浅析廖廓山隧道浅埋暗挖法施工

2022-09-10

1 工程概况

本工程为曲靖市廖廓南路南延长线, 曲靖市廖廓公园左侧, 全长约879米, 为桥隧结合方案, 隧道全长约330米, 净宽20.82米;为双向4车道连拱隧道, 设计速度:40km/h。隧道进口里程K0+092, 出口里程K0+400, 隧道全长307m。隧道进口明洞长113m, 出口长80m。隧道进、出口设计标高分别为1869.19m, 出口为1880.58m, 隧道最大埋深18m, 隧道进出口结合洞门结构、洞门型式、市政建设进行景观设计;因此出口端墙墙面采用造型石镶面装饰, 进口洞门周边用骨架护坡植草进行绿化。

2 工程地质分析

廖廓山隧道地处曲靖大型断坳盆地与构造剥蚀中山之间的过渡地段, 微地貌特征为剥蚀丘陵, 地形上呈中间高前后低的特点, 前后为盆地边缘洪冲击地形地貌, 地形较平坦, 而中间地带为剥蚀丘陵地貌, 地形起伏较大。勘察范围内出露地层较少, 岩性较简单, 主要为第四系松散堆积层和泥盆系下统西山村组 (D1×) 泥岩、砂岩。

3 水文地质情况

隧道地区水文地质条件简单。根据该区地层岩性的差异及赋存形式的不同, 可将地下水分为孔隙水和裂隙水二个类型。孔隙水主要赋存在第四系地层的砾石、沙土中, 集中分布于潇湘河河谷中, 地下水为潜水, 埋藏一般较浅, 赋水性中等。裂隙水主要赋存于泥盆系下统西山村组的砂岩和泥岩中, 砂岩赋水性较强, 泥岩较弱。地下水主要接受大气降水的补给, 并沿坡面及沟槽向潇湘河排泄。根据国标GB183606—2001《中国地震动参数区划表》, 本隧道地区地震动峰值加速度为0.15 (VII度) 、隧道已按要求进行地震设防。

4 工程技术、难点分析

(1) 线路较短, 全长878.59m, 工程施工场地较集中, 主要集中在寥廓山隧道进出口, 隧道工程为本标段的主要工程, 隧道长度占全线长度的36.3%。 (2) 施工区域位于市区, 施工场地狭小, 科学合理的布置施工场地是保证工程顺利进行的重要因素。 (3) 标段范围内存在软土、岩体风化等的不均一性不良地质, 施工时须采取相应措施加以处理和防护。 (4) 隧道开挖断面较大, 施工时须采取合理的施工工序进行开挖, 并及时做好各项支护措施。 (5) 施工工期紧, 任务重。业主要求180日历天以内完成本合同段工程所有工程项目, 而本标段隧道长约319米, 因此工期很紧。 (6) 本工程地处曲靖市区, 故施工时对安全、文明、环保等要求较高。 (7) 隧道跨度大, 隧道设计为四车道城市主干II级路, 连拱隧道, 最大开挖宽度达42.8m;Ⅴ级围岩段采用三导坑先墙后拱法开挖支护, 施工工序多, 工序转换频繁, 工艺要求高。 (8) 隧道单向掘进达80m以上, 洞内施工条件差, 隧道开挖进尺达到100m以上采用机械通风。

