔2 m再打另一排鋼管,超前小導管的搭接長度不小于1 m。鋼架在現(xiàn)場加工棚內(nèi)采用R400型鋼冷彎機分節(jié)段制作。每榀鋼拱架分段制作完成后進行試拼,檢查鋼架尺寸及輪廓是否滿足設計要求。

(2)鎖腳和系統(tǒng)錨桿

鎖腳錨采用φ42×3.5 mm熱軋無縫鋼管,錨管前端加工成錐形,以便插打。中間部位鉆設直徑為8 mm的溢漿孔,呈梅花形布置,間距為15 cm,尾部1 m范圍內(nèi)不鉆孔以防漏漿,末端焊直徑為8 mm的環(huán)形箍筋。系統(tǒng)錨桿是隧道錨初期支護的重要組成部分,拱墻采用φ22 mm中空注漿錨桿,錨桿長度3 m、4.5 m交錯布置,環(huán)向間距l(xiāng).2 m,縱向間距1.0 m,呈梅花形布置。

(3)噴射混凝土

噴射時噴嘴與受噴面間保持適當距離,噴射角度盡可能接近90°,以使獲得最大壓實和最小回彈。噴嘴與受噴面間距宜為1.5 m左右;噴嘴應連續(xù)、緩慢作橫向環(huán)行移動;若受噴面被鋼架、鋼筋網(wǎng)覆蓋時,可將噴嘴稍加偏斜,但不小于70%。如果噴嘴與受噴面的角度過大或過小,會造成混凝土物料在受噴面上的滾動,產(chǎn)生出凹凸不平的波形噴面,增加自彈量,影響噴混凝土的質(zhì)量。

3.3 二次襯砌

二次襯砌施工采用支架模板方案進行混凝土澆筑,支架采用自制臺架或滿堂支架,模板采用1.5×0.3 m、1.5×0.15 m定型小塊鋼模板,模板背楞采用I10工字鋼,呈圓弧狀。襯砌施工順序縱向為:底板及底板以上0.5 m處(倒角上口)→邊墻及拱部,見圖1。

錨室段二次襯砌在錨塞體澆筑完成后施做。第一段混凝土澆筑完成后,搭設第二段滿堂支架,進行第二段防水板、鋼筋、模板安裝及混凝土澆筑,重復上述步驟,直至完成錨室段最后一段二次襯砌施工。

3.4 質(zhì)量控制要點

隧道隧洞口斷面尺寸小,錨體軸線與水平線夾角45°。中空注漿錨桿的灌漿強度應不小于設計和規(guī)范要求,錨桿孔內(nèi)灌漿密實飽滿。鉆爆法施工隧洞洞身開挖允許偏差,見表1。噴射混凝土支護應與圍巖緊密粘接,結(jié)合牢固,噴層厚度應符合設計要求,不能有空洞,嚴禁掛模噴射,受噴面必須是原巖面,噴層內(nèi)不允許添加片石和木板等雜物,必要時應進行粘結(jié)力測試。噴射混凝土支護允許偏差,見表2。

表1 鉆爆法施工隧洞洞身開挖允許偏差

表2 噴射混凝土支護允許偏差

4 結(jié) 論

大跨懸索橋超大傾角隧道錨采用常規(guī)施工方法,容易引起安全隱患,降低施工質(zhì)量。結(jié)合山區(qū)地形和場地條件,對隧道錨開挖、支護及施工進行研究。隧道錨錨洞采用微振動光面爆破法分層開挖,洞內(nèi)鋪設出渣軌道。隧道錨主要采用鎖腳和系統(tǒng)錨桿進行初次支護,配合超前小導管+鋼架進行補強,二次襯砌施工采用支架模板方案進行混凝土澆筑。隧道式錨碇預應力系統(tǒng)施工完成,驗證其開挖精度和支護質(zhì)量,安全穩(wěn)定。通過這些施工技術(shù)加快了施工進度,有效節(jié)約了成本,保證了超大傾角隧道錨的施工安全和質(zhì)量,為同類工程施工建設提供指導。