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孙家湾隧道浅埋、偏压、下穿公路段施工技术总结

孙家湾隧道浅埋、偏压、下穿公路段施工技术总结

中铁二局渝万铁路土建5标项目部罗林

【摘要】渝万铁路孙家湾隧道进口段20米范围内为V级围岩环境,浅埋、顺层偏压且下穿公路段。通过施工过程中的一些经验和总结,为类似情况下的隧道施工提供可行的参考。

【关键词】浅埋、偏压、加强支护、特殊衬砌、安全

1 工程概况

孙家湾隧道位于重庆市梁平县梁山镇境内,中心里程DK190+733.5,全长167m,最大埋深约28m,隧道设计纵坡为3‰的单面上坡,全隧位于左线半径R=4000(右线半径R=3995.4)的曲线上。其中下穿公路段起讫里程DK190+725~DK190+745,全长20m。隧道最大埋深28m。隧址位于梁平县梁山镇境内,孙家湾北侧,属丘陵地貌,高程490~535m,相对高差2~40m。斜坡自然坡度10~35°,斜坡基岩大部裸露,土层零星覆盖,多辟为旱地,村舍零星分布,出口段有公路通过,交通条件较好。隧道范围上覆第四系人工填土、坡洪积、坡残积粉质粘土,下伏侏罗系中统上沙溪庙组的泥岩夹砂岩。隧道范围地层单斜,岩层产状N45~60°E/34~40°NW,节理裂隙发育,节理产状为:N65°E/40°S、N45°W/90°。地下水以基岩裂隙水为主,隧道范围以泥岩为主,泥岩隔水性较好,加之坡面较平顺,大气降水多沿坡面排走,基岩裂隙水较不发育。隧区地震动峰值加速度0.05g,地震动反应谱特征周期为0.35s。

2施工方法

2.1 下穿公路段地质情况

孙家湾隧道为出口工区单向向进口施工。掌子面进至DK190+758停止掘进,及时喷砼封闭掌子面。在继续动工前对隧道穿过地区的地形、地质、地貌进行现场踏勘。根据该段的地质岩性制定具体的施工方案。

根据现场勘测,该隧道均为浅埋、偏压,其中下穿公路段埋深从7m逐渐过渡至10m。采用地质钻机在公路两侧进行地质钻孔,确定地层岩性及分布。经过取样分析,地表为人工填土,覆盖厚度2~4m;原地表为粉质粘土,平均厚度1m;下层为风化泥岩夹砂岩。岩质软硬不均,靠隧道右侧拱部岩质较硬、靠左侧较软。从进口至出口方向,岩层逐渐抬升。

2.2 下穿公路段施工技术方案

上方公路车流量较大,重载车辆多,且有客车通过。DK190+720~748左侧45m有一水塘,对施工影响较大。针对该段的不同特殊情况,制定了相应的施工技术方案:首先对上方道路进行临时改移后进行暗洞施工。该段设计支护衬砌类型为V级特殊型复合式衬砌,洞身采取台阶法加临时仰拱暗挖施工,加强洞内、外监控量测,并梳理地表水沟保证排水通畅,避免山洪冲刷。采用软弱围岩控爆法,并对左侧45米处的水塘进行抽水和填埋。

1)临时改移道路及防护

隧道上方乡村水泥道路先改移至隧道DK190+720~+715上方,改移方案实施前征得梁平县交通管理部门的同意并备案。在改移道路两侧用M10浆砌片石设置高1米防撞墙并外贴反光贴;原有道路改移段设置路障和标识牌,以防车辆误入。在临时改移道路起点和终点设置明显的引导标识,并派专人进行24小时交通引导。在临时改移道路路面和防护措施施工完成并通过交通管理部门验收通过前,不能通行。

在DK190+725~+745段支护成环且监控量测显示已收敛后,拆除路障并设置标识牌将交通引导至原有道路。派交通引导员对交通进行引导。在恢复原道路通行后第一天按1次/h对洞顶上方地表沉降和洞内拱顶沉降进行监控量测,以确保隧道和道路安全。若量测数据不收敛时,立即重新封闭道路,并对隧道上方进行加固处理。若数据收敛,则对DK190+720~

