对高速公路双连拱隧道施工技术的探讨

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  摘 要:高速公路隧道工程是高速公路重要的组成部分,其施工技术直接影响到整个高速公路工程的质量。本文结合具体的工程,对高速公路双连拱隧道的施工技术进行了分析探讨。
  关键词:高速公路;双连拱隧道;施工技术
  某高速公路隧道起讫里程桩号为K4+155~K4+420,全长265m,底板高程1307.04~1304.67m,最大埋深79.14m。单洞室建筑界线净宽17m,净高5m。该区域的地质条件复杂,各种不良地质条件交错存在,对此在对本公路经过此段的隧道时,设计该隧道为双连拱隧道。下面谈谈该隧道的施工技术。
  1、预应力锚索施工技术
  (1)准确测放锚索孔位,偏差不超过±3cm,钻孔倾角误差不小于±2°,为确保锚索有效锚固深度,实际钻孔深度须大于锚索长度1m。
  (2)锚索成孔禁止开水钻进,钻进过程中详细记录岩粉变化、钻进速度、地下水等情况。遇坍孔时立即停钻进行固壁灌浆处理。成孔过程中技术人员核对地质情况,发现与设计情况不符时,及时与监理及设计人员联系,及时调整锚索长度。
  (3)锚索孔孔径不小于设计值φ130mm,钻孔完成后用高压空气清孔。
  (4)锚筋采用强度标准值为1860Mpa的高强度、低松弛φs15.24mm预应力钢绞线制作,顺直、无损伤和死弯;钢绞线采用砂轮切割机切割;考虑到锚索张拉工艺要求,钢绞线实际下料长度比锚索设计长度长1m。
  (5)锚固段除锈、除油污,按设计要求绑扎架线环和紧箍环;自由段除锈后抹黄油,并立即外套塑料管,两端用铁丝扎紧,并用电工胶布缠封,按设计要求绑扎架线环。
  (6)下锚后锚孔内灌注M35水泥砂浆,砂浆体强度不低于30MPa。采用从孔底到孔口返浆式注浆,注浆压力不低于0.5MPa。砂浆体强度和锚头硂达到设计强度80%后进行锚索张拉锁定封锚。
  (7)本工程单根锚索的设计锚固力为800KN,分级循环超张拉到110%设计张拉力,锚索张拉设备经资质的部门规定。正式张拉前先进行1~2次试张拉,荷载等级为0.1倍设计荷载。
  (8)锚索张拉分五级进行,各级荷载依次为设计荷载的0.25、0.5、0.75、1.0和1.1倍,除最后一级需要稳定10~20分钟外,其余每级需要稳定5分钟。张拉时分别记录每级荷载下钢绞线的伸长量。在每级荷载的稳定时间内测读锚头位移三次。张拉后若发现有明显的预应力损失,要及时进行补张拉。
  (9)当张拉到最后一级荷载且变形稳定后,卸荷至锁定荷载锁定锚索。锚索锁定后,切除多余钢绞线,用C30硂及时封闭锚头。
  2、开挖方式的选择
  双连拱隧道与分离式隧道相比较,双连拱隧道开挖跨度大;隧道埋深浅,多次开挖必然导致围岩受多次扰动,尤其是中隔墙顶部,多次扰动后在施工后期承载着巨大的围岩压力,稍有不慎易引起隧道围岩坍方;双连拱隧道施工工序较多,结构特殊又复杂,且结构受力状态变化频繁,施工技术难度大;但双连拱隧道有着一个最大的优点是:它避免了隧道洞口桥隧或路隧分幅即避免了线路从整体到分离再到整体的复杂转换。因此,虽然双连拱隧道施工风险大,技术难度高,但它有着不可替代的优点,所以在施工过程中要高度重视、精心组织,重视本隧道施工的每一道工序,尤其要重视“开挖”这道走在隧道施工前头的工序。
  中导洞、侧导洞的开挖均选择全斷面开挖,因为它们的开挖断面较小,作业面狭小,单洞内的各道工序几乎无法平行作业。而且隧道的掘进必须遵循“短进尺、强支护”的原则,施工中严格控制每次开挖的进尺量:Ⅵ类围岩控制在1.5m之内,Ⅴ类围岩控制在0.8m之内,同时开挖工序必须尽快完成以便进行初期支护施工。
  虽然单洞内的各道工序无法平行作业,但各个导洞的施工却互不干扰,在实际施工中,可以先行开挖掘进中导洞,滞后一定距离后再开挖左、右侧导洞,从整体施工上实现交叉施工、平行作业。
