橋隧相接隧道洞口淺埋偏壓段施工技術(shù)研究

王薦

【摘?要】淺埋偏壓隧道由于地形與地勢(shì)的非對(duì)稱性而導(dǎo)致結(jié)構(gòu)受力不均，表現(xiàn)為地層差異沉降，而地層差異沉降控制不當(dāng)又會(huì)威脅隧道結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和安全性。本文對(duì)橋隧相接隧道洞口淺埋偏壓段施工技術(shù)進(jìn)行分析，以供參考。

【關(guān)鍵詞】橋隧相接;洞口段;偏壓段研究

引言

隨著我國(guó)西南地區(qū)經(jīng)濟(jì)建設(shè)的發(fā)展，交通基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)也進(jìn)行的如火如荼。但受西南地區(qū)地形、地質(zhì)條件的約束，時(shí)常會(huì)出現(xiàn)隧道洞口段埋深較淺且為偏壓的情況。由于我國(guó)西南地區(qū)多處于高烈度地震區(qū)，且隧道洞口段抗震能力較差，有必要對(duì)具有淺埋偏壓特點(diǎn)的隧道洞口段采取有效的抗震措施。

1工程概況

云茂高速公路某隧道穿過(guò)構(gòu)造剝蝕丘陵，為分離式長(zhǎng)隧道，洞口小凈距，雙向四車道設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)速度為100km/h。根據(jù)隧道洞口地形情況，左、右線云浮端隧道洞門均采用端墻式，分離布設(shè)，左線隧道洞口里程為ZK39+534，明暗分界里程為ZK39+540，明洞長(zhǎng)6m;右線隧道洞口里程為K39+510，明暗分界里程為K39+516，明洞長(zhǎng)6m。左、右線隧道云浮端洞口地段主要為坡殘積粉質(zhì)黏土、全～強(qiáng)風(fēng)化變質(zhì)砂巖組成，巖體破碎，強(qiáng)度低，左、右線洞口段24m及30m范圍內(nèi)采用長(zhǎng)管棚超前支護(hù)，保證安全進(jìn)洞。（這段不要了）

2概述

淺埋偏壓隧道結(jié)構(gòu)受力特征影響分析已得到眾多專家學(xué)者的關(guān)注。通過(guò)三維數(shù)值模擬對(duì)淺埋偏壓條件下施工對(duì)圍巖和支護(hù)結(jié)構(gòu)力學(xué)特性的影響規(guī)律進(jìn)行了研究?；贖oek-Brown破壞準(zhǔn)則，采用極限分析上限理論，對(duì)淺埋偏壓隧道圍巖壓力分布規(guī)律進(jìn)行了研究分析，得到了隧道上方塌落體的構(gòu)成曲線。依托某高速公路隧道，運(yùn)用極限平衡原理，推導(dǎo)了臨近路基下淺埋偏壓隧道圍巖壓力解析解。通過(guò)ABAQUS軟件對(duì)淺埋偏壓條件下隧道襯砌結(jié)構(gòu)受力變形特征及穩(wěn)定性進(jìn)行了數(shù)值分析，重點(diǎn)研究了不同覆土厚度條件下隧道襯砌結(jié)構(gòu)受力特征、裂縫擴(kuò)展情況及混凝土單元損傷失效程度。借助結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性理論建立了梯形荷載作用下的簡(jiǎn)支梁模型求解拱頂上覆巖體最小安全厚度。根據(jù)虛功原理推導(dǎo)了淺埋偏壓隧道圍巖壓力的極限上限解析解。

3洞口段問(wèn)題及處理方案

3.1進(jìn)口左洞洞口段偏壓、淺埋

該隧道進(jìn)口左洞采用CD法開挖施工，目前開挖進(jìn)尺38m，仰拱施作24m，保留了導(dǎo)洞豎撐未拆除。由于該洞口存在一定偏壓且圍巖整體較破碎，隧道初期支護(hù)發(fā)生較大變形，洞口超前大管棚施工的護(hù)拱拱部及右側(cè)腰部出現(xiàn)縱向裂縫，隧道初期支護(hù)及仰坡噴射混凝土出現(xiàn)多處裂紋。洞口段地層巖性為第四系坡殘積粉質(zhì)黏土、元古代云開巖群變質(zhì)砂巖及其風(fēng)化層，由于受F1斷裂影響，巖體總體風(fēng)化強(qiáng)烈，巖體節(jié)理裂隙發(fā)育，較破碎。坡殘積土層、強(qiáng)風(fēng)化巖巖質(zhì)極軟，遇水易軟化崩解。山體受隧道開挖而擾動(dòng)，且在多次雨水共同作用下發(fā)生變形。

