下穿高速公路安全施工技術(shù)研究

1、下穿高速公路安全施工技術(shù)研究 摘要：三南鐵路溫泉隧道下穿綦萬高速公路,以此提出超淺埋隧道安全施工技術(shù),即在隧道下穿施工前,采取大管棚超前支護(hù)，隧道下穿時(shí)洞身采用三臺(tái)階七步預(yù)留核心土弧形法機(jī)械開挖、利用滿鋪鋼棧橋加強(qiáng)高速公路路面防護(hù)，同時(shí)根據(jù)路面下沉監(jiān)測(cè)及洞內(nèi)監(jiān)控量測(cè)反饋信息指導(dǎo)施工，并采取限速、封閉施工區(qū)域行車道等交通管制措施，實(shí)現(xiàn)超淺埋隧道安全穿越既有高速公路。 關(guān)鍵詞：下穿高速；機(jī)械開挖；大管棚支護(hù)；路面防護(hù)；下沉監(jiān)測(cè)；交通管制 一、工程概況 三南鐵路溫泉隧道位于重慶市綦江區(qū)，全長(zhǎng)1714m。隧道于DK17+928+965段（長(zhǎng)度37m）下穿綦萬高速公路，對(duì)應(yīng)高速公路里程為GK25+930

2、GK25+950段，兩中線交角約86。隧道拱頂至高速公路路面凈距約為4m，高速公路路面單幅寬度為8m，縱坡約為20，橫坡為4%，為雙向四車道瀝青路面。 二、工程難點(diǎn)分析 下穿高速段隧道埋深僅有4m，屬超淺埋隧道，隧道施工中必須確保高速公路的正常運(yùn)營(yíng)安全，要求地表不得沉陷，這是施工中一大難點(diǎn)。洞身下穿段地質(zhì)為12-1T1灰?guī)r，巖層屬W2弱風(fēng)化，普通爆破開挖對(duì)隧道及高度公路路面安全影響較大，塌方風(fēng)險(xiǎn)較高，且爆破震動(dòng)對(duì)路面車輛通行不利，如何選擇開挖方案是施工中另一難點(diǎn)。 三、施工方案 1.總體施工方案。隧道超前支護(hù)利用108大管棚，長(zhǎng)40m，每環(huán)20根，環(huán)向間距40cm。采用預(yù)留核心土三臺(tái)階七步機(jī)械

3、開挖。初期支護(hù)采用I20a工字鋼及錨網(wǎng)噴；初噴后掛設(shè)6鋼筋網(wǎng)片，網(wǎng)片規(guī)格2020cm。鋼架縱向間距50cm，每榀鋼架設(shè)置8根22鎖腳錨桿，長(zhǎng)度3.5m；拱墻部位設(shè)置3m長(zhǎng)22系統(tǒng)錨桿，間距距0.8m1m；噴混厚度25cm，采用C25耐腐蝕砼。為確保施工期間既有高速公路運(yùn)營(yíng)安全，對(duì)既有單幅公路滿鋪鋼棧橋，并設(shè)置洞內(nèi)及地表監(jiān)測(cè)網(wǎng)，隧道開挖過程中加強(qiáng)監(jiān)控量測(cè)，并采取必要的交通管制措施。同時(shí)合理安排施工時(shí)間，將開挖施工安排在凌晨車流量較少的時(shí)段進(jìn)行。2.超前大管棚施工。第一，鉆孔施工。鉆孔施工時(shí)，以外插角13進(jìn)行鉆孔，達(dá)到設(shè)計(jì)深度（比設(shè)計(jì)長(zhǎng)0.5m）后，鉆機(jī)退回原位，進(jìn)行掃孔。第二，安裝管棚鋼管。管棚

4、鋼管采用108mm，壁厚5mm的熱軋無縫鋼管。長(zhǎng)40m，節(jié)間用絲扣連接，接頭在橫斷面上錯(cuò)開。單序孔最后一節(jié)4m，雙序孔第一節(jié)4m，其余管節(jié)長(zhǎng)均為6m。第三，注漿。鋼管安裝完畢后，對(duì)地層進(jìn)行注漿，注漿前封閉掌子面及孔口，以防孔口冒漿。注漿采用分段注漿，漿液擴(kuò)散半徑不小于0.5m。壓注水灰比為1：1的水泥砂漿，注漿壓力控制在0.51Mpa左右。3.三臺(tái)階七步機(jī)械開挖（見圖1）。下穿綦萬高速公路（級(jí)圍巖）段隧道采用三臺(tái)階七步法（弧形預(yù)留核心土）短臺(tái)階開挖施工，施工中嚴(yán)控循環(huán)進(jìn)尺（最大不超1m），及時(shí)封閉掌子面，加強(qiáng)初期支護(hù)和施工量測(cè)，嚴(yán)控圍巖變形。具體施工方法為：第一，上部弧形導(dǎo)坑開挖，開挖部施作部

