前言:进洞、出洞是山岭隧道施工工况最复杂、质量及安全隐患最多的地段。合理选择进洞方案,借助一 些辅助施工措施,不伤坡进洞,能有效地避免刷坡、拉槽引发的山体边仰坡失稳,大大降低洞口防护工程费用。 山岭地区峰谷起伏大、地面横坡陡,形成隧道洞口外路基单侧边坡高,隧道与高边坡衔接,桥隧相连。特别是在陡坡、软岩、浅埋、偏压、雨季施工等不利条件下,安全进洞问题更为突出。《公路隧道施工技术规范》虽然提出了“早进洞、晚出洞”的施工原则,但施工时往往由于刷坡、拉槽引起山体边坡失稳甚至产生大滑坡,导致洞口防护工程治理费用增大,边仰坡植被遭破坏,如治理措施不彻底,容易留下质量隐患,危及洞口运营安全。经验表明,隧道未开挖时山坡是稳定的,如果将“早进洞、晚出洞”的施工原则进一步发展为“不伤坡进洞”的施工原则,合理选择洞口位置和进洞方案,并借助一些辅助施工措施提前进洞,就能有效地解决洞口的施工问题,保护洞口生态环境和边仰坡的稳定,降低洞口防护成本。
山岭地区峰谷起伏大、地面横坡陡,形成隧道洞口外路基单侧边坡高,隧道与高边坡衔接,桥隧相连。特别是在陡坡、软岩、浅埋、偏压、雨季施工等不利条件下,安全进洞问题更为突出。《公路隧道施工技术规范》虽然提出了“早进洞、晚出洞”的施工原则,但施工时往往由于刷坡、拉槽引起山体边坡失稳甚至产生大滑坡,导致洞口防护工程治理费用增大,边仰坡植被遭破坏,如治理措施不彻底,容易留下质量隐患,危及洞口运营安全。经验表明,隧道未开挖时山坡是稳定的,如果将“早进洞、晚出洞”的施工原则进一步发展为“不伤坡进洞”的施工原则,合理选择洞口位置和进洞方案,并借助一些辅助施工措施提前进洞,就能有效地解决洞口的施工问题,保护洞口生态环境和边仰坡的稳定,降低洞口防护成本。
我国山岭地区公路隧道设计一般包括洞门、明洞、 洞口、洞身等几个部分。洞口段包括边仰坡土石方工程、边坡防护、边墙、翼墙、洞口的排水系统、洞门等。常见的施工程序如下:
(1)施工洞口边仰坡的截水沟 公路隧道设计中常在洞口边仰坡开挖线外5～6m处设置环向仰坡截水沟和边坡截水沟,以阻止地表水冲刷和侵蚀边仰坡,理顺洞口排水系统。
(4)施作洞口边仰坡防护工程和洞口支挡工程 施作的洞口边仰坡防护工程和洞口支挡工程有喷射混凝土锚固边坡防护、浆砌片块石边坡防护、边墙、翼墙等。
(5)开挖明洞土石方 在地质不良的情况下,先施作明洞直抵坡脚,并利用明洞支撑坡脚;在地质较好的情况下,可根据情况选择先明后暗法。
(6)进洞开挖或施作洞门 传统洞口段工程施工 方法的弊端是,开挖边仰坡土石方破坏原山体的自然平衡状态,如果洞口地质及水文条件差,山体不稳定,一经施工就会不断地出现边仰坡坍塌、顺层滑动、古滑动体复活等现象,给施工带来很大的困难。
实际情况往往是,洞口段的防护工程还未施工完毕,坍方就开始了,已修建的洞口支挡结构物也遭破坏,情况严重时边清边坍反复施工,造成投资大量增加,延误工期。
不伤坡进洞就是在保持洞口原自然坡面情况下,借助一些辅助施工措施如定位套管、超前锚杆、回填稳定土、钢架喷射混凝土等形成坡外洞门、提前洞门,有如下几点原则:
①施工中尽量减小对原地表的破坏,以保护土体的稳定。
②多回填、多支护、少开挖,特别应避免山体清方大开挖。
③采取由下而上的施工方法,先支护后开挖,以减少高边坡的威胁。
⑤隧道洞口存在地表滑坡、崩塌、泥石流等自然灾害时,应先治理、后进洞。治理方法可采用桩基、挡墙、锚杆、锚索、注浆、梯级拦砂坝、防护棚等。
暗进洞口是隧道明暗施工的分界线,是车辆进出覆盖层的起点和终点,洞口位置的选取对施工顺利与否关系重大。洞口位置的选定应最大限度地保护山体的自然状态,根据地形、地质、水文条件,着重考虑隧道洞口边仰坡的稳定等因素,确保施工时安全进洞,并有利于行车安全和自然环境的保护。我国公路隧道设计中习惯将洞顶自然覆土高度作为选择洞口位置(即暗进起点)的条件之一,一般要求洞口自然覆土层厚度≮210m。由于公路隧道设计跨径大、净空高,即使先开挖起拱线以上部分,边仰坡高度也可达几十米以上。在陡坡、偏压、地质不良的情况
下,很难保证坡体稳定。可以采取回填稳定土的方法,将洞顶覆土高度回填到设计要求的高度,作为进洞时超前管棚的承载体。因此,在地质不良的情况下,洞口位置的选择应以不伤害自然坡体稳定为原则。在地质条件较好的情况下,可不受此限制。
