基于某公路接线工程的隧道开挖及支护施工工艺

邓 军

(1.浙江省建投交通基础建设集团有限公司,浙江 杭州 310000; 2.温州理工学院,浙江 温州 325035)

0 引言

公路接线工程隧道是现代公路建设中的重要组成部分,其施工工艺的合理性和质量直接关系到公路的安全、顺畅和持久性。随着公路建设的快速发展,公路接线工程隧道的数量不断增加,隧道施工工艺的合理性和质量越来越受到关注。公路接线工程隧道的建设往往受到地形、地貌、地质条件、气候条件等多种因素的影响,其施工难度和复杂性较高。隧道开挖及支护施工是隧道建设的关键环节,直接关系到隧道的安全性和稳定性。因此,研究公路接线工程隧道的开挖及支护施工工艺,对于提高隧道施工的质量和安全性具有重要的现实意义。

1 工程概况

1.1 工程概述

本文以项目依托工程位于浙江省绍兴市新昌县新中路接线工程上角坪隧道为例,隧道长度为672 m(右线),隧道设计采用曲墙拱形断面,双向四车道,隧道限宽12.5 m,限高5.0 m,设计时速60 km/h。洞口均采用端墙式洞门形式,洞口无偏压、浅埋。

隧道进洞口位于斜坡上,坡度8°～22°,自然山坡整体稳定,本段隧道埋深3 m～32 m,微地貌为山麓至平原过渡带,植被较发育,隧道洞顶和洞身为⑨层粉质黏土混碎石,⑩-2层强风化泥质粉砂岩和⑩-3层中风化泥质粉砂岩。岩体完整性较差,受构造挤压影响,泥质粉砂岩裂隙节理发育,局部岩体较破碎;进洞段局部为F0和F1断层,受构造挤压影响,节理裂隙密集,岩体较破碎,施工时会出现涌水现象,洞顶围岩易松动、掉块;整体围岩自稳能力差,[BQ]=153,围岩分级为Ⅴ级。隧道出洞口位于山脊延伸段,本段隧道埋深32 m～57 m,表层覆盖层及强风化基岩厚约3 m～4 m,隧道洞顶和洞身为-3层中风化凝灰质砂砾岩和⑩-3层中风化泥质粉砂岩互层,岩体较完整,围岩相对稳定,泥质粉砂岩遇水易崩解,软化而形成软弱结构面,[BQ]=265,为Ⅳ级围岩。隧道围岩级别及施工参数如表1,表2所示。

表2 上角坪隧道右线围岩级别及施工参数表

1.2 施工控制要点

1)隧道进洞施工前应完成洞口排水系统,施工时必须避开雨季,开挖时需时刻注意洞口地质状况,确保边仰坡稳定性。

2)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)不同等级围岩地段仰拱距离掌子面距离大小严格控制:a.Ⅲ级围岩地段仰拱距离掌子面不宜大于90 m; b.Ⅵ级围岩地段仰拱距离掌子面不宜大于50 m;c.Ⅴ级围岩地段仰拱距离掌子面不宜大于40 m。

4)先行洞与后行洞之间的距离宜保持在2倍开挖跨度以上,以减少后行洞开挖爆破对先行洞二衬的影响。

1.3 施工工序

工前准备“三通一平”→洞外临时排水系统施作→进出口开挖支护→超前支护→洞挖→初期支护→铺设防水板、排水管等→模筑二次衬砌→管沟、检修道、人行道施作→路基、路面施工→隧道附属设施施作→洞内、洞门装修。

2 隧道施工方案和工艺

本文依托项目的隧道采用新奥法施工,其施工严格遵循“光面爆破、喷锚紧跟、监控量测及时反馈和修正”以及“少扰动、快加固、勤量测、早封闭”的原则。在施工中积极推广和应用国内外隧道施工的新技术、新方法以及公司隧道施工的技术成果,采用快速高效的配套机械施工,实现开挖、出渣、喷射混凝土机械相配合作业,确保隧道连续循环快速施工。

施工中贯彻“光面爆破是基础,初期支护保安全,围岩量测明情况,施工通风出效率”的工作思路。隧道主要采取人工配合凿岩机钻爆,挖掘机配合装载机出渣,无轨运输施工方案。实施开挖(钻、爆、装、运)、支护(拌、运、喷、锚)两条机械化作业线。保证两条作业线施工机械实用先进,选型科学,互不干扰,节奏紧凑。

2.1 洞口施工方案

结合洞口地形、地貌和地质条件,并针对洞口段工程的特点和难点,制定以“超前预报,长管棚支护,洞身开挖,加强支护,尽早封闭,监控量测”为原则的总体施工方案[1-2],进洞施工顺序如图2所示。

1)洞口开挖及仰坡防护。上角坪隧道边仰坡采用分段开挖,边仰坡防护措施主要为φ25 mm钢筋砂浆锚杆、喷混凝土挂网防护,具体见表3。

表3 上角坪隧道仰坡防护主要参数

2)套拱及管棚施工。拱基础采用套拱同标号C35混凝土,基础尺寸为长135 cm×宽200 cm×高50 cm。钢拱架采用Ⅰ20a工字钢,钢拱架共3榀,每榀90 cm等间距布置,内外侧保护层为每侧10 cm。安装采用由下而上、由内至外的顺序进行,先拼装并定位靠近开挖面的一榀,经检测调整合格后,紧贴内侧按照设计间距打设锚杆并锚固和拱架焊接固定,如图3所示[3]。

