杭千高速公路南峰善嶺隧道設(shè)計(jì)與施工.doc

杭千高速公路南峰、善嶺隧道設(shè)計(jì)與施工查群旗 尚 宇（江西省交通工程集團(tuán)公司 南昌 330003）摘 要：本文通過對(duì)大跨徑連體隧道設(shè)計(jì)原理的介紹和分析，總結(jié)出一些設(shè)計(jì)和施工應(yīng)注意的經(jīng)驗(yàn)。關(guān)鍵詞：隧道工程；大跨徑連體；設(shè)計(jì)與施工0 前 言 由于新奧法在隧道工程中的成功應(yīng)用，當(dāng)前已被國(guó)內(nèi)外作為隧道結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和施工的重要方法，其設(shè)計(jì)思路是最大限度地發(fā)揮圍巖的自承能力，但是我國(guó)應(yīng)用新奧法也存在發(fā)展不平衡的問題，需充分了解隧道開挖過程中地層發(fā)生的變化，采取相應(yīng)的加固方法和相應(yīng)的支護(hù)措施，才能達(dá)到安全、經(jīng)濟(jì)的目的。 1 隧道設(shè)計(jì)概況 南峰、善嶺隧道位于杭州富陽(yáng)市東南近郊，兩隧道均為整體式單線雙洞連拱隧道。南峰隧道位于南峰村西南，原設(shè)計(jì)起訖樁號(hào)為：K27+000-K27+410，長(zhǎng)410m?？v坡為單向坡，坡度為+2.8%。善嶺隧道位于南峰隧道出口后跨越毛竹灣山溝的西南側(cè)山坡上。原設(shè)計(jì)起訖樁號(hào)為：K27+485-K27+810，長(zhǎng)325m?？v坡為+2.8%和-0.396%間。兩隧道均位于大半徑平曲線上。1.1工程地質(zhì)、水文等情況 兩隧道位于富春江河谷平原堆積地貌區(qū)，南峰隧道進(jìn)出洞口地段地形起伏較大，植被發(fā)育。表部為殘坡積土，Vp=500-900m/s，層厚1.0-4.0m。下伏基巖，中風(fēng)化砂巖，Vp=1700-2800m/s，層厚4.0-10.0m，微風(fēng)化砂巖厚度大，Vp=2800-3600m/s，巖石為塊、碎石狀結(jié)構(gòu)，節(jié)理很發(fā)育。地下水不發(fā)育，主要為基巖裂隙水。 善嶺隧道進(jìn)洞口地形起伏較大，出洞口較平緩，表部第四系殘坡積土為含碎石亞粘土Vp=600-1000m/s，結(jié)構(gòu)松散，穩(wěn)定性差；下伏基巖為強(qiáng)風(fēng)化砂巖，厚約6.0m，Vp=1000-1800m/s。中風(fēng)化砂巖，厚度大，Vp=1900-2800m/s，節(jié)理發(fā)育。微風(fēng)化砂巖Vp=2800-3900m/s。節(jié)理裂隙較發(fā)育。地下水不發(fā)育，主要為裂隙水。兩隧道地震烈度為VI度。1.2隧道原設(shè)計(jì)情況1.2.1凈空斷面 隧道為上下行合建的6車道連拱隧道，全隧道建筑限界凈寬30.00m，凈高5.0m。隧道襯砌內(nèi)輪廓線單線采用二心圓形式，邊墻為曲墻。中隔墻中心線與路線中心線一致。單向隧道凈空面積為97.92m2。1.2.2交角 南峰隧道進(jìn)出口線路中線與地形等高線的交角約50-60，且進(jìn)口和出口原地面坡度較陡，使整座隧道處于較為嚴(yán)重的偏壓狀態(tài)，只好采用削竹式斜交洞門，以保持山體良好的茂密樹林覆蓋，其進(jìn)口處基本不挖。該方案缺點(diǎn)就是洞口段地表有1m-2m的殘坡積層，為類圍巖。