甸头隧道下穿公路施工技术要点探讨

甸头隧道下穿公路施工技术要点探讨

云南公投建设集团十一工程有限公司云南昆明650034

摘要:本文经过甸头隧道下穿公路施工技术过程的分析与总结,对甸头隧道施工技术中各环节的要点进行介绍,以供借鉴。

关键词:高速公路;甸头隧道;隧道施工

1工程概况

大永高速公路土建第一合同甸头隧道为分离式隧道,位于宾川县大营镇内,设计为分离式双向六车道公路隧道,设计时速100km/h。甸头隧道左幅起止里程ZK6+752.44~ZK7+475,施工长度722.56米,隧道最大埋深约为115m。右幅起止里程K6+778~K7+490,施工长度712米,隧道最大埋深约为114m。

甸头隧道左幅在ZK6+997~ZK7+012段下穿原大西线二级公路,右幅在K7+030~K7+045段下穿原大西线二级公路,该段原设计地质围岩均为V2级,最小埋深左幅在ZK6+970处,埋深为9.43米;右幅在ZK6+990处,埋深为11.55米。岩石厚度仅3.5m,上面有修建原大西线时部分残留弃土和黏土。

2隧道设计情况

甸头隧道按高速公路等级设计,设计速度为100km/h,汽车荷载等级为公路??—Ⅰ级,设计使用年限为100年。隧道净宽14.50m,净高5.0m。根据设计图纸结论及建议,左幅ZK6+934~ZK7+054,右幅K6+960~K7+080段需要高度重视,建议采用超前预注浆或超前管棚支护设计,预防塌方冒顶影响正上方大西线二级公路交通。

在甸头隧道纵断面设计图中左幅ZK6+934~ZK7+014段、右幅K6+970~K7+050段各80米按SF5c衬砌类型设计,原设计超前支护为Φ42注浆小导管+自进式Φ76管棚,初期支护为I22型钢拱架+Φ8双层网片,系统锚杆设计为Φ25中空锚杆+Φ42注浆小导管,二衬设计为C30防水钢筋混凝土,衬砌厚度为70cm。

2016年10月24日指挥部召开“甸头隧道浅埋段施工技术交底会”,并于10月25日下发了甸头隧道洞内大管棚设计图纸资料,调整了甸头隧道下穿大西线时超前支护,由原设计Φ76自进式管棚改为Φ108×6mm钢管管棚,SF5c衬砌I22b钢拱架间距由原设计60cm调整为50cm,其余支护参数不变。

3施工原则

甸头隧道按新奥法原理施工,以锚杆、钢支撑、钢筋网及喷射混凝土作为初期支护,超前大管棚、超前小导管注浆及系统锚杆作为施工辅助措施。隧道跨越大西路施工严格按“早预报、前支护、短进尺、弱爆破、强支护、快封闭、勤量测,步步为营,稳步前进”的原则组织施工,必须贯彻“安全第一、预防为主”的方针。

4隧道施工方案

为保证隧道施工安全顺利通过此段,计划左、右洞分段施工通过甸头隧道下穿大西线二级公路,拟先施工甸头隧道右洞由宾川端向大理端施工贯通。

甸头隧道左幅大理端掌子面现已施工至ZK6+934(右幅掌子面施工至K6+970),暂停大理端隧道掌子面开挖施工且封闭隧道掌子面,洞内主要施工仰拱浇筑及二衬浇筑施工(尽量跟进掌子面),期间在原大西线二级公路下关至宾川方向左侧(甸头隧道左幅ZK6+997、右幅K7+030施工范围内)准备好临时用地以作应急道路,在隧道下穿施工时如影响原大西线交通通行时立即拉运K6+700处弃土场洞渣填筑处应急车道,将通行车辆引导至应急道路段通过,保障甸头隧道下穿大西线时原大西线二级公路交通不中断。

4.1甸头左幅施工

在跨越大西线路基15m范围(ZK6+012-ZK6+997)段设置2循环超前大管棚,分别在ZK7+018-ZK7+015、ZK7+009-ZK7+006两段设置管棚工作室,打设超前大管棚。隧道穿越大西线施工时,应严格控制施工进尺,尽量采用机械开挖,并加强隧道内监控量测及地表沉降监控。隧道施工开挖过程中,加强大西线的交通管制,施做第一、二循环管棚的时候,分别中断对应范围路面的交通,大西线采用单幅同行,确保施工及车辆的交通安全。

4.1.1管棚注浆采用水泥浆液,注浆参数如下:

