浅谈冷都坡隧道进口浅埋段下穿老G214国道施工与沉降控制技术

2021-08-19张玉金许占立

中华建设 2021年8期

张玉金许占立

一、概述

随着国家不断加强基础设施的建设，越来越多的山岭地区、地质复杂地段等逐步开展高速公路建设，崎岖的山岭公路被高速公路代替。越来越多的高速公路隧道建设在地质复杂地段，在建设中可能出现隧道与既有道路交叉现象，影响隧道正常施工进度，本文以冷都坡隧道进口浅埋段下穿老G214国道为实例进行分析，研究洞口浅埋段下穿国道时施工与沉降控制技术。

冷都坡隧道为分离式小净距隧道，全隧最大埋深约385m，隧道上方有老G214国道通过，老G214国道作为施工主便道，路面破损严重，过往车辆主要为施工重型汽车，车流量约60辆/天。隧道洞身下穿老G214国道段左线埋深约27m，右线埋深约28m。左线K39+612.6～K39+645.8和右线YK39+661.5～YK39+679.3下穿老G214国道段原设计采用SF5a衬砌，围岩主要为板岩灰，浅灰色，强风化，板状结构，薄层状构造，岩质较软，节理裂隙发育，强风带岩体破碎，多呈碎块及土状，围岩整体强度及稳定性较差。

二、下穿老G214国道施工方案

1.方案的制定

左线K39+612.6～K39+645.8和右线YK39+661.5～YK39+679.3下穿老G214国道段根据第三方超前地质预报显示，下穿老G214国道段围岩以强风化板岩为主，中部围岩完整性差、节理裂隙发育，超前地质预报判定围岩为V级。同时下穿段隧道埋深较浅，路面破坏严重，且该段道路常有重载车辆经过，对隧顶有一定的附加荷载。监控量测显示自洞口至下穿段围岩变形量较大。为了确保下穿老G214国道施工安全，经业主和工区项目经理部研究决定对下穿段采取以下施工方案：（1）下穿段衬砌类型由SF5a调整为SF5c进行施工，加强支护。开挖采用三台阶加临时仰拱进行，及时封闭；（2）仰拱及时封闭，每次施工仰拱尽量缩短在3m左右，同时二衬紧跟；（3）严格按照设计图纸进行施工，特别是锁脚小导管和拱脚处纵向槽钢的施工，防止沉降；（4）加强对施工便道（老G214国道）的监控和施工保通；（5）加强现场监控量测，及时反馈，确保施工安全。

2.施工过程

（1）开挖及初期支护

严格执行“弱爆破、短进尺、强支护、早封闭、勤量测”的施工原则组织施工，下穿施工前及时制定了采用三台阶法加临时仰拱进行开挖，开挖以机械开挖为主，松动爆破为辅，尽量减少对围岩的扰动，每次开挖进尺不得大于1榀工字钢架。下台阶开挖时左右侧错开5m距离，开挖进尺不得大于3榀工字钢架。支护形式按照衬砌SF5c进行，其中φ25中空注浆锚杆长度4m，间距100×60cm，C25喷射混凝土厚度27cm，φ8钢筋网片间距20x20cm，拱墙布置。I20a工字钢间距60cm，超前小导管每循环45根，1.8m/循环。

锚杆施工前先对锚杆位置进行放样，孔位测量做到位置准确，人工钻孔，钻孔完毕后及时清孔、安设锚杆。锚杆打入后及时连接注浆管进行注浆作业，注浆时确保浆液注满孔体，水灰比控制在0.45:1～0.5:1，注浆压力0.5MPa～1MPa，注浆顺序自起拱线向拱顶进行，每注满一根，随机在锚杆尾部安设锚垫板。

拱架安装前先准确放样每榀拱架的位置，清理拱脚或墙角的松渣，处理欠挖部位，拱架与初喷混凝土务必紧密接触，空隙处采用垫块嵌紧，安装采用装载机配合人工进行，工字钢拱脚处纵向铺设槽钢。相邻两榀拱架之间采用纵向连接筋进行连接，形成纵向连接体系。拱脚处按照设计要求打设锁脚小导管，并与系统锚杆进行连接，形成整体受力结构。

（2）仰拱和衬砌施工

下穿老G214国道段衬砌和仰拱采用C30钢筋混凝土，衬砌厚度60cm，仰拱厚度60cm，仰拱填充采用C10混凝土。衬砌环向主筋采用Φ22，间距20cm，纵向分布钢筋采用φ16，间距20cm，箍筋钢筋采用φ8，间距20cm。

仰拱采用16m栈桥，每次开挖3m，仰拱紧跟掌子面，距掌子面距离不大于20m，以保证钢架支护及时成环。

拱墙衬砌采用整体模板台车一次浇筑成型，由于隧道下穿老G214国道，因此及时施作二衬对保证施工和老G214国道运营安全具有重要意义。在隧道进口左右线各配置一台10.5m自行式液压模板台车施作二衬。当拱顶下沉速率≥5mm/d或收敛速率≥5mm/d，围岩处于急剧变化时，应加强初期支护，并及时施工衬砌封闭。每组二衬施工完成，挡头板脱模后，在二衬端头进行回填注浆，注浆压力控制在0.5Mpa。

（3）洞内监控量测

隧道下穿老G214国道期间加强隧道监控量测，并将监控量测作为关键工序纳入隧道施工组织中。洞内开展的监控量测主要有洞内外观察和掌子面地质素描、已施工地段观测、周边收敛、拱顶下沉，观测要求及精度符合规范要求。及时对现场量测数据绘制时态曲线和空间关系曲线。当位移－时间曲线趋于平缓时，进行数据处理、回归分析，推算最终位移和掌握位移变化规律；当位移－时间曲线出现反弯点时，表明围岩和支护已呈不稳定状态，此时增加量测频率、密切监视围岩动态，并加强支护，必要时暂停开挖，研究对策。当位移速率无明显下降，而此时实测位移值已接近控制标准，或喷层表面出现明显裂缝时，立即采取补强措施，并调整原支护设计参数或开挖方法。

根据量测结果及有关规定，按下表位移管理等级指导施工：

表1 变形管理等级

表中：U0—实测位移值；Un—允许位移值（设计预留变形量）。

在施工过程中经监控量测显示，下沉段拱顶下沉速率约6.2mm/d，累计下沉量约48mm。周边收敛变形速率约3.6mm/d，累计收敛约42mm，满足施工要求。

（4）老G214国道监控量测

老G214国道是施工主便道，运输车辆必须经过老G214国道方可进入施工现场，为了不影响老G214国道的正常通行，地表沉降观测点布置在道路中间及量测，间距5～8m，布设长度约40m，并在老G214国道边坡上布置位移观测点。当发现异常情况时，及时停止开挖，采取加固措施。经监控量测显示，路面沉降速率最大值为5mm/d，最小值1mm/d，累计沉降约15mm。国道边坡基本没有变形，处于稳定状态。