王飞
身份证号：41052119900818****
摘要：在地下交通工程发展迅速的今天，由于隧道选线受到的制约条件大量增加，衍生了许多新的隧道形式，浅埋暗挖隧道因具有造价低、拆迁少、灵活多变、无需太多专用设备及不干扰地面交通和周边环境等众多优点而成为可选施工方法之一，在全国地下工程中有广泛的应用。根据某隧道下穿城市既有道路的实例，讨论了浅埋暗挖隧道结构下穿既有城市道路的设计，可为类似工程的设计提供参考和依据。
关键词：浅埋暗挖；隧道；下穿；既有道路
隧道深埋与浅埋的判定，应按照荷载等效高度并结合地质条件、施工方法等因素综合判定。作用在隧道支护结构上的围岩压力为松散压力包括形变压力、膨胀压力以及冲击压力等，围岩压力的计算应综合考虑隧道所处地形条件、地质条件、隧道跨度、结构形式、埋置深度、隧道间距以及开挖等因素。围岩松散压力为作用在隧道全部支护结构的压力总和。
1.工程背景
为了确保隧道顺利下穿某桥,必须加强土体结构变形控制。而土体结构变形又受隧道工程埋深、开挖施工技术等因素影响。研究发现:为减小对地表土层的影响,可适当增加隧道工程埋深,但需要注意的是:埋深过大会产生高额的造价且施工技术难度较大。该段隧道地处富水带且埋深较浅等不利因素,不但要保证龙泉山隧道顺利下穿张万沟大桥,而且不能影响到某桥的正常交通。经技术人员分析后决定,该工程首先应用地震波反射法(TSP)探知隧道前方的地质情况,为隧道施工中及时采取防范措施提供依据,进而有效控制地质灾害的发生;其次,在了解前方地质情况的前提下通过采用超前帷幕注浆和超前大管棚双重预加固措施稳固岩体;最终实行光面爆破以减少爆破后围岩产生爆破裂缝的数量,从而减少对某桥的扰动。
2.所采取的施工技术
2.1超前大管棚施工
为保证隧道下穿某桥施工过程中桥梁的结构安全,在隧道右线YDK44+190~230(40m)段及左线ZDK44+170~210(30m)段设置大管棚。大管棚采用直径108mm,壁厚6mm的热轧无缝钢花管制作,管棚施工角度为3°。大管棚长45m,环向间距为40cm。左右线管棚设计各30根,共计60根。管棚导向墙设计为1m宽,厚0.6m,采用C25喷射混凝土浇筑。φ140导向管与导向墙型钢焊为整体,中心距下底边30cm,距上底边30cm。导向管环向间距为40cm,安装导向管外插角3°。为满足大管棚施工,需对上台阶断面进行扩挖,扩挖段总长7m,过渡段1m,扩挖厚度为1m。上台阶扩挖段施工时,下台阶施工至扩挖段起点后停止开挖施工,待上台阶管棚施工完成后采用C25喷射混凝土将扩挖段回填至设计开挖断面后进行下台阶的施工。(1)导向墙施工。导向架采用2榀Ⅰ18型钢钢架作为管棚导向墙,间距0.6m。2榀钢架间纵向采用φ22纵向钢筋,环向1m间距布置并与钢架焊接牢固。工字钢底部至内模顶面的距离为5cm。(2)导向管施工。工字钢架设完成后进行导向管的安装,导向管采用直径144mm的热轧无缝钢花管,其壁厚为5mm,导向管的长度为1.5m,环向间距为40cm。为防止导向管在灌注混凝土时发生位移,将导向管焊接在工字钢架上。(3)模板的安装及浇筑。为保证导向墙端头喷射混凝土面光滑平顺,需在导向墙安装端头模板。导向墙的端头模板采用2.5cm厚的木板,木板间的连接采用加背撑方式进行加固,木模板与钢模板之间采用扒钉或钢钉连接牢固,模板与混凝土接触面涂刷脱模剂。导向墙采用C25喷射混凝土浇筑,采用潮喷工艺。(4)大管棚施工。为满足洞内大管棚施工,需对上台阶断面进行扩挖,扩挖段总长7m,过渡段长1m,扩挖厚度为1m。(5)跟管钻进施工。钻孔采用管棚钻机,钻孔直径为127mm。在打设每孔的第一节管时,奇偶孔分别采用长度为1.5m和2m的钢管并安装管系。以后的每一节管均采用1.5m长的钢管。(6)管棚加工。大管棚为直径108mm、壁厚6mm的热轧无缝钢花管。