(1)水泥浆液水灰比:1:1(重量比)。

(2)注浆压力:初始压力0.5-1.0MPa,终止压力2.0MPa。

(3)注浆前应进行现场注浆试验,根据实际情况调整注浆参数,取得管棚注浆施工经验;钢管内设置钢筋笼增加刚度。注浆结束后用M20水泥砂浆充填钢管,以增强管棚强度。

4.1.2施工注意事项

(1)超前钢管棚需按设计位置施工,严格控制管棚打设方向,并作好每个钻孔地质记录。

(2)管棚施工时,应对钢管主要材料进行材质检验。

(3)必须完成导向管施工后,方可开始管棚的施工。

(4)管棚与小导管连接段有不小于300cm的纵向搭接长度。

(5)施工中,注浆量达到设计注浆量或注浆压力达到设计终压时,可结束注浆。

(6)施工中应作好每根管棚的注浆记录,以为注浆参数的调整提供科学依据。

(7)加强围岩量测。对隧道围岩及其初期支护进行量测,是保证隧道施工安全、优化结构设计、提高工程质量的重要手段,利用围岩量测反馈的信息及时作出决策,对顺利完成的该段隧道施工有着特殊的意义。

(8)监控量测及支护处置方案。在该段隧道施工中,把公路路面沉降观测、拱顶下沉、收敛量测、钢支撑受力量测、超前地质预报作为围岩量测的重点。特别是在横穿大西二级公路浅埋段110m范围施工中,安排专门量测监控人员,每隔3~6m分别在拱顶、起拱线、墙腰、隧道上方公路路面设置观测点,每天不少于3次观测,在量测监控中,如发现初期支护完成后,地表沉降异常,结合对水平收敛、钢支撑受力量测的分析,发现围岩和初期支护有过量形变,要根据新奥法施工强支护、快封闭的原则及时分小段衬砌成环,即每开挖3~6m,就安排先行施工全断面衬砌成环,以保证施工安全和施工质量。二次衬砌后也应布设相应位置的沉降收敛观测点,继续监测大西二级公路行车对隧道施工的影响。

4.1.3穿越ZK6+997-ZK6+934浅埋段施工

施工至ZK6+997时,邀请指挥部、设计院及监理单位对该段进行现场查看,以确定是否需要加强超前支护按照大管棚进行施工。若经过评估后,仍按原设计(Φ76自进式管棚)进行施工,则按照两阶段设计图采用Φ76自进式管棚注浆+小导管注浆作为施工辅助措施穿越该交叉段。

4.1.4自进式管棚施工

(1)自进式管棚施工前必须喷射10cm厚的混凝土封闭掌子面,保证注浆时浆液不向掌子面外流出。

(2)管棚应按设计位置跳孔施工,钻机立轴方向必须准确控制,以保证孔口的孔向准确,钻进中应经常采用测斜仪测量钻进的偏斜度,发现偏斜超过设计要求时,应及时纠正。

(3)锚杆对准设计的锚孔位置,凿岩机应先供风或水,然后钻进。软岩中钻进时,钻孔的水孔易堵塞,应放慢钻进速度,多回转、少冲击。

(4)达到设计深度后,应用水或高压风洗孔,检查孔是否畅通,然后卸下钻杆连接套,锚杆外露孔口长为10-15cm。

(5)帽装配套将孔口帽(止浆塞)通过锚杆外露端打入孔口30cm左右。锚杆需加长,用锚杆连接套连接孔中的锚杆和另一根锚杆,然后继续钻进,至设计深度。

(6)注浆过程中若出现堵管现象,应及时清理锚杆、注浆软管及泵,此时若泵的压力表显示有压,应先卸压后拆下各接头进行处理。

(7)为保证压浆效果,橡胶止浆塞距孔口应不小于30cm,而且待注浆引起的排气完毕之后即用锚固剂封闭止浆塞以外的钻孔,这样才能保证达到1.0mpa的注浆压力。

(8)管棚施工应采用跟管钻孔工艺,以保证管棚的有效长度和施工质量。

4.2甸头右幅施工方案

甸头隧道右幅宾川端现已施工至K7+041.5,已下穿大西线3.5m(按原设计Φ76自进式锚杆+超前小导管施工),根据2016年10月25日下发的甸头隧道洞内大管棚设计图纸中有3m管棚工作室,现场已无法施工管棚工作室打设管棚。因此甸头隧道右幅跨越大西线主要分三部分进行施工:

4.2.1K7+041.5-K7+030跨越大西线路基段施工

现场已在K7+041.5处安装了打设自进式管棚的拱架,准备打设第二环Φ76自进式管棚。现拟采用Φ108大管棚作为超前支护通过大西线路基段,按照2016年10月25日下发的《甸头隧道洞内大管棚设计图》在K7+041.5处已无法施工管棚工作室。主要原因有

(1)K7+044.5-K7+041.5段已施工完成的SF5c初期支护无法拆除,该段初支已进入大西线,拆除钢架后,在无钢架支护的情况下,对围岩扰动极大,在上方公路车辆动载的影响下,围岩自稳能力受到破坏,容易引起冒顶事故。

(2)若在K7+041.5-K7+038.5段施做管棚工作室,该段已在公路正下方,按照下发的《甸头隧道洞内大管棚设计图》,开挖断面还需要在增大50cm,开挖半径及临空面均响应增大。且洞内外监控量测数据显示大西二级公路的行车动载过大,沉降收敛值超限。拟打设的原设计Φ76自进式管棚已无法满足施工需求,需立即调整支护参数。

4.2.2加快K7+041.5-K7+051.5段后续工序施工

在围岩趋于稳定的情况下,为下一步的Φ108超前管棚施工做好准备,准备施作Φ108超前管棚。具体施工方案如下:

(1)在K7+041.5处钢拱架顶部采用风镐扩大轮廓线(约20cm),打设Φ140*8mm导向钢管2m,打设前先检查、调整好导向钢管角度及位置,经检查合格准备进行导向钢管施工。

(2)导向钢管施作后,将导向钢管尾部焊接在钢拱架背部(K7+041.5处)。然后挂网喷浆封闭掌子面,只露出导向管端头。

(3)采用跟管施工法打设Φ108超前钢管管棚,以保证管棚的有效长度和施工质量,管棚长度13m,施工时重点控制钻孔角度,钢管间距等。管棚采用跳孔施工,钻机立轴方向必须准确控制,以保证孔口的孔向准确,钻进中应经常测量钻进的倾斜度,发现偏斜超过设计要求时,应及时纠正。

(4)及时安放Φ108钢管管棚内钢筋笼并进行管棚注浆工作,注浆时采用隔孔注浆,从两侧下方管棚往上方进行。注浆过程中若出现堵管现象,要及时清理注浆软管及泵,此时若泵的压力表显示有压,应先卸压后后拆下各接头进行处理。为保证压浆效果,止浆塞距孔口应不小于30cm,而且待注浆引起的排气完毕之后即用锚固剂封闭止浆塞以外的钻孔,这样才能保证达到注浆压力。注浆前应先进行注浆现场试验,注浆参数应通过现场试验按实际情况确定,以利施工。

(5)管棚施工时相关参数按照下发的《甸头隧道洞内大管棚设计图》。

4.2.3跨越大西线隧道主要开挖方法

完成超前Φ108钢管管棚施工后,根据超前地质预报所揭示岩体破碎带及埋深,开挖时按大永高速公路甸头隧道施工设计图采用6步环型开挖法施工右幅K6+970~ZK7+041.5(左幅ZK6+934~ZK7+014)段。如图:

5通过甸头隧道下穿大西二级公路浅埋段施工后的几点体会

(1)经过近半年的紧张施工,甸头隧道右幅已顺利穿过覆盖层厚仅9~10m,且多为人工弃方的浅埋段,对隧道上方的大西二级公路通行基本无影响,充分表明了设计和施工方案的可行,以及施工措施的严密。

(2)通过该工程的施工,隧道采用新奥法,在施工中灵活运用超前大管棚技术,是解决在复杂地质条件下隧道浅埋段和地下工程施工难题的关键。

(3)超前管棚注浆对于隧道浅埋段上方人工弃方的固接,预防塌方作用明显。

(4)加强洞内外监控量测对指导施工,及时调整支护参数,保证施工质量和安全,提高施工效率和综合效益,有着十分重要的意义。

(5)通过贯通后的监控结果表明,对于这种穿越公路的隧道施工,路面行车动载,在隧道掘进及初期支护期,对隧道施工影响较大,在洞内施工二次衬砌后,动载的影响较小,二衬强度达到后沉降及收敛基本趋于稳定。

参考文献

[1]《公路隧道施工技术规范》(JTGF60-2009)

[2]《土方与爆破工程施工及验收规范》(GB50201-2012)

[3]《公路工程质量检验评定标准》(JTGF801-2004)

[4]《公路工程集料试验规程》(JTGE42-2005)

[5]《公路工程地质勘察规范》(JTGC20-2011)

[6]《公路勘测规范》(JTGC10-2007)

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