談橋隧相連高邊坡隧道安全出洞施工技術(shù)

李兵兵

(山西路橋第二工程有限公司，山西臨汾 041000)

0 引言

由于國(guó)家的飛速進(jìn)步，許多崎嶇不平的山地也修建了高速公路。為了讓高速公路起到它應(yīng)有的作用，設(shè)計(jì)人員放棄了以前的繞行辦法，而是采取修建短隧道群的辦法，這樣在項(xiàng)目施工過程中，就使得一些橋隧相接或者是進(jìn)出口發(fā)生高坡現(xiàn)象，從而降低了隧道修建的安全性，也使高邊坡的牢固性達(dá)不到標(biāo)準(zhǔn)要求。因此，本文根據(jù)某項(xiàng)目的實(shí)際施工過程，對(duì)安全修建橋隧相接以及高邊坡的技巧進(jìn)行整理研究，為此類隧道修建起到積極作用。

1 項(xiàng)目概述

某隧道屬于雙洞單向隧道，處于高速公路上部，左右兩洞距離大約7.8 m～30 m，左、右線洞口段處于緩和曲線上，左洞長(zhǎng)745 m，右洞長(zhǎng)807 m。左洞邊坡比較陡，角度約有90°，巖層奇形怪狀，植物較少，存在孤石。左洞單向鑿開。現(xiàn)在，二次襯砌右洞工程已結(jié)束，左洞還有11 m未完成。按照目前具體的開鑿狀況分析，左洞未鑿的部分圍巖屬于風(fēng)化程度較大的石英砂巖，巖石整體性不強(qiáng)，裂縫以塊狀存在，其中有水滲入，屬于Ⅳ級(jí)圍巖。

2 隧道出口處圍巖的牢固性研究

因?yàn)樗淼莱隹谔幍倪吰螺^陡，巖石整體性不強(qiáng)，巖層的角度幾乎為90°，巖層之間存在軟弱夾層，洞口下部的巖體會(huì)受到上方的下滑力。同時(shí)，此出口處是橋隧的相接部分，巖石在橋臺(tái)修建以及進(jìn)行隧道炸開、開鑿、襯砌的時(shí)候，會(huì)受到相當(dāng)大的影響，使出口邊坡穩(wěn)固性降低，造成滑坡現(xiàn)象，影響施工與運(yùn)輸。此隧道出口邊坡牢固性的影響因素可總結(jié)為:

1)橋臺(tái)修建的影響。

隧道出口處修建之前，已經(jīng)結(jié)束了橋臺(tái)和橋梁的建設(shè)。建橋臺(tái)的時(shí)候，實(shí)施出口邊坡的開鑿，降低了以下方圍巖給上部的力，縮小滑坡面積，從而加強(qiáng)巖體上部的下滑作用，降低了邊坡的安全性，增加了上方巖體滑坡的可能性。如圖1所示，橋臺(tái)修建過程中，進(jìn)行 C，B，D 的開鑿，使得滑動(dòng)面從 A，B，E，F(xiàn) 減少到 B，E，F(xiàn)，從而使山體的抗滑能力降低。

圖1 橋臺(tái)施工的影響

2)隧道炸開、開鑿的影響。

某些坡體由于隧道出口處圍巖炸開而振動(dòng)，不僅擴(kuò)張了已存在的節(jié)理、裂縫，也出現(xiàn)了新的節(jié)理、裂縫，同時(shí)還使巖體的軟弱夾層移位，導(dǎo)致上部坡體滑落。因?yàn)榇藭r(shí)橋臺(tái)已建成，隧道開裂使橋臺(tái)發(fā)生震動(dòng)，影響其穩(wěn)定性。除此之外，隧道的開鑿使應(yīng)力分布改變，洞邊圍巖由三維應(yīng)力變成二維，增加了松動(dòng)圈的徑長(zhǎng)，而且洞周圍凈空發(fā)生移位，洞室上方的巖體又發(fā)生滑移，擴(kuò)張了裂縫，降低了坡體的牢固性，因而發(fā)生上部坡體的滑坡現(xiàn)象。

3)坡體風(fēng)化過度的影響。

由于施工的原因，影響了邊坡的巖體穩(wěn)定性，擴(kuò)大了裂縫，巖石發(fā)生移位，往后運(yùn)輸時(shí)，更促進(jìn)了自然因素以及人為因素對(duì)邊坡風(fēng)化作用的影響，從而導(dǎo)致發(fā)生巖體滑落以及坡體震動(dòng)的情況。

