小净距隧道在软弱围岩段施工探究

2010-08-15唐建强

山西建筑 2010年8期

唐建强

与分离式路基方案相比,小净距隧道具有占用土地少、环境污染小、植被保护好、减少路线长度、节约总投资、优化线型等优点,因此目前道路建设中小净距隧道方案出现也逐渐增多,但由于它近些年才发展起来,结构形式有别于连拱隧道和分离式隧道,其相关应用技术,尤其是在各种复杂地质条件下施工方法还处于研究发展阶段,学术研究尚不够深入,所以作为从事地下工程建设的工作者,我们必须要掌握这方面的知识。

1 工程概况

某隧道为济南—广州高速公路重要工程,地处大别山腹地,山区地形起伏剧烈,所经区域属淮河水系。隧址地貌属褶断侵蚀低山,海拔200.8 m～330.4 m,相对高差约130 m,山顶浑圆,山势较缓,地表植被发育;进口段地形坡角25°～35°,出口段地形坡角20°～30°;山脊走向北北西,隧道轴线与山脊近正交,穿过山脊高程最大为310 m。隧道穿越F3断层,断层破碎带内节理裂隙明显,进出洞口冲沟较发育,地下水集中,围岩稳定性极差,出口端边仰坡坡面垂直度较大,山体左侧偏压。

隧道为左右分离式小净距单向行车隧道,净距小(左右线净距最小仅为8 m),地质条件差,施工难度较大。

2 施工方法

该小净距隧道洞口Ⅴ级围岩偏压段采用以注浆中管棚为超前支护,初期支护以锚网喷为主,辅以钢拱架。Ⅴ级围岩加强段采用以注浆小导管、超前锚杆为超前支护,初期支护以锚网喷支护为主,辅以钢拱架。左洞开挖断面超前右洞开挖断面应控制在35 m～45 m,施工必须遵循“弱爆破、少扰动、短开挖、快支护”的原则,以降低洞室经多次爆破开挖产生的应力重新分布现象,减少对已支护好的洞室造成破坏,保证洞室结构安全。

Ⅴ级,Ⅳ级围岩段采用侧壁导坑法开挖时,两侧导坑采用上下台阶法开挖,人工配合机械开挖或弱爆破开挖,先行侧导坑开挖施作锚杆后,对锚杆进行初次张拉,后行洞开挖暴露锚杆端部后对锚杆施加预拉力至设计值,并对先行洞锚杆补张拉至设计值(设计90 kN),对拉锚杆的施作一定要强调及时性,正常情况下当先行洞开挖后应立即施作。侧壁临时支护拆除在正洞下台阶完成后,二次衬砌开始前进行,临时支撑拆除后,及时进行仰拱回填和拱墙二次衬砌;Ⅲ级围岩段采用超前导坑预留光爆层的开挖方法,上半段超前5 m～10 m,两洞室内侧均应采用光面爆破,两洞室二衬与正洞下台阶开挖面距离不小于35 m～40 m。开挖过程中加强爆破震动量测,并根据量测结果,严格控制单段炮眼装药量,把振速控制在一定范围,保证左右洞开挖稳定及安全。

3 监控量测

该隧道按新奥法设计、施工,采用复合式衬砌,监控量测是一项重要的管理工作,也是施工的核心技术之一。

3.1 量测目的

1)监视围岩应力和变形情况,掌握围岩和支护系统的力学动态,验证支护衬砌的设计效果,保证围岩稳定和施工安全。2)对量测数据分析处理,进行信息反馈,对已开挖、支护段的力学状态进行评价,对有险情段及病害部位采取必要的补救措施,对下步施工参数进行合理调整,确保信息化手段施工。3)积累量测数据资料,为以后的设计、施工提供类比依据,确保施工安全,节约工程投资。

3.2 数据应用

1)根据现场量测数据及时绘制位移变形曲线,然后进行数据处理或回归分析,以推算最终围岩变化规律。当曲线出现反弯点时,表明围岩和支护处于不稳定状态,必须停止开挖,对危险地段加强支护,密切监视围岩动态,确保已开挖段的安全。2)通过量测数据的分析处理,提供判别围岩和支护系统基本稳定的依据,掌握围岩稳定性变化规律,提出修改支护、衬砌设计参数和施工方法,确保中间岩柱的稳定及确定二次衬砌和仰拱的施作时间。

4 技术探讨

通过本工程的施工实践,探讨几点技术问题,以供参考。

4.1 施工方案选择

1)单洞施工:侧导坑、主洞上下台阶法,单洞开挖支护及二衬完成后,再行施工另一洞室,此方案进度较慢,质量容易控制,工期得不到保障,对拉锚杆在一侧围岩稳定后才施作,起不到应有作用,二次爆破对中间岩柱及另一侧洞室初期支护造成破坏,后面开挖必须采用控制爆破技术。2)双洞同时施工:先行洞超前35 m～40 m;两侧导坑、主洞上下台阶法,开挖支护超前,仰拱及时封闭,二衬拉开一定距离后紧跟施作,此方案极大提高进度,预应力对拉锚杆及时施作,能有效加固中间岩柱的稳定,也避免洞室多次应力重分布问题,但对拉锚杆受空间限制,不易施作,容易忽视工程质量及施工安全。3)单双洞交替进行:两侧导坑同时施工,施作对拉锚杆,在完成一侧正洞衬砌后,再用台阶法施工另一侧正洞,此方案基本可以满足进度要求,可以降低机械设备成本投入,合理使用资源,保证工程质量。

4.2 洞口施工

该隧道为小净距隧道,施工工艺比较复杂,且洞口段软弱破碎,围岩稳定性极差,设计中要求尽量避免人为因素导致山体病害的产生,采用早进洞、晚出洞的原则,减少深挖路段,保护自然坡体;洞口边仰坡开挖严禁放大炮,并作永久防护;边仰坡坡率视实际开挖稳定情况进行调整,做好边仰坡防护,确保其稳定;在施工过程中采用了人工配合机械刷坡处理,但洞口开挖中还是发现较大裂缝,经现场研究设计变更增加了大管棚超前支护措施。通过监控量测观测数据分析及后期施工过程中发现初期支护及二次衬砌均出现不同程度的开裂,随即上报经研究变更对洞口、洞脸采用小导管注浆(边仰坡、地基)加固处理,确保了洞口的稳定及结构安全。

4.3 中间岩柱加固

小净距隧道受相邻两隧道净距影响,施工过程中应力会发生多次变化,荷载主要作用在中间岩柱,施工中必须保证中间岩柱不产生较大沉降,受力尽量均匀,因此必须对中间岩柱进行加固处理。该隧道采用φ 25中空有压注浆对拉锚杆加固中间岩柱,通过施加预应力和压力注浆使未胶结的围岩形成整体和一定厚度的承载圈以提高自身承载能力。在先行洞侧导坑开挖后应及时施作预应力水平对拉锚杆,进行初次张拉,在后行洞开挖后再对预应力水平对拉锚杆再次张拉至设计值。为避免初期支护拱脚下沉,支撑钢拱架设置锁脚锚杆,开挖时应少扰动岩体,严禁大强度爆破,严格控制超欠挖,钢筋网与钢支撑紧贴围岩表面,保证初期支护及时可靠。