隧道浅埋段盖挖法的应用与施工技术
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交 通 科 技 2009年11月TransportationScience&TechnologyNov.2009
收稿日期:2009208230隧道浅埋段盖挖法的应用与施工技术
徐 兵
(镇江市丹徒区交通局 镇江 212028)
摘 要 结合茅山西隧道浅埋段,对明挖和盖挖2种施工方案进行了技术经济比较。并对盖挖法施工方案及施工工艺进行了介绍。实践证明,该方法节省了投资,缩短了工期,保护了环境,是成功可行的。关键词 浅埋隧道 盖挖法 施工工艺
1 工程地质概况
茅山西隧道隧址区地处桃山南坡,植被茂密,地势高亢,第四系表土层薄,仅为0.5～2m。隧
道穿越围岩岩性复杂,地质条件差,其中隧道西进
口的下行线约有320m、上行线约有185m的段
落穿越了4层卵石土(厚度大,卵石含量高),与下
伏的浦口组砾岩接触处裂隙发育,洞室顶板厚度
小(2～8m),尤其是下行线西进口有170m的浅
埋段,围岩整体稳定性差,极易坍塌;隧道中部穿
越弱白垩系砾岩,但段落长度很小;隧道东出口段
穿越安山凝灰岩,围岩破碎,且与下伏的砾岩逆断
层接触;除了32.8m明洞外,暗挖部分II类围岩
占了80.4%,III类围岩占了19.6%,无IV类以
上围岩,属浅埋软岩隧道。隧道最大开挖跨度
17.21m,最大开挖高度12.04m,形状扁平,不宜
成拱。其中茅山西隧道下行线FK24+875～
FK24+910段穿越一自然冲沟,为卵石土堆积
地层,卵石含量为35%～50%。FK24+885.3～FK24+900.3段洞室局部外露(负埋深),拱顶最
大70cm,属超浅埋地段,设计为明挖法施工。
FK24+845～FK24+875、FK24+910～FK24+
940范围采用暗挖施工。
2 施工方案比选
明挖和盖挖2种施工方案在浅埋隧道施工中
各有优势,为了选取最佳方案,从防排水、工程安
全、环境保护等方面分析比较两方案的优越性。
2.1 明挖法施工方案的不利因素
(1)明挖未考虑施工临时排水问题,未设置
边仰坡截(排)水沟,方案不完善。经实际测量和
现场水文地质调查,FK24+875～FK24+910段处于山谷冲沟之中,上游汇水面积较大,雨季
和洪水期水流湍急,采用明挖法施工周期太长(至
少3个月),且不能避开雨季(按正常施工工期,该
段两侧暗洞开挖处于7月份),存在排水难题,水
流将直接灌入隧道内,对暗洞的开挖造成极大的
安全隐患。
(2)明挖断面开挖边坡坡率过陡,存在滑坡
隐患。若调整放缓坡率,则开挖、回填量和临时防
边跨安装到桥台上。
在主跨切割完成后,边跨就可方便地用凿岩
机纵向(沿跨度)分条拆除。
4 结语
运河上的桥梁拆除工作是一项技术难度高,且具有较大安全风险的桥梁施工特种工作,目前
国内在大型桥梁拆除过程中,工艺还不够系统、完
善和成熟,本桥在拆除前,通过详细的方案制订和
专家论证,终于以主跨15d,边跨14d的速度,将
两幅主桥及边跨安全、顺利、快速地进行了拆除,圆满完成了任务。护工程量成倍增加,工程造价提高。
明挖法设计临时边坡坡率1∶0.5,开挖最大
深度达16.7m,宽度35m。若按照一般路基土
质边坡稳定坡率,需增设1～2级平台,一级边坡
坡率调整为1∶1,二级边坡为1∶1.25,而最终明
挖宽度将达到60m,开挖土石方近16000m3,相
应也大大增加了工程造价。
(3)明挖需大面积破坏原有植被和林木,不
利于环境保护。
2.2 盖挖法施工方案的优势
对FK24+885.3～FK24+900.3局部拱顶外
露、无覆盖层地段,采用“盖挖法”;FK24+875～
FK24+885.3、FK24+900.3～FK24+910段采
用回填反压,暗挖通过。
(1)盖挖法只需做临时改沟,分段施工即解
决了排水难题,顺坡回填接原始冲沟自然排水,雨
季没有任何影响。同时明挖改暗洞施工后,对隧
道结构永久性防水更有利。
(2)15m地段采用盖挖法施工,开挖土方
443m3,减少了土方开挖量,同时完全取消了临时
边仰坡防护,施工周期短,操作容易。
(3)盖挖法对原有植被和林木几乎没有任何破坏,避免了大面积开挖带来的水土流失和喷射混凝土防护对周围环境的污染,环保理念得到较好地贯彻与体现。 (4)盖挖法取消了两端30m长管棚施工,增加双排超前小导管预支护,同时通过加强地表沉降监测控制变形量,技术上安全可行。 (5)FK24+875～FK24+885.3、FK24+
900.3～FK24+910段回填反压、洞内加固施工技术方案易行,且回填有利于减小山体偏压,隧道永久性安全得到有效保障。
213 施工方案的经济比较 对2种施工方案所需工程量及工程造价进行初步预算,盖挖法工程造价仅增加12.3万元左右,但采用明挖法需增加建设用地费用、林木砍伐、补偿等费用,其总体造价远高于盖挖法造价。 由以上比较分析可知,盖挖法比明挖法具有明显的优势,避免了大面积明挖,有效保存了生态植被,且缩短了工期,减少了投资,故采用盖挖法作为施工方案。3 盖挖法施工工艺
