大跨度隧道洞身淺埋偏壓段方案比選

李發(fā)均

【摘? 要】論文以汕頭至昆明高速公路龍川至懷集段李田隧道右線K106+680～K106+760段洞身淺埋偏壓段為工程背景，對(duì)淺埋偏壓段洞頂反壓回填土石方、洞內(nèi)大管棚超前支護(hù)雙側(cè)壁導(dǎo)坑法這兩種施工方法進(jìn)行了對(duì)比分析。對(duì)于如何選擇適用以便于操作的施工方法，應(yīng)根據(jù)圍巖的類(lèi)別、水文地質(zhì)的情況以及工程項(xiàng)目施工現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況，全面綜合考慮。主要從環(huán)境保護(hù)、施工安全、工程質(zhì)量、施工進(jìn)度、工程造價(jià)等多方面求得平衡。淺埋偏壓段地質(zhì)條件差，安全因素起主導(dǎo)作用。在此基礎(chǔ)上，確定適合本工程的最佳施工方案。

【Abstract】This paper takes the shallow-buried and unsymmetrical loading section of the tunnel body of right line K106+680～K106+760 section of Litian Tunnel in the Longchuan to Huaiji section of the Shantou-Kunming Expressway as the engineering background， and makes a comparative analysis of the two construction methods， that is， backpressure backfilling of earthwork at the top of the entrance in the shallow-buried and unsymmetrical loading section and large pipe shed advance support and double side wall heading method in the tunnel. For how to select the applicable construction method for easy operation， it should be considered comprehensively according to the types of surrounding rock， the situation of hydrogeology and the actual situation of the construction site of the engineering project. It mainly makes the balance of environment protection， construction safety， engineering quality， construction schedule and engineering cost and other aspects. The geological conditions of the shallow-buried and unsymmetrical loading section are poor， and safety factors play a dominant role. On this basis， the best construction scheme suitable for this engineering is determined.

【關(guān)鍵詞】隧道;淺埋偏壓;大管棚;雙側(cè)壁導(dǎo)坑法

【Keywords】tunnel; shallow-buried and unsymmetrical loading; large pipe shed; double side wall heading method

【中圖分類(lèi)號(hào)】U452.1+2? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?【文獻(xiàn)標(biāo)志碼】A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?【文章編號(hào)】1673-1069（2021）03-0132-03

1 引言

隨著我國(guó)交通事業(yè)的飛躍發(fā)展，國(guó)民收入與人均生活水平的不斷提升，中國(guó)家用汽車(chē)逐漸普及，交通運(yùn)輸量的日益增大，原來(lái)常規(guī)設(shè)計(jì)的雙向四車(chē)道高速公路已經(jīng)完全無(wú)法滿(mǎn)足交通運(yùn)輸增長(zhǎng)的需求，因此，產(chǎn)生出了雙向六車(chē)道高速公路，與之相匹配的單洞三車(chē)道大跨度扁平斷面公路隧道應(yīng)運(yùn)而生。因此，單洞三車(chē)道大跨度隧道施工技術(shù)成為一個(gè)重要的研究課題，特別是地質(zhì)復(fù)雜的淺埋偏壓段的施工顯得尤為重要。本文以汕昆高速公路龍川至懷集段李田隧道右線K106+680～K106+760段洞身淺埋偏壓段為實(shí)例，對(duì)淺埋偏壓段洞頂反壓回填土石方、洞內(nèi)大管棚超前支護(hù)雙側(cè)壁導(dǎo)坑法兩種施工方法進(jìn)行了對(duì)比分析探討，以便選擇最佳施工方案，這是順利穿越隧道淺埋偏壓段一件很重要的工作，它將直接影響施工進(jìn)度和工程成本的投入等。

洞內(nèi)管棚超前支護(hù)就是在隧道內(nèi)采用大管棚的形式增長(zhǎng)增強(qiáng)超前支護(hù)加固措施的一種方法。本文在確保工程施工安全的前提下，就如何確保工程質(zhì)量、施工進(jìn)度等方面進(jìn)行了詳細(xì)的分析和探討。

