大跨度连拱隧道施工技术浅谈

徐 坤

(西南交通大学,四川成都 610031)

连拱隧道在我国的发展有 20多年的历史,据文献报道,我国最早成型的公路连拱隧道是于 1993年通车的广州市白云山三车道连拱隧道。其具有接线布设灵活、节省洞口路基和桥梁分幅所占土地面积、缩小所占地下空间、提高地下空间利用率等优点,使其在公路建设中得到广泛应用。随着高等级公路路幅宽度的增加,连拱隧道的跨度也随之增大,从2×2车道发展至 2×3车道连拱隧道,直至出现 2×4车道的特大跨度连拱隧道,这也对公路隧道的建设者提出了新的要求[1]、[2]。

1 工程概况

金鸡山隧道位于福州东北部,属于福州长乐国际机场高速公路的二期工程。隧道场址区属低山丘陵地貌,围岩以Ⅴ、Ⅳ级围岩为主。隧道为 2×4车道双洞连拱隧道,单洞净跨度为 18.15m,毛洞跨度达 41.36m,最大覆盖层厚度约 50 m,隧道长度为 295m,纵坡采用 -2.2%。隧道断面采用R-950c m和 R-640 c m的三心圆形式,高跨比为 0.648(如图1)。

图1 金鸡山隧道净空断面图

2 隧道施工方案

金鸡山隧道围岩级别为Ⅴ～Ⅳ级,Ⅴ级围岩段主洞采用大管棚小导管预注浆超前支护,Ⅳ级围岩段主洞采用超前锚杆超前支护,均采用双侧壁导坑法开挖,超前支护施工辅助措施须在开挖之前施工。不同围岩的详细开挖步骤如图 2。

3 施工工艺

由于隧道埋深浅、跨度大,因此,在施工中对不同围岩采取不同的施工方式,并严格按“管超前、严注浆、弱爆破、短开挖、强支护、早喷锚、勤量测、早封闭”的原则组织和施工。

3.1 中导洞及中墙施工

中导洞开挖时应注意保护围岩,贯通后应及时浇筑中隔墙;当中墙基底为土质时,为了提高基础承载力,在中墙底部基础增加布设 50×5注浆小导管,而后再浇筑中隔墙。施工时应严格控制膨胀混凝土的配合比及外加剂掺量,使中隔墙顶部与围岩顶紧密实,并在中墙顶部预埋注浆管,以便发现不密实时可采用压浆补救;中导洞在中隔墙处的锚杆应伸入中隔墙内 1m,以确保中隔墙整体受力。待中隔墙混凝土达到设计强度 70%以上,方可进行主洞开挖。

图 2 不同围岩的详细开挖步骤图

3.2 正洞开挖

隧道进出口成洞面地质都较差。成洞面采用喷射混凝土、锚杆群及挂网加固稳定,进出口结合相关的施工辅助措施成洞。仰拱应采用跳槽开挖,开挖后应及时施作,尽快形成闭合环。开挖时必须严格控制欠挖,尽量减少超挖,必须采用光面爆破、微震爆破、预裂爆破等控制爆破技术,并须通过爆破震动监测等监控手段严格控制爆破震动对隧道围岩和地表建筑物的不利影响。Ⅴ级围岩宜采用人工挖掘或弱爆破开挖,注意掌子面的观察和及时必要的支护。隧道施工放样应保证精度。施工时应根据隧道各主要控制点的坐标计算隧道的长度和方向,并据此实地放线。为保证隧道底部按图纸所示的纵坡开挖并满足衬砌的正确放样,洞内每隔 50 m应设置一个水准点。

3.3 初期支护施作

各级围岩爆破开挖后应及时施作初喷射混凝土,封闭围岩外露面。初喷厚度当初期支护设有钢支撑时不得小于 4 c m,初喷后应立即安装钢拱架、钢筋网、锚杆等,紧接着喷至设计的初支厚度;所有喷射混凝土均应采用湿喷技术,不得采用干喷,以确保喷射混凝土的质量。在喷射混凝土前,应用水或高压风管将岩壁面的粉尘和杂物冲洗干净。喷射作业应以适当厚度分层进行,后一层喷射应在前一层混凝土终凝后进行。若终凝后间隔 1h以上且初喷表面已蒙上粉尘时,受喷面应用高压气体、水清洗干净。岩面有较大凹洼时,应结合初喷予以找平。喷射混凝土终凝 2h后,应喷水养护,养护时间一般不少于 7 d。应根据中线、水平、坑道断面和预留沉落量等将钢拱架设在中线方向的垂直面上,并力求整齐,与围岩应尽量密贴。钢架与围岩间的间隙必须用喷射混凝土充填密实,当间隙过大时应及时用契形块顶紧(契形块环向间距不大于 0.8 m);钢架之间应纵向连接牢固,构成整体。应根据地质条件采取防止支护下沉的措施,支护柱脚下虚渣必须清除,地层松软时应加设垫板或垫托梁。在开挖临时拱脚处应喷射饱满。锚杆与垫板应保持垂直,并与喷射混凝土充分接触,螺母务必拧紧。