3.2處理方案及效果

（1）在進(jìn)洞左側(cè)ZK39+538—ZK39+555洞外左側(cè)約10m處，沿山坡等高線設(shè)置長(zhǎng)度約17m的鋼筋混凝土偏壓擋墻，擋墻高8m;擋墻基礎(chǔ)采用4根直徑為160cm抗滑樁，抗滑樁沿等高線直線排列，樁距4.5m，樁長(zhǎng)10m，擋墻施工完成后，墻內(nèi)回填土石方反壓隧道。擋墻頂部設(shè)置沉降觀測(cè)點(diǎn)，定期進(jìn)行觀測(cè)。（2）若對(duì)變形侵限段落采用換拱處理，將對(duì)整個(gè)初支體系及圍巖產(chǎn)生二次擾動(dòng)，破壞既有支護(hù)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定狀態(tài)，極易產(chǎn)生崩塌、冒頂，引起山體失穩(wěn)，存在極大的安全隱患。具體采取以下處理方式：①在保證鋼拱架保護(hù)層厚度的基礎(chǔ)上，采用鑿除鋼拱架表面處的部分噴射混凝土，使得最大侵限處不大于15cm;②調(diào)整隧道內(nèi)輪廓，在原設(shè)計(jì)基礎(chǔ)上內(nèi)輪廓半徑縮小5cm，保證侵限部分二襯最小厚度為40cm;③二襯鋼筋直徑由φ22mm調(diào)整為φ28mm，二襯混凝土標(biāo)號(hào)由C30調(diào)整為C35;④由于內(nèi)輪廓半徑的縮小，變更段二襯與標(biāo)準(zhǔn)段二襯接縫處會(huì)出現(xiàn)5cm的錯(cuò)臺(tái)，需注意順接，避免出現(xiàn)較大錯(cuò)臺(tái)。

4洞口施工

4.1施工測(cè)量

（1）開挖洞口之前先要做好測(cè)量準(zhǔn)備工作①對(duì)洞口地表地質(zhì)情況進(jìn)行復(fù)核;②在洞口位置進(jìn)行刷坡線放樣（2）觀測(cè)地表沉降，預(yù)埋基準(zhǔn)點(diǎn)首先需要對(duì)基準(zhǔn)點(diǎn)進(jìn)行預(yù)埋，選擇的預(yù)埋地點(diǎn)需要挨近截水溝，而且需要具備較好的斷面通視條件，方便進(jìn)行測(cè)量操作。然后沿著地面在隧道軸線和兩側(cè)各布置4個(gè)測(cè)點(diǎn)。

4.2隧道出口端洞口工程施工順序

出口端洞口地段通常都會(huì)存在嚴(yán)重偏壓，因此洞門通常會(huì)采用抗壓性能比較好的端墻式。先進(jìn)行地基加固處理，洞門地基承載力設(shè)計(jì)要求大于380KPA，地基加固預(yù)注漿漿液采用雙液，外圍注漿管加密先注漿以形成帷幕。耳墻地基承載力設(shè)計(jì)要求大于300KPA，對(duì)明洞基礎(chǔ)和耳墻基礎(chǔ)進(jìn)行開挖并換填，耳墻基礎(chǔ)施工是關(guān)鍵環(huán)節(jié)，耳墻施工必須能夠滿足設(shè)計(jì)的承載力，完成施工后還需要將10%的水泥土回填到耳墻和地表之間的空隙，然后才能進(jìn)行下一步施工。

4.3出口端左側(cè)耳墻施工

先對(duì)左線明洞基礎(chǔ)進(jìn)行開挖，并換填M7.5漿砌片石作為明洞與耳墻的基礎(chǔ)以達(dá)到設(shè)計(jì)承載力，再對(duì)耳墻進(jìn)行施工，由于耳墻澆筑受地形、施工環(huán)境等條件制約，耳墻澆筑現(xiàn)場(chǎng)采用分階段進(jìn)行施工，立模板3次成型，澆筑時(shí)考慮了二襯搭接時(shí)的鋼筋。待耳墻砼全部澆注完畢再進(jìn)行回填，回填高度為設(shè)計(jì)洞頂回填線?；靥钐幚?，回填前清除表面的植被、腐植土，并在山體表面開挖臺(tái)階，填料采用穩(wěn)定性好的碎石土，水泥摻量10%，施工時(shí)分層碾壓，壓實(shí)度應(yīng)達(dá)到97%，并采用保濕養(yǎng)生，不使水泥土表層干燥，水泥土的7天浸水抗壓強(qiáng)度應(yīng)大于3.5MPa;待洞口回填壓實(shí)完成之后，再施作Φ22砂漿錨桿，錨桿端部與襯砌外邊緣的距離至少為30cm，錨桿長(zhǎng)度根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，在施工中應(yīng)根據(jù)錨桿打設(shè)的位置來(lái)選取錨桿的長(zhǎng)度，間距150×150cm，按梅花型布置。

結(jié)束語(yǔ)

根據(jù)疊加原理推導(dǎo)了淺埋偏壓隧道施工誘發(fā)的地層沉降計(jì)算公式，該公式考慮真實(shí)淺埋偏壓隧道的坡面情況，并與現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行了對(duì)比分析，計(jì)算結(jié)果和現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)之間的誤差在隧道施工可接受范圍之內(nèi)，說(shuō)明所提計(jì)算方法的準(zhǔn)確性和合理性。該計(jì)算方法簡(jiǎn)單、方便，所需參數(shù)較少。

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（作者單位：北京遠(yuǎn)達(dá)國(guó)際工程管理咨詢有限公司）