2 工程概況

汕昆高速公路龍川至懷集段TJ5標(biāo)李田隧道為雙向六車(chē)道分離式小凈距隧道，位于廣東省河源市東源縣船塘鎮(zhèn)李田村，左線起止樁號(hào)為ZK106+577～ZK107+051，長(zhǎng)474m;右線起止樁號(hào)為：K106+581～K107+033，長(zhǎng)452m。左線位于R=1720m平曲線上，路線縱坡為0.87%、1.893%;右線位于R=1850m平曲線上，縱坡為1.54%。

本隧道屬于淺埋偏壓隧道，左線最大埋深約73m，右線最大埋深約62m，其中，右線K106+680～K106+760段，長(zhǎng)80m，拱肩距離地表最薄處僅5m，如圖1所示。為減小地形偏壓對(duì)隧道的影響，設(shè)計(jì)施工方案是該段隧道開(kāi)挖前對(duì)地表采用反壓回填土石措施進(jìn)行處理。

2.1 地質(zhì)條件

李田隧道區(qū)域內(nèi)地表覆蓋層為第四系坡殘積層（Qdl+el）和燕山三期侵入巖體——粗粒花崗巖（Y52-3）。

2.2 地質(zhì)構(gòu)造

李田隧道工程區(qū)均屬于構(gòu)造剝蝕丘陵區(qū)，地形切割十分強(qiáng)烈，溝谷較發(fā)育，地面高程為376～491m，相對(duì)高差為115m，隧道進(jìn)口、出口山坡坡體較陡，自然坡度為20～45°，植被比較發(fā)育。附近無(wú)村道相接，交通十分不便。

2.3 水文地質(zhì)條件及區(qū)內(nèi)氣候

工程所在地為南亞熱帶季節(jié)風(fēng)氣候，干季、雨季十分明顯，春季暖和、夏季多雨、秋季涼爽、冬季無(wú)嚴(yán)寒。該區(qū)年平均氣溫為11.5～26.1℃，月平均氣溫最高29.3℃，月平均最低7℃，極端最高氣溫38.7℃，極端最低氣溫-1.9℃。全年平均降雨量為1500～2500mm，主要集中在4月至9月。

根據(jù)初次地勘鉆孔Z1-李田隧道-4，在鉆孔內(nèi)注入水試驗(yàn)成果：涌水量Q=26.5m3/d，滲透系數(shù)k=0.391m/d，影響半徑51.37m。水質(zhì)：經(jīng)過(guò)水質(zhì)取樣試驗(yàn)檢測(cè)，地表水、地下水類(lèi)型為：HC03-K.Na.Ca型水，對(duì)鋼材、混凝土等均無(wú)腐蝕性。

2.4 地震等級(jí)

根據(jù)GB 18306—2001《中國(guó)地震參數(shù)區(qū)劃分》標(biāo)準(zhǔn)，李田隧址區(qū)域內(nèi)地震反應(yīng)譜特征周期為0.35S，地震動(dòng)峰加速度為0.05g，相對(duì)應(yīng)地震基本烈度為Ⅶ度。

3 施工方案比選

根據(jù)設(shè)計(jì)方案并結(jié)合本項(xiàng)目的實(shí)際情況，有以下兩個(gè)方案可供選擇。

方案一：在K106+680～K106+760淺埋偏壓段使用反壓回填土石措施。

方案二：洞內(nèi)大管棚超前支護(hù)穿越K106+680～K106+760淺埋偏壓段施工措施。

3.1 洞頂反壓回填

右線隧道K106+680～K106+760為淺埋偏壓段，拱肩距離地表最薄處僅5m，為減小地形偏壓對(duì)隧道結(jié)構(gòu)的影響，原設(shè)計(jì)該段隧道開(kāi)挖前對(duì)地表采用反壓回填土石措施進(jìn)行處理，每層回填土石厚度不大于30cm，壓實(shí)度不小于90%。表土開(kāi)挖成臺(tái)階狀方可進(jìn)行回填反壓作業(yè)，以防填料滑移，臺(tái)階高度及寬度可根據(jù)實(shí)際地形適當(dāng)調(diào)整。開(kāi)挖臺(tái)階5917m3、回填土石36660m3。為防止周邊地表匯水對(duì)回填土體進(jìn)行沖刷侵蝕，在回填線外5m設(shè)置一道截水溝。截水溝開(kāi)挖土石134m3、M7.5漿砌片石110m3、綠化面積6.5畝。