3 安全出洞建設(shè)技巧

3.1 施工策略

由于在隧道修建和經(jīng)常使用的過程中，可能會(huì)發(fā)生橋隧相接洞口高邊坡存在的事故，所以開工之前應(yīng)該注意以下三方面:

1)為了防止山體發(fā)生滑坡等一系列不穩(wěn)定現(xiàn)象，應(yīng)該確保五一村山體在進(jìn)行隧道修建過程中盡量不受影響;

2)隧道炸開的過程中，盡量防止橋臺(tái)不受損害;

3)為了保證車輛以及橋梁不受傷害，應(yīng)避免隧道開通時(shí)高邊坡滑落碎石的現(xiàn)象發(fā)生。

對(duì)于此邊坡出現(xiàn)的牢固性事故，根據(jù)當(dāng)時(shí)的地理環(huán)境，考慮到隧道出洞的建設(shè)條件、施工技能，經(jīng)過精心的探討分析應(yīng)對(duì)策略，制作了以下方法:

1)利用塑料導(dǎo)爆管非電起爆、預(yù)裂炸開技能，設(shè)置新的主洞炸開參數(shù)。

2)拋棄隧道出口處的全部開鑿，應(yīng)用上臺(tái)階小導(dǎo)坑先行出洞的開鑿策略，根據(jù)連拱隧道中導(dǎo)坑設(shè)置小導(dǎo)坑斷面大小。

3)增強(qiáng)左洞主洞支護(hù)參數(shù)，按照巖體節(jié)理布局合理分布錨桿方向。

4)針對(duì)已經(jīng)開工的橋梁，通過土層掩蓋的方式予以維護(hù)，同時(shí)安裝橫向空眼降低炸開力度，從而確保橋臺(tái)的安全。

5)通過主動(dòng)防護(hù)網(wǎng)和被動(dòng)網(wǎng)同時(shí)使用的方式保護(hù)仰坡的安全。

6)適宜的增加明洞長(zhǎng)度。

7)將相對(duì)位移的勘測(cè)點(diǎn)設(shè)置在隧道上部坡體、洞內(nèi)和橋臺(tái)處，測(cè)點(diǎn)設(shè)計(jì)在節(jié)理面、斷層面兩側(cè)和洞口不密實(shí)的覆蓋面周圍，每天做2次觀察。

3.2 炸破控制策略

通過預(yù)裂爆破進(jìn)行開鑿，降低對(duì)圍巖的影響，使其穩(wěn)定性恒定，減小了其安全隱患。采用豎直中空楔眼掏槽、非電毫秒雷管(1段～15段)、32 cm×20 cm和25 cm×20 cm號(hào)巖石硝銨炸藥。周邊眼采用的是小直徑藥卷間隔裝藥、導(dǎo)爆索聯(lián)結(jié)，余下的炮孔應(yīng)用的是2藥卷連續(xù)裝藥、塑料導(dǎo)爆管傳爆。引爆方法是通過集束為中心的混合相連的引爆網(wǎng)絡(luò)、火雷管引爆、反向起爆。與洞身進(jìn)行修建時(shí)的炮眼數(shù)比較，鉆孔數(shù)超了34個(gè)，周邊眼間距從洞身55 cm～60 cm減少至45 cm，根據(jù)進(jìn)尺標(biāo)準(zhǔn)，炮眼深度設(shè)置成1 m。單孔容藥小于孔深的1/3。臺(tái)階分為2層，隔1 m一個(gè)節(jié)段，進(jìn)行炸破工作，炸破之前采用袋裝砂壓住臨空面。為了達(dá)到良好的炸破效果，使其盡量不影響坡體圍巖的穩(wěn)定性，避免滑坡、橋臺(tái)錯(cuò)動(dòng)現(xiàn)象的發(fā)生，可以通過降低炮眼的深度，增加炮眼數(shù)量，降低單孔載藥量，預(yù)裂炸破等多種方法達(dá)到目的。

3.3 洞內(nèi)修建控制方法

此隧道周邊的圍巖屬于Ⅳ級(jí)，采取上下斷面臺(tái)階法修建，并且兩臺(tái)階間距達(dá)到正常施工的標(biāo)準(zhǔn)，可以有效降低開鑿隧道對(duì)坡體的影響。

