下穿高速公路大斷面雙線隧道的施工技術(shù)

宋健

（上海浦東路橋建設(shè)股份有限公司，上海市 201210）

下穿高速公路大斷面雙線隧道的施工技術(shù)

宋健

（上海浦東路橋建設(shè)股份有限公司，上海市 201210）

結(jié)合31省道諸暨王家湖至五泄段改建工程橫山崗隧道下穿杭金衢高速公路施工實踐，介紹大斷面雙線隧道下穿高速公路的施工方案、施工組織、監(jiān)控量測、路面沉降觀測，為今后類似工程提供借鑒和參考。

大斷面；雙線隧道；高速公路；路面沉降

1　工程概況

橫山崗隧道位于31省道諸暨王家湖至五泄段改建工程第5合同段內(nèi)，為上下分離式隧道，左洞長度590 m，右洞長度530 m。隧道在ZK16+338（YK16+341）處下穿杭金衢高速公路，范圍為ZK16+310～ZK16+365及YK16+317～YK16+372，交叉角度75°，左右洞與高速公路相交處樁號分別為K236+060、K236+090，路面影響長度450 m。隧道下穿杭金衢高速公路處于半填半挖路基，下穿段隧道設(shè)計標(biāo)高28.08 m，杭金衢高速公路最低標(biāo)高47.02 m，隧道拱頂距離杭金衢高速公路路面9.96 m，約0.58D（D：隧道開挖跨徑，為17.24 m）。

隧道下穿杭金衢高速公路段埋深淺，圍巖體為強-中風(fēng)化巖體，粉砂巖夾砂巖、泥質(zhì)粉砂巖，呈塊碎石鑲嵌結(jié)構(gòu)，日曬水浸易風(fēng)化、易軟化、掉塊，穩(wěn)定性一般。隧道區(qū)地下水主要為基巖裂隙水，主要為大氣降水入滲。

該工程重難點主要在于：

（1）隧道開挖寬度為17.2 m，高度為10.5 m，開挖斷面大，成洞較為困難。

（2）隧道埋深淺，拱頂覆蓋層厚度僅為9～11 m，開挖跨度大，施工過程中容易造成冒頂坍塌。

（3）隧道下穿正在運營中的杭金衢高速公路，施工過程中對高速公路路面沉降、爆破振動速度、右側(cè)邊坡穩(wěn)定性要求高，保證行車安全責(zé)任重大。

（4）雙側(cè)壁導(dǎo)坑法工序復(fù)雜，工藝要求高。

（5）下穿施工過程中做好洞內(nèi)監(jiān)控量測和路面沉降觀測，根據(jù)量測資料和沉降數(shù)據(jù)，及時修改支護(hù)參數(shù)，優(yōu)化施工工藝。

2　施工方案

橫山崗隧道下穿杭金衢高速公路段屬于淺埋段，圍巖破碎，且進(jìn)洞口與浙贛鐵路、甬紹金衢成品油管道較近，爆破施工安全風(fēng)險大，控制難度高。如何最大限度地減少對周邊的擾動，充分利用其自身的穩(wěn)定性，安全、快速穿過高速公路是隧道施工的關(guān)鍵。

根據(jù)現(xiàn)場情況采用由出口端向進(jìn)口端施工的工作面進(jìn)行組織，左右洞施工范圍分別為ZK16+310～ZK16+365、YK16+317～YK16+372，各55 m。首先進(jìn)行右洞下穿段施工，為保證隧道施工安全，右洞下穿高速公路段施工完成后，左洞再跟進(jìn)施工。根據(jù)圍巖情況采用洞內(nèi)超前大管棚支護(hù)，雙側(cè)壁導(dǎo)坑法進(jìn)行施工。

雙側(cè)壁導(dǎo)坑法采用八部開挖結(jié)合雙二襯施工，嚴(yán)格控制掘進(jìn)進(jìn)尺，主洞拱部開挖及進(jìn)尺0.5 m，初二襯進(jìn)尺不大于1 m；仰拱與拱部掌子面距離12～16 m，二襯與拱部掌子面距離15～20 m。

對全風(fēng)化～強風(fēng)化圍巖盡量采用人工或機械開挖，中風(fēng)化圍巖采用微振爆破。應(yīng)及時封閉掌子面，防止產(chǎn)生于掌子面的塌方。加強洞內(nèi)監(jiān)控量測和高速公路路面沉降觀測，及時調(diào)整支護(hù)參數(shù)和施工方案，防止地表沉降與開裂。