該段位于Ⅴ級(jí)圍巖，施工時(shí)采用雙側(cè)壁導(dǎo)坑法開(kāi)挖，全隧道仰拱超前施作，拱墻一次性灌注。

隧道洞身超前支護(hù)：拱部設(shè)一環(huán)？準(zhǔn)42雙層小導(dǎo)管，壁厚4.0mm，每環(huán)100根，長(zhǎng)度L=4.5m，環(huán)向間距0.4m，縱向每3.0m一環(huán)。初期支護(hù)：拱部、邊墻以及仰拱均為厚28cm噴射C25混凝土，隧道洞身全環(huán)采用I22b工字鋼，工字鋼縱向間距為0.5m;拱部、邊墻設(shè)雙層？準(zhǔn)8鋼筋網(wǎng)片，網(wǎng)片間距為20×20cm，拱部、邊墻徑向錨桿采用？準(zhǔn)25中空錨桿，長(zhǎng)度L=4m，環(huán)向間距為1.0m，縱向間距為0.5m。二次襯砌：拱部、邊墻、仰拱為C30防水混凝土，厚度60cm，每延米鋼筋配筋6根？準(zhǔn)25，仰拱填充為C15混凝土。

3.2 洞內(nèi)大管棚超前支護(hù)

①超前支護(hù)：超前支護(hù)考慮大管棚輔以單層小導(dǎo)管，上半斷面臨時(shí)支護(hù)側(cè)壁布設(shè)超前小導(dǎo)管支護(hù)加固土體，防止塌方。根據(jù)淺埋偏壓段長(zhǎng)度，拱部設(shè)置三環(huán)？準(zhǔn)108大管棚穿越淺埋偏壓段，鋼管壁厚6.5mm，每環(huán)設(shè)49根，長(zhǎng)度L=30m，環(huán)向間距0.4m，縱向每25m一環(huán)。為保證管棚間土體穩(wěn)定，在拱部管棚之間設(shè)置環(huán)向超前？準(zhǔn)42注漿小導(dǎo)管，外插角30°，壁厚4.0mm，每環(huán)50根，長(zhǎng)度L=4.5m，環(huán)向間距0.4m，縱向每3.0m一環(huán)。

②加強(qiáng)初期支護(hù)：拱部、邊墻、仰拱噴射C25混凝土，厚28cm，洞身鋼架采用I22b工字鋼，工字鋼縱向間距為0.5m。拱部、邊墻設(shè)雙層？準(zhǔn)8鋼筋網(wǎng)片，網(wǎng)片間距為20×20cm，拱部、邊墻徑向錨桿采用？準(zhǔn)25中空錨桿，長(zhǎng)度L=4m，環(huán)向間距為1.0m，縱向間距為0.5m。

③二次襯砌：拱部、邊墻、仰拱均采用防水C30混凝土厚60cm，鋼筋配筋6？準(zhǔn)25/m，C15混凝土仰拱填充

4 方案對(duì)比分析

4.1 方案一：洞頂反壓回填

①堆壓方量過(guò)大，李田隧道右線K106+680～K106+760開(kāi)挖臺(tái)階5917m3，回填土石36660m3。需要新增取土場(chǎng)征地、取土，必須提前做好各項(xiàng)準(zhǔn)備工作。

②堆壓費(fèi)工費(fèi)時(shí)，該項(xiàng)目工期緊、任務(wù)重，若施工方案選擇不合理，將延誤工期并占用或花費(fèi)較多資金。

③堆壓安全性差，最高填方高度達(dá)30.5m，雨水沖刷大，對(duì)環(huán)境破壞嚴(yán)重，不利于水土保持，安全隱患較大，安全保護(hù)措施需要加大。

