郝金川

(中鐵十八局集團 第四工程有限公司,天津 300350)

在高速公路建設過程中,隧道工程占據(jù)了較大比重。因此,對于高速公路建設而言,隧道質量的好壞對交通安全影響非常大。如長江大橋隧道是一座跨越長江的公路和鐵路雙層橋梁隧道,全長約10.9 km,其中公路隧道長約6.8 km。該隧道于2014年建成通車,是中國首座公路和鐵路雙層橋梁隧道,也是世界上第一座采用盾構法施工的雙層鐵路橋梁隧道,此條公路隧道施工中采用盾構開挖法,長管棚套拱支護施工技術,取得了良好的效果,為類似工程提供了參考和借鑒。在不同地質條件下,適用的支護技術和支護參數(shù)也存在較大差異。隨著隧道工程建設的不斷發(fā)展,對隧道施工技術的要求也逐步提高。營盤梁隧道地質條件復雜,支護施工難度大,常規(guī)的錨桿支護措施難以滿足穩(wěn)定圍巖的要求。尤其在實際施工中,經常會遇到一些特殊的地質條件,使得長管棚套拱支護施工難度倍增,如在導向墻施工中會受到地下水的影響,此外,在成拱混凝土澆筑中,可能會引起邊坡失穩(wěn)問題。因此,在具體施工中需結合工程特點,制定科學合理的施工方案和技術措施,以保證施工質量。

1 工程概述

1.1 隧道簡述

營盤梁隧道是成德大道德羅項目示范段工程重要組成部分,位于德陽市羅江區(qū)白馬關鎮(zhèn)鳳雛村。隧道左線進洞口樁號ZK16+984,路面設計高程566.931 m;右線進洞口樁號K16+967,路面設計高程567.097 m。隧道左線出洞口樁號ZK17+481,路面設計高程556.402 m;右線出洞口樁號K17+486,路面設計高程555.623 m。主線斷面凈寬17.25 m,凈高5.0 m。根據(jù)隧道規(guī)則及相關工程經驗,將左右洞路基設計線間距L=24 m作為小凈距與分離式的分界點。隧道左線ZK17+231—ZK17+481、右線K17+236—K17+486為小凈距段。

1.2 周圍環(huán)境

營盤梁隧道左右線圍巖綜合評定圍巖級別為Ⅳ、Ⅴ級,地下水主要為基巖裂隙水,水量少。安略線(220 kV)電塔位于營盤梁隧道左洞洞頂正上方,里程為ZK17+200,隧道頂與地面距離為51 m。營盤梁隧道與蘭成渝石油管線平行,兩者最小距離約90 m。隧道與安略線及蘭成渝石油管線平面位置關系如圖1所示。

圖1 隧道與蘭成渝石油管線平面位置關系

1.3 地質特征

隧道進、出口山坡坡面呈直線型,地形坡度一般為25°～40°。大部分地段基巖裸露或者淺埋,植被較發(fā)育。經對場地內及鄰近基巖進行露頭調查,可知層間裂隙裂面平直,結合差,屬硬性結構面。隧址區(qū)不良地質主要表現(xiàn)為強風化巖體較破碎,巖石風化碎落,裂隙發(fā)育,巖體呈碎裂結構。

由于本工程所處位置的地質條件比較復雜,在應用長管棚套拱進行支護施工時主要有3個難點。1) 導向墻施工是長管棚套拱支護施工的前提條件。若導向墻定位不夠準確,或者缺乏足夠的穩(wěn)定性,會影響到后續(xù)長管棚套拱支護施工的效果。本工程地質水文條件復雜,使得導向墻施工成為了一大難點。2) 由于隧道工程采用了全斷面開挖,一次澆筑成拱的方法,在進行混凝土澆筑施工中,洞口兩側邊坡可能會出現(xiàn)失穩(wěn)現(xiàn)象。因此,如何有效保證邊坡穩(wěn)定也是本工程施工的主要難點。3) 復雜的工程圍巖條件,使得長管棚套拱支護施工需要考慮的因素較多,且隧道施工空間有限。因此,如何有效保證長管棚套拱支護施工中各道工序能夠準確、有效地落到實處,也是本工程長管棚套拱支護施工的主要難點之一。

2 長管棚套拱支護施工要點分析

2.1 導向墻施工

圖2 隧道洞口導向墻及大管棚縱斷面圖(單位:mm)

