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摘要:随着高速公路的快速发展,隧道作为公路建设组成部分,因其具有平面线形顺畅、占地面积少、洞口位置选择自由度大、便于运营管理等优点,在特定条件下被越来越多地采用。本文章结合施工经验,对高速公路双连拱隧道施工工艺及质量控制进行了分析。
关键词:双连拱;施工;中导洞;中隔墙
1施工方法及要点
1.1开挖施工
根据围岩情况的不同,目前双连拱隧道开挖施工主要有中导洞与三导洞两种施工方法。
1.1.1中导洞施工法
中导洞施工法就是首先在隧道的中隔墙处贯通一条小断面导洞,并施工中隔墙,然后再开挖上下行线正洞的施工方法。
导洞开挖及初期支护施工;①——中隔墙混泥土施工;②——正洞拱部开挖及初期支护施工;③——正洞下部开挖两侧开槽及初期支护;④——中间部分开挖。
根据隧道进出口地形条件及施工场地的实际情况,中导洞开挖可以从隧道两端同时施工,在隧道中间贯通,也可以从隧道一端开始施工,在另一端贯通。根据地质条件的不同,中导洞开挖分全断面和短台阶两种施工方法,在围岩整体性较好、节理不发育的地段采用全断面法开挖中导洞可以加快施工进度;在围岩破碎、节理发育以及洞口地段,采用短台阶法开挖中导洞可以保证施工安全。无论采用哪一种开挖方法,均采用光面爆破技术,尽量减小中导洞爆破对两侧正洞围岩的扰动。每循环进尺一般要控制在1m以下,围岩较好的情况下最多也不能超过1.5m。支护要紧跟开挖面,不允许围岩暴露时间太长。杜绝塌方,因为中导洞即使有小面积的塌方也会给正洞开挖带来很大的影响。
中隔墙的施工顺序与中导洞开挖的顺序刚好相反,根据现场情况可从隧道中间向两端旌工,也可以从隧道一端向另一端施工。如一座隧道只设一个混凝土拌和站,一般采用从远离拌和站的一端向靠近拌和站的一端施工的顺序,但在工期较紧的情况下也可以创造施工条件从隧道中间向两端同时施工。
下部开挖要先在边墙处开槽,将拱部初期支护接下来后再开挖中间部分。边墙开挖除采用光面爆破外还要注意进尺不能太大,最多开挖出两榀钢支撑位置就尽快施作初期支护,封闭围岩,防止因拱部支护长时间悬空而造成坍塌。
1.1.2三导洞施工法
三导洞施工法是除在中隔墙处开挖一导洞外在上下行隧道两侧分别开挖一条侧导洞,在中墙与边墙施工完后再开挖上下行线正洞。①——中、侧导洞开挖及初期支护施工:②——中隔墙、边墙混凝土施工:③——正洞拱部开挖及初期支护施工:④——正洞下部开挖施工。
三导洞开挖法施工顺序,侧导洞的施工方法与中导洞相似,三导洞施工完后正洞开挖还分上下台阶进行,但初期支护的施工顺序与中导洞法不同,属先墙后拱而不是先拱后墙,因侧导洞开挖过程中正洞边墙初期支护已施作。正洞上下台阶开挖爆破设计时均要考虑尽量减小对中隔墙及侧墙的影响,特别是下部开挖时不能认为初期支护已全部施工完而随意增加药量、加大进尺,造成已施作的初期支护垮坍。
从以上两种施工方法的施工过程可以看出,中导洞施工法具有工序简单、临时支护量及拆除量小、工期短、成本低的优点,但在地质条件复杂、围岩破碎地段利于安全施工:而三导洞施工具有正洞支护闭合早、施工安全的优点,但工序复杂、工期长、成本高。两种施工方法要根据隧道实际地质情况灵活运用,在地质条件复杂、围岩破碎、节理发育、涌水量大的隧道以及洞口浅埋偏压、围岩软弱段一般采用三导洞法施工,而在围岩条件较好的地段一般采用中导洞法施工。
1.2支护体系旋工
(1)超前支护