所以洞口斜交范圍洞底必須設(shè)置在中風(fēng)化砂巖上，襯砌支護(hù)參數(shù)也需加強(qiáng)。善嶺隧道進(jìn)出口均設(shè)計(jì)為正交的端墻式洞門。 1.2.3 隧道結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 兩隧道結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)除洞口段結(jié)合地形、地質(zhì)條件設(shè)置明洞，采用礦山法設(shè)計(jì)外，其余均按新奧法原理進(jìn)行。采用柔性支護(hù)體系的復(fù)合襯砌。以注漿中空錨桿，濕噴鋼纖維砼為初期支護(hù)。并輔以鋼架、超前錨桿、加固注漿、超前長(zhǎng)管棚等支護(hù)措施，充分調(diào)動(dòng)和發(fā)揮圍巖的自承能力，在監(jiān)控量測(cè)信息的指導(dǎo)下施作初期支護(hù)和二次襯砌。 復(fù)合式襯砌的各項(xiàng)參數(shù)，參照有關(guān)規(guī)范及國(guó)內(nèi)外類似工程的經(jīng)驗(yàn)，進(jìn)行分析比選和擬定參數(shù)。并應(yīng)用同濟(jì)曙光巖土及地下工程設(shè)計(jì)與施工分析軟件，進(jìn)行圍巖穩(wěn)定狀態(tài)分析，結(jié)構(gòu)內(nèi)力計(jì)算與強(qiáng)度校核。 中隔墻設(shè)計(jì)采用直墻式鋼筋砼結(jié)構(gòu)，基底設(shè)置了5根砂漿錨桿，以提高其穩(wěn)定性，在施工中必須特別注意中隔墻頂部預(yù)埋件的設(shè)置以及頂部防排水處理。分析計(jì)算表明，中隔墻在隧道單側(cè)施工時(shí)承受較大偏心荷載，因此必須等到中隔墻砼達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后才能進(jìn)行主洞開挖，且頂部與側(cè)邊回填必須密實(shí)。 隧道防排水設(shè)計(jì)遵循“以排為主，防排結(jié)合，因地制宜，綜合治理”的原則，采用排、防、截、堵相結(jié)合。防水方面：在初期支護(hù)與二次襯砌之間敷設(shè)一層TJ383BFP防水卷材，作為第一道防水措施；拱部及邊墻二次襯砌采用高強(qiáng)防滲的BR3型防水砼，全隧道滿鋪，作為第二道防水措施。二次襯砌變形縫均用322型2508中埋式橡膠止水帶止水，縱向施工縫、環(huán)向施工縫用BW2型2015遇水膨脹止水條止水，高強(qiáng)防滲的BR3型防水砼外加防水劑。排水方面：在襯砌背后按5m的縱向間距設(shè)置了TJR50mm圓型帶狀環(huán)向盲溝，以引入邊溝排出洞外。在洞內(nèi)路面兩側(cè)設(shè)置了矩形邊溝以排除襯砌后圍巖滲水和路面積水。中隔墻頂部的排水采用預(yù)埋在中隔墻內(nèi)部的70mmPVC管與兩側(cè)環(huán)向排水管相連通。2 設(shè)計(jì)的變更及完善杭州至千島湖高速公路是浙江省公路水路交通建設(shè)規(guī)劃（20032020）公路網(wǎng)主骨架“兩縱兩橫十八連三繞三通道”之一連“杭新景高速公路”的組成部分，與我省即將動(dòng)工的“景婺常高速公路”相接，設(shè)計(jì)為計(jì)算行車速度120km/h、6車道的高速公路。南峰、善嶺隧道從網(wǎng)上查詢可知是目前我國(guó)全斷面開挖跨徑最大的連拱隧道，且屬于超淺埋，施工難度極大，施工單位進(jìn)場(chǎng)后立即著手閱圖和復(fù)測(cè)工作，并會(huì)同業(yè)主、設(shè)計(jì)、監(jiān)理對(duì)全國(guó)部分在建、已建的連拱隧道進(jìn)行考察學(xué)習(xí)。