黃董坡隧道下穿S201省道專項施工方案.doc

黃董坡隧道下穿S201省道專項施工方案 陳偉CHENWei （中鐵二十二局集團第五工程有限公司，重慶400023） 摘要：明挖法與暗挖法是隧道開挖工程中常用的兩套工法。在施工中，應(yīng)根據(jù)不同的地質(zhì)條件和工程要求合理選擇施工工法。本文結(jié)合黃董坡隧道下穿S201省道工程，重點探討暗挖法的施工方案及技術(shù)要領(lǐng)，最后通過兩套工法在各道工序中的對比分析，突出暗挖法的經(jīng)濟性和可行性。 關(guān)鍵詞：鐵路隧道；暗挖法；施工技術(shù) ：TP334.2：A：1006-4311（xx）26-0107-04 作者簡介：陳偉（1971-），男，重慶人，畢業(yè)于西南交通大學，土木工程（工程造價方向）專業(yè)，研究方向為公路、鐵路施工技術(shù)，主要在橋梁、隧道、路基等方面。 0引言 鐵路在運輸領(lǐng)域中有著不可替代的作用，其主要承擔貨運及客運的職能。其優(yōu)點是運輸成本低，安全，經(jīng)濟，高效；缺點是建設(shè)投資大，時間長。尤其是鐵路工程中的隧道工程施工難度大，周期長。一般來講，鐵路隨帶開挖方式主要有明挖法和暗挖法兩種。在施工中，只有根據(jù)不同的地質(zhì)條件選擇相應(yīng)的開挖方式，施工建設(shè)才能達到預期的效果。 黃董坡隧道下穿S201省道工程在設(shè)計施工方案時，首先擬用明挖施工方案。經(jīng)過經(jīng)濟技術(shù)論證發(fā)現(xiàn)明洞施工周邊放坡大，施工區(qū)域大，對周邊干擾及污染影響也比較大；控制爆破及交通疏導安全風險高；工期較長，須對該光纜進行改遷，改遷難度大，耗材量多，成本較高。 為了盡力規(guī)避施工風險，提高安全作業(yè)系數(shù)，同時節(jié)省施工成本，保質(zhì)保量完成改道施工任務(wù)，繼而改用暗挖法施作隧道部分。本文重點分析了采用暗挖法施作黃董坡隧道下穿S201省道改移道路工程的施工流程及技術(shù)要領(lǐng)，用工程實踐驗證了了暗挖法的經(jīng)濟性和可行性。 1工程概況 1.1工程概況 新建銅仁至玉屏鐵路段黃董坡隧道位于貴州省茶店鎮(zhèn)境內(nèi)，中心里程為IDK23+312，設(shè)計最大埋深約31m，全長664m，隧道進口里程IDK23+980，出口里程IDK23+644。進口IDK22+980IDK23+371.9段位于半徑為5500m左偏曲線上，其余地段為直線，設(shè)計縱坡為9.7的單面上坡。隧道洞身通過主要地層巖性為寒武系中統(tǒng)敖溪組上段白云巖，地表覆蓋層主要為第四系坡洪積的軟黏土、次生紅黏土。其中隧道在IDK23+525IDK23+555段下穿S201省道，對應(yīng)省道里程為K133+154處，交角57，公路為瀝青路面，寬12m，隧道拱頂至路面最小距離約1.2m，新建隧道與既有公路關(guān)系詳見圖1。 1.2現(xiàn)場調(diào)查及擬采取施工方案 1.2.1現(xiàn)場調(diào)查 新建改移道路按照設(shè)計施工圖要求已全部施工完成，達到通車條件并完成了交通疏導工作，現(xiàn)場增設(shè)相關(guān)交通導行標志，并對原S201省道進行了封閉。 經(jīng)現(xiàn)場調(diào)查，隧道IDK23+530處頂部有一國防光纜沿既有公路側(cè)溝底部通過，光纜埋深約為0.5m，若采用明挖方案須對該光纜進行改遷，經(jīng)我部多次與國防光纜產(chǎn)權(quán)單位協(xié)調(diào)得知，該光纜的改遷難度極大，且改遷施工周期較長，截止日前，國防光纜已按照產(chǎn)權(quán)單位的要求進行架空后保護處理。 