+650段上方改移道路的弃碴进行清运、减载。

隧道DK190+720~+748左侧45m有一水塘,在隧道施工时,对其进行临时征用,并排尽塘中存水,消除水塘对隧道的影响。

2)超前预支护

在继续动工前,视围岩情况打设超前小导管,注浆加固地层。由于地质岩性不均匀,掌子面揭示大部分为块碎石土的坡7积层。最浅的地方,拱部出现粉质粘土层。为确保隧道施工安全及控制超挖情况。经过施工实践对围岩松散及下穿公路段采用加密打设单层超前小导管注浆进行加固。

超前小导管施工参数:小导管外径42,壁厚3.5mm;小导管每环施作长度为4m;环向间距30cm;纵向搭接2.4m。倾角方向应与线路中线平行,外插角为10°~15°;注浆材料采用水泥浆。拱部144°范围内打设。

质量控制措施:

①小导管安装后,用塑胶泥封堵孔口及周围裂隙,在小导管附近及掌子面喷射混凝土封闭,防止工作面坍塌。

②注浆过程中随时观察注浆压力及注浆泵排浆量的变化,观察分析注浆情况,防止堵管、跑浆、漏浆。做好注浆记录,以便用来分析注浆效果。注浆量达到要求或注浆压力达到要求时应停止注浆。

3)洞身开挖

超前支护完成后进行洞身开挖,洞身开挖按照“三台阶加临时仰拱”的工法组织施工,严格遵循相关规范的技术要求。上台阶高度为4.6m,采取环形开挖中间预留核心土的施工方法。上台阶和中台阶歩距控制在3m左右,中台阶和下台阶歩距控制在5m左右,下台阶支护完成后紧接着开挖仰拱,按照平行流水的工法组织施工。

三台阶七步法开挖断面分步示意图

质量控制措施:

①每循环开挖完成,首先及时初喷C25砼并封闭掌子面。

②上台阶每循环进尺严格控制在1m。

③由于围岩情况较差,采取弱爆破的方法,少药量爆破,为减少爆破对拱部围岩的扰动,尽量安排在上台阶支护完成后再起爆。

4)加强支护

由于该段下穿公路,且围岩较差,为进一步增强围岩的稳定性及初期支护的承载力,对初支结构进行加强,主要是以扩大开挖线,加厚初支厚度的措施来处理。

加强措施:钢拱架采用工22a工字钢;喷射混凝土总厚度加厚为29cm;全环锁脚均打设锚管,每台阶单侧均打设2根;系统锚杆按1m×1m布置;

质量控制措施:

①进入20m下穿公路段前,为顺接扩大初支,应提前进行渐变扩大,保证初期支护的外观质量及整体稳定性。

②钢拱架制作好后,应在平地上试拼,达到尺寸要求后,方可进行支护。

③钢架施工时严格按设计要求设置拱脚垫板,基脚应严格锁脚,临时仰拱间距不得大于2榀钢架间距,初支与临时仰拱同步进行,上中下台阶及时闭合成环。

5)特殊衬砌

随初支扩大,净空不变的情况下,扩大二衬厚度。以保证今后,上方公路的行车安全。拱部及边墙二衬厚度增大到70cm,仰拱厚度增大至80cm。

质量控制措施:

①仰拱砼浇筑前应清除积水、杂物、虚碴等。必须使用模板先进行仰拱的浇筑,再进行填充的浇筑,砼应振捣密实。

②仰拱施工前,超挖在允许范围内时,应采用与衬砌相同强度等级的砼进行浇注。

③混凝土各种原材料的质量符合配合比设计要求,并根据原材料情况的变化及时调整配合比。一般情况下每班抽测2次,雨天应随时抽测。

④砼自模板窗口灌入,应由下向上,对称分层,倾落自由高度不超过2.0m。在砼浇筑过程中,观察模板、支架、钢筋、预埋件和预留孔洞的情况,当发现有变形、移位时,应及时采取加固措施。

