摘要 为了满足道路技术标准、当地人文环境、保护生态环境以及美观的需要,高速公路与城市道路采用了较多高架桥梁和隧道通行方案,但由于受到地形、地貌、地质条件的限制,不少地段需设置小净距、大断面隧道。目前“CRD法”及“双侧壁导坑法”在小净距、大断面隧道施工中尚不多见,因此该技术的研究对同类项目的施工具有一定的指导意义。 【关键词】小净距大断面施工技术
摘要
为了满足道路技术标准、当地人文环境、保护生态环境以及美观的需要,高速公路与城市道路采用了较多高架桥梁和隧道通行方案,但由于受到地形、地貌、地质条件的限制,不少地段需设置小净距、大断面隧道。目前“CRD法”及“双侧壁导坑法”在小净距、大断面隧道施工中尚不多见,因此该技术的研究对同类项目的施工具有一定的指导意义。
【关键词】小净距大断面施工技术
一、小净距、大断面隧道
1.1
小净距隧道
小净距隧道是指并行双洞之间的距离较小,在隧道设计施工中必须考虑双洞相互影响的隧道设置形式。
道路选线时上、下行隧道往往受地形限制,使得两相邻隧道的最小净距不能满足设计规范的要求,此时应设置小净距隧道或连拱隧道。
小净距隧道双洞的中夹岩柱宽度介于连拱隧道和双线隧道之间,一般小于1.5倍隧道开挖断面的宽度(表1)。
1.2
大断面隧道
目前,对大断面判断的标准较多,主要以国际隧道协会和日本的判断标准为主(表2)。
1.3
连拱隧道
并行双洞之间无中夹岩柱,两洞结构共用中隔墙的隧道设置形式。
1.4分离式隧道
并行双洞之间的距离较大,在隧道设计施工中不必考虑双洞相互影响的隧道设置形式。
二、工程概况
某隧道工程位于湖南省张家界市,该隧道形式为分离式小净距大断面隧道(小净距间距约为15 m)。隧道洞门为端墙式和削竹式,隧道净宽15.125 m、净高7.815 m,隧道净断面约160 m2。西线隧道全长307.77 m(其中,进口明洞15 m、暗洞271 m、出口明洞21.77 m;Ⅳ级围岩212.87 m、Ⅴ级围岩94.9 m;隧道最大埋深约62 m)。东线隧道全长320.18 m(其中,进口明洞23.48 m、暗洞276 m、出口明洞20.7 m;Ⅳ级围岩234.17 m、Ⅴ级围岩86.01 m;隧道最大埋深约66 m)。
该隧道地貌属于构造剥蚀作用形成的中低山地貌,隧道段内地形起伏大,山高坡陡,冲沟发育,冲沟走向南北向,呈“V”字形沟谷,地形地貌复杂。山坡面林木密集,主要为松木及灌木丛,通行困难。
区域资料显示隧道段没有断层穿过,区域构造稳定性较好。区内新构造运动主要表现为既间歇性抬升运动。根据岩石坚硬程度、岩体完整程度和基本质量指标BQ综合分级为Ⅳ、Ⅴ级围岩。
三、隧道施工重、难点
3.1
解决围岩扰动影响
据《公路隧道施工技术细则》(JTG/TF 60-2009)条文说明介绍:双洞开挖时,后行洞靠先行洞侧的围岩实际上处于悬空状态,这部分围岩经先行洞爆破开挖已扰动过一次,如果后行洞的施工方法不当,可能对围岩造成严重的二次扰动,并导致先行洞洞壁破坏。
查阅相关设计与施工规范,借鉴现有的施工经验,并结合隧道实际情况,我们采取两相邻隧道施工在前后错开100 m以上距离为安全施工作业距离,这样,爆破作业施工对邻洞围岩扰动影响不大。
3.2
控制大断面隧道开挖的安全隐患
根据前期勘测资料及设计文件所掌握的项目实际情况,本隧道工程断面相对较大,围岩主要为Ⅴ级和Ⅳ级,综合考虑安全、质量、进度、成本,比较多种施工方法,优选出了“CRD”法和“双侧壁导坑”法为主要开挖施工方法,该施工方法能最大程度降低施工安全风险。
四、“CRD法”及“双侧壁导坑法”
隧道工程开挖施工主要为循环施工作业,主要工艺流程如下:
测量放样→台车就位→超前支护→钻孔→装药起爆→通风、排险→初喷混凝土→出碴→拱架、锚、网、喷支护→下一循环。
中隔壁法(CD法)或交叉中隔壁法(CRD法)及双侧壁导坑法适用于地质差、断面大、地表下沉有严格要求的情况。
4.1
CRD法
中隔壁法也叫CD法,主要用于地层较差和不稳定岩体、且地面沉降要求严格的地下工程施工,当CD法不能满足要求时,可在CD法基础上加设临时仰拱,即所谓的交叉中隔壁法(CRD法),是将隧道断面分成左右两个导坑开挖,左右导坑部分均分两层开挖(图1)。
CRD法的施工组织顺序是:
(1)左侧导坑先行分台阶法开挖,交错掘进,开挖面前后距离错开3~5 m左右,采用人工配合小型挖掘机或弱爆破开挖(图2)。