2.1圖紙復(fù)核 鑒于原設(shè)計(jì)只對(duì)隧道中線拱頂覆蓋層厚度進(jìn)行了縱斷面測(cè)量，施工單位進(jìn)場(chǎng)后，還對(duì)兩隧道做橫斷面拱頂覆蓋層厚度復(fù)核，發(fā)現(xiàn)進(jìn)出口仍至洞身部分洞頂覆蓋層普遍偏薄，按照有關(guān)資料，洞頂覆蓋層厚度小于30m為淺埋，小于10m為超淺埋，復(fù)測(cè)后發(fā)現(xiàn)南峰隧道暗洞部分：K27+020-K27+100及K27+340-K27+390，善嶺隧道暗洞部分：K27+495-K27+530及K27+740+K27+765為兩隧道的超淺埋地段，部分在3-5m之間，不利施工安全。2.2設(shè)計(jì)優(yōu)化情況 根據(jù)上述原因，業(yè)主在組織了幾次專家論證后，設(shè)計(jì)單位重新出圖，調(diào)整了路線縱坡，設(shè)計(jì)高程平均下壓6m8m，且進(jìn)出口各延長(zhǎng)5m；南峰隧道進(jìn)、出口設(shè)計(jì)仍為斜交削竹式洞門，但在明洞部分斜交，進(jìn)入暗洞后正交；中隔墻由直墻變?yōu)榍鷫?，中隔墻兩?cè)埋設(shè)豎向彈簧排水管，整體掛設(shè)防水板后，再進(jìn)行二襯；隧道凈寬增至33.5m。3 連拱隧道的施工 連拱隧道施工的核心是維護(hù)隧道的圍巖穩(wěn)定和保證隧道支護(hù)結(jié)構(gòu)處于合理的受力狀態(tài)3.1控制爆破，減少圍巖擾動(dòng)3.1.1控制爆破 開挖中嚴(yán)格遵守“弱爆破、短開挖”的施工原則。2類圍巖進(jìn)尺控制在0.5m-0.8m，類圍巖進(jìn)尺控制在0.8m-1.0m，以減小每次爆破的炸藥總用量，爆破一般采用光面控制爆破和預(yù)裂爆破。3.1.2盡量減小周邊眼的距離 根據(jù)圍巖情況的不同，一般控制在30cm-40cm，周邊眼采用小直徑藥卷間隔裝藥技術(shù)，以控制開挖成型，減小爆破對(duì)圍巖的擾動(dòng)。3.1.3掏槽方式可根據(jù)各自的施工經(jīng)驗(yàn) 采用斜眼楔形掏槽或直眼半孔掏醋；起爆采用非電毫秒雷管，大間隔微差起爆。使相鄰段的起爆間隔大于100ms，以減少對(duì)圍巖擾動(dòng)的目的。3.1.4檢查 每次爆破后采用斷面儀對(duì)開挖斷面進(jìn)行檢查記錄，并結(jié)合監(jiān)控量測(cè)的信息反饋及時(shí)調(diào)整爆破參數(shù)。3.2偏壓連拱隧道的施工方法3.2.1轉(zhuǎn)換 關(guān)鍵是要很好地處理左右拱部施工由不對(duì)稱性到左右洞拱部施工完畢的對(duì)稱結(jié)構(gòu)體系的轉(zhuǎn)換。3.2.2采用先山體外側(cè)，后山體內(nèi)側(cè)的施工方法 （1）先開挖外側(cè)隧道，在其掌子面超前于內(nèi)側(cè)掌子面30m以上；（2）外側(cè)隧道二次襯砌超前于內(nèi)側(cè)隧道的掌子面，這時(shí)內(nèi)側(cè)隧道方可向前掘進(jìn)（此時(shí)，可使中隔墻所受的偏壓推力先行得到外側(cè)隧道支護(hù)結(jié)構(gòu)的支撐，使其受力平穩(wěn)，減少中隔墻的水平位移；同時(shí)避免了內(nèi)側(cè)隧道的圍巖受外側(cè)隧道開挖的二次擾動(dòng)，減少圍巖變形和減少圍巖荷載）。