公路隧道上跨水工隧洞节点设计关键技术研究

杨剑飞

(中铁上海设计院集团有限公司,上海 200070)

近年来,全国高速公路网络进一步完善,大量的公路隧道上跨既有隧道项目不断涌现,新建工程与既有隧道的位置关系也更加复杂,交叉节点的设计与施工安全引起了众多学者的关注[1-3]。

以某分离式高速公路大断面隧道上跨既有水工隧洞工程为例,对交叉段隧道衬砌设计、注浆设计、排水设计、监测设计、施工组织设计等方面进行研究,为公路隧道上跨既有水工隧洞及类似交叉工程设计提供参考。

1 工程概况

双线公路隧道采用双洞分离式方案,路线采用高速公路设计标准,时速100 km/h。左幅隧道长802.79 m,右幅隧道长875.698 m,公路线位整体上跨水工隧洞,隧道左线与水工隧洞平面交角约为81°,隧道右线与水工隧洞平面交角约为79°。隧道左线某段附近上跨现状输水隧洞,设计标高至隧洞顶距离约为15.96 m,隧道结构底至隧洞顶距离约为13.3 m,隧道右线某段附近上跨现状输水隧洞,设计标高至隧洞顶距离约为15.6 m,隧道结构底至隧洞顶距离约为12.9 m,交叉段平面和立面图见图1、图2。

图1 交叉段平面Fig.1 Cross segment plane

图2 交叉段立面Fig.2 Cross elevatio

2 上跨水工隧洞段衬砌与基底注浆设计

上跨水工隧洞段隧道衬砌原设计为SA3a级衬砌,将隧道左线段及隧道右线段SA3a级衬砌提高为SA4b级形成闭合仰拱,提高该段衬砌整体受力和抗变形能力,确保施工及运营期水工隧洞安全。

考虑到上跨水工隧洞段隧道控制爆破施工可能会造成公路隧道与水工隧洞之间岩体产生裂隙,在隧道左线及隧道右线上跨水工隧洞段衬砌段基底注浆设计,注浆范围为拱脚与仰拱往外围5 m,注浆孔按浆液扩散半径1.5 m布设,注浆孔按梅花形布置,孔口间距为拱脚0.6 m,仰拱1.6 m,孔底间距为2 m,沿隧道纵向间距2 m,基底注浆设计断面见图3。

图3 基底注浆设计 Fig.3 Foundation grouting design

注浆孔孔径为52 mm。孔口管采用φ50 mm,壁厚3.5 mm的热轧无缝钢管,钢管长1 m。浆材料采用普通水泥浆,注浆压力按0.5～1.0 Mpa,水灰比1∶0.5～1∶1。注浆完成后,检查注浆体渗透系数,渗透系数小于5.0×10-5/cm/s表示合格,否则需进行补注浆。

3 上跨水工隧洞段防排水设计

根据规范[4]规定,隧道防排水设计应遵循防、排、戴、堵相结合,因地制宜,综合治理的原则,洞内外防排水系统应完整通畅。上跨水工隧洞段不仅要考虑拱墙与拱顶范围公路隧道的防排水设计,还需考虑仰拱防水,由于公路隧道运营期隧道内污水及渗漏水可能会渗入底板进而流入水工隧洞,影响洞内水源水质,在仰拱下方增设400 g/m2的土工布与1.2 mm厚EVA防水板起到防渗作用,交叉段隧道全包防水设计见图4。

图4 全包防水设计Fig.4 All-inclusive waterproof design

4 上跨水工隧洞段监测设计

图5为隧道施工期间隧道本身与水工隧洞监测指导性方案,其中超前地质预报、隧道变形、爆破振动[5]、锚杆轴力、钢架内力为必测项目,水工隧洞水质、流量、爆破振动[6]为必测项目。

图5 监测横断面设计Fig.5 Monitor cross section design

由于水工隧洞无法布设测点,爆破振速测点可左右洞交错布置于最近的邻近主洞对应边墙处,即左洞爆破时,在右洞最近处进行监测。同理,右洞爆破时,在左洞最近处进行监测,间接测得交叉段爆破振动速度,安全允许爆破振动速度取值5 cm/s。

在下游泵站出水口处设置流量和水质监测点,需密切关注水工隧洞流量监控成果,出现流量异常应及时汇报并处采取相应措施。

表1 公路隧道必测项目及要求

表2 水工隧洞必测项目及要求

5 施工组织设计

左右洞在交叉位置严格控制施工速度,加强隧道变形及振速监测,左右洞错开施工节点,不要同步爆破开挖,避免同时施工对交叉区产生不利影响,应交错掘进,建议掌子面错开距离≥40 m,交叉段需编制爆破及施工专项方案并经过专项评审后方可施工,交叉段整体施工组织见图6。

图6 交叉段施工组织设计Fig.6 Cross section construction organization design

6 结论和建议

交叉段爆破施工期间,每次爆破均应对质点振动速度测点进行观测,安全允许爆破振动速度取值5 cm/s,当发现质点振动速度超过预警值时应立即停止施工,及时分析原因并调整施工方案。

交叉段隧道底板固结灌浆后的围岩渗透系数应小于5×10-5cm/s。底板全包防水严格把控施工质量,做好截排水方案,阻断渗漏通道,疏通隧道内污水引排管线,降低原水污染的风险。

施工前需对水工隧洞平面位置及标高进行复测,与竣工图进行核对,需得到产权方确认。施工时注意严格控制施工速度,及时支护,仰拱开挖后及时闭合成环,加强各项监测。