(2)右侧导坑后行分台阶法开挖,与左侧导坑拉开≥30 m的距离。左右导坑外侧拱部均设超前Φ25 mm中空注浆锚杆,开挖后立即对洞壁初喷混凝土并进行掌子面封闭、架设钢拱架、挂网、打Φ25 mm中空注浆系统锚杆、喷混凝土至设计厚度。左右导坑钢拱架一一对应、紧密相连,使之封闭成环。
(3)左右导坑开挖完成后,拆除一段临时钢架支撑,浇筑仰拱及仰拱填充;其与右侧导坑下台阶开挖作业面拉开距离10 m。拆除时,在进行支护变形观测指导下,用火焰切割法分小段拆除内壁钢支撑。
(4)二次衬砌紧跟。仰拱及仰拱填充施作后,采用模板台车整体浇筑拱墙全断面二次衬砌,尽早将二衬封闭成环。
隧道施工坚持“弱爆破、短进尺、强支护、早封闭、勤量测”的原则,各分部采用机械开挖或小炮爆破,每循环进尺最大不超过2 m;工序变化处均按设计要求设Φ50 mm锁脚钢管;钢架之间纵向连接
钢筋及时施作;每段临时钢架支撑的拆除不超过10 m。
分部开挖由于断面小,出碴采用人工配合小型挖掘机将弃碴弃至下断面后再装载机装碴,自卸汽车运至洞外。
“CRD法”施工工艺流程图”如图3。
(5)中隔壁的拆除,一定要等围岩变形稳定后才能进行,这是考虑到如果过早拆除中隔壁,该处围岩会加速变形,最终导致失稳、坍塌。一次拆除长度应根据量测数据分析慎重确定,拆除后应立即施作二次衬砌。
(6)Ⅵ级围岩自稳性差,易坍塌,必须采用适当预加固措施,经处治后,才能保证结构和施工的安全。
4.2
双侧壁导坑法(又称眼镜工法)
将隧道断面分成左右两个侧壁坑和中洞核心三大部分开挖。侧壁坑和中洞核心部分均分两层开挖(图4)。
双侧壁导坑法施工组织顺序是:
(1)左侧导坑先行分台阶法开挖,交错掘进,开挖面前后距离错开4~6 m左右,采用人工配合小型挖掘机或弱爆破开挖(图5)。
(2)右侧导坑后行分台阶法开挖,与左侧导坑拉开不小于10 m的距离。两个侧壁导坑外侧拱部均设超前Φ25 mm中空注浆锚杆,开挖后立即对洞壁初喷混凝土并进行掌子面封闭、架设钢拱架、挂网、打Φ25 mm中空注浆系统锚杆、喷混凝土至设计厚度。
(3)中洞核心部分分两层开挖。在右侧导坑推进长度超过10 m后,中洞核心土上层开始掘进。先施作超前Φ25 mm中空注浆锚杆,然后开挖上层核心土。中洞上层核心土开挖后,立即初喷5 cm厚混凝土封闭围岩,然后架设拱部钢拱架,拱部钢拱架与双侧壁导坑边墙钢架一一对应,紧密相连,然后挂网、打Φ25 mm中空注浆系统锚杆、再复喷混凝土至设计厚度。
(4)中洞核心土下层开挖滞后于上层4~6 m。安设底部钢架使之封闭成环,复喷混凝土至设计厚度。
(5)中洞核心土下层开挖完成后,及时施作边墙、仰拱及仰拱填充;其与中洞核心土下层开挖作业面拉开距离10 m。
(6)二次衬砌紧跟。按设计意图,边墙、仰拱及仰拱填充施作后,拆除一段临时钢架支撑,采用模板台车整体浇筑拱墙全断面二次衬砌,尽早将二衬封闭成环。拆除时,在进行支护变形观测指导下,用火焰切割法分小段拆除内壁钢支撑。
隧道施工坚持“弱爆破、短进尺、强支护、早封闭、勤量测”的原则,各分部采用机械开挖或小炮爆破,每循环进尺最大不超过1 m;工序变化处均按设计要求设Φ50 mm锁脚钢管;钢架之间纵向连接
钢筋及时施作;每段临时钢架支撑的拆除不超过10 m。
分部开挖由于断面小,出碴采用人工配合小型挖掘机将弃碴弃至下断面后再用装载机装碴,自卸汽车运至洞外。
双侧壁导洞法施工工艺见“双侧壁导洞法施工工艺流程图”(图6)。
五、小净距、大断面隧道施工的经验
(1)科学安排、合理组织、反复论证并结合工程实际制定切实可行的施工方案,并严格按照方案执行施工。
(2)小净距隧道严格控制两相邻隧道的开挖间距,并根据实时监控量测得到的数据及时调整。
(3)小净距隧道施工尽量避免两边掌子面和相邻岩面同时爆破作业。
(4)大断面隧道严格按照施工方案制定的开挖顺序,严格控制开挖尺寸,真正做到“弱爆破、短进尺、强支护、早封闭、勤量测”的十五字方针。
(5)各循环工序间要合理调度,减少因空间狭窄造成人为的施工干扰。
(6)现场必须严格控制各关键工序,实行自检、互检、终检相结合的质量检查机制。隧道施工开挖、立架、锚杆、锁脚、超前、防排水、二次衬砌、注浆等一系列关键工序必须牢牢把握,以免造成安全质量事故。
(7)隧道施工因地质、围岩等存在很多不确定的因素,需要现场施工作业实行信息化施工,及早发现安全及质量隐患,及时采取有效的预防措施。
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知识点:“CRD法”及“双侧壁导坑法”在小净距、大断面隧道施工中的应用