(1)盖挖法施工工序 ①按照拱架弧度预留核心土开挖。 ②嵌入钢拱架并在拱脚处设置[20槽钢底梁,焊接纵向连接筋。 ③安装护拱模板,加固。 ④泵送浇筑50cm厚C25混凝土。 ⑤洞顶回填碎石土并夯实。 ⑥洞顶采用150cm×150cm梯形沟将原冲沟顺接,形成永久性排水系。 ⑦取消两端30m长管棚,增加直径42mm双排小导管洞内加固,采用S2A支护类型暗挖通过。 (2)盖挖法施工工艺 ①增设临时排水设施。施工前,结合永久性排水设施,提前将原冲沟顺坡回填至相应高度,并逐层夯实。在FK24+885.3～FK24+900.3范围外原始地面上砌筑150cm×150cm梯形排水沟,并采用7.5号砂浆抹面,将原自然水系通过临时水沟改移保持顺接,保证正常排水。 ②FK24+885.3～FK24+900.3开挖。预留上台阶和核心土,分侧拉槽开挖至S2A上台阶侧壁导坑拱架的基础高度(拱顶下4.56m)。开挖边坡最大高度6.83m,边坡1∶0.5。见图1。
图1 盖挖法断面图(单位:m) ③架立钢拱架。嵌入S2A型HW175型钢
拱架(4节A单元),拱架间距50cm,拱架脚部采
用[20槽钢焊接成纵向底梁;钢架之间采用直径
22mm螺纹钢筋纵向连接,环向间距1m。
④浇筑护拱。拱钢架封闭成环后,在钢拱架
内缘上吊挂5cm厚内模,预留5cm砼保护层;外
模采用5cm钢模板拼装,18工字钢弧形拱架
加固;护拱厚50cm,采用C25混凝土现浇。
⑤回填碎石土。混凝土达到设计强度后,采
用碎石土回填并夯实,回填标准高度250cm,顶
面设50cm粘土隔水层;FK24+875～FK24+
885.3、FK24+900.3～FK24+910回填反压段覆
盖层小于250cm的段落,回填至250cm高度,并542009年11月 徐 兵:隧道浅埋段盖挖法的应用与施工技术逐层夯填密实;临时改沟一并进行回填。采用对称回填,减少山体偏压。 ⑥将原冲沟顺坡二次回填至相应高度,回填顶面采用15cm厚C15砼现浇150cm×150cm梯形水沟将原冲沟顺接,使山谷水系按原线路从
FK24+885.3～FK24+900.3洞顶流过,形成永久性水系。 ⑦暗挖施工。暗洞施工严格按设计采用
CRD法分步、分块施工,见图2、图3。
12左上台阶超前支护、开挖和初期支护、临时支护;22右上台阶超前支护、开挖和初期支护、临时支护;32左下台阶超前支护、开挖和初期支护、临时支护;42右下台阶超前支护、开挖及初支;52临时支护拆除;I2仰拱浇筑;II2仰拱填充;III2拱部、边墙防水层敷设及模筑衬砌;IV2沟槽施工图2 FK24+875～FK24+910开挖、支护顺序图
图3 FK24+875～FK24+910开挖、支护顺序图 (3)施工注意事项 ①做好超前支护辅助施工措施,以保证开挖作业安全。 ②围岩开挖采用挖掘机和人工配合无爆破施工,局部需爆破施工时,密打眼,采用预裂爆破施工,尽量减少对地层的扰动。坚持短进尺、多循环的原则,循环进尺控制在50cm。 ③中隔墙拱架加工成一定的曲率,分块开挖,遵循“分块,步步成环”的原则,每步开挖后,及时施作初期支护和临时支护,尽早封闭。 ④临时支护采用HW175型钢架+喷射C25早强混凝土,喷砼厚20cm;中隔墙拱架下部增设锁脚锚杆,各榀钢架之间设纵向联结钢筋,增加其稳定性。 ⑤中隔墙和临时仰拱拱架不得随意拆除,在变形收敛后或者随二次衬砌进度,逐步拆除。 ⑥施工中严格按规范做好地表沉降、周边位移、拱顶下沉、仰拱隆起等监控量测工作,随时掌握围岩及支护的变形情况,便于及时修正支护参数,改变施工方法。
4 结语
茅山西隧道在超浅埋复杂地质地段采用盖挖法施工,已于2005年8月顺利完工,目前该段结构稳定,无质量病害问题。因此,在隧道浅埋地段,根据实地调查采用盖挖法施工,对缩短工期、保证质量、保护环境等都有积极的作用。同时,该方法的成功应用,亦为类似工程情况提供了解决方案。
参考文献
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ApplicationandConstructionTechnologyofCoveredExcavationinShallowTunnel
XuBing
(DantuDistrict,ZhenjiangCityDepartmentofTransportation,Zhenjiang212028,China)
Abstract:CombinedwithshallowtunnelofMaoshanwesttunnel,thispapercomparesthecoveredex2cavationwithopen2cutmethodontechnologyandeconomy.Accordingtothelocalreconnaissance,ita2doptstocoveredexcavationandproducesitsconstructiontechnics.Thecoveredexcavationmethodsavestheinvestment,shortensthetimeandprotectstheenvironment.Infact,thismethoddoeswell.Keywords:shallowtunnel;coveredexcavation;constructio
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