盖挖法施工技术在浅埋软土隧道施工中的应用

2022-09-12

随着高速公路和客运专线铁路的飞速发展, 越来越多的高速公路和客运专铁路需要修建大量的隧道, 所遇到的地形和地质情况很复杂, 对于许多超浅埋软土围岩隧道采用盖挖法具有施工方便、进度快、造价低, 有利于环境保护等诸多优越性。本文就盖挖法在汝郴高速公路半江子隧道施工中的应用作一简单介绍。

1 工程概况

湖南省汝郴高速公路是厦蓉国家高速公路《国家高速公路网规划》中厦门至成都国家高速公路湖南段的组成部分, 位于湖南省的南部地区。它的建成将改善湖南省南部地区的交通条件, 对区域资源的综合开发利用, 对于我国和平统一事业、军事战备和巩固海防都具有极其重要的战略意义。此高速公路设计速度为80km/h, 路基宽度为24.5m, 双向4车道。

半江子隧道设计为分离式双洞单向交通隧道, 左右洞测设线间距为21m~31m, 左洞起讫桩号ZK4+830~ZK6+625, 全长1795m, 右洞起讫桩号为YK4+780~YK6+658, 全长1878m。隧道衬砌采用三心圆断面型式, 净宽10.25m, 净高5.0m。其中半江子隧道右线YK4+870~YK4+905段地形为一“U”形冲沟, 常年有水。隧道从沟底通过, 与冲沟成80°交角, 埋深很浅, 最小覆盖层厚度仅0.6m, 且隧道顶板为淤泥、硬塑性亚粘土、全风化花岗岩, 属Ⅴ级围岩, 设计中按S5a复合式衬砌施工。

2 盖挖法施工背景

2.1 隧道原设计情况

半江子隧道右线YK4+870~YK4+905段为Ⅴ级围岩, 按S5a复合式衬砌类型施工, S5a衬砌支护参数:采用I18型钢拱架支护, 间距80cm/榀, C2 0喷射混凝土, 厚25cm, 双层钢筋网片 (Φ8:间距20×20cm) , D25中空注浆锚杆, L=300cm, 纵环向间距80×100cm, 梅花形布置;超前支护采用Φ42×3.5mm热轧无缝钢管, L=3.5m, 拱部120°范围内布置, 环向间距0.4m, 每3榀1环;二衬采用45cm厚钢筋混凝土。

2.2 实际地形地质

YK4+870~YK4+905段实际现场地形为一“U”形沟谷, 常年有水。隧道从沟底通过, 与沟谷成80°交角, 埋深很浅, 最小覆盖层厚度仅0.6m, 且隧道围岩从上往下依次为淤泥、硬塑性亚粘土、全风化花岗岩, 属Ⅴ级围岩。

2.3 施工方法的确定

根据隧道现场实际情况, 如果采用暗挖施工, 只能能坚持“短进尺、弱爆破、强支护、勤量测”的原则, 同时必须采用超前小导管注浆和加强初期支护参数, 即型钢拱架间距由80cm/榀调整为50cm/榀, 相应增加系统锚杆数量;施工进度非常慢, 而且随时存在隧道冒顶坍塌的危险, 危及到作业人员的安全。

3 盖板体系设计

3.1 盖板设计

盖板设计综合考虑到施工方便、结构受力以及施工安全, 所以在设计时采用钢筋混凝土护拱, 护拱总体设计如图1所示即在隧道拱顶初期支护外侧120°范围内设计长35m的C25钢筋混凝土护拱, 护拱厚度38cm, 两侧各设计1个大拱脚, 在每个大拱脚处设计2根 (每延米) 长3.0m的锁脚锚杆以增强盖板体系的稳定性和安全性。护拱钢筋设计图如图2所示, 环向N1和N2钢筋均采用Φ22钢筋, 间距20cm, 纵向钢筋N3采用Φ12钢筋, 间距20cm, 支衬钢筋N4钢筋采φ8钢筋, 间距20cm (见图1、2) 。