（3）采用中導(dǎo)洞先行，兩側(cè)導(dǎo)洞滯后的“三導(dǎo)洞先墻后拱法”，即從基礎(chǔ)做起，形成支護(hù)環(huán)后再開挖核心部分。該方法較安全，結(jié)構(gòu)整體性好。3.3施工順序 連拱由于中隔墻的存在，施工過程中必須先進(jìn)行中隔墻的開挖及襯砌，從而保證拱部，初期支護(hù)，鋼支撐及2次襯砌具有著力點(diǎn)。一般施工順序見附圖：3.3.1、圍巖 中導(dǎo)坑開挖中導(dǎo)坑錨噴支護(hù)、鋼架支撐等中隔墻襯砌鋪中墻頂防水板并回填砼側(cè)導(dǎo)坑開挖（當(dāng)有偏壓時(shí)，兩側(cè)導(dǎo)洞應(yīng)滯后）側(cè)導(dǎo)坑錨噴支護(hù)、鋼架支撐等側(cè)墻防水板鋪設(shè)、側(cè)墻二次襯砌等 右中央拱部開挖、拆除臨時(shí)支護(hù)及鋼架支撐右中央拱部錨噴支護(hù)、鋼架支撐在左洞設(shè)置工字鋼臨時(shí)支頂以平衡右洞二次襯砌產(chǎn)生的水平推力(或用其它方法支頂平衡均可)右洞防水板鋪設(shè)，右洞襯砌左中央拱部開挖、拆除臨時(shí)支護(hù)、鋼架支撐等左中央拱部錨噴支護(hù)、鋼架支撐等 左洞防水板鋪設(shè)左洞二次襯砌 左洞其余部分開挖及拆除工字鋼臨時(shí)支頂裝置。3.3.2、類圍巖 中導(dǎo)坑開挖中導(dǎo)坑噴射砼支護(hù)中隔墻襯砌左洞防水板鋪設(shè)左洞二次襯砌右洞全斷面開挖右洞噴射砼支護(hù)右洞防水板鋪設(shè)右洞二次襯砌左洞全斷面開挖 左洞噴射砼支護(hù) 左洞防水板鋪設(shè)左洞二次襯砌。3.3.3洞口處理 一般在洞口段及、類圍巖地段采用先墻后拱法，其余地段可采用先拱后墻法。3.4中隔墻解決中隔墻水平推力的平衡問題，是連拱隧道施工成敗的關(guān)鍵。 由于連拱隧道的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，即須中隔墻砼施作后，方可進(jìn)行正洞的開挖及支護(hù)；左右兩洞的不對(duì)稱施工；爆破的振動(dòng)；分部施工的反復(fù)擾動(dòng)，使初期支護(hù)傳遞到中墻的地壓力造成了中墻受力的不平衡，當(dāng)中墻不能抵抗這種單側(cè)的推力而發(fā)生較大的位移時(shí)，就會(huì)引起拱部開裂，支護(hù)遭破壞而失穩(wěn)，造成嚴(yán)重后果。應(yīng)注重采取如下措施：3.4.1控制 合理組織好施工工序，作好爆破控制，盡量減小對(duì)圍巖的擾動(dòng)，以控制中墻所受的這種不平衡推力至最小。3.4.2檢查基底承載力 中墻砼施工前，應(yīng)首先檢查基底承載能力（一般若不設(shè)置仰拱，要求大于2000kPa-2500kPa，這至少要求為類偏高地段才可能達(dá)到；若設(shè)置仰拱，地基承載力也不宜小于350kPa -450kPa，否則應(yīng)對(duì)中隔墻基礎(chǔ)采取加固注漿，一般土質(zhì)地段中隔墻基礎(chǔ)采用RD25中空注漿錨桿進(jìn)行高壓加固注漿，以提高其承載能力，風(fēng)化巖層地段可用22砂漿錨桿加固地基）。以保證中墻在今后受力時(shí)不因基底承載力不足而沉降，從而導(dǎo)致支護(hù)失穩(wěn)。3.4.3及時(shí)回填 中墻頂部圍巖，在施工中遭三次擾動(dòng)，易提早出現(xiàn)塑性破壞，形成塌方。當(dāng)中墻施工后，及時(shí)將頂部及圍巖的空隙用砼回填頂緊，“頂天立地”，并將中導(dǎo)洞開挖的洞碴回填，盡可能恢復(fù)原生土狀。