現(xiàn)場實地對隧道下穿公路進行地質(zhì)鉆孔取芯后發(fā)現(xiàn)，隧道拱頂以上均為路面結(jié)構(gòu)層，即為瀝青路面+水泥穩(wěn)定級配碎石，該結(jié)構(gòu)層強度較高，自穩(wěn)能力較好。 1.2.2擬采取施工方案 結(jié)合現(xiàn)場實地調(diào)查，從工期、成本及施工難度綜合分析對比，因此我部對黃董坡隧道IDK23+525IDK23+555段下穿S201省道范圍由原設(shè)計明挖方案變更調(diào)整為暗挖方案通過。 2施工技術(shù)方案 待改移道路完成并進行交通導行后，該下穿公路段（IDK23+525IDK23+555段）總體上采取“改移道路+暗挖施工”方案穿越，由于新建改移道路已全部施作完成并已通車，在此不做詳細敘述，隧道施工嚴格按照“管超前、嚴注漿、短開挖、強支護、快封閉、勤量測”原則進行組織施工，施工步驟如下：改移道路施工（達到通車條件并交通導行）超前支護施工（中管棚+超前小導管）洞身開挖初期支護（徑向系統(tǒng)錨桿）初期背后注漿仰拱及填充施工二次襯砌襯砌預留注漿孔注漿處理恢復既有省道。 3施工技術(shù)措施及工藝方法 3.1新建改移道路及交通管制 新建改移道路基本為填方，最大填方約為4m，道路結(jié)構(gòu)采用碾壓密實路基+水泥穩(wěn)定級配碎石基層36cm+瀝青路面面層10cm，此新建改移道路施工工藝方法不再重復敘述。 3.2超前支護施工 3.2.1洞內(nèi)中管棚施工 IDK23+525IDK23+555下穿S201省道范圍隧道洞內(nèi)首先采用超前中管棚注漿加固處理，管棚采用76*4.5mm熱軋無縫鋼管，沿隧道拱部144范圍布置，環(huán)向間距0.4m，每4.8m設(shè)置一環(huán)，單根長度為7m，共44根，外插角控制在35，管棚內(nèi)進行注漿處理。 3.2.2超前小導管 黃董坡隧道下穿S201省道段拱部144范圍增設(shè)42無縫鋼管，施作角度約為58，環(huán)向間距0.4m，縱向間距為1.8m/環(huán)，數(shù)量為44根，長度為4m，超前中管棚與超前小導管錯開布置，小導管均須進行注漿加固，注漿材料為1:1的水泥漿，注漿壓力為0.50.8MPa。 3.3洞身開挖該段洞身開挖主要通過實施超前雙管棚支護，洞內(nèi)采用三臺階七步開挖法進行開挖支護，盡早封閉。 關(guān)鍵施工要點為三臺階七步開挖法，原則上采用非爆破方法開挖，考慮該段主要地質(zhì)條件為拱部3m以下地質(zhì)均白云巖，因此開挖過程需要進行必要的控制爆破措施，為降低爆破振動對路面及周邊通信、國防光纜的破壞影響，爆破允許振速不得超過2cm/s，并進行相關(guān)爆破設(shè)計參數(shù)的選定及現(xiàn)場試爆試驗。開挖施工過程中盡可能的采用人工配合機械開挖，一是采用人工配合挖機，或者采用破碎頭進行破除。上臺階出碴利用挖機扒碴至下臺階，下臺階利用裝載機裝碴，自卸式汽車運碴。 嚴格按照“短進尺、弱爆破”進行分部開挖，上臺階預留核心土，臺階長度控制在5m以內(nèi)，嚴格按照“逐榀開挖、逐榀支護”的原則。 本隧下穿軟弱圍巖地段，原則上采用非爆破開挖，若局部需爆破則應(yīng)采用控制爆破施工，爆破允不超過2cm/s，開挖施工采用三臺階+預留核心土法實施，為此，在該段爆破設(shè)計方面按照允許振速作為振動波速度限制的控制標準，進行反推各部分允許單段用藥量，并通過現(xiàn)場試爆試驗，取得合理的爆破參數(shù)以指導施工。 3.4洞身初期支護 3.4.1總體施工方案 隧道下穿S201省道公路段為淺埋段，由原設(shè)計明挖變更為暗挖施工，主要是弱爆破進尺，加強支護穩(wěn)定圍巖，結(jié)合設(shè)計及現(xiàn)場調(diào)查資料，施工時采取以下強支護措施： 施作型鋼拱架。