高速公路隧道洞口淺埋段施工技術(shù)研究
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【摘要】通過(guò)對(duì)高速公路隧道洞口淺埋段施工技術(shù)的詳細(xì)分析，不僅研究了預(yù)注漿、預(yù)支護(hù)、錨網(wǎng)噴、洞口土方刷坡等提高和改善洞口圍巖自我穩(wěn)定能力的加固技術(shù)，還探索了具體的高速公路隧道洞口淺埋段開(kāi)挖的具體施工技術(shù)。希望通過(guò)這兩者施工技術(shù)的詳細(xì)研究，為廣大高速公路施工者提供一定的理論指導(dǎo)和幫助。
【關(guān)鍵詞】高速公路；隧道洞口；淺埋段；加固；開(kāi)挖
1工程概況
以我國(guó)最具代表性的廈蓉高速為例，本文將對(duì)其隧道洞口淺埋段的施工技術(shù)進(jìn)行詳細(xì)分析和探究。廈蓉高速，以廈門(mén)為起始點(diǎn)，具體經(jīng)過(guò)江西省瑞金、贛州等地，可稱(chēng)得上是我國(guó)西南方向上主要的附帶高速，編號(hào)為G76，總長(zhǎng)為2211km。其中，江西瑞贛段的隧道施工是所有隧道施工中最具難度代表性的，該隧道屬于大斷面隧道，擁有三各車(chē)道，全長(zhǎng)247.67延m/4道，長(zhǎng)為5242m的隧道工程有1.5座，其隧道洞口的淺埋段由于地質(zhì)條件非常差，導(dǎo)致施工過(guò)程中各種難題層出不窮。
2高速公路隧道洞口淺埋段加固技術(shù)分析
2.1預(yù)注漿技術(shù)
第一，針對(duì)穩(wěn)定性較差的隧道洞口圍巖，需要在隧道施工階段，對(duì)其進(jìn)行洞口地表的加固工作。首先，為了給疏干含水層提供最優(yōu)條件，需要在即將開(kāi)挖的隧道洞口頂部形成一個(gè)完整無(wú)損的成拱殼。然后，全部采用一次性全孔注漿的工藝技術(shù)對(duì)隧道洞口地表進(jìn)行注漿。一次性全孔注漿工藝的使用可以有效地避免洞口地表出現(xiàn)塌孔現(xiàn)象。當(dāng)出現(xiàn)嚴(yán)重塌孔現(xiàn)象時(shí)，就必須采用分段式的前進(jìn)注漿方式進(jìn)行隧道洞口地表的注漿施工，其注漿工藝的水灰比例為1:1的標(biāo)準(zhǔn)比例。而針對(duì)地表注漿區(qū)域施工中難以操作的部分，可以采用超前式帷幕注漿法進(jìn)行地表加工施工。最后，當(dāng)隧道洞面的整修技術(shù)完成后，需要將地面開(kāi)挖1.5m左右，并在洞口進(jìn)行漿墻澆筑，約澆筑2m。漿墻完成后，利用混凝土對(duì)注漿孔進(jìn)行封閉，使其呈現(xiàn)環(huán)形向外的狀態(tài)。同時(shí)，需要根據(jù)地表水下漿液的不同，確定孔與其他孔之間的實(shí)際距離。第二，在地表注漿加固施工工作完成之后，為了充分保障工作面的穩(wěn)定性，需要在工作面上設(shè)置特定的布置孔，并對(duì)其進(jìn)行注漿固定。通常情況下，這種布置孔都要按照梅花形進(jìn)行布置，且為1.5m×1.5m。同時(shí)，為了不斷提高開(kāi)挖面的穩(wěn)定性，使施工進(jìn)度可以不斷加快。在鉆孔施工時(shí)，其巖土深度必須與注漿段保持高度一致，并采用錨桿將軟弱易散的地層連結(jié)為牢固的一體。需要格外的是，采用的錨桿必須是玻璃纖維的，且必須是抗拉強(qiáng)度極高的。最后，在進(jìn)洞施工中，需要采用最快速度進(jìn)行自主洞門(mén)，并在洞門(mén)修建完成后，對(duì)隧道的仰坡、邊坡等進(jìn)行泛壓，使其形成相對(duì)穩(wěn)定的支柱作用。同時(shí)，在洞口整個(gè)施工完成之后，需要對(duì)排水系統(tǒng)進(jìn)行不斷完善，從而保證隧道邊坡的穩(wěn)定性。另外，如果在隧道進(jìn)洞的施工過(guò)程中采用的超前預(yù)支護(hù)技術(shù)不能充分其安全性。那么，就需要采用其他手段，如混凝土對(duì)開(kāi)挖掌子面噴射封閉、豎直方向上臨時(shí)支撐、水平方向上旋轉(zhuǎn)噴射超前支護(hù)等，以確保施工過(guò)程的安全性。