根據(jù)中導(dǎo)洞拱頂圍巖情況用錨桿或小導(dǎo)管注漿加固中導(dǎo)洞拱頂圍巖，使中隔墻鋼筋與加固導(dǎo)洞拱頂錨桿或小導(dǎo)管焊接成整體，這樣達(dá)到減跨支護(hù)的作用，有利于從中導(dǎo)洞初期支護(hù)承載到正洞初期支護(hù)承載體系的轉(zhuǎn)換。3.4.4盡快施作仰拱鋪底砼及2次襯砌 仰拱鋪底砼應(yīng)適當(dāng)超前，一般情況和襯砌面保持15cm以上的間距；2次襯砌宜盡快緊跟，一般情況和掌子面的距離不應(yīng)超過50m，使中墻與支護(hù)體系形成一個(gè)共同體承載力，加大其抵抗不平衡推力的能力。3.4.5滲漏現(xiàn)象 中隔墻的滲漏現(xiàn)象是目前連拱較普遍存在的一個(gè)問題，由于受到諸多不利因素（形成的匯水點(diǎn)；施工接縫；防水板經(jīng)多工序，易受損害而開裂；二次襯砌鋼筋接頭；泄水管的安裝），影響防水體系的效果，施工中要嚴(yán)加控制，精心施工，確保各工序的質(zhì)量。3.5連拱隧道的監(jiān)控量測(cè)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控量測(cè)是新奧法復(fù)合式襯砌設(shè)計(jì)、施工的核心技術(shù)之一，其信息反饋資料是指導(dǎo)施工、動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)。3.5.1超前導(dǎo)洞3.5.1.1沿導(dǎo)洞每10m設(shè)一個(gè)斷面。（拱頂和水平收斂點(diǎn)的要求見設(shè)計(jì)圖）3.5.1.2中導(dǎo)洞以拱頂下沉為主；側(cè)導(dǎo)洞以水平收斂為主。3.5.1.3當(dāng)采用上臺(tái)階法施工時(shí)，若出現(xiàn)變形數(shù)量過大或收斂速度無(wú)穩(wěn)定趨勢(shì)時(shí)，應(yīng)及時(shí)設(shè)臨時(shí)仰拱，會(huì)收到明顯效果。3.5.1.4從變形的縱向分布看，若隨著埋深的增加，變形值逐漸增大，說明隧道具有明顯的淺埋特征，若圍巖類別不變，變形量趨小或穩(wěn)定時(shí)，從某種意義上講隧道已進(jìn)入深埋段了。3.5.1.5建議各類圍巖導(dǎo)洞變形平均值采用如下控制（六車道連拱）：1.拱頂下沉（mm）類圍巖50-60；類圍巖40-50；類圍巖30-40。2.水平收斂（mm）類圍巖20-30；類圍巖15-20；類圍巖10-15。3.5.2正洞3.5.2.1沿正洞每10m設(shè)一個(gè)斷面。（拱頂及水平收斂的要求見設(shè)計(jì)圖）。3.5.2.2在三導(dǎo)洞開挖完畢后，施作了中墻及左右邊墻的二次襯砌結(jié)構(gòu)。此時(shí)，左、右隧道正洞初期支護(hù)的拱頂下沉量應(yīng)控制在10-15mm；而水平收斂量應(yīng)控制在2mm以下（以下兩指標(biāo)均為平均值）。3.5.2.3圍巖基本穩(wěn)定的速率控制值仍按設(shè)計(jì)要求（即拱頂下沉速率為0.1mm/d-0.2mm/d。）特別是、類圍巖，二次襯砌承受部分圍巖壓力設(shè)計(jì)，應(yīng)根據(jù)量測(cè)結(jié)果，分析、判斷確定二次襯砌的適當(dāng)時(shí)機(jī)，不能早，也不能晚。3.5.3地表下沉3.5.3.1當(dāng)中導(dǎo)坑通過橫斷面后，最大沉降點(diǎn)位于中導(dǎo)坑的正上方。3.5.3.