隧洞开挖对上交叉公路影响分析及支护设计

2016-02-05周广林

山西水利 2016年8期

关键词：洞顶土洞隧洞

周广林

（山西省水利水电勘测设计研究院，山西太原030024）

隧洞开挖对上交叉公路影响分析及支护设计

周广林

（山西省水利水电勘测设计研究院，山西太原030024）

结合山西省东山供水工程9号隧洞地质及平榆高速公路实际情况，针对隧洞开挖对上交叉公路的影响进行了分析计算，得出隧洞开挖对覆盖层扰动完全不会影响高速公路的安全运行。介绍了隧洞与高速公路交叉段施工支护方案，提出了与普通洞段支护方案不同的一些技术特点。

供水工程；隧洞埋深；支护方案；交叉公路

1 工程概况

东山供水工程是山西省一项跨流域引调水工程，供水体系分为调出区及调入区两部分，工程从调出区3县（市）的4座水源地调水，并与调入区5县（市）的7座已建水库、水源结合，为调入区补充工农业用水。

1.1 隧洞设计

9号隧洞土洞段靠近云竹水库，上游接8号隧洞，后接9号隧洞岩石洞段，隧洞全长2 327m（桩号YD7+ 205.92—YD9+478.86），采用马蹄形断面，隧洞原设计支护方案为：一次支护采用钢拱架（普通14号工字钢），挂直径8mm的钢筋网（间距150mm×150mm）后喷150mm厚的C20混凝土；二次衬砌为C25钢筋混凝土，厚300mm。

1.2 隧洞地质情况

9号隧洞土洞段地面高程1 052.4～1 129.7m，围岩厚度30～108m。洞身段岩性为第四系下更新统含砂低液限黏土，地下水位标高1 043.5～1 084.0m，地下水位埋深8.0～49.7m，地下水位位于洞顶以上，存在滴水或渗水现象，围岩类别为Ⅴ类。

2 隧洞与平榆高速公路交叉情况

9号隧洞进口位置靠近在建的平榆高速公路，路面宽度20m，9号隧洞土洞段在掘进过程中与高速公路交叉一次。

交叉段距离隧洞进口位置约435m处，斜穿公路长约60m。洞顶以上土层厚35m左右，穿越高速公路处洞顶距路面约39m。

为了解与高速公路交叉处地质资料，在交叉段附近增加了2个地质钻孔（ZK13-2，ZK13-3）；从钻孔ZK13-3沿洞轴线方向至下游20m段，隧洞为岩石洞段，洞身穿过三叠系中统二马营组第二亚组灰绿色砂岩夹紫红色泥岩。围岩厚度0～5.4m。岩体较破碎，完整性较差，地下水位位于洞顶以上，存在渗水或线状流水问题，围岩类别为Ⅴ类。围岩岩体极不稳定，施工过程中应及时喷混凝土、系统锚杆加钢筋网，必要时加钢拱架。建议围岩岩体单位弹性抗力系数（5～15）×104kN/m3，坚固系数1～2。从20m处沿洞轴线至下游钻孔ZK13-2段，为土洞段，洞身段岩性为第四系下更新统灰黑色淤泥质含砂低液限黏土、级配不良砂层，湿—饱和，呈软塑状态，松散，地下水位位于洞顶以上，存在渗水或涌水现象，围岩类别为Ⅴ类，洞顶及洞身主要以级配不良砂层为主，开挖过程中易产生塌方，围岩极不稳定，施工过程应加强支护，并及时进行衬彻。

3 交叉段结构应力分析

9号隧洞土洞段从平榆高速公路下方穿过，因此需对隧洞施工过程对高速公路是否有影响进行应力分析计算。

3.1 隧洞开挖对公路影响分析计算

3.1.1 隧洞埋深分析计算

论坛上，中国食品工业协会科技质量部主任杨强对京津冀地区的酒业现状与特色做了介绍。中国质量万里行促进会刘兆彬会长就中国酒行业在2019年的发展机遇做了分析，并对白酒行业的京津冀一体化前景做了深入的解读。

使用隧道工程推荐公式，埋深H=40m情况下围岩垂直均布荷载。计算公式为：

式中：qv——围岩垂直均布荷载，kPa；

s——围岩级别，取5；

γ——土重度，取19 kN/m3；

ω——跨度影响系数。

经计算，围岩垂直均布荷载为109 kPa。

3.1.2 分析

隧洞实际埋深39m，大于分界深度，因此洞室为深埋洞室，隧洞开挖对覆盖层扰动完全不会影响到高速公路安全运行。经隧洞衬砌计算，原设计的衬砌结构可以满足规范要求。

3.2 汽车荷载对隧洞开挖影响分析

使用建筑地基基础设计规范附加应力扩散公式，汽车荷载简化为均布荷载，最大汽车荷载取35 kN/m2，假设汽车覆盖面积L=8m，B=2m，在埋深39m处，附加应力系数查得0.004，因此在隧洞与公路交叉处，汽车荷载造成的附加应力约为0.14 kPa。此数值与围岩本身应力相比可忽略不计，因此不考虑对隧洞衬砌结构的影响。

4 交叉段加强支护措施

经以上计算分析，隧洞开挖不会对高速公路正常安全运行造成任何影响。为进一步确保隧洞施工安全及公路正常运行，在原设计支护方案基础上对交叉段隧洞进行加强支护，并对施工过程采取一定措施。

4.1 交叉段隧洞加强支护措施

与公路交叉段一次支护采用台阶开挖搭管棚加18号工字钢钢拱架全断面支撑的支护方案。支护间距0.5m；钢拱架拱顶设直径42mm的超前小导管，长3.5m，间距400mm，搭接长度不小于1m；每两榀钢拱架之间增焊6根12号工字钢，安装钢拱架时可设置直径25mm锁脚锚杆，锚杆每根长2m，每榀拱架最多可布设6根；拱顶及直墙设直径8 mm的钢筋网（间距150 mm× 150mm），喷C20混凝土，厚200mm；底部钢拱架之间采用C20混凝土填平，厚180mm；隧洞底部视地下水情况挖深1～0.5m，并进行片石夯填作为基础；隧洞与高速公路交叉段两边各延伸10m。采用以上支护措施，共计支护长度约80m。

4.2 控制措施

一是质量保证措施。应切实做好工程施工前的准备工作，施工员、技术人员必须熟悉图纸、施工规范、规程和技术标准确保施工质量。加强施工中的质量控制和检查工作，配合测量员做好测量定位、放线，确保结构轴线、几何尺寸、形状、标高、位置正确。做好各工种与工序、工序与工序之间的自检、互检、交检工作，并做好记录，实行工序交接传递制度，对达不到合格标准的工序，不得进入下一道施工工序。

二是安全保证措施。加强安全监督、检测力度，并要求全体施工人员自觉遵守操作规程和各项安全制度，防止安全事故发生。配合专业测量人员每天对洞内进行沉降观测，并做好记录，发现沉降严重及时上报部门负责人。现场施工员及质检员，实行旁站监督，出现问题及时上报，发生紧急情况迅速撤离现场，避免造成安全事故。

隧洞掘进过程中，采用短进尺、快封闭、强支护、二次衬砌及时跟进的原则，并指定专人做好地表沉陷、顶拱下沉、周边位移等施工监控工作，发现问题及时处理。