2.2預(yù)支護(hù)技術(shù)
作為預(yù)支護(hù)措施中應(yīng)用極其廣泛的方式，超前小導(dǎo)管在注漿加固施工中的應(yīng)用也非常廣泛。但在通常情況下，超前小導(dǎo)管需要與鋼拱架進(jìn)行相互配合才能正常使用。在隧道洞口的邊坡和仰坡封閉完成后，需要在洞面修整過(guò)程中正確安裝鋼拱架。對(duì)鋼拱架進(jìn)行安裝時(shí)，使其盡可能貼近洞面，然后小導(dǎo)管經(jīng)鋼拱架腹部順利穿出，直至頂入圍巖之中。這時(shí)將小導(dǎo)管尾部和鋼拱架進(jìn)行焊接固定，使其形成穩(wěn)定的預(yù)支護(hù)體系。與此同時(shí)，把漿液慢慢注入小導(dǎo)管內(nèi)，而地表空隙則不需要進(jìn)行格外注漿，因?yàn)楣鼙谝绯龅臐{液就可以直接實(shí)現(xiàn)地表空隙注漿[1]。與超前小導(dǎo)管不同，大管棚主要是通過(guò)管棚注漿的方式對(duì)土體開(kāi)挖進(jìn)行支撐，同時(shí)利用混凝土鋼筋為其設(shè)置相應(yīng)的護(hù)拱。在隧道洞口施工前，施工人員需要事先對(duì)斷面進(jìn)行橫向和縱向的施工測(cè)量，從而設(shè)置出正確的護(hù)拱開(kāi)挖輪廓線(xiàn)，并不斷進(jìn)行人工修編。在對(duì)大管棚進(jìn)行注漿加固時(shí)，由于洞口往往穩(wěn)定性較差，采取的主要預(yù)支護(hù)手段就是洞口大管棚，使其緊貼地面，并快速修正出具有50cm間距的三榀型鋼拱架。與此同時(shí)，利用鋼筋進(jìn)行焊接，使其成為一個(gè)導(dǎo)向鋼管[2]。其中，導(dǎo)向鋼管需長(zhǎng)為100cm，其整體安裝方向在鋼支撐上必須與管棚的位置方向呈現(xiàn)高度一致的狀態(tài)。這樣，就可以利用混凝土對(duì)導(dǎo)向鋼管和鋼支撐進(jìn)行包裹澆筑，從而形成一堵完整的導(dǎo)向墻。導(dǎo)向墻完成之后，需要用C20混凝土對(duì)周?chē)难銎旅孢M(jìn)行澆筑，以保障其穩(wěn)定性。在管棚鋼管施工中，采用的是機(jī)械頂進(jìn)的方式，利用絲扣連接的方法對(duì)鋼管進(jìn)行節(jié)、段連接。同時(shí)，在連接導(dǎo)向管和鋼管時(shí)，采用的是高速凝結(jié)的水泥，使其堵塞做到絕對(duì)嚴(yán)密。需要注意的是，在此過(guò)程中，要額外設(shè)置進(jìn)漿孔和排氣孔，具體的結(jié)構(gòu)尺寸如圖1所示。其注射漿液的水泥漿水比為1:1的標(biāo)準(zhǔn)比例，實(shí)際壓力為2~3MPa。
2.3錨網(wǎng)噴和洞口土方刷坡技術(shù)
針對(duì)邊坡、仰坡開(kāi)挖過(guò)程中的暴露圍巖，可以對(duì)其進(jìn)行錨網(wǎng)噴體系封閉。在封閉前，需要事先預(yù)留出梅花形的輸水孔，同時(shí)，在坡面上利用風(fēng)鉆機(jī)進(jìn)行鉆孔施工，鉆孔直徑應(yīng)為60mm，長(zhǎng)為3.5m。鉆孔清理結(jié)束后，再用直徑為50mm的PVC花管進(jìn)行鉆孔插入，并為其設(shè)置10cm的外漏部分?；炷潦┕そY(jié)束后，便進(jìn)入錨管施工階段。在錨管施工中，需要采用無(wú)縫鋼管進(jìn)行加工，鋼管直徑為42mm，長(zhǎng)為3m。在鋼管上鉆取溢漿孔時(shí)，需要在鋼管尾端放置墊板，并將錨管采用梅花形的布置方式進(jìn)行設(shè)置，其間距設(shè)為1.5m×1.5m。利用錨管進(jìn)行注漿時(shí)，必須對(duì)直徑為8mm的鋼筋進(jìn)行加工，制作成網(wǎng)格大小為20cm×20cm的鋼筋網(wǎng)。在施工中，需要以最快的速度對(duì)洞口進(jìn)行刷坡施工。首先，需要對(duì)邊坡和仰坡進(jìn)行防線(xiàn)操作，并在坡頂設(shè)置相應(yīng)的截水溝。這樣就可以讓洞口的坡面免受雨水、水流等沖刷。