5 隧道工程的施工工艺及施工方法

(1) 洞口段施工:首先按设计要求进行洞口明洞段边仰坡的测量放线, 将明洞段拱部以上明挖部分全部清理干净, 及时进行锚喷支护, 同时作好洞顶截排水沟。 (2) 暗洞进洞施工:洞口开挖成型后, 进行隧道洞身开挖施工。施工前先实施暗洞进洞超前支护方案, 具体措施如下: (1) 套拱施工:本隧道设计采用2m长C25模筑混凝土套拱做管棚导向墙。于明、暗洞交界处放出套拱大样, 用事先加工好的Ⅰ18工字钢自明暗洞交界处向明洞方向立3榀间距60cm的工字钢, 拱架间以φ22钢筋纵向连接, 焊接2m长φ140导向管, 导向管支撑稳固后, 进行模板安装, 套拱砼的浇筑, 为便于长管棚施工质量控制采用红色油漆由套拱拱脚向拱顶编号记录1-41#累计41根长管棚。 (2) 搭设钻机施工作业平台:作业平台采用钢管按“井”字形搭设, 以回型扣连接牢固, 防止钻孔时钻机摆动、倾斜、不均匀下沉而影响钻孔质量。 (3) 钻进:钻机采用KQJ90-120潜孔钻钻孔, 由两侧往中间方向即由两侧到拱部的顺序钻进开钻时, 将钻杆 (每一根长1米) 及冲击钻头由孔口管内装进, 先低速低压送风钻孔, 等成孔后, 再加速加压。 (4) 扫孔:用长度不小于2.5m的φ89mm岩芯管进行扫孔, 目的是清除孔内岩碴和顺通孔道。 (5) 管件制作:长管棚采用Φ108mm热轧无缝钢管在加工车间分节制作, 沿管壁用Z525-2A型台式多用钻床加工孔径5mm孔距15cm呈梅花形布置的注浆孔, 管尾留4.5m不钻孔的止浆段。 (6) 下管:每钻完一孔便清孔、退出钻杆钻头, 及时装管。下管时, 当孔壁不易坍塌时, 采用直接撞击法将导管撞击至设计位置, 当孔壁容易塌坍时, 用导管与钻头同时钻进的方法装进。 (7) 注浆:管棚定位后注浆前在钢管中沿管壁安设φ15mm的塑料硬管至孔底, 在管口 (外端) 处注浆管与堵浆塞排气孔相连接, 作为排气孔 (安设钢管盖和注浆阀门) , 选用两台BW-250/50型注浆泵从两侧往拱顶方向间歇式注浆。 (3) 明洞施工:隧道明洞采用明挖法施工。当暗洞开挖及初期支护进洞30m～50m时, 集中进行明洞拱墙砼灌注。采用模板台车拱墙整体浇注施工。 (4) 洞门施工:隧道洞门形式采用端墙式。洞门出口建筑设计为砼端墙, 墙背回填料与明洞回填一致, 洞门工程安排在明洞浇筑、洞顶回填完成后立即施作, 其外墙装修可滞后施工。 (5) 洞身开挖及初期支护施工:隧道超前支护有超前小导管、超前大管棚、超前锚杆3种类型。根据地质勘测, 隧道围岩分布主要是Ⅳ级、Ⅴ级, 故采用超前大管棚法进行施工。超前长管棚设置于Ⅳ、Ⅴ级围岩浅埋段距离较长的洞口, 采用节长3米、6米的Φ108×6mm热轧无缝钢管, 环向间距40cm, 丝扣连接。钢管设置于衬砌拱部, 仰角2～3度, 平行路面中线布置。径向施工误差不大于20cm, 沿隧道纵向同一横断面内接头数不大于50%, 相邻钢管接头至少需错开1米。施工方法如下:长管棚钻孔前先行施工砼套拱, 等套拱砼强度达到设计要求再进行钻孔。拟采用水平钻机钻孔。管棚按设计位置进行施工, 先打编号为奇数的有孔钢花管, 注浆后再打无孔钢管, 无孔钢管可作为检查管, 检查注浆质量, 钻机立轴方向须准确控制, 以保证孔口的孔向正确, 每钻完一孔便顶进一根钢管, 钻进中经常采用测斜仪量测钢管钻进的偏斜度, 发现偏斜超过设计要求, 及时纠正。为保证同一截面接头数不大于50%和相临钢管接头错开, 须对钢管预先编排, 长短搭配, 按编号对号入座。钢管上按梅花形间距布置小孔。钻孔和钢管方向与线路中线平行, 与水平面仰角为2°～3°。长管棚注浆采用水泥浆液 (添加水泥重量5%的水玻璃) , 水泥浆水灰比为1:1, 注浆压力:初压0.5Mpa～1.0Mpa, 终压2.0 M p a。注浆结束后用3 0号水泥砂浆充填, 以增强钢管的强度和刚度。 (6) 洞身开挖施工。开挖、支护过程中量测紧跟及时反馈, 以调整支护参数, 衬砌前拆除临时支护, 为确保施工安全量测及时进行。双侧壁导坑法施工工序如图1所示。

施工工序: (1) 内侧导坑开挖 (地质条件相对较差一侧) ;Ⅱ内侧初期支护; (2) 外侧导坑开挖;Ⅳ外侧初期支护;Ⅴ拱部及核心土第一次开挖; (6) 拱部初期支护;Ⅶ核心土第二次开挖; (8) 仰拱砼灌注及隧底填充; (9) 浇注两侧二次衬砌砼基础。

6 施工监测及地质预报

现场监控量测, 是隧道施工过程中, 对围岩和支护体系的稳定状态进行监测。为支护和模筑砼衬砌的参数提供依据。把量测的数据整理和分析得到的信息反馈到设计和施工中, 进一步优化设计和施工方案, 以达到安全。监测的目的: (1) 了解围岩、支护变形情况, 以便及时调整和修正支护参数, 保证围岩稳定和施工安全。 (2) 提供判断围岩和支护系统基本稳定的依据, 确定模筑砼衬砌施作时间。 (3) 依据量测资料采取相应措施, 在保证施工安全的前提下加快施工进度。 (4) 积累量测数据资料, 提高施工技术水平。