宝塔山隧道黄土下伏残积物碎石土进洞技术

摘要:太佳高速公路吕梁段路基第三合同段宝塔山隧道进口洞口段地质主要为表层覆盖的马兰组黄土薄层及其下伏残积物碎石土组成,工程条件极差,开挖极易坍塌,文章以此为例,对进洞方案及施工控制进行了具体介绍。

关键词:宝塔山隧道;黄土下伏残积物碎石土;开挖支护

中图分类号:U416 文献标识码:A

文章编号:1674-1145(2009)29-0192-02

一、工程概况

1.工程概况。宝塔山隧道为分离式隧道,左线总长4762m,右线总长4888m,中铁十二局集团第三工程有限公司负责施工太原端,左线ZK106+358～ZK108+800段,长度2442m,右线K106+312～K108+800段,长度2488m。

2.工程特点:(1)设计环保型零开挖进洞方案;(2)采用美观、和谐自然的削竹式洞门。

二、洞口地质情况

洞口地质松散,由表层覆盖的马兰组黄土薄层及其下伏残积物碎石土组成,工程条件差,开挖易坍塌。

三、隧道进洞施工关键部位及技术控制要点

1.关键部位:洞口截、排水;套拱施工;超前小导管施工;洞口段开挖。

2.施工技术控制要点:(1)进洞前对洞口地质进行复勘,了解洞口段地质情况,准确调查水系,及时完善洞口防排水系统;(2)严禁大挖大刷,根据洞口段地形和地质情况确定套拱施工方案,真正做到零开挖进洞和环保进洞;(3)针对不同地质及时调整超前支护参数;(4)根据洞口段地质情况灵活调整施工工序;(5)宝塔山隧道左线洞口地形较为平缓,地表为耕地,植被很少,明暗洞分界埋深1.8m,右线明暗洞分界处于直立崖体,埋深1.6m。

四、进洞施工前期准备工作

1.合理确定边仰坡坡率,坚持“早进晚出”,减少对洞口山体特别是山脚的挖方破坏,维护山体的稳定。洞口仰坡开挖坡面要平整。

2.挖方后立即进行边仰坡锚、网、喷防护。冬季施工要做好坡面喷混凝土的保温措施。洞口边仰坡临时防护采用喷锚网防护,喷C20混凝土10cm,ф8钢筋网间距20cm*20cm,锚杆采用Ф22药卷式锚杆,L=4.5m,间距120cm*120cm。

3.在雨季前做好洞口防护排水,先做好洞顶截水沟。水沟位置由现场地形确定,水沟流向顺山势由高向低,引至路基排水系统。

4.做好洞顶地表沉降观测点的埋设。

五、明洞段施工

隧道设计左线进口明洞长17m,右线进口明洞长18m。

1.隧道洞身开挖施工采用三台阶法,明洞开挖自上向下分部进行,共分3步,第一步开挖高度至隧道拱顶向下3.5m左右,第二步开挖至起拱线高度,第三步才开挖到底。

2.明洞段边坡随挖随支护,采用打锚杆挂网喷混凝土支护。喷C20混凝土10cm,ф8钢筋网间距20cm*20cm,锚杆采用Ф22药卷式锚杆,L=4.5m,间距150cm*150cm。

六、进洞施工

在明洞开挖第一个台阶高度并做好锚喷防护后,即安排进洞施工。

1.施工双排小导管注浆超前支护。

(1)采用ф50*4无缝钢管,L=600cm,每排33根,环向间距40cm,两排梅花形布置,第一排仰角10°,第二排仰角3°。

(2)小导管端头做成锥形,管身钻ф8注浆孔,间距15cm梅花形布置,尾部1.5m范围不做注浆孔。

(3)注1:1水泥浆,注浆压力0.5～1.0MPa。

(4)小导管外露长度控制在1.0m左右。

2.施工起拱线以上套拱工字钢拱架、套拱混凝土。

(1)靠仰坡一端须先行凿除临时支护锚喷混凝土,在仰坡面人工开挖套拱轮廓,使套拱端头嵌入仰坡面,浇筑混凝土60cm后对套拱与仰坡面间缝隙再次补喷混凝土。必须保证套拱全断面长度,不可做成头大脚小。

(2)因隧道开挖分三台阶,套拱相应分部施工,考虑分部太多造成工序转换增加,不利于稳定,拟将套拱施工分两步进行:

第一步先施工至起拱线高度,明洞开挖高度不足部分人工挖井,轮廓线满足套拱施工,起拱线位置套拱做成大拱脚;

第二步待明洞开挖至边墙基础底部后再分边施工套拱,开挖时注意不能对称开挖。

3.采用三台阶分部留核心土法进洞施工。

(1)第一个台阶高度先人工环向开挖洞身轮廓线,每次开挖0.7m(一榀拱架)间距,开挖后立即初喷素混凝土3cm厚,并快速组织初期支护施工,随挖随支护。开挖采用人工配合挖掘机,挖掘机开挖时,轮廓预留30cm左右厚度,人工开挖修边。特别当洞口段沉降较快时,挖掘机的开挖扰动及挖掘机机身的移动都会对洞口稳定造成破坏,此时要完全采用人工开挖。