  主洞的开挖必须在中隔墙浇筑好之后方可进行,这是因为中隔墙是主洞开挖后最重要的受力承载部位。开挖分上、下断面依次开挖,上断面我们选择弧形开挖法,保留核心土,滞后一定距离开挖下断面。由于上断面空间狭小,不利于机械作业,为了方便施工,下断面的开挖必须紧跟上断面,根据施工经验,上下断面的开挖距离选择为2~5m时即能保证安全又利于机械开挖作业,围岩较好时取较小值,反之取较大值。
  左、右主洞的开挖必须错开一定距离,这是由于左右主洞开挖后,隧道拱部的围岩压力主要由中隔墙来承载,当左(或右)主洞超前开挖后,围岩对中隔墙的产生偏压力,且这个偏压力是较复杂的,但可以简单的认为是一个向右(或左)水平分力和一个向下垂直分力的合力,水平分力由右(或左)主洞未开挖的围岩和中隔墙共同抵抗,而垂直分力基本上全部由中隔墙承载,在这个围岩压力未趋于稳定之前开挖右(或左)主洞,使大部分向左(或右)抵抗力消失,则横向水平分力会引起中隔墙向右(或左)位移、倾斜、开裂等危害,这将会导致非常严重的后果。因此当左(或右)主洞开挖并初期支护完成、围岩压力趋于稳定后方可开挖右(或左)主洞。洞口浅埋段或偏压段主洞的开挖更值得提高注意,只有在左(或右)主洞二次衬砌好之后才能进行右(或左)主洞的开挖。
  从上面的分析可以看出,在左(或右)主洞开挖过程中,中隔墙受到了一个横向水平分力的影响,为抵抗这个横向水平分力,在开挖主洞之前,在中隔墙右(或左)侧施作一个反向支撑,反向支撑由下层夯填土和上层浆砌片石构成,或由桁架结构横向支撑在中隔墙和中导洞侧墙上作为反向支撑物。
  双连拱隧道的开挖比分离式隧道的开挖还多了一道重要的工序,那就是临时支护的拆除。侧导洞内侧和中导洞两侧的初期支护在主洞仰拱开挖前必须拆除。临时支护的拆除必须以主洞监控量测的结果为指导,因为主洞的开挖使隧道结构受力状态发生变化,临时支护还是一个重要的受力结构,必须在受力状态趋于稳定之后方可拆除,如盲目施工,就会使开挖过程中隧道结构受力频繁发生变化,这将成为双连拱隧道坍方最严重的安全隐患。
  3、中隔墙的施工
  中隔墙是整个双连拱隧道结构稳定的关键,是双连拱隧道最重要的结构体。中隔墙在左右主洞施工过程中,将受到压、拉、弯、剪应力等复杂的作用力,承载着隧道拱部的荷载。因此对中隔墙的施工必须引起高度重视,特别要注意施工质量。
  本隧道的中隔墙对称居中于中导洞,是对称断面的曲中墙。中隔墙的位置和断面大小确定了中隔墙在施工中作业空间非常狭小,由于作业空间的限制,中隔墙的施工只能由中导洞的中间向两端或由中导洞出口向进口进行倒退式的施工。同时,中隔墙混凝土也因空间的限制无法整体浇筑,分为基础和墙身两部分,但中隔墙钢筋由于起着十分重要的作用,务必整体绑扎,以增强中隔墙结构的稳定性和抵抗能力。在施工中采用弯制的弧形工字钢作为模板支架、钢制小模板立模,输送泵泵送混凝土入模。
  但由于中隔墙顶部呈弧形,作业空间又极其狭小,浇筑混凝土时通常无法使中隔墙顶部密实,往往在弧形顶部留有空洞。因此在中隔墙顶部预先埋设注浆管,当混凝土浇筑后及时注浆回填空腔,使中隔墙顶部顶紧岩面。在处理较大的顶部空腔时,先采用易于操作的喷射混凝土回填,然后再注浆,既提高了中隔墙顶部混凝土的密实度又提了混凝土的强度。
  中隔墙顶部回填是至关重要的一道工序,务必严格要求、加以高度重视,因为中隔墙是主要受力结构,如果中隔墙顶部回填不密实,无法承受围岩压力和初期支护施工后带来的不对称作用力,极易引起中隔墙顶部围岩失稳、坍塌,甚至会使中隔墙倾斜、开裂等严重后果,从而引起主洞坍塌。■参考文献
  [1] 许占良.高速公路双连拱隧道施工技术[J].中国高新技术企业.2010(09)
  [2] 梁源.高速公路双连拱隧道施工技术[J].交通世界(建养.机械).2013(01)
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