3.4 防排水控制措施

3.4.1 施工排水

隧道施工前应先按设计要求及时做好洞顶、洞口的地面排水系统,防止地表水的下渗和冲刷;应清理洞口附近地面,开沟疏导封闭积水洼地,不得积水。勘探用的坑洼、探坑等应回填粘土,并分层夯实。洞外路堑向隧道内为下坡时,路基边沟应做成反坡,向路堑外排水,并宜在洞口 3～5 m位置设置横向截水设施,拦截地表水流入洞内。洞内反坡排水时必须采取机械排水,排水方式可根据距离、坡度、水量和设备等情况选用排水沟或管路,或分段接力或一次将水排出洞外。施工废水应通过管路及不透水的沟槽排泄到隧道范围以外,临时开挖面底部不得积水。施工中遇到地下水应逐段取样化验,了解有否侵蚀性,以便及早采取防腐蚀措施。

3.4.2 结构防排水

在 E V A防水板施工时,喷射混凝土表面应整平,凹凸不平面的跨深比不大于 1/6,对钢筋等尖锐的突出物要割除磨平,以免扎破防水层。E V A防水卷材之间搭接宽度为10c m,并采用自动行走式热合机进行双缝焊接。每道焊缝均应进行气密性检查,充气压力为 0.15 MP a,并保持恒压时间不少于 2 m i n。焊缝强度不得低于母体强度。排水管接头应密封牢固,不得出现松动。施工时应保证侧式及纵横向排水管不被压碎和阻塞;浇筑侧沟顶混凝土时应采取隔离措施,防止水泥浆下渗造成排水沟堵塞,确保排水系统畅通。施工缝采用 P-201止水材防水,施工前应用钢丝刷除掉施工面的砂粒及混凝土渣,施工后确认混凝土和 P-201间有无缝隙,存在缝隙时用抹子抹平。P-201止水材施工后至表面硬化需要约 24h,在 P-201表面硬化完全达到指触干燥后,才可以进行后期的混凝土续浇。施工中应注意保护 P-201不要浸水。

3.5 二次衬砌

二次衬砌混凝土浇筑时应加强施工组织管理,选择干缩小的混凝土配合比,采用刚度足够的模板台车,以尽量减小二次衬砌与初支之间的间隙。浇筑混凝土每一模二衬的拱顶预埋三个压浆管,管顶距拱顶初衬表面 2 c m左右,其上用塑料薄膜包住,防止管口堵塞。在二衬浇筑一段时间达到设计强度并完成大部分干缩后,采用M25号的细水泥砂浆进行注浆,注浆压力为 0.15 M P a,以填充衬砌背后的间隙[3～5]。

4 结束语

连拱隧道施工,先施工中导洞,这样可以超前预报整体隧道的地质,又能改善洞内施工环境。正洞开挖工法应根据工期和地质状况合理确定。

中隔墙在左右洞施工过程中,受力转换十分复杂,容易产生偏心、扭曲,因此在中墙两边回填或采取其他临时支撑,能够起到初期支护与二次衬砌一样的作用,有利于中墙稳定。

隧道防水,除渗水管及防水布要严格施作外,特别要注意钢筋施作极易扰动防水层,要加强防护,在围岩变化地段,要增设沉降缝。

条件比较差的围岩爆破后应该尽早进行支护,否则容易引起拱顶坍塌。

[1]王亚琼,谢永利.连拱隧道在我国的发展与研究[J].公路,2008(6):216-219

[2]唐颖.金鸡山特大跨度连拱隧道设计[J].公路,2007(8):217-218

[3]福建省交通规划设计院.福州长乐国际机场高速公路二期工程招标文件[R].福州:福建省交通规划设计院,2007

[4]J T GD 70-2004公路隧道设计规范[S]

[5]J T J 042-94公路隧道施工规范[S]