5、周邊初期支護(hù)（噴混、掛網(wǎng)、立架、鉆錨桿）。第二，左、右中臺(tái)階開挖：在滯后于一段距離后，開挖上臺(tái)階核心土-1段及、部（左右臺(tái)階錯(cuò)開23m）施作、部初期支護(hù)（噴混、立架、鉆錨桿）。第三，左、右下臺(tái)階開挖：在滯后于、一段距離后，開挖中臺(tái)階核心土-2段及、部（左右臺(tái)階錯(cuò)開23m）施作、部邊墻初期支護(hù)（噴混、立架、鉆錨桿）。第四，下臺(tái)階預(yù)留核心土：待、部開挖一段距離后，開挖下臺(tái)階核心土-3段。第五，隧底開挖：開挖部，每循環(huán)進(jìn)尺2m及時(shí)施作部仰拱初期支護(hù)（噴混、立架），使初期支護(hù)及時(shí)閉合成環(huán)。為控制圍巖擾動(dòng)及對(duì)行車影響，開挖采用機(jī)械開挖，嚴(yán)禁鉆眼爆破。4.初期支護(hù)施工。根據(jù)新奧法施工原理，在隧道開挖后，適

6、時(shí)地施作初期支護(hù)，以發(fā)揮圍巖的自穩(wěn)能力，本隧道采用錨桿+噴射砼+鋼筋網(wǎng)+全環(huán)I20a鋼架作為初期支護(hù)的措施及各項(xiàng)支護(hù)措施施工工藝。第一，采用22系統(tǒng)錨桿，梅花型布置。錨桿施工要點(diǎn)及注意事項(xiàng)：孔位應(yīng)按設(shè)計(jì)布置，偏差小于15cm，孔深誤差5cm。錨墊板必須與基巖密貼并按要求注漿加固。第二，噴射混凝土施工，濕噴機(jī)先初噴后復(fù)噴。噴射作業(yè)分段、分片進(jìn)行，從拱腳自下而上行，應(yīng)避免上部噴射回彈料虛掩拱腳；先找平凹洼部分，后噴射凸出部分，保持初支面平整；噴頭應(yīng)與受噴面垂直，噴嘴口至受噴面距離宜保持在1.02.0m，沿水平方向以螺旋形劃圈移動(dòng)。第三，鋼筋網(wǎng)施工。鋼筋網(wǎng)及時(shí)安設(shè)，網(wǎng)片間采用焊接搭接，搭接不小于1個(gè)

7、網(wǎng)格。鋼筋網(wǎng)隨受噴面起伏鋪設(shè)，其間隙不應(yīng)大于3cm，鋼筋網(wǎng)應(yīng)與錨桿、鋼架連接牢固，且鋼筋保護(hù)層厚度不應(yīng)小于4cm。第四，型鋼鋼架施工。DK17+928+965段級(jí)圍巖特殊襯砌設(shè)置1榀/0.5m的全環(huán)I20a型鋼鋼架加強(qiáng)支護(hù)。鎖腳錨桿尾部通過U型鋼筋與鋼架焊接牢固，增強(qiáng)整體穩(wěn)定性。5.下穿段高速路面防護(hù)。第一，鋪設(shè)棧橋。為確保隧道施工的安全及既有公路的運(yùn)營(yíng)通暢，對(duì)既有單幅公路滿鋪棧橋，棧橋垂直鐵路橫向鋪設(shè)25a型鋼，鋪設(shè)橫向范圍為隧道中線左右各10m，間距0.5m/榀，型鋼表面采用25鋼筋連接，間距50cm，鋼筋上面鋪設(shè)2cm厚鋼板，鋼板表面焊接22的螺紋鋼筋，型鋼與型鋼之間采用剪刀撐加固，用2

8、5鋼筋連接（長(zhǎng)60cm），剪刀撐間距1m,型鋼底依次滿鋪1cm厚的鋼板和10mm厚的橡膠墊板厚,離隧道中線各4m的位置及棧橋兩端加鋪2cm厚的鋼板，中間跨度8m，鋼墊板沿既有高速中線橫縱長(zhǎng)度為8m*0.5m。（見圖2）圖2既有高速棧橋鋪設(shè)示意圖第二，交通組織。下穿段施工過程中，由于初支尚未封閉成環(huán)，全程對(duì)高速公路GK25+890GK25+990段限速20km/h通過，采取封閉施工區(qū)域和滿鋪棧橋的交通組織方式，共分四步：（1）左線施工，封閉左線行車道和緊急停車道，只留左線超車道通行；（2）左線行車道和緊急停車道施工完，封閉左線超車道，開放左線行車道和緊急停車道通行；（3）左線超車道施工完后，拆除