施工前到高速公路主管部門進(jìn)行施工專項方案安全評估，評估通過后與高速公路管理部門做好溝通聯(lián)系，在施工過程中根據(jù)施工情況做好交通管制。

3　主要施工方法

3.1超前大管棚施工

3.1.1管棚工作室及導(dǎo)向墻施工

為提高管棚施工質(zhì)量和定位精度，在ZK16+ 302～ZK16+310及YK16+309～YK16+317處設(shè)置管棚擴大工作室（見圖1）。至設(shè)計拱頂開挖輪廓線高度時，垂直下挖至設(shè)定的上半斷面底部，臨時噴射10 cm混凝土封閉掌子面。精確測量放出洞口位置，定出大管棚及導(dǎo)向墻的位置。

圖1　管棚工作室縱面示意圖

沿開挖輪廓線環(huán)向緊貼安裝4榀18號工字鋼鋼架，每榀鋼架間焊接22的固定鋼筋。導(dǎo)向管采用170×4 mm的鋼管，間距0.4 m，傾角平行與線路縱坡，方向與線路中心線方向平行。施工時在型鋼上標(biāo)注170×4 mm導(dǎo)向鋼管的位置，環(huán)向間距0.4 m，逐根焊接于鋼架上固定，導(dǎo)向管兩端封堵，以防進(jìn)漿。導(dǎo)向墻厚度為0.9 m，長度為1.5 m，采用C30混凝土澆筑。

3.1.2管棚施工

根據(jù)場地條件及管棚長度，選用1臺YGL-150A型履帶式工程鉆機。該機采用履帶底盤裝載、全液壓驅(qū)動、動力頭鉆進(jìn)，鉆孔深度可達(dá)130～150 m，設(shè)有舉高大臂機構(gòu)，多角度多高度桅桿調(diào)節(jié)，能適用于隧道管棚全方位施工。鉆孔施工順序由下向上、由兩邊向中間依次進(jìn)行。

為了避免圍巖內(nèi)孔隙水通過鉆孔流出而引起地面沉降，必須及時進(jìn)行注漿。采用KBY50/70型雙液注漿泵，水泥漿水灰比為0.8∶1，添加5%的水玻璃，注漿壓力控制在0.5～1 MPa，初壓為2 MPa。注漿期間安排專人對高速公路路面和邊坡進(jìn)行觀察，防止?jié){液通過圍巖裂隙外泄。

3.2雙側(cè)壁導(dǎo)坑法施工

雙側(cè)壁導(dǎo)坑法是一項邊開挖邊支護(hù)的施工技術(shù)。其原理是利用兩個中隔壁把整個隧道大斷面分成左中右3個小斷面施工，左、右導(dǎo)洞先行，中間斷面緊跟其后；初期支護(hù)仰拱成環(huán)后，拆除兩側(cè)導(dǎo)洞臨時支撐，形成全斷面。兩側(cè)導(dǎo)洞皆為倒鵝蛋形，有利于控制拱頂下沉。采用雙側(cè)壁導(dǎo)坑法能夠控制地表下沉，保持掌子面的穩(wěn)定，安全可靠。

3.3施工工序（見圖2）

圖2　雙側(cè)壁導(dǎo)坑法施工工序橫斷面圖

（1）a.利用洞身上一循環(huán)架立的鋼架施作隧道側(cè)壁導(dǎo)坑縱向超前支護(hù)。b.開挖①部，每進(jìn)尺0.5 m，掌子面噴5 cm厚混凝土封閉。c.施作①部導(dǎo)坑周邊的初期支護(hù)和臨時支護(hù)，架立鋼架（包括導(dǎo)坑的臨時鋼架和橫撐），并設(shè)鎖腳鋼管。d.安裝徑向錨桿后復(fù)噴混凝土至設(shè)計厚度。e.施作初期二襯混凝土。

（2）a.在滯后①部一段距離后開挖②部，每進(jìn)尺0.5 m，掌子面噴5 cm厚混凝土封閉。b.施作②部導(dǎo)坑周邊的初期支護(hù)和臨時支護(hù)，架立鋼架（包括導(dǎo)坑的臨時鋼架和橫撐），并設(shè)鎖腳鋼管。c.安裝徑向錨桿后復(fù)噴混凝土至設(shè)計厚度。d.施作初期二襯混凝土。

（3）在滯后②部一段距離后開挖③部并施作導(dǎo)坑周邊的初期支護(hù)和臨時支護(hù)，步驟及工序同（1）。

（4）在滯后③部一段距離后開挖④部并施作導(dǎo)坑周邊的初期支護(hù)和臨時支護(hù)，步驟及工序同（2）。

（5）a.開挖⑤部，噴5 m厚混凝土封閉掌子面。b.架設(shè)拱部型鋼鋼架，鉆設(shè)徑向錨桿后復(fù)噴混凝土至設(shè)計厚度。c.施作初期二襯混凝土。

