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(tuán)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(diǎn)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(jì)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(xué)，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(yùn)輸領(lǐng)域中有著不可替代的作用，其主要承擔(dān)貨運(yùn)及客運(yùn)的職能。其優(yōu)點(diǎn)是運(yùn)輸成本低，安全，經(jīng)濟(jì)，高效；缺點(diǎn)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(dá)到預(yù)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(jì)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(dǎo)安全風(fēng)險高；工期較長，須對該光纜進(jìn)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(fēng)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(diǎn)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(jì)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(jìn)口里程IDK23+980，出口里程IDK23+644。進(jìn)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(dá)到通車條件并完成了交通疏導(dǎo)工作，現(xiàn)場增設(shè)相關(guān)交通導(dǎo)行標(biāo)志，并對原S201省道進(jìn)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(jìn)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(jìn)行架空后保護(hù)處理。 現(xiàn)場實地對隧道下穿公路進(jìn)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(qiáng)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(jìn)行交通導(dǎo)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(xì)敘述，隧道施工嚴(yán)格按照“管超前、嚴(yán)注漿、短開挖、強(qiáng)支護(hù)、快封閉、勤量測”原則進(jìn)行組織施工，施工步驟如下：改移道路施工（達(dá)到通車條件并交通導(dǎo)行）超前支護(hù)施工（中管棚+超前小導(dǎo)管）洞身開挖初期支護(hù)（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(yù)留注漿孔注漿處理恢復(fù)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(fù)敘述。 3.2超前支護(hù)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(jìn)行注漿處理。 3.2.2超前小導(dǎo)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(dǎo)管錯開布置，小導(dǎo)管均須進(jìn)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(hù)，洞內(nèi)采用三臺階七步開挖法進(jìn)行開挖支護(hù)，盡早封閉。 關(guān)鍵施工要點(diǎn)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(jìn)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(jìn)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(jī)械開挖，一是采用人工配合挖機(jī)，或者采用破碎頭進(jìn)行破除。上臺階出碴利用挖機(jī)扒碴至下臺階，下臺階利用裝載機(jī)裝碴，自卸式汽車運(yùn)碴。 嚴(yán)格按照“短進(jìn)尺、弱爆破”進(jìn)行分部開挖，上臺階預(yù)留核心土，臺階長度控制在5m以內(nèi)，嚴(yán)格按照“逐榀開挖、逐榀支護(hù)”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(yù)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(biāo)準(zhǔn)，進(jìn)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(dǎo)施工。 3.4洞身初期支護(hù) 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(jìn)尺，加強(qiáng)支護(hù)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(qiáng)支護(hù)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(hù)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(fù)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(dǎo)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(hù)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(hù)參數(shù)按照Vc復(fù)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(yù)埋鋼板并預(yù)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(jìn)行初噴，及時施作臨時支護(hù)和初期支護(hù)。噴射砼采用濕噴作業(yè)，風(fēng)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(hù)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(hù)閉合成環(huán)至下臺階的距離控制在5m以內(nèi)。 初期支護(hù)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(hù)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(diǎn)監(jiān)控。 3.4.2型鋼鋼架制作與安裝 隧道鋼架支護(hù)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(fù)噴混凝土到設(shè)計厚度，并及時進(jìn)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(zhǔn)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(yuǎn)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(biāo)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(diǎn)。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(dǎo)管 每榀鋼架上、中、下拱腳處分別設(shè)置2根42鎖腳小導(dǎo)管，鎖腳小導(dǎo)管單根長度為4m，小導(dǎo)管下傾角20，小導(dǎo)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(dǎo)管施工方法”，在此不做重復(fù)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(fēng)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(jī)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(hù)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(yùn)輸車運(yùn)至洞內(nèi)，采用濕噴機(jī)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(jìn)行清理后復(fù)噴至設(shè)計厚度。 3.6初支背后注漿處理 為防止初期支護(hù)背后局部空洞造成公路路面出現(xiàn)過大沉降，于初期支護(hù)完成后，立即對初期支護(hù)拱部144范圍進(jìn)行注漿回填，注漿管采用42小導(dǎo)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(dǎo)管施工相同，不做重復(fù)敘述。 3.7洞身襯砌 仰拱初期支護(hù)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(hù)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(jìn)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(yùn)輸罐車運(yùn)輸，混凝土輸送泵灌注。拱頂混凝土灌注過程中加強(qiáng)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(yù)留注漿孔進(jìn)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(yù)留不少于2個注漿孔；注漿管在拱部混凝土澆注前預(yù)埋在拱頂處，注漿管采用?準(zhǔn)50PVC管，縱向間距5m，當(dāng)混凝土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計強(qiáng)度后即可進(jìn)行。 3.9下穿省道段道路恢復(fù)施工 待隧道下穿段二襯模筑混凝土到達(dá)設(shè)計強(qiáng)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(dá)到強(qiáng)度后，對下穿段30m范圍內(nèi)用20t壓路機(jī)作負(fù)重通過試驗，如路面破損或開裂立即按照既有道路標(biāo)準(zhǔn)對其進(jìn)行修復(fù)，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(fèi)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(dǎo)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(jìn)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