9、左線封閉區(qū)域；同時(shí)封閉右線超車道，留右線行車道和緊急停車道；（4）右線超車道施工完，封閉右線行車道和緊急停車道，開放右線超車道通行；待整個(gè)下穿施工完后，拆除全部交通管制，恢復(fù)路面正常通行。設(shè)置6名現(xiàn)場(chǎng)專職交通安全員，負(fù)責(zé)實(shí)行施工時(shí)段的交通維護(hù)，按照交通規(guī)定距來車醒目位置擺放標(biāo)志牌，然后用反光標(biāo)桶，將行車道和緊急停車道隔離，禁止車輛駛?cè)敕忾]車道。交通安全員穿橘紅色反光背心，用指揮旗進(jìn)行指揮。6.監(jiān)控量測(cè)。下穿高速公路段施工必須加強(qiáng)圍巖監(jiān)控量測(cè)，及時(shí)反饋信息，指導(dǎo)施工，特別是洞頂路面下沉監(jiān)測(cè)。發(fā)現(xiàn)變形超出預(yù)警，立即停止開挖，研究部署工程措施，待隧道穩(wěn)定后方可進(jìn)行施工。第一，量測(cè)點(diǎn)布置。地表下沉量測(cè)

10、點(diǎn)布置。隧道下穿高速公路段沿線路縱向布設(shè)3個(gè)地表下沉監(jiān)測(cè)斷面（斷面與高速公路平行），分別為高速公路中間斷面、靠近高速公路兩邊斷面（與洞內(nèi)水平收斂、拱頂下沉點(diǎn)布置在同一里程上）。每斷面距隧道中心線兩側(cè)15m范圍布點(diǎn)單側(cè)5個(gè)，間距3m，15m外布點(diǎn)單側(cè)6個(gè)，間距5m。地表鉆孔，植入200300mm長(zhǎng)，22鋼筋，砂漿錨實(shí)（見圖3）；（2）洞內(nèi)測(cè)點(diǎn)布置。洞內(nèi)監(jiān)控量測(cè)每5m布設(shè)一個(gè)監(jiān)測(cè)斷面。每個(gè)斷面布設(shè)1個(gè)拱頂下沉點(diǎn)、每臺(tái)階布設(shè)一條水平收斂基線。采用20鋼筋植入基巖，尾部焊接6三角掛鉤，上布反光貼。拱頂下沉和水平凈空收斂觀測(cè)標(biāo)應(yīng)在距開挖面2m的范圍內(nèi)盡快安設(shè)，并應(yīng)保證在每次開挖后12h內(nèi)必須觀測(cè)（見圖4

11、）。第二，監(jiān)控量測(cè)方案。高速公路地表下沉監(jiān)測(cè)：精密水準(zhǔn)觀測(cè)，對(duì)測(cè)點(diǎn)連續(xù)兩次觀測(cè)，且高差之差小于1.0mm，取平均值。洞內(nèi)拱頂下沉及水平收斂采用TCRA1201全站儀+反光片測(cè)定高差、距離來觀察變化。洞內(nèi)監(jiān)控量測(cè)量測(cè)頻率見表1。地表下沉量測(cè)頻率應(yīng)與拱頂下沉和凈空變化的量測(cè)頻率相同。第三，量測(cè)管理標(biāo)準(zhǔn)值。量測(cè)管理標(biāo)準(zhǔn)值Uo即圍巖變形預(yù)警值，結(jié)合本隧道的設(shè)計(jì)要求情況,本隧道的凈空位移Uo取值65mm，拱頂下沉Uo取值40mm。同時(shí)根據(jù)實(shí)測(cè)值結(jié)合變形管理等級(jí)的規(guī)定，確定位移控制基準(zhǔn)及位移管理等級(jí)，見表2、3，高速公路地表下沉值需控制在lcm以內(nèi)，預(yù)警值為6mm。第四，監(jiān)測(cè)資料分析及信息反饋。完成外業(yè)采

12、集后，及時(shí)進(jìn)行內(nèi)業(yè)統(tǒng)計(jì)分析，對(duì)目前施工安全提出評(píng)價(jià)定級(jí)，并按管理等級(jí)提出加固措施。工程對(duì)策主要有：縮短進(jìn)尺、超前支護(hù)、注漿預(yù)加固等。 四、結(jié)語 通過采取在施工過程中利用大管棚進(jìn)行超前支護(hù)，滿鋪鋼棧橋進(jìn)行高速公路路面防護(hù)，三臺(tái)階七步預(yù)留核心土層機(jī)械開挖，嚴(yán)格按頻次進(jìn)行路面下沉監(jiān)測(cè)和洞內(nèi)拱頂下沉、水平收斂量測(cè)并及時(shí)分析數(shù)據(jù)反饋指導(dǎo)施工，限速及封閉施工區(qū)域行車道等措施相結(jié)合，確保了超淺埋隧道下穿高速公路段施工及行車安全，在類似隧道施工中具有很好的推廣及參考意義。 參考文獻(xiàn)： 1高文學(xué)，孫文龍，周文旭等淺埋偏壓隧道開挖數(shù)值模擬與監(jiān)測(cè)分析J施工技術(shù)，2011，40（2）. 2鄧洪亮，楊玉杰，高文學(xué)等隧道施工