④右線隧道K106+680～K106+760為淺埋偏壓段，距隧道右線洞口距離為99m，堆壓回填區(qū)原地面距洞口高差22m，地勢(shì)陡峭無(wú)施工道路到達(dá)，需征地新建施工便道。

⑤堆壓回填區(qū)域?yàn)榱值兀鞯乩щy。

4.2 方案二：洞內(nèi)大管棚超前支護(hù)

李田隧道淺埋偏壓段洞內(nèi)大管棚施工時(shí)，應(yīng)首先考慮到隧道凈空影響，其會(huì)造成施工難度增大，特別是各種施工機(jī)械設(shè)備的操作和使用難以展開(kāi)。其次在確定洞內(nèi)淺埋偏壓段施工方案時(shí)，要盡量根據(jù)隧道洞身斷面大小情況、使用的各種機(jī)械設(shè)備操作空間以及隧道洞內(nèi)圍巖類(lèi)別情況等方面進(jìn)行綜合考慮，以方便、適用、快速、高效的施工為基本原則進(jìn)行詳細(xì)設(shè)計(jì)和安排，充分發(fā)揮和提高各種施工機(jī)械設(shè)備的效率。盡量考慮簡(jiǎn)單、便于操作的小型施工機(jī)具，在空間上能滿(mǎn)足各種機(jī)具作業(yè)需要。最后還應(yīng)重點(diǎn)考慮鉆孔施工和送入鋼管的難度。

5 施工參數(shù)對(duì)比

洞頂反壓回填土石方與洞內(nèi)大管棚超前支護(hù)這兩種方案中超前支護(hù)、初期支護(hù)、二次襯砌、雙側(cè)壁導(dǎo)坑法臨時(shí)施工支護(hù)的參數(shù)對(duì)比如表1所示。

6 費(fèi)用對(duì)比

方案一洞頂反壓回填土石方與方案二洞內(nèi)大管棚超前支護(hù)兩種方案開(kāi)挖、初期支護(hù)、二次襯砌、雙側(cè)壁導(dǎo)坑法臨時(shí)施工支護(hù)數(shù)量和費(fèi)用無(wú)變化，其費(fèi)用增減情況如表2所示。

7 方案確定

為了選擇適用、合適的施工方法，應(yīng)該根據(jù)圍巖級(jí)別、水文地質(zhì)情況以及施工現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況全面綜合考慮，力求在環(huán)境保護(hù)、施工安全、工程質(zhì)量、施工進(jìn)度、工程造價(jià)等多方面求得平衡，淺埋偏壓段地質(zhì)條件較差，因此，安全因素至關(guān)重要。根據(jù)以上分析，原設(shè)計(jì)方案無(wú)法實(shí)施，經(jīng)多方面論證、分析最終確定：李田隧道右線K106+680～K106+760段Ⅴ級(jí)圍巖洞身淺埋偏壓段采用大管棚超前支護(hù)、雙側(cè)壁導(dǎo)坑法施工方案。

8 結(jié)論

李田隧道在淺埋偏壓段施工過(guò)程中，利用超前大管棚加以超前注漿小導(dǎo)管固結(jié)地層，提高圍巖的自穩(wěn)性，減弱了圍巖對(duì)隧道結(jié)構(gòu)的偏壓荷載，約束了圍巖的收斂變形速度，增大了洞內(nèi)施工的安全系數(shù)。該方法保證了隧道開(kāi)挖過(guò)后山體的穩(wěn)定性，沒(méi)有出現(xiàn)塌方及地表下陷等問(wèn)題。

隧道洞內(nèi)管棚超前支護(hù)、雙側(cè)壁導(dǎo)坑法施工適用于跨度大、淺埋偏壓、圍巖條件差的隧道施工。因此，大跨度Ⅴ級(jí)圍巖洞身淺埋偏壓段采用管棚超前支護(hù)、雙側(cè)壁導(dǎo)坑法施工在淺埋偏壓、圍巖地質(zhì)條件較差的隧道中效果較好，值得借鑒與推廣應(yīng)用。

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