(2)进行第一台阶第二个循环开挖支护施工,初期支护紧跟。

(3)第一个台阶开挖2m长度后,开挖尾部核心土,并保持核心土长度2m长,满足作业需要。

(4)第一个台阶开挖至5m长度后开挖第二个台阶至起拱线高度(此时相应开挖此高度明洞段土体,随挖随支护),单边每次开挖1榀拱架间距,先初喷素混凝土3cm厚,并快速组织初期支护施工,随挖随支护。

(5)继续往前,等单边第二个台阶完成5榀拱架支护后,再开挖另一边并支护,以后如此循环。

(6)当第二个台阶完成开挖支护短边3m、长边6.5m,第一、第二台阶共完成开挖支护8m,施工套拱边墙部位,向下挖槽,仅开挖套拱边墙长度、宽度范围土体。套拱做成大脚基础。

(7)开挖明洞段第三个台阶土体,随挖随支护。

(8)分边开挖支护边墙。每一分部连接部位钢拱架底脚垫厚5cm松木板,木板长度不小于拱架间距以形成连续支撑,减小拱部拱架的沉降,形成较稳定的承载拱。木板在开挖下一台阶时去掉。

(9)上导开挖长度达到10～13m,下导开挖3～5m,安排仰拱开挖钢拱架支撑成环施工。这是进洞成败最为关键的一个环节,也是非常危险的一个环节,处理不好将会造成洞口坍塌。

1)停止掌子面、下导开挖,喷混凝土封闭掌子面。

2)仰拱成环施工自距洞口2～3榀拱架开始,开挖成环必须迅速,第一次开挖2榀拱架(1个间距),纵向长度80-100cm,开挖后迅速安装工字钢拱架2榀,两侧与边墙拱架采用连接钢板高强螺栓连接并企缝焊,中间连接部位因分部拱架安装误差,若按设计尺寸加工的连接钢板往往对不上,实际加工时每侧工字钢中间部位较设计长30cm左右,安装时在保证隧道边墙部位净宽、仰拱厚度及隧底开挖标高的前提下,根据实际尺寸用氧焊切割工字钢,两侧钢拱架对接焊接,焊缝饱满,然后在工字钢肋部两侧企缝帮焊10mm厚20cm长钢板。

3)用间距1.0mФ20纵向连接钢筋对两榀工字钢拱架进行焊接连接,即进行喷混凝土,喷混凝土厚度需覆盖钢拱架,并保证保护层3cm厚,喷混凝土前拱架之间松土要清理干净。

4)安全完成第一次2榀仰拱工字钢成环,继续进行仰拱工字钢支护成环,直到完成已开挖下导全部成环。

5)有3～5m长度即安排施工第一次仰拱钢筋混凝土,接着施工片石混凝土回填。

6)至此,初步实现了安全进洞,但安全隐患仍然存在,因隧道开挖、成环总长度有限,有可能出现洞口山体滑坍,破坏已完成的洞身支护。

7)继续上导、边墙及仰拱开挖支护,直到上导开挖15～20m,下导开挖10～13m,安排进行暗洞洞身第一板钢筋混凝土衬砌。

8)继续洞身开挖支护,进行明洞钢筋混凝土仰拱及衬砌施工:分段开挖明洞仰拱,并施工仰拱钢筋混凝土,左右线明洞仰拱均分为2次完成,分别为9m/8m,9m/9m。先施工靠暗洞段;明洞衬砌施工要做好明暗洞分界处的防水施工。

9)继续暗洞衬砌。待明洞衬砌完成,暗洞衬砌施工30m以上长度,并且衬砌与上导掌子面距离小于30m,才可基本确定洞口安全。

七、进洞施工中的监控量测

1.洞口段施工必须加强监控量测,以便随时掌握洞口段土体稳定情况,指导施工。

2.在施工中必须坚持持续的洞顶、洞内监控量测,重点是洞顶地表、拱顶初期支护内侧沉降观测。特别是在开挖边墙、仰拱时,水平仪在洞顶架好后不动,专人进行对观测点持续观测,观测频率要加密,每10分钟观测一次,并立即将数据报现场技术负责人。

八、施工组织及过程中紧急情况的处理

1.必须做好机械、材料等方面的准备,钢拱架、连接筋、网片及锚杆等提前加工好,喷浆料要根据施工进展及时拌好运至现场。预备足够的备用的方木、工字钢等,现场预备几台电焊机及气焊设施,预备好发电机。

2.现场由一名主管人员进行统一调度指挥,各工序施工要专人负责,施工人员要上足,每道工序由一名小组长牵头,该突击时要尽快完成,各工序要紧密衔接。

3.若发现沉降趋于加快,立即停止开挖,喷混凝土封闭掌子面及开挖面,待沉降速率降低后对已成型拱部初期支护进行临时工字钢扇形支撑,临时支撑需支顶于钢拱架上。

九、其他

1.超前注浆支护对于稳定洞口起着非常重要的作用。

2.上导、下导、仰拱的开挖支护这3道工序的开工,是3个关键环节,尤其是仰拱开挖成环是重中之重,事关成败。

3.工序转换时是洞口段沉降最快、最危险的时刻,必须快速完成。

4.要减少、抑制洞口土体的变形,避免仰坡土体产生突变坍塌,就要求组织得力,各工序尽快完成,并严格控制施工质量,保证各环节支护措施完全起到作用。

作者简介:李文龙,供职于中铁十二局集团第三工程公司,研究方向:土木工程。