双连拱隧道多位于软弱、破碎、自稳时间短的围岩中,为防止冒顶塌方或地表下沉,除采用中导洞、侧导洞及分台阶开挖的施工方法外,还要采用先支护后开挖即超前支护的施工工艺。连拱隧道洞口段Ⅱ类围岩一般采用中φlO8×6mm超前大管棚支护:Ⅲ类围岩采用中φ42超前小管棚支护。大管棚一般在洞口一次性施工,但如果管棚设计太长(大于40m),且洞口位于曲线上,一次性施工很难保证管棚安设位置准确时,也可以在洞内扩大开挖断面,分两次或多次施工。钢管分节最佳长度为4~6m,相邻两根钢管接头不允许在一个断面上。水泥浆必须按设计配合比配制,终压力控制在1.5~2.0MPa之间。
超前小导管采用风钻钻孔,在开挖掌子面钢拱架立好后开始钻孔,导管宜从拱架腹部穿入,特殊情况下也可以从底部或顶部穿入。小导管长度一般不小于4m,隔榀钢拱架设一环,保证每次爆破后掌子面项部至少留两环小管棚。钻孔时应保证小导管外插角在30~50之间,孔位偏差不超过100mm,孔眼长度应大于钢管长度100mm左右,导管注浆必须按设计配合比及注浆压力施工。
(2)初期支护
连拱隧道Ⅱ类围岩初期支护一般采用工字钢架加喷锚网,Ⅲ类围岩采用格栅钢架加喷锚网,锚杆采用WTD25中空注浆锚杆,喷射混凝土采用湿喷工艺。无论采用哪种支护形式,在连拱隧道施工过程中都要遵循短进尺、早封闭的原则。必须一炮一护,防止围岩暴露时间太长而引起坍方,特别是正洞下部开挖,钢架接腿时要控制好进度,绝不允许使拱部初期支护长距离或连续长时间悬空。锚杆长度、角度、间距、注浆必须按设计施工,钢拱架按设计位置安设,相邻两榀钢架用纵向钢筋连接,并与拱墙锚杆连在一起。钢架拱脚必须放在基础或原状土上,钢架与围岩之间应尽量贴近,在有较大间隙时应设垫块。每循环钢架施作时间最好控制在2h以内。仰拱、填充及二次衬砌双连拱隧道仰拱、二次衬砌均采用钢筋混凝土。正洞下部开挖完后应立即施作仰拱,使之与拱墙初期支护形成一封闭环,以及时改变中隔墙、边墙及拱部初期支护的受力状况。在施工完填充混凝土后应尽早施作二次衬砌。
二次衬砌根据实际情况可采用整体模板台车或拼装工字钢架两种方法施工。整体模板台车具有定位快、位置准确、不容易变形、易于保证衬砌外观质量等优点,适宜于在较长的直线或大半径曲线隧道中使用;拼装工字钢架具有设备简单、成本低、使用灵活的优点,适宜于在较短的隧道中使用,特别是在小半径曲线隧道中更能发挥其优点。
1.3防排水系统施:
因地表水对双连拱隧道内涌水影响较大,而公路隧道对渗漏水的要求又较高,故防排水采用以“防、排”为主,“防、排、堵、截”相结合的综合治理措施。
①洞外截水沟、排水沟必须严格按要求施工,尽量减少地表水向地下渗透,以减小地表水对隧道内涌水的影响。
②超前支护、WTD25锚杆注浆必须按设计要求施工,使其在加固围岩的同时也在一定程度上起到堵水作用。
③初期支护与围岩之间的透水管安设既要尊重设计,又要灵活调整,在涌水量较大的地段集中设置,并保证上下连通,将隧道拱墙渗漏水引至两侧水沟内排走。
④初期支护与二衬之间的防水层与排水管必须保证其施工质量。排水管一定安设牢固,排水畅通。
2结语
双连拱隧道施工中,中墙的稳定既是一个关键性的问题,又是一个复杂的问题。围岩稳定性、施工工艺、施工方案不同,中墙的受力状况也不相同;中墙的受力状况随着施工进度的不同,受力大小、稳定状态也都不一样。所以,施工时要根据具体情况进行分析,采取有关的措施,保证工程安全。
参考文献:
[1]朱汉华,尚岳全.公路隧道设计与施工新法[M].北京:人民交通出版社,2002
[2]刘晓树,赵建宇.改进施工工艺提高隧道衬砌质量[J].铁道建筑,2002