然后，根據(jù)具體的施工設(shè)計(jì)要求，從上往下地對(duì)洞口坡度進(jìn)行分層開(kāi)挖。在開(kāi)挖過(guò)程中，需要及時(shí)設(shè)計(jì)相應(yīng)的施工防護(hù)措施。例如,在土方開(kāi)挖時(shí),可利用挖掘機(jī)；在軟石打眼時(shí),可以使用風(fēng)鉆機(jī)；在小藥量松動(dòng)挖掘時(shí)，可以采用爆破。由于洞口的實(shí)際坡度需要以土石穩(wěn)定性作為基本確定因素，因此，在必要的時(shí)刻，可以在施工中設(shè)置相應(yīng)的分級(jí)臺(tái)階。同時(shí),為了加強(qiáng)洞口邊坡的穩(wěn)定性，還應(yīng)在合適的地點(diǎn)和位置對(duì)分級(jí)臺(tái)階進(jìn)行位移增加和沉降量測(cè)點(diǎn)的增加。
3高速公路隧道洞口淺埋段開(kāi)挖技術(shù)分析
在具體的高速公路隧道洞口淺埋段施工過(guò)程中，為了充分保證施工的安全性能，需要針對(duì)不同的施工階段采取科學(xué)正確的開(kāi)挖方法。同時(shí)，在洞口段的施工中，嚴(yán)禁利用全斷面的爆破法進(jìn)行施工開(kāi)挖。其根本原因是全斷面的爆破會(huì)嚴(yán)重?cái)_動(dòng)圍巖，大幅度增加洞口坍塌的風(fēng)險(xiǎn)。通常情況下，人們常用的施工方法有兩種，即：核心預(yù)留臺(tái)階法和雙側(cè)壁導(dǎo)坑法。核心土預(yù)留臺(tái)階法最常用的地方是四級(jí)軟弱圍巖和五級(jí)軟弱圍巖的施工。在其施工過(guò)程中，需要對(duì)核心土進(jìn)行預(yù)留，其臺(tái)階通常設(shè)為3~5m的長(zhǎng)度。對(duì)上臺(tái)階進(jìn)行開(kāi)發(fā)時(shí)，需要采用弱爆破開(kāi)挖的方法，如風(fēng)鉆機(jī)鉆孔等。而對(duì)下臺(tái)階進(jìn)行施工時(shí)，則需要采用預(yù)留核心土的方法，在下臺(tái)階工作面進(jìn)行循環(huán)進(jìn)尺為0.8~1.5m的弱爆破開(kāi)挖。而雙側(cè)壁導(dǎo)坑法主要用于穩(wěn)定性較差的洞口段圍巖施工。在具體施工時(shí)，需要采用松動(dòng)爆破開(kāi)挖的方式將隧道兩側(cè)的導(dǎo)坑先挖出來(lái)，導(dǎo)坑長(zhǎng)度有實(shí)際情況和地質(zhì)情況決定，通常情況為5m或5m以上。在這個(gè)過(guò)程中，還需要人工、挖掘機(jī)等進(jìn)行協(xié)調(diào)配合施工。同時(shí)，導(dǎo)坑的施工必須在正洞的正上方5m處進(jìn)行，并且在開(kāi)挖結(jié)束后必須做好支護(hù)措施，以充分確保機(jī)構(gòu)的穩(wěn)定性。開(kāi)挖前除了積極做好監(jiān)控工作和測(cè)量工作，還要實(shí)時(shí)掌握相關(guān)支護(hù)的變形情況。同時(shí)，要格外注意地質(zhì)的超前預(yù)報(bào)。在排水系統(tǒng)的施工中，還需要對(duì)兩側(cè)的臨時(shí)排水溝進(jìn)行壓迫處理，對(duì)其不斷進(jìn)行鋪砌抹面，防止鋼支護(hù)基底出現(xiàn)軟化現(xiàn)象。
4結(jié)語(yǔ)
本文通過(guò)具體工程的隧道洞口淺埋段施工，詳細(xì)闡述了加固技術(shù)和開(kāi)挖技術(shù)在具體施工過(guò)程中的進(jìn)行步驟和注意事項(xiàng)。因此，在具體的隧道洞口淺埋段施工中，需要對(duì)加固措施、開(kāi)挖方法等進(jìn)行靈活應(yīng)用，以充分確保施工人員等能夠安全順利地進(jìn)入洞內(nèi)，保證洞口施工的安全性。
【參考文獻(xiàn)】
【1】汪正榜.高速公路隧道洞口淺埋段施工技術(shù)探析[J].交通建設(shè)與管理,2015(2):153-155.
【2】黃瑞芳.基于高速公路隧道洞口淺埋段施工技術(shù)研究[J].黑龍江交通科技,2014(11):122.
作者：楊舒淳 單位：香港大學(xué)