[12-11 17:00:02] 来源：http://www.tmgc8.com 隧道工程 阅读：3548次
笔者从方案论证、项目实施及运营管理等方面全过程参与了厦门市内数条隧道的建设,包括人行隧道、城市道路隧道及普通公路和高速公路隧道,涉及了诸如小间距双向隧道、浅埋大跨、深埋涌水、围岩夹泥沙等一些隧道施工中较为突出的问题,对隧道开挖技术有一定的思考和探索。现结合某工程实例对不同级别围岩地段的隧道开挖施工技术进行探讨。
关键词:浅埋大跨隧道;超前支护;施工技术
1 工程概况及地质条件
某公路隧道工程全长297m,最大埋深58m,最大开挖跨度达16.4m,开挖高度9.28m,高跨比仅有0.57,隧道进出口段埋深为8m～22m,属典型的浅埋大跨隧道。
隧道穿越的地层主要为Ⅲ、Ⅳ级围岩。在隧道进、出口段主要为第四系全新统地层,为Ⅳ级围岩,对隧道稳定性影响较大。其组成地层为:①碎(块)石夹亚砂土:褐黄色,灰褐色,松散～稍密,分选性较差,块石大小不一,含量50%～70%,棱角分明,块径一般为8cm～20cm,少数可达1m,成分主要为大理岩;②角砾岩:钙、泥质胶结,性状较差,其底部为胶结较差的碎石层及滚石块,少量块径可达2.5m;③灰白、灰绿色条带状云母大理岩,鳞片、粒状变晶结构,多夹中粗白色大理岩,弱风化;④灰黑色中细晶大理岩,夹白色粗晶厚层大理岩,局部夹黑色结晶灰岩、泥质灰岩或黑白色条纹大理岩,弱风化。隧道范围内有三条小断层,与隧道轴线大角度相交,交角60°～75°,断层宽度都较小,对施工期间围岩稳定有一定影响。
2 隧道施工
2.1 隧道结构设计参数
隧道Ⅳ级围岩长度115m,占全长的38.7%,Ⅲ级围岩182m,占61.3%。由于开挖跨度大,且埋深较浅,因而开挖后围岩稳定性较差,对Ⅳ级围岩应进行超前预支护:采用42mm超前小导管注浆加固,小导管长4m,搭接长度1m～1.5m,环向每米布设3根。采用系统锚杆、格栅钢架和喷射钢纤维混凝土做初期支护,锚杆长4.5m,直径25mm,间距1.2 m,梅花形布置;格栅钢架每米一榀;初喷4cm厚的C25素混凝土,再喷21cm厚的CF25钢纤维混凝土。初期支护与二次衬砌之间设置1.2mm厚的EVA防水板。二次衬砌厚50cm,预留8cm变形量。
Ⅲ级围岩地段不设超前预支护,系统锚杆长4.0m,直径25mm,问距1.5m,梅花形布置。初喷4cm厚的素混凝土,再喷12cm厚的CF25钢纤维混凝土。初期支护与二次衬砌之间设置1.2mm厚的EVA防水板,并在防水板外设置软式透水管。二次衬砌厚40cm,预留6cm变形量。
2.2 隧道施工方法
隧道从出口向进口方向单向掘进。根据围岩的物理性质、力学性质、自稳特性和对隧道稳定性的影响,经过多种施工方案比选,从而决定不同级别围岩地段的施工方法。
(1)IV级围岩段施工方法
对于Ⅳ级围岩地段,先用小导管注浆超前支护对隧道拱部围岩进行预加固,以便形成具有足够强度和刚度的预支护拱棚,保证施工安全。然后采用CD法分块开挖施工,开挖采用风镐与放小炮相结合,尽量减少对围岩的扰动,如图1所示。
Ⅳ级围岩地段隧道主要施工步骤如下:
①进行隧道小导管注浆超前预支护,小导管采用无缝钢管,用风镐顶入,前后两个循环搭接长度为1m～1.5m;②进行左侧上台阶(I部)开挖;③进行左侧上台阶开挖部分拱部的初期支护,包括施工锚杆、分期按设计厚度喷射混凝土和架立中部临时支撑,临时支撑采用间距1.2m的I22钢支撑,并用螺纹钢将相邻钢支撑焊接连接以增加刚度,最后加喷厚21cm的CF25钢纤维混凝土;④开挖左侧下台阶(Ⅱ部),控制左侧上下开挖掌子面距离不大于10m;⑤进行左侧下台阶初期支护和接长临时支护,支护参数同第③步;⑥开挖右侧上台阶(Ⅲ部);⑦进行右侧上台阶初期支护,支护参数同第③步,右侧下台阶开挖面距右侧上台阶的距离不大于10m;⑧开挖右侧下台阶(IV部);⑨进行右侧下台阶初期支护,支护参数同第③步;⑩最后设置软式透水管,铺挂EVA防水板,浇筑全断面二次衬砌。
(2)Ⅲ级围岩段施工方法
Ⅲ级围岩的稳定性较好,因而采用上下台阶法开挖施工,如图2所示。上台阶高度4.8m,台阶长度控制在30m以下,每次开挖后及时按设计参数施作初期支护。开挖爆破采用减弱振动的控制爆破,周边多打孔,隔孔不耦合装药,从而减少爆破对隧道围岩的扰动,减小围岩松动圈的范围,使结构受力减小,增加安全度。
①采用控制爆破,开挖上部台阶;②施工上部台阶拱部的初期支护,包括系统锚杆安装(间距1.5m,梅花形布置)、分次喷射CF25钢纤维混凝土;③开挖下部台阶;④施工下部台阶两侧边墙的初期支护(锚杆和喷射钢纤维混凝土);⑤设置软式透水管,铺挂EVA防水板,最后浇筑二次衬砌混凝土。www.tmgc8.com
3 隧道拱顶下沉监测
对于Ⅳ级围岩地段的浅埋大跨扁平隧道,拱顶下沉将决定其稳定性。因而,在隧道掘进过程中,施工监控量测以拱顶下沉为重点。本工程拱顶下沉采用精密水准仪配合铟钢尺量测,在K5 579断面设置了量测点。图3为拱顶下沉值随时间的变化规律。
由图3可以看出,在左侧断面开挖支护的过程中,拱顶下沉迅速增大后逐渐变缓;当右侧断面开挖时,拱顶下沉量有一个突然的增加,随后增加速度减慢;在临时支护结构拆除时,拱顶下沉曲线又出现了明显的突然增大,经过应力调整后,又很快恢复了平稳的态势,趋于收敛状态,这可能是因为此时的初期支护已经具有了足够的强度和刚度从而能抵抗住暂时的非大幅度的荷载增加。
4 结语
本文针对隧道开挖跨度大、高跨比小、埋深浅和容易产生塌方的特点,分析了不同级别围岩开挖后隧道的稳定特性,提出了不同级别围岩地段隧道开挖的施工方法,并选择了典型断面对直接反映隧道稳定性的拱顶下沉进行监测,用其指导施工,保证隧道施工安全。
参考文献
[1]JTJ 042-94.公路隧道施工技术规范[S].
[2]高海宏.复杂条件下大跨公路隧道施工中的关键技术[J].隧道建设.2008,1.