隧道出口處屬于小距段，為了保證出洞的安全性，必須增強(qiáng)早期保護(hù)工作。利用錨噴進(jìn)行早期支護(hù)，C20噴射混凝土有22 cm厚;22鋼格柵拱架相距60 cm;徑向錨桿采用L=300 cm的22藥卷錨桿和L=400 cm的D25中空注漿錨桿，錨桿以1.0 m×1.0 m(環(huán)×縱)以梅花形布局。超前支護(hù)應(yīng)用的是長(zhǎng)450 cm、間距30 cm的雙層超前小導(dǎo)管。倘若洞內(nèi)圍巖比較碎，必須加固破碎部分的超前小導(dǎo)管和錨桿，按照掌子面的節(jié)理與損壞度進(jìn)行分布，錨桿的方向應(yīng)該垂直于巖層的節(jié)理面。二次襯砌時(shí)，采取的是40 cm厚的模筑混凝土。

明洞應(yīng)按照地勢(shì)相對(duì)加長(zhǎng)，明洞襯砌上部添加3 m厚C20混凝土，二次襯砌時(shí)，在符合設(shè)置要求的強(qiáng)度時(shí)，再分2層實(shí)施澆筑工程，外部鋪撒1 m厚砂起緩沖作用。洞門處的墻根按照地勢(shì)適當(dāng)進(jìn)行增高、增厚。

3.4 高邊坡維護(hù)

汝城端仰坡利用SNS系統(tǒng)防護(hù)網(wǎng)對(duì)邊坡進(jìn)行保護(hù)，從而避免隧道在開鑿時(shí)震搖使碎石滑落，導(dǎo)致橋梁和隧道的正常運(yùn)輸安全受到威脅，其防護(hù)網(wǎng)分為面積大于10 000 m2的主動(dòng)保護(hù)網(wǎng)和2道被動(dòng)防護(hù)網(wǎng)(如圖2，圖3所示)。

圖2 主動(dòng)防護(hù)網(wǎng)系統(tǒng)

圖3 被動(dòng)防護(hù)網(wǎng)系統(tǒng)

防護(hù)網(wǎng)工作結(jié)束后，接下來(lái)就是對(duì)出洞、邊和仰坡的維修。防護(hù)網(wǎng)施工之前，必須先將坡面保護(hù)面積內(nèi)給修建安全造成安全隱患的碎石、碎土進(jìn)行徹底清理，并處理不達(dá)標(biāo)的一些地勢(shì)。主動(dòng)和被動(dòng)防護(hù)網(wǎng)施工技能包括:

1)主動(dòng)防護(hù)網(wǎng)。

a.錨孔方位。先進(jìn)行邊坡地質(zhì)情況的勘測(cè)，盡可能的保證錨桿和基座與基巖的穩(wěn)定狀態(tài)。b.開挖錨桿孔?？咨钶^錨桿長(zhǎng)5 cm，孔口開挖的深度應(yīng)大于錨桿環(huán)套長(zhǎng)度的凹坑，并對(duì)孔內(nèi)進(jìn)行清理。c.注漿的同時(shí)插入錨桿。利用強(qiáng)度大于M20的水泥砂漿注滿錨孔，插入錨桿同時(shí)旋轉(zhuǎn)幾圈，確保錨桿和漿液碰觸完全，養(yǎng)護(hù)時(shí)間多于3 d。d.設(shè)置縱、橫向支撐繩。采取張線器撐緊支撐繩，避免發(fā)生松動(dòng)，撐緊后采用專用繩卡和錨桿外露套環(huán)在兩頭進(jìn)行連接。e.設(shè)置鋼繩網(wǎng)。鋼繩網(wǎng)連接長(zhǎng)度應(yīng)大于5 cm，鋼繩網(wǎng)和支撐繩間通過8 mm鋼繩連接，同時(shí)處于張拉狀態(tài)，縫合繩兩頭分別使用一個(gè)繩卡和網(wǎng)繩連接起來(lái)。f.安裝結(jié)束后做全面檢驗(yàn)。