（6）a.在滯后⑤部一段距離后開挖⑥部，噴5 cm厚混凝土封閉掌子面。b.架設(shè)拱部型鋼鋼架，鉆設(shè)徑向錨桿后復(fù)噴混凝土至設(shè)計厚度。c.施作初期二襯混凝土。

（7）a.在滯后⑥部一段距離后開挖⑦部、⑧部，噴5 cm厚混凝土封閉掌子面。b.導(dǎo)坑底部安設(shè)鋼架封閉成環(huán)，復(fù)噴混凝土至設(shè)計厚度。c.施作初期二襯混凝土。

（8）拆除下部橫撐，安設(shè)型鋼鋼架仰拱單元，使之封閉成環(huán)。

（9）根據(jù)監(jiān)控量測結(jié)果分析，待初期支護(hù)收斂后，逐步拆除臨時鋼架和橫撐，利用仰拱棧橋澆仰拱混凝土和仰拱填充。

（10）利用襯砌模板臺車一次性澆筑二次襯砌。

4　隧道及路面監(jiān)控量測方案

為保證隧道的施工安全和高速公路行車安全，根據(jù)可能出現(xiàn)影響安全的因素，選擇布置適當(dāng)?shù)谋O(jiān)控方案，使其能客觀地反映隧道通過高速公路時的安全狀況。監(jiān)控量測是該隧道下穿高速公路施工中非常重要的一個環(huán)節(jié)，合理、及時、準(zhǔn)確的施工監(jiān)測將為制定施工方法和保證施工安全提供可靠的科學(xué)依據(jù)，使施工過程完全處于信息化控制中。

4.1洞內(nèi)與路面量測點的布置

隧道洞內(nèi)監(jiān)控量測項目主要為地質(zhì)和初期支護(hù)觀測、拱頂下沉、水平凈空收斂、地表下沉。洞內(nèi)測點布置見圖3所示。

圖3　隧道洞內(nèi)測點布置圖

橫山崗隧道下穿杭金衢高速公路影響段共布置13個縱斷面、14個橫斷面，每5 m一個斷面，共182個測點，其中基點位于ZK16+310高速公路一側(cè)20 m外ZK16+290處（見圖4）。配套采用測量機器人和水準(zhǔn)儀相結(jié)合進(jìn)行半自動化監(jiān)測，實現(xiàn)了數(shù)據(jù)現(xiàn)場采集，超出預(yù)警值范圍的量測數(shù)據(jù)能夠及時報警。

圖4　杭金衢高速公路路面測點布置圖

4.2量測頻率（見表1）

表1　隧道監(jiān)控量測項目及量測頻率一覽表

4.3量測資料管理、數(shù)據(jù)分析及信息反饋

監(jiān)控量測由專人負(fù)責(zé)，取得量測數(shù)據(jù)后，及時由監(jiān)測人員整理分析監(jiān)測數(shù)據(jù)。結(jié)合圍巖、支護(hù)受力及變形情況進(jìn)行分析判斷，將實測值與允許值進(jìn)行比較，及時繪制各種變形或應(yīng)力～時間關(guān)系曲線，了解其變化趨勢，預(yù)測變形發(fā)展趨向。觀察及量測發(fā)現(xiàn)異常時，及時向總工程師、監(jiān)理工程師、設(shè)計人員匯報，修改支護(hù)參數(shù)。

5　總結(jié)體會

（1）31省道諸暨王家湖至五泄段改建工程橫山崗隧道下穿杭金衢高速公路施工段通過洞內(nèi)大管棚超前支護(hù)加固巖層，采用雙側(cè)壁導(dǎo)坑法嚴(yán)格按照管超前、弱爆破、少爆破、短進(jìn)尺、早封閉、勤量測和及時襯砌的原則施工。施工影響段高速路面最大沉降量為10 mm，大部分點在5 mm左右，在保證杭金衢高速公路行車安全的同時確保了施工安全。

（2）施工過程中要做好超前地質(zhì)預(yù)報工作，及時掌握前方圍巖情況。

（3）在初期支護(hù)拱部開挖過程中，由于失水產(chǎn)

U455

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1009-7716（2016）06-0195-03

2016-03-08

宋?。?982-），男，湖北荊門人，工程師，從事施工技術(shù)管理工作。