合理的施工顺序是进洞成败的关键,一般施工单位在完成边仰坡排水系统后,就会开挖边仰坡及明洞土石方至洞口,这种施工方法对山体陡峭的地形并不适用,会造成边坡过高,防护工程量大,而且安全也难以保证。建议采用明洞暗进的方法,以减少明洞土石方开挖,待进洞后,反过来根据地形延长明洞或施作洞门。实践证明,这种方法对保障进洞安全是非常有效的。施工顺序为:
④进洞开挖形成上弧导开挖面(开挖长度根据情况确定);
明洞暗进法就是将传统的明洞明做的施工方法改为暗进施工的方法,利用回填土体作洞顶覆盖层,以减少边仰坡开挖工作量,保护山体自然平衡。
《公路隧道设计规范》规定在以下列四种情况可设置明洞:
①洞顶覆盖层薄不宜大开挖修建路堑、又难于用暗挖法修建隧道的地段;
②路基或隧道洞口受不良地质边坡坍方、岩堆、落石、泥石流等危害又不易避开清理的地段;
③铁路公路沟渠和其它人工构造物必须在该公路上方通过,不宜采取隧道或立交桥涵跨越时;
④为了保持洞口自然环境而延伸洞口时。实际上,除了少数特殊情况外,大多数山岭公路隧道明洞均可采用暗进法施工,明洞暗进法是实现不伤坡进洞最有效、最实用的办法。
某高速公路隧道下行进口处的结构处于严重的偏 压状态,地面横坡陡,仰坡顶为国道及民宅区,地表植被茂盛,残坡积层较厚,岩层风化破碎,无自稳能力,地下水丰富,施工时处于雨季。
由于原设计洞口有15m抗偏压明洞,因此施工单位在拟定进洞方案时,采用了先明后暗的做法:施作左侧抗偏压挡墙→开挖边仰坡及明洞拱部的土石方(分段进行)→边仰坡防护→明洞拱部衬砌→明洞右侧边墙衬砌→明洞的仰拱部分→进洞。上述方案是一种常见的进洞方案,但存在以下问题:
①开挖明洞边仰坡和拱部土石方需大面积刷坡,地表稳定性和原坡体平衡遭到破坏,加上雨水冲刷渗透作用容易造成滑坡,危及国道及民宅区的安全;
③临时防护费用高。经业主、设计代表、驻地监理、施工单位现场反复论证,决定采用明洞暗进施工,在不扰动原边仰坡土体的情况下进洞。
暗进起点的选择应结合洞口的地质地形危岩状况综合考虑,以不影响坡体稳定为原则。根据施工现场实际情况,选定原设计明洞洞口为暗进起点
挡墙基础应设置在稳固的地基上,开挖至设计标高后,如其承载力不能满足要求,可采取加深扩大基础、钢筋混凝土桩基础、换填片碎石、砂砾或采取地基加密措施,如压浆等。考虑到挡墙承受一定的偏压荷载,在墙内可加入一定数量的结构钢筋以策安全。根据地形将原设计挡墙基础作了加深扩大处理。
对抗压挡墙和山体间进行回填夯实,回填前先在山体表面开挖台阶,清除表面植被腐植土,填料应选用稳定性较好的碎石土,水泥掺量5%～7%。回填高度以保证拱顶覆土高度≮2m为宜。
在拟定暗进起点处开挖右边槽,边槽尺寸以满足套拱施作为宜。拱脚处套拱地基应有一定的承载力, 如承载力不足,可采取加固措施。本例中套拱采用C20钢筋混凝土,厚50cm,宽100c m,呈半圆形。
为提高套拱刚度,在拱内配置<22mm(主筋)、<8mm(分布筋)钢筋,钢筋间距为25cm(主筋)、33cm(分布筋)。套拱内环向50cm间距预埋导向套管,套管内径大于管棚外径5～10cm。
管棚钢管采用直径为42～108mm热轧无缝钢管打设仰角1°～7°,管棚长度30～50m。钢管上按25cm间距钻6～8mm的小孔,打设完成后在钢管中注水泥浆或水泥—水玻璃浆液以加固仰坡土体。注浆结束后用M10水泥砂浆充填,以增强钢管的强度和刚度。
钢拱架与管棚围岩之间尽量贴紧,如因开挖造成 凹凸不平并有较大间隙时,应设置混凝土垫板或钢板,使钢拱架支撑得到充分利用。然后挂设<8mm钢筋网片,喷射混凝土形成洞门。
洞口段宜采用正台阶法或侧壁导坑法开挖。对于非偏压段,在选择暗进起点时,以保证拱顶自然覆土高度≮115～210m为宜,开挖套拱左右边槽至起拱线,施作导向套拱,一般不必采用回填土的方式。
采用明洞暗进法基本上不用削切原边仰坡,可完 整地保留地表植被,避免大挖大刷引起的边仰坡坍塌等病害,有效地保护洞口的自然环境,确保洞口安全,大大节约建设成本,值得推广和借鉴。
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知识点：山岭隧道洞口段施工工艺