2)被動(dòng)防護(hù)網(wǎng)。

a.實(shí)施當(dāng)場(chǎng)定位。當(dāng)場(chǎng)放線長(zhǎng)度應(yīng)按照地勢(shì)的突兀度加長(zhǎng)3%～8%。b.基坑開鑿、鉆鑿錨桿孔。存在掩蓋層的地方先鑿開掩蓋材料，再?zèng)Q定錨桿插入基巖深度，鑿出錨桿孔。c.預(yù)埋錨桿和灌注混凝土。針對(duì)巖體基礎(chǔ)，先將錨桿放進(jìn)去再灌注混凝土;針對(duì)混凝土基礎(chǔ)，應(yīng)先灌注混凝土再進(jìn)行錨桿的設(shè)置。d.基座的設(shè)置。澆筑混凝土2 d結(jié)束后，把基座帶進(jìn)地腳螺栓，固定螺帽。e.鋼柱和上拉錨繩的設(shè)置。先把鋼柱置于基座上，在鋼柱頂端掛座和錨桿上安裝上拉錨繩的掛環(huán)，調(diào)節(jié)鋼柱和基座的位置并確定好，繃緊上下錨拉繩進(jìn)行最終定位。側(cè)拉錨繩設(shè)置同上。f.設(shè)置上下支撐。應(yīng)先設(shè)置好上支撐繩，隨后進(jìn)行下支撐繩的設(shè)置，第二根下支撐繩的設(shè)置和第一根方式相同，方向相反，然后在離減壓環(huán)40 cm的地方通過一個(gè)繩卡連接2根底部支撐繩，進(jìn)而構(gòu)成2根交叉的雙支撐繩構(gòu)造。g.安裝鋼繩網(wǎng)。用繩卡將鋼繩網(wǎng)暫時(shí)與上下支撐繩連接。縫合繩按單張網(wǎng)周長(zhǎng)1.3倍下料，從防護(hù)系統(tǒng)一端中點(diǎn)開始，一半順時(shí)針、另一半逆時(shí)針縫合。當(dāng)達(dá)到下支撐繩時(shí)轉(zhuǎn)向另一張網(wǎng)并與支撐繩纏在一起，確保左右側(cè)縫合繩頭重疊1 m。h.安置格柵。將格柵掛于鋼繩網(wǎng)內(nèi)側(cè)，將外側(cè)折到網(wǎng)的外側(cè)15 cm，用扎絲固定;格柵底部沿斜坡向鋪設(shè)0.5 cm。格柵網(wǎng)間疊加0.1 m，用扎絲固定在鋼繩網(wǎng)上，節(jié)點(diǎn)間距應(yīng)該小于1 m。

3.5 大橋的維護(hù)

因?yàn)楣艠虼宕髽蛞呀?jīng)徹底竣工，為了確保在隧道爆破的過程中石頭不至于滾落下來(lái)，所以采取以下措施進(jìn)行橋梁的安全保障工作:

1)針對(duì)臺(tái)背選取機(jī)制砂來(lái)回填，從而減小爆破對(duì)橋臺(tái)的作用力。

2)橋面通過黏土來(lái)覆蓋，覆蓋層厚度應(yīng)該大于80 cm，長(zhǎng)度在10 m以上。

3)針對(duì)會(huì)遭到滾石襲擊的墩柱通過圓柱墩模板和平模進(jìn)行遮擋、覆蓋。

4)為了確保橋臺(tái)安全性，在隧道左洞小導(dǎo)坑貫通后、主洞挖通之前，在離古橋村高架左線郴州岸臺(tái)尾30 cm處設(shè)置兩排橫向空眼，空眼寬度為13 m，孔深到隧道開挖邊界線下部以下50 cm，縱橫間距為50 cm×30 cm?？昭郾仨毥o予覆蓋保護(hù)措施。

4 結(jié)語(yǔ)

本文描述了橋隧相連處高邊坡隧道施工過程中可能出現(xiàn)的邊坡失穩(wěn)等問題，通過對(duì)洞內(nèi)施工安全、邊坡和橋臺(tái)保護(hù)等方面采取相應(yīng)的安全出洞施工技術(shù)措施進(jìn)行避免:

1)通過SNS柔性防護(hù)網(wǎng)對(duì)高邊坡進(jìn)行主動(dòng)和被動(dòng)防護(hù);

2)把光面爆破與預(yù)裂爆破技術(shù)有機(jī)融合，少藥量、多循環(huán)爆破，降低其對(duì)邊坡以及橋臺(tái)的振動(dòng)作用;

3)將全斷面開挖改為臺(tái)階法開挖，同時(shí)提高早期支護(hù)參數(shù)的強(qiáng)度。事實(shí)證明，通過上述措施，可以有效防護(hù)邊坡以及橋臺(tái)的安全，保證隧道施工以及運(yùn)營(yíng)正常進(jìn)行。

［1］ 譚 丹.淺析高速公路橋隧連接工程中的隧道洞門施工技術(shù)［J］.華章，2012(10):26-28.

［2］ 鄭 光，許 強(qiáng)，杜宇本.高陡巖質(zhì)橋隧工程邊坡穩(wěn)定性評(píng)價(jià)及工程支護(hù)措施［J］.成都理工大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)，2011(4):53-54.

［3］ 張 劍.山區(qū)高速鐵路隧道間橋隧連接結(jié)構(gòu)探討［J］.鐵道工程學(xué)報(bào)，2011(8):89-90.