隧道開挖采用三臺階法施工，每一次爆破開挖后立即支立鋼拱架，盡早封閉圍巖。在該段初期支護施工，采用初噴4cm厚C25砼，掛設(shè)?覬8鋼筋網(wǎng)片，網(wǎng)格間距為2020cm，架立全環(huán)I20b工字鋼型鋼鋼架，鋼架間距0.6m，復噴至27cm厚度，每榀鋼架上、中、下拱腳處分別設(shè)置兩根長度為4.0m的?覬42鎖腳小導管。拱架底部采用縱向連接鋼板，防止拱架產(chǎn)生不均勻下沉，保證拱架基礎(chǔ)穩(wěn)定，控制支護沉降。 施作拱部、邊墻系統(tǒng)錨桿加固圍巖。為有效抵抗線路右側(cè)順層側(cè)向壓力，防止順層側(cè)圍巖內(nèi)突，確保施工及結(jié)構(gòu)安全，對系統(tǒng)錨桿采取不對稱布置，即隧道右側(cè)邊墻的系統(tǒng)錨桿（?覬22砂漿錨桿）加密、加長處理，其環(huán)、縱向間距為0.6m1.0m，長度不小于6m/根，隧道左側(cè)邊墻系統(tǒng)錨桿其環(huán)、縱間距為1.2m1.0m，長度為4m/根，由于拱頂以上均為路面結(jié)構(gòu)層，埋深僅1.2m，因此取消拱部系統(tǒng)錨桿，其余初期支護參數(shù)按照Vc復合襯砌施工。臨時鋼架采用I18輕型工字鋼，每榀鋼架間距與洞身鋼架一致，且與洞身鋼架以螺栓連接（接頭處加設(shè)3mm厚橡膠墊片），洞身鋼架架設(shè)后在相應(yīng)位置焊接預埋鋼板并預置螺栓，以便臨時鋼架連接；相鄰鋼架采用22鋼筋連接，環(huán)向間距1m，斜向內(nèi)側(cè)布置，并與鋼架內(nèi)側(cè)翼緣焊接。 爆破后先進行初噴，及時施作臨時支護和初期支護。噴射砼采用濕噴作業(yè)，風槍打錨桿孔，人工安裝錨桿，型鋼拱架和鋼筋網(wǎng)。型鋼拱架安裝前需要將在上、中臺階結(jié)合部位和下臺階墻腳處的虛碴清理干凈，找平處理，再墊縱向連接鋼板，增加接觸面和承載力，減小鋼架在安裝和接長過程中沉降量。 仰拱初期支護型鋼拱架緊跟下臺階，并且及時盡早封閉成環(huán)。仰拱初期支護閉合成環(huán)至下臺階的距離控制在5m以內(nèi)。 初期支護過程中，尤其是拱頂背后不能留存有空腔，務(wù)必采用噴射砼充填密實。同樣仰拱底初期支護背后的虛碴需要清理干凈，直至基巖面，施工過程中需要重點監(jiān)控。 3.4.2型鋼鋼架制作與安裝 隧道鋼架支護為型鋼鋼架，型鋼鋼架主要由20b工字鋼彎制而成。隧道各部開挖完成初噴砼后，分單元及時安裝鋼架，采用與定位錨桿、徑向錨桿以及雙側(cè)鎖腳錨桿固定，縱向采用22鋼筋連接，鋼架之間鋪掛鋼筋網(wǎng)，然后復噴混凝土到設(shè)計厚度，并及時進行圍巖監(jiān)控量測。 3.4.3鋼筋網(wǎng)片施工 鋼筋網(wǎng)片加工。鋼筋網(wǎng)片采用級?準8鋼筋焊制，在鋼筋加工場內(nèi)集中加工。 成品的存放。制作成型的鋼筋網(wǎng)片必須輕抬輕放，避免摔地產(chǎn)生變形。鋼筋網(wǎng)片成品應(yīng)遠離加工場地，堆放在指定的成品堆放場地上。 掛網(wǎng)。按圖紙標定的位置掛設(shè)加工好的鋼筋網(wǎng)片，鋼筋片隨初噴面的起伏鋪設(shè)，綁扎固定于先期施工的系統(tǒng)錨桿之上，再把鋼筋片焊接成網(wǎng)，網(wǎng)片搭接長度為12個網(wǎng)格。掛設(shè)時利用混凝土塊襯墊在鋼筋和初噴層之間，以保證鋼筋和初噴層之間保持3050mm的間隙。砂層地段應(yīng)先加鋪鋼筋網(wǎng)，沿環(huán)向壓緊后再噴射混凝土。 施工控制要點。鋼筋網(wǎng)在初噴混凝土4cm以后鋪掛，使其與噴混凝土形成一體；鋼筋網(wǎng)應(yīng)與錨桿或型鋼鋼架連接牢固。 