在大管棚管壁上钻注浆孔,孔径为10~16mm,孔纵向间距为15~20cm,梅花形布置,尾部留长度不小于100cm的不钻孔止浆段。大管棚钢花管标准段钢管长度为1.5m。为提高导管的抗弯能力,在导管内增设钢筋笼。钢筋笼由四根主筋和固定环组成,主筋直径为16mm,钢筋之间每1m间距用5cm长、直径48mm的钢管连接,钢管壁厚3.5mm。(7)管棚注浆。管棚安装完成后进行注浆,浆液采用水灰比为1∶1的水泥浆液。由于管棚间距较小,钻成一孔便开始注浆(有水时从无水孔向有水孔进行),同时可以让浆液在松散的岩层中扩散填充,将破碎的岩层固结,有利于相邻孔在钻孔时减少掉块,避免发生卡钻或掉钻、掉钎现象。注浆分两步完成。当第一次注浆的浆液充分收缩后进行第二次注浆,以使管棚填充密实。注浆完成后,采用钢板在钢管口进行焊接封堵,预留注浆管,注浆管安装阀门,堵头必须封闭严实。注浆完成后,采用快干水泥砂浆封堵钢花管与导向管之间的空隙。
2.2超前帷幕注浆
隧道在YDK44+150~260(110m)、ZDK44+130~260(130m)区间均为向斜富水带,采用超前帷幕注浆预加固措施能够防止隧道开挖过程中引起的某桥沉降变形。(1)止浆墙及钻孔施工。在隧道掌子面施工到距设计周边注浆里程前5m位置,在掌子面设置厚度为2m的C20混凝土止浆墙。采用管棚钻机进行钻孔,钻孔直径为108mm,钻孔2m后设置1m长、φ108孔口管,壁厚6mm。注浆采用全断面注浆法,掌子面设置5圈注浆孔,每循环注浆段长30m(开挖25m,保留5m长止浆岩盘)。钻孔顺序宜先钻内圈孔、后钻外圈孔,先无水孔、后有水孔。钻进过程中经常测定其位置,并根据钻机钻进的状态判断成孔质量,及时处理钻进过程中出现的事故。钻进过程中必须确保动力器、扶正器、合金钻头按同心圆钻进。注浆材料主要为水泥浆液,水泥水玻璃双浆液主要在封孔或突涌时使用。注浆顺序为先外圈再内圈,同圈孔间隔施工。采用分段后退式注浆,分段长度为0.6~1m。钻孔完成后,在孔内设置止浆塞,从孔底开始分段进行注浆,第一分段注浆完成后,后退一个分段长度进行第二分段注浆,如此往复,直到整个注浆段完成,注浆终压为1.5~2MPa。
2.3爆破开挖
区间段采用台阶法施工,采取短进尺、光面控制爆破进行开挖,每循环掘进60cm,地表爆破震动速度不大于5cm/s。根据装药参数和爆破震动速度反算爆破安全距离,采用以下公式进行计算:R=(K/V)1/aQ1/3式中V为地面质点峰值震动速度,cm/s;Q为炸药量(延迟起爆时为最大一段装药量),kg;R为观测点(计算)到起爆源的距离,m;K,a为与爆破方式、装药结构、爆破点至计算点间地形、地质条件等有关的系数和衰减系数。已知爆破震动速度V=5cm/s,通过查阅《爆破安全规程》(GB6722-2003)中的K值和a值与岩性的关系得知:软岩石:K值取250~350,a值取1.8~2;通过计算可以得出爆破安全允许距离R为18.12~24.79m。将观测点安装在1#墩桥墩上,实测观测点地面高程为601.8m,观测点距1#墩桩底距离为21.88m;观测点距离下方隧道左线开挖拱顶距离为45.07m>R最大值(24.79m),采用爆破设计装药参数满足爆破震动速度<5cm/s的要求。开挖注意事项:(1)采用爆破开挖时一定要按审批通过的爆破设计进行钻孔装药爆破,严格控制钻孔深度,避免进尺过大导致地表出现沉降;(2)装药时避免集中装药,采用控制爆破以减少爆破震动对建筑物的影响;(3)开挖完成后,及时施做初期支护,拱架间距及锁脚锚杆的深度必须满足设计要求,锁脚锚杆注浆一定要饱满密实。
结语
浅埋软弱围岩隧道下穿某桥工程作为隧道施工的难点工程存在极大的挑战性,通过采取上述有效的施工技术,本次工程施工右线桥面最大地表沉降值为6.2mm,桥台竖向沉降最大值为8.3mm,桥台最大不均匀沉降值为2.1mm。横桥向同一盖梁两个墩柱的最大不均匀沉降位移差值为0.5mm,纵桥向相邻桥墩不均匀沉降位移差为5.3mm。各沉降均在允许值范围之内,说明所采取的帷幕注浆以及大管棚超前支护对地层稳固的作用明显,注浆加固地层使地层的强度以及完整性均明显提高。
参考文献:
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