本工程長管棚套拱布設在距離洞口明暗洞交界位置,套拱緊貼新鮮巖面,導向鋼管布設施工中必須嚴格按照要求設計外插角,并與環(huán)向間距接長到巖面上[1]。與此同時,套拱底部需要通過石渣土進行分層回填并進行壓實,作為臨時胎架以及管棚鉆孔施工作業(yè)平臺的搭設基礎,在具體施工中還可確保導向墻施工的穩(wěn)定性。

2.2 套拱施工

2.2.1 測量放線

測量放線首先放出套拱基礎開挖位置及高程。開挖完畢后對套拱基礎的位置、每榀鋼拱架內拱腳位置、中點以及高程進行精確測量。如鋼拱架拱腳超挖,采用1.5 cm×30 cm×40 cm(長×寬×高) 的鋼板調整至設計高程;如超挖過大,采用漿砌片石進行調整,漿砌片石尺寸在套拱尺寸的基礎上增大10 cm。

2.2.2 鋼拱架安裝

2.2.3 導向管安裝

2.2.4 模板安裝

鋼拱架及導向管檢查合格后,方可進行模板安裝。模板采用竹膠板拼裝,固定牢靠,內側采用方木或者鋼管作為背模加工成拱形內支撐,間距80～100 cm。鋼拱架采用圓木及管架支立在核心土上或堅硬的地基上。導向墻外模采用雙鋼管對拉螺桿隨澆筑隨安裝,確保振搗密實。 模板拼裝完畢后,對模板內凈空進行測量檢查,合格后進行加固。加固支撐采用工字鋼、方木及鋼管,支撐必須牢固。

2.2.5 套拱混凝土澆筑

在進行混凝土澆筑施工中,為控制應力變形,要盡量采用兩側對稱澆筑的方法。兩側最大混凝土灌注高差不超過1 m,嚴格遵循緩慢、對稱的原則。邊澆筑混凝土,邊進行振搗,嚴控振搗質量,嚴禁過振搗、漏振搗問題,以提升混凝土的密實度,形成表面光滑,無蜂窩麻面的混凝土。待混凝土初凝完成后,及時在其上覆蓋一層土工布進行灑水養(yǎng)護,控制養(yǎng)護時間不低于14 d[2]。套拱混凝土澆筑要以機械澆筑為主、人工配合為輔,利用串筒和溜槽下料,兩側分層對稱澆筑。通過插入式振搗棒進行充分振搗,每層澆筑厚度控制在30～40 cm,按順序振搗,以免發(fā)生漏振問題。當混凝土表面出現(xiàn)浮漿后,方可停止振搗?；炷翝仓^程都要緩慢進行,并派遣專人負責對模板監(jiān)控,一旦出現(xiàn)漿液滲漏問題要立即封堵。若出現(xiàn)了嚴重的模板變形問題,要立即停止?jié)仓?對模板加固處理后,方可繼續(xù)澆筑。

2.3 長管棚套拱支護施工

2.3.1 管棚加工

圖3 鋼管構造

2.3.2 鉆 孔

當套拱施工完成后,需等待混凝土達到設計要求強度的90%,方可進行管棚鉆孔施工。本工程主要采用履帶式潛孔鉆機,每個長管棚輔助進洞鉆孔103個[4]。長管棚鉆孔需要能夠和已經設定好導向管同向,精確定位好鉆機的位置。通過全站儀在套拱之上放出管棚軸線,通過掛線、鉆桿導向相互結合的方法合理調整鉆機位置,以保證鉆機桿軸線能夠和孔口管軸線相互一致。先鉆奇數(shù)孔,注漿完成后,再進行偶數(shù)孔鉆孔。

2.3.3 管棚安裝

在進行管棚安裝施工時,通過鉆機將加工好的鋼管分段頂進,鋼管接頭可通過絲扣進行連接,控制連接長度不小于15 cm。其中,編號為奇數(shù)的第一節(jié)鋼管采用3 m鋼管,編號為偶數(shù)的第一節(jié)管采用6 m鋼管,此后每節(jié)都采用6 m長的鋼管,以便更好地達到設計要求。需要注意的是在進行管棚安裝施工中,要控制同一個斷面內,接頭數(shù)不能超過50%的接頭總數(shù),相鄰鋼管的接頭至少要錯開1 m[5]。為最大限度保證鉆孔質量,防止鉆孔對相鄰孔造成影響,在進行管棚施工時需要先對編號為奇數(shù)的管棚進行施工,注漿完成后再進行偶數(shù)管棚施工。鋼管接頭通過絲扣管箍,絲扣長度不得小于15 cm,采用外徑為114 mm、壁厚為6 mm的套管絲扣進行連接。在進行管棚施工操作時,鉆機立軸方向必須進行嚴格控制。為保證鉆孔方向的準確性,需要通過光靶測斜儀對鋼管鉆進的偏斜度進行分析。若出現(xiàn)偏斜,要及時進行糾正。