2.2 洞身开挖

超前大管棚施工后进入隧道洞身开挖及初期支护,本文围岩级别及施工方法关系如下:XS-Ⅲa型衬砌以及人行横通道采用全断面开挖;XS-Ⅲb型,XS-Ⅳa型衬砌结构段采用上下台阶法施工;XS-Ⅳb型衬砌结构段采用三台阶法施工;XS-Ⅳc型衬砌结构段采用三台阶七步作业法施工;XS-Ⅴa型,XS-Ⅴb型衬砌结构段采用CD法施工;XS-Ⅴc型衬砌结构段采用CRD法施工[4-6]。

1)Ⅴc级围岩施工(CRD法)。Ⅴc级围岩采用CRD法进行开挖及支护,CRD法开挖也叫交叉中隔壁法,每循环进尺0.5 m～0.75 m。其开挖及初期支护分5步,即5个导洞。左侧上中两个导洞为先期开挖的第一、二导洞,右侧上中按顺序分别为第三、四导洞,第五导坑为仰拱处。左侧一、二导洞呈台阶状,右侧三、四导洞呈台阶状。

2)Ⅴa,Ⅴb级围岩施工(CD法)。Ⅴa,Ⅴb级围岩采用CD法进行开挖及支护,CD法开挖也叫中隔壁法,其施工工法与CRD法基本相同,在CRD法的基础上简化施作横撑部分,每循环进尺1 m。具体施工顺序如下:开挖及初期支护分5步,即5个导洞。左侧上中两个导洞为先期开挖的第一、二导洞,右侧上中按顺序分别为第三、四导洞,仰拱处为第五导洞。左侧一、二导洞呈台阶状,右侧三、四导洞呈台阶状。

3)Ⅳb,Ⅳc级围岩施工(三台阶法)。Ⅳc级围岩施工采用三台阶七步法开挖,每循环进尺1.5 m。是以弧形导坑开挖留核心土为基本模式,分上、中、下三个台阶七个开挖面,各部位的开挖与支护沿隧道纵向错开、平行推进的隧道施工方法。

4)Ⅲb,Ⅳa级围岩施工(上下台阶法)。Ⅲb,Ⅳa级围岩施工采用上下台阶开挖,开挖采用控制爆破,每循环进尺2 m～3 m。开挖时,分上、下两个台阶开挖,各部位的开挖与支护沿隧道纵向错开、平行推进的隧道施工方法。

5)人行横通道施工(全断面法)。人行横通道、Ⅲa级围岩施工采用全断面法开挖,开挖采用控制爆破,每循环进尺不大于3 m,炮眼深度不大于3.5 m。

2.3 隧道超前支护

各级围岩洞身开挖前,应先进行超前支护施工,围岩类型与超前支护关系如表4所示。单层超前注浆小导管适用于Ⅳc(拱架间距80 cm)、Ⅴa(拱架间距75 cm)、Ⅴb级围岩(拱架间距60 cm),双层超前注浆小导管适用于Ⅴc级围岩(拱架间距50 cm)第一环后超前支护。超前锚杆为C25 超前药卷锚杆,用于钢拱架锁脚及Ⅳa,Ⅳb级围岩超前支护[7]。

表4 围岩类型与超前支护关系

3 监控量测

现场监控量测是隧道按新奥法施工的重要组成部分,通过现场量测掌握围岩和支护的动态,指导施工,预报险情,确保安全,进行日常的施工管理。施工时应按时准确的进行现场监控量测,在对量测数据进行分析处理与必要的计算后,绘出曲线,根据所绘曲线的变化情况与趋势,判定围岩的稳定性,及时预报险情,确定施工时应采取的措施,为修正和确定隧道初期支护参数,二次衬砌施作时间提供参考依据[8-10]。测线布置方案如图4所示。

图4中F为拱顶下沉量测点,其余为周边位移量测点,两者布设在同一断面上。一般地段采用2条测线,在洞口附近30 m以及埋深小于2倍洞径地段及特殊地段,采用6条测线。沿隧道轴线每级围岩至少有一个量测断面。

4 结论

隧道施工是一项复杂而重要的工程,需要综合考虑地质条件、施工环境、施工方法等多种因素。本文通过探讨公路接线工程隧道的施工工艺和质量控制措施,得出了以下结论:

1)隧道施工前应进行充分的施工准备工作,包括现场勘查、设备调试、材料采购等,以确保施工过程的顺利进行。2)选择合适的开挖方法和爆破技术对于隧道施工至关重要,应控制爆破振速,避免对围岩造成过大扰动。3)及时进行钢架支撑和喷射混凝土施工,以保护围岩稳定,提高隧道的施工质量和安全性。4)重视超前支护措施的应用,根据地质条件选择合适的超前支护方式,以增强围岩的稳定性。5)加强监控量测工作,及时分析处理数据,为调整施工参数和修正设计参数提供依据,确保施工安全。6)加强施工现场管理和监督,提高施工人员的技术水平和安全意识,确保隧道的施工质量和安全性。

综上所述,隧道施工需要严格控制施工工艺和质量,采取有效的安全管理措施,以确保隧道的顺利施工和安全运营。对于类似工程,可以借鉴本文所探讨的施工工艺和质量控制措施,为实际施工提供参考和指导。