暗洞明作法施工大坡岭连拱隧道一侧浅埋段

杨大承,熊建军

(1.湖南省吉怀高速公路建设开发有限公司,湖南怀化 418000; 2.湖南省交通规划勘察设计院,湖南长沙 410008)

1 工程概况

吉怀高速公路大坡岭隧道是一座双向四车道高速公路连拱短隧道,起讫里程为k45+615～k45+880,全长265m,隧道内设计行车速度80 km/h,建筑限界10.25m×5.0m。大坡岭隧道位于剥蚀低山丘陵区,隧道怀化端洞口k45+830～k45+880段位于冲沟尾部,冲沟方向与隧道轴线小角度相交;冲沟中覆盖层厚约2～6m,强风化层厚度一般2～3m。如图1、图2所示。

图1 大坡岭隧道平面图

图2 隧道洞口横断面、地质及隧道所处位置

2 上台阶暗洞明作施工浅埋侧

受到地形限制,k45+830～k45+880段深埋侧左洞设计为暗洞,浅埋侧右洞设计为上台阶暗洞明作、下台阶暗洞暗作。上台阶暗洞明作、下台阶暗洞暗作是根据右洞种植土的分布情况,用台阶法先明挖右洞上台阶,在上台阶立模施工护拱形成拱部初期支护,再在护拱的保护下参照暗洞开挖下台阶和施工下台阶初期支护的施工方法。

在中墙施工完成后,由上到下开挖右洞上台阶,要求边开挖边防护,开挖至中墙顶标高。中墙顶边坡坡率为1∶0.25,采用挂网锚喷防护,锚杆采用6 m长Ф22砂浆锚杆1m×1m间距布置,锚杆尾端与20 cm×20 cm间距Ф8钢筋网焊接为一整体。右侧边坡坡率有1∶0.75,采用挂网锚喷防护,锚杆采用4m长Ф22砂浆锚杆1m×1m间距布置,锚杆尾端与20 cm×20 cm间距Ф8钢筋网焊接为一整体。见图3。

图3 开挖右洞上台阶

上台阶开挖过程中,中墙顶围岩右侧形成临空面,围岩自重传递给中墙一个偏心受压力,其水平方向的分力可能造成中墙倾覆。施工中,通过下台阶未开挖的围岩、横向支撑和中导坑初期支护提供中墙横向支撑力,避免中墙在偏压力作用下发生开裂、倾覆。

上台阶开挖完成后,在上台阶架立模板,预留二次衬砌位置在拱部施工40 cm厚C25护拱,护拱内参照Ⅴ级围岩暗洞衬砌设置纵向间距80 cm的20 a工字钢,工字钢之间采用环向间距50 cm的Ф22钢筋焊接成为一个整体;工字钢上下设置双层钢筋网,确保工字钢与混凝土整体受力。工字钢左侧与中墙顶中导洞初期支护钢筋网、锚杆焊接固定,右侧设置为扩大基础,坐落在稳定的基岩上,并设置锁脚锚杆锚固。护拱达到设计强度后,施工护拱拱肩部位浆砌片石,施工时注意左右对称施工。见图4。

护拱和护拱拱肩浆砌片石施工完成后,护拱及浆砌片石组合成为右洞开挖基坑的横撑,提供中墙和中墙顶边坡横向支撑力,抵消部分中墙偏压力。

图4 施工护拱、回填

完成后的护拱就相当于暗洞台阶法施工上台阶开挖完成后的上台阶初期支护,下台阶开挖就与暗洞台阶法下台阶开挖施工一样,预留核心土,右侧边墙稍微超前中部围岩,一次开挖进尺控制在初期支护工字钢纵向间距长度即80 cm,开挖后立即组织工人施工下台阶初期支护,将初期支护工字钢与拱部护拱中工字钢通过螺栓连接。为了便于操作,要求在护拱混凝土浇筑时,将护拱中工字钢的基础部位采用薄膜包裹,并预留操作空间。工字钢架立完成后,施工工字钢锁脚锚杆、右侧边墙系统锚杆、钢筋网和喷射混凝土,再开挖下一循环。

边墙施工初期支护施工完成后,开挖中部核心土体,拆除中导坑的初期支护,然后组织仰拱开挖、施工仰拱工字钢、仰拱,让工字钢与中墙组成一个闭合环整体受力,减少拱部护拱的变形;仰拱施工完成后,挂防水板、施工二次衬砌。

在二次衬砌达到设计强度后,开始左洞。由于左洞二次衬砌已经成型,为了避免左洞爆破开挖过程中破坏右洞二次衬砌,要求左洞中墙顶附近采用预裂爆破,减少爆破对右洞二次衬砌的冲击,同时减少中墙顶附近围岩的超挖。

左洞施工过程的同时,采用人工分层夯填的形式对右洞拱顶进行回填。为了避免拱顶回填土中积水,回填土表面采用由下向上设置30 cm粘土隔水层、10 cm砂砾透层和20 cm种植土层植草绿化。在回填土周围设置洞顶排水沟,引排地表水;在护拱施工时,在护拱中预留泄水孔,将通过各种途径渗入到回填土中的水引排到防水层外,通过防水层外侧设置的环向排水盲沟引排到二次衬砌边墙脚的纵向排水盲沟引排走。

3 施工过程中的监控量测

图5 k 45+860右洞拱顶累计沉降-时间曲线

图6 k45+860右洞护拱累计水平收敛-时间曲线

在施工过程中,对护拱的拱顶下沉和水平收敛进行了监控观测(图5,图6),根据监控数量发现,从护拱施工完成到拱顶回填土施工完成的3个月时间里,护拱的拱顶沉降值累计达到5.83mm,其中2010年8月10日至20日,施工拱肩部位浆砌片石过程中,拱顶下沉最快,平均0.1mm/d,其次是10月10日至20日施工拱顶回填土的过程中,平均沉降0.07mm/d;水平收敛值累计达到4.02mm,其中8月20日至9月15日,下台阶开始开挖至仰拱施工完成前,水平收敛发展最迅速,平均收敛0.05 mm/d;拱顶沉降及水平收敛均未超过规范允许值;整个过程中护拱未出现开裂,处于安全工作状态。

4 结论

大坡岭隧道浅埋侧成功实施了上台阶暗洞明作、下台阶暗洞暗作施工,施工过程中的拱顶沉降、水平收敛变形监控数据均满足规范要求,为同类地形、地质条件下连拱隧道施工提供了一个种可供选择的施工方法和可供借鉴的经验。

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