3.2 出洞、进洞设计

综合隧道YK4+870和YK4+905两个断面的地形和地质情况, 出洞和再次进洞的仰坡面均采用挂网喷锚防护, 同时采用60m长的超前小导管支护, 使护拱与山体形成整体, 超前小导管采用Φ42×3.5mm热轧无缝钢管, L=6.0m, 外插角14°, 环向间距0.4m, 布置于拱顶120°范围内, 其尾部与型钢拱架焊接牢固。

4 盖挖法施工工艺

4.1 截排水

由于隧道右线YK4+870~YK4+905段隧道顶部有一“U”形冲沟, 与隧道走向成80°交角, 沟中水流较大, 为不影响隧道正常施工, 在隧道开挖之前, 先在冲沟汇水一图1护拱总体设计图侧开挖一个截水坑, 然后根据水流大小, 用2~3根Φ150的橡胶管通过隧道顶部将水引至隧道另一侧冲沟中。

4.2 放样刷坡

通过测量放出YK4+870和YK4+905两个仰坡面, 并按照1∶0.5的坡比进行刷坡。

4.3 边坡防护

对刷好的YK4+870和YK4+905两个仰坡面进行挂网锚喷防护, 即在仰坡上布置20×20cmφ8钢筋网片, 并打设3m长Φ22砂浆锚杆, 然后喷射10cm厚C20混凝土, 防止仰坡面坍塌。

4.4 开挖盖板基坑

根据所设计盖板 (隧道顶部120°范围) 的宽度、设计高程、弧度和预留变形量将隧道顶部土体挖除。在开挖基坑时, 需根据土体的稳定性对基坑边坡进行必要的放坡和防护。

4.5 安装隧道上导型钢拱架

根据测量放样结果, 采用L=6.0m, Φ42×3.5mm超前小导管在两个仰坡面 (YK4+870和YK4+905两个掌子面) 各固定1榀型钢拱架, 然后按隧道支护参数安装上导 (隧顶120°范围) 型钢拱架 (按S5a拱架间距进行布置) 、联接钢筋和钢筋网片等。拱架安装完成之后, 在每榀拱架上焊上一定数量的“U”形钢筋 (钢筋直径:Φ22, 纵环向间距为80×100cm) , 一端连接型钢拱架, 另一端伸于护拱中, 确保在开挖中、下导时, 不出现掉拱现象。

4.6 挂板喷锚

拱架安装完成之后, 采用铁丝将木板捆绑在拱架的底部作为底模, 然后采用C20喷射混凝土进行喷锚, 完成上导的初期支护。

4.7 绑扎护拱钢筋、浇筑护拱混凝土

上导初期支护完成以后, 以上导作为护拱底模, 按照护拱钢筋设计图进行护拱钢筋绑扎, 施做大拱脚锚杆, 然后浇筑护拱混凝土。

4.8 回填覆盖

护拱混凝土达到一定强度后, 进行回填土覆盖, 防止基坑积水影响隧道施工安全。同时恢复冲沟排水系统。

4.9 隧道开挖掘进

护拱施工完成以后, 隧道从小里程端正常掘进, 掘进采用三台阶法, 掘进过程中坚持“短进尺、弱爆破、强支护、紧封闭、勤量测”的原则。在开挖中下导时左右马口必须错开3m~5m的间距, 防止掉拱现象发生。

4.10 施工仰拱、二衬

开挖完成以后及时施做隧道仰拱和二衬。

5 变形观测

对于此段围岩的变形观测, 与正常Ⅴ级围岩一样, 收敛和拱顶下沉监测点的布置根据施工方法、规范要求采用五点法布置, 即同一断面上台阶布置3个点, 下台阶布置2个点, 测点断面布置图见图3。断面间距按10m一个断面, 共布置了4个断面, 即YK4+870、YK4+880、YK4+890和YK4+900。按照规范和图纸要求的监测方法和相应的监测频率进行监测, 其监测结果如表1所示。

根据围岩变形速率值评判标准对监测数据进行了评判, 其周边位移量和拱顶下沉量均符合要求。说明按此方案施工, 周围土体的变形量和地表沉降量很小, 不会影响到隧道的施工安全和结构安全。