2.3.4 安裝鋼筋籠

本工程鋼筋籠由固定環(huán),以及四根直徑18 mm的主筋組成,固定環(huán)間距控制在150 cm。固定環(huán)由直徑為42 mm的鋼管制作而成,主要安裝在長管棚內,進行通長布置[6]。本工程鋼筋籠在鋼筋加工廠提前預制而成,制作好的鋼筋籠運輸?shù)绞┕がF(xiàn)場后,通過人工向管內推進安裝。鋼筋籠在管口位置完成搭接,每一節(jié)鋼筋籠的長度需要控制在6 m,通過焊接法相互搭接。遇土質軟巖時使用鋼筋籠,以增加管棚鋼管的抗彎能力。鋼筋籠結構以及截面如圖4,圖5所示。

圖4 鋼筋籠結構示意圖

圖5 鋼筋籠截面示意圖

2.3.5 注 漿

當管棚、鋼筋籠施工完成后,在鋼管中壓入純水泥漿液,水灰比控制在0.6～0.8,注漿壓力控制在0.5～1.0 MPa,注漿壓力需要逐步升高,達到設計終壓要求2.0～2.5 MPa時,持續(xù)注漿超過10 min,方可結束注漿[7]。若在注漿施工中出現(xiàn)了不進漿,或者漿液溢出等問題,表明注漿已滿。用灌漿機對鋼花管進行灌漿,直到水泥漿從排氣口流出為止,即為灌漿完畢的標志。注漿完畢后,應將管道中的泥漿清理干凈,然后用M30水泥砂漿對管道進行嚴密的填充,以加強管道的剛性與強度。注漿速率應按注漿孔進水的多少來確定,由快到慢,當注漿結束時,應立即旋緊止?jié){閥。待水泥漿固化后,將止?jié){閥拆下,進行清潔、回收[8]。在灌漿作業(yè)中,由于壓力的突然上升,會造成管道堵塞,必須停車檢查;如果注漿進漿量非常大,并且在很長一段時間內,壓力都沒有上升,此時應調整漿液濃度及配合比,縮短凝膠時間,實行間歇式或低壓力注漿,使?jié){液在裂縫中短暫停留,且停留時間不超過混合漿的凝膠時間,以利于凝固,防止注漿不飽滿情況的發(fā)生。

3 施工成效

本工程是典型的超大斷面隧道工程,所在區(qū)域地質水文條件比較復雜,若直接施工,容易出現(xiàn)隧道坍塌等安全問題?；诒竟こ虖碗s的地質條件,在施工中采用了長管棚套拱支護施工,先進行套拱施工,再進行長管棚安裝施工,取得了良好的施工效果,實現(xiàn)了對隧道破碎圍巖、不穩(wěn)定圍巖的有效加固。采用長管棚套拱支護的大斷面隧道段和無采用長管棚套拱支護的大斷面隧道段收斂變形對比如圖6所示。

圖6 有無長管棚套拱支護段收斂變形對比圖

從圖6中能夠看出,無管棚洞段的收斂變形較大,最終拱頂沉降約50 mm,而有管棚洞段的收斂變形較小,最終拱頂沉降減少到2 mm,顯示管棚的支護效果顯著。

4 結 語

針對超大斷面隧道工程施工,長管棚套拱施工技術是一種非常有效的隧道施工方法。在當前的超大斷面隧道工程項目施工中,由于其施工環(huán)境比較惡劣,對施工的要求非常高,因此在實際操作過程中,需結合工程的重難點,把控好各施工細節(jié),先做好導向墻施工,接著把控好套拱及管棚支護、注漿要點,并加強各工序的高效銜接,實現(xiàn)對隧道破碎圍巖、不穩(wěn)定圍巖的有效加固,為隧道開挖施工提供了良好的條件。管棚套拱技術在超大斷面隧道工程中良好的應用效果,可為類似工程施工提供參考和指導。