3.4.4鎖腳小導管 每榀鋼架上、中、下拱腳處分別設(shè)置2根42鎖腳小導管，鎖腳小導管單根長度為4m，小導管下傾角20，小導管內(nèi)采用注漿加固處理，注漿采用1:1水泥漿液，注漿壓力控制在0.51.0Mpa，具體施工工藝及方法同“超前小導管施工方法”，在此不做重復敘述。 3.4.5系統(tǒng)錨桿 錨桿施工以多功能作業(yè)臺架為作業(yè)平臺，用風鉆鉆孔、人工安裝，對部分軟巖需施工長錨桿（中空注漿錨桿），采用錨桿鉆機施工，以提高施工速度和施工質(zhì)量。具體施工方法在此不再詳述。 3.5噴射砼施工 隧道初期支護噴射混凝土采用濕噴工藝。噴射混凝土采用拌和站集中拌和，由混凝土攪拌運輸車運至洞內(nèi)，采用濕噴機噴射作業(yè)。在隧道開挖完成后，先噴射4cm厚混凝土封閉巖面，然后打設(shè)錨管、架立鋼架、掛鋼筋網(wǎng)，對初噴巖面進行清理后復噴至設(shè)計厚度。 3.6初支背后注漿處理 為防止初期支護背后局部空洞造成公路路面出現(xiàn)過大沉降，于初期支護完成后，立即對初期支護拱部144范圍進行注漿回填，注漿管采用42小導管，環(huán)、縱間距為1.0m1.0m，長度為0.30.4m，注漿采用1:1水泥漿，注漿壓力為0.30.5MPa。具體施工工藝、方法與小導管施工相同，不做重復敘述。 3.7洞身襯砌 仰拱初期支護完成后，及時施作仰拱和填充，便于盡快形成洞身拱墻二襯模筑混凝土灌注條件。為了縮短仰拱模筑混凝土澆筑節(jié)長，及時澆筑仰拱混凝土，縮短仰拱與二襯之間的距離，減小初期支護結(jié)構(gòu)和圍巖的沉降，仰拱模筑混凝土采用整體圓弧模板澆筑，縱向節(jié)長12m。仰拱混凝土施作完成及時澆筑仰拱填充混凝土。 洞身二襯模筑混凝土澆筑采用液壓自行式整體模筑臺車，每次澆筑長度為12m，填充作業(yè)面緊跟仰拱，一旦具備12m組洞身混凝土襯砌條件時，及時進行洞身混凝土二襯澆筑，盡可能的減小拱頂和地表的沉降。 噴射混凝土和模筑混凝土均由拌合站集中生產(chǎn)提供，采用10m3混凝土運輸罐車運輸，混凝土輸送泵灌注。拱頂混凝土灌注過程中加強拱頂混凝土灌注密實的監(jiān)控，盡量灌滿，對拱頂混凝土干縮出現(xiàn)的空腔及時采用回填注漿予以處理。 3.8襯砌背后注漿處理 襯砌背后注漿通過二次襯砌施工過程中預留注漿孔進行注漿加固處理，注漿采用1:1水泥漿，注漿壓力控制在0.10.2MPa。每襯砌段拱頂部位預留不少于2個注漿孔；注漿管在拱部混凝土澆注前預埋在拱頂處，注漿管采用?準50PVC管，縱向間距5m，當混凝土強度達到設(shè)計強度后即可進行。 3.9下穿省道段道路恢復施工 待隧道下穿段二襯模筑混凝土到達設(shè)計強度后，以沉降觀測數(shù)據(jù)為依據(jù)對局部路基注漿加固達到強度后，對下穿段30m范圍內(nèi)用20t壓路機作負重通過試驗，如路面破損或開裂立即按照既有道路標準對其進行修復，并上報公路產(chǎn)權(quán)單位驗收合格后，開放既有道路交通。 4施工效果 由表1得知，采用明挖法施作黃董坡隧道下穿S201省道工程，初支費用比暗挖法多出19910元，土方和石方開挖量也比較多，襯砌和防排水的耗材量也比暗挖法多，直接導致施工總成本比暗挖施工多出924210元，暗挖法在材料控制、技術(shù)控制以及成本控制中的優(yōu)勢顯而易見。其次，工期效果，下穿省道段施工工期：明挖方案工期為80天，暗挖方案工期為60天，工期節(jié)省20天。 5結(jié)論 采用暗挖法施作黃董坡隧道下穿S201省道工程，無論是施工技術(shù)控制還是成本控制都具有明顯的應(yīng)用優(yōu)勢。建議將本套工法進一步推廣應(yīng)用到更多同類隧道施工項目中，使更多施工單