6)超前地质预报

针当前所处工程地质环境,准确预报不良地质情况事关隧道施工的安全、质量、工期,是隧道施工的重要工序,作为一项工序纳入隧道施工中,贯穿于隧道施工全过程。本隧道浅埋、偏压,为超前探明掌子面情况,采用TSP结合加深炮眼进行探测,超前钻孔布置于上台阶,每断面5个孔,单孔深5米。施工时,我们将把超前地质预报纳入施工工序,做到先探测、后施工,不探测,不施工。

在该段施工前采用TSP超前预报系统进行长距离全程宏观控制,在每次开挖时结合5个5m深加深炮孔进行短距离探测。

通过严格的规章制度和岗位责任制来加强地质预报的管理工作,具体由由地质专业工程师负责,施工、隧道质检人员配合,进行资料收集、统计、分析和编制信息预报成果,由技术负责人复核,并报设计,监理。为修正支护参数,修改施工方法提供依据。不断总结经验,对已披露的实际地质情况与前期地质预报内容相比较,评估预报的准确性,为以后的超前预报工作积累经验。经分析、整理的地质资料作为施工技术资料存档。

7)监控量测

现场监控量测是“新奥法原理”施工的三大要素之一,是复合式衬砌设计、施工的核心技术。在浅埋洞段指导意义更为重要。故本隧道监控量测纳入隧道施工工序并进行严格管理,验证施工设计的科学性和合理性,以及施工方法、支护方案的可行性,以便及时、准确地调整支护参数,修正施工方法及施工程序,确保施工安全。

监控量测必测项目

序号监控量测项目常用测量仪器备注

1 洞内、外观察现场观察、数码相机、罗盘仪

2 地表下沉水准仪、刚挂尺或全站仪

3 拱顶下沉水准仪、刚挂尺或全站仪

4 净空变化收敛仪、全站仪

对于下穿公路段,对原道路和改移道路沿隧道横向50米范围内每隔10m布设一对测点,并在爆破后30min内观测一次,并在其后每24小时不少于8次。并同步分析数据,以指导施工。对隧道附近既存房屋进行监测,在房屋基础、门窗,墙面及屋顶设置监测点并纳入地表沉降量测网,同时进行测量,以监控其沉降和变形。在加密地表沉降点的量测频率并同步分析数据,以便当确定数据异常时,及时做出应对措施。

质量控制措施:

①将监测管理及监测实施计划纳入施工生产计划中,作为一个重要的施工工序来抓,并保证监测有确定的时间和空间。

②施工监测紧密结合施工步骤,监控每一施工步骤对周围环境、围岩、支护结构、变形的影响,据此优化施工方案。

③监测数据应及时整理分析,每天报送一次。监测报告应包括阶段变形值、变形速率、累计值,并绘制位移时态(或时程)曲线,进行回归分析,及时对监测结果进行综合评价。

3结语

孙家湾隧道下穿公路段在施工中,全方位地入手与配合。首先考虑了动工前的一切危险情况及准备工作,保证隧道在最好的安全情况下继续施工,在施工过程中,并未出现较大问题。洞内通过加强整体支护及砌体结构,约束了围岩的收敛变形速度,进一步提高了围岩的自稳能力,通过监控量测的数据分析,也为隧道施工的安全通过给予了强有力的保证。实践证明,以上施工方案在浅埋、偏压、下穿建筑物的隧道施工中得到了较好体现。

参考文献

[1] 中铁二局集团有限公司主编. 高速铁路隧道工程施工技术指南. 北京:中国铁道出版社,2011.

[2] 王星;曹喜仁;刘齐建;周书明. 浅埋暗挖隧道施工对临近建筑物变形的影响及加固措施[J]. 安全与环境学报. 2009年04期.

[2] 施成华,彭立敏,刘宝琛;浅埋隧道施工引起的纵向地层移动与变形[J];中国铁道科学;2003年04期.

作者简介

罗林,男,(1991-06-08),见习生,2013年毕业于西华大学水利水电工程专业,151********。

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