[摘要]龙井隧道是崇遵高速公路较长大隧道之一,其中出口端以其复杂的地形和地质情况令人忧虑。本文以龙井隧道进洞方案的选择及各种加固方案的制定,为类似工程提供参考。
[关键词]龙井隧道 隧道浅埋偏压段进洞
一、工程概况
龙井隧道位于贵州省遵义县板桥镇境内,是崇(溪河)遵(义)高速公路较长大隧道之一。隧道总长2326m(左线1196m,右线1130m),单洞净跨10.4m,净高6.7m,双车道单向行使。隧道高程在931～1168m之间,地形起伏较大,地质构造复杂,属典型的喀斯特地形。
二、工程地质、水文地质及地形条件
隧道区内为寒武系中统高台组及寒武系中上统娄山关群第一段,属于碳酸盐岩台地沉积。覆盖层为第四系残、坡积层砂质粘土、碎石土、块石土。隧道工区位于潘家山复式(背斜)褶皱构造的北东翼、娄山关大断裂的南西盘(上盘)。受大断裂影响,区内有f1断层(龙井断层)为纵断层,表现为地层岩性不延续;f2断层为横断层,在出口端(k89+400处)斜交穿过隧道,断层两盘地层产状差异较大,地层岩性不延续。k89+400至出口端k89+660区内有多处小断层(张性),断层岩石风化作用强烈,风化节理较发育,岩石呈砂屑状或碎屑状。隧道工区白云岩、泥质白云岩、角砾状白云岩和泥质粉砂岩均为透水层,由于断裂构造影响,区内除大气降水补给,部分渗入基岩,形成基岩裂隙水,还部分接受f1断层上盘地下水的渗入,地下水丰富。地下水位埋层较浅,均在隧道顶板上。
隧道出口端,岩体程碎块状结构,节理裂隙发育,处于强风化带中,隧道顶板较薄(2～4m),覆盖层为土层。www.11665.com右洞岩层倾角较大与设计地质不符。岩土分界从拱顶至线路前进方向右侧拱脚外环大部为土层,该处属典型的浅埋、偏压隧道,成洞困难,地表易塌陷、开裂。
三、进洞方案
1.洞口段矿山法施工
洞口段原设计ⅱ类围岩支护参数如下:φ114超前大管棚长30m,环距50cm,纵向外插角10,共29根;c20混凝土套拱长80cm;径向锚杆rd25n,长3.5m,间距80×80cm,喷混凝土厚20cm;φ8钢筋网20×20cm,钢筋格栅钢架间距80cm,模筑混凝土60cm。
经地质勘察和围岩鉴定为ⅰ类围岩,调整支护参数。根据已往施工经验,在大管棚施工中,容易出现掉棚(管棚侵入洞内),调整了外插角和管棚半径,外插角改为30,管棚半径由设计6.13m改为6.28m,其余不变。由于右洞岩层倾角较大,为防止套拱下沉,线路前进方向右侧,套拱拱脚深挖至岩层,并将基础扩大为1.5m纵向×2m横向×3m深,套拱长度由0.8加长到1.5m;径向锚杆、钢筋网片、模筑混凝土的参数不变;初期支护中增加φ42超前小导管,环距30cm,4.5m长,2.4m一环,施作范围拱部1600;格栅钢架改为20b工字钢拱架,间距60cm,喷射混凝土厚度改为25cm。右洞拱脚处每榀工字钢增加2排锁脚,用φ42小导管5m长注浆加固,用水泥、水玻璃双液浆,比例1:0.5。
2.具体进洞方案
(1)清表
首先,将洞顶地表范围植被清除,将稻田水疏干,使土体由液塑状态变为干硬状态。
(2)天沟
洞口地表地势较平缓,又处于沟谷,雨水将汇集洞口,故进洞前施作天沟,以截除地表水。
(3)地表加固
根据龙井右线出口的地形、地质情况,隧道开挖时必然造成上断面两侧产生沉降而出现山体偏压失稳,将使隧道位移、变形,甚至出现初期支护表面产生裂缝。另外根据覆盖层情况,开挖过程中必然造成地表沉降、开裂。
根据普氏理论,松散体在隧道开挖后,其上方形成抛物线形的平衡拱,平衡拱的跨度与开挖宽度相等。在松散体中施工时出现的大规模冒顶就是该平衡拱失稳造成的结果。地表加固注浆能有效地减小隧道坍方的可能性。因为,地表花管注浆加固后,类似于一根摩擦桩,制约土体相对向下移动。更为主要的是,此法将成为其周围土体的一个核心,由于相邻两花管间距离远远小于隧道的开挖宽度,必然使得平衡拱的矢高大大减小,保证了施工安全。为此,在进洞前,我们采取了以下办法:
——将地表整平,挂网锚喷混凝土将地表封闭。
——隧道中线至线路前进方向左侧拱顶为岩石,右侧为土层,开挖后将产生不均匀沉降。在洞顶地表隧道中线至线路右侧12m范围、纵向20m范围竖向打入φ76花管注浆加固,注浆浆液采用水泥、水玻璃双液浆,配比为1:0.5,初始压力0.5～1mpa,终压2～2.5mpa,注浆顺序为先两侧后中间,纵向先洞口后洞身。管壁厚5.5mm、间距80cm,梅花型布置,管底以拱顶外缘和打入基岩1.0m控制,但不得低于隧道边墙基底标高。
(4)进洞措施
人工按里程、坡比清刷边仰坡后挂网锚喷混凝土;浇筑混凝土套拱,在套拱内预埋φ120钢管定位,待混凝土强度达到设计强度的80%后,施工大管棚注双液浆。
以上各项工作完成后,就开始上半断面开挖进洞。
(5)洞内开挖方法
因洞口段为ⅰ类围岩,故采用长台阶法先作上半断面,上半断面净高4.8m,循环进尺60～80cm。依据“短进尺、弱爆破”的原则,主要采用人工风镐或挖掘机挖掘,辅以弱爆破,严禁放大炮。当上半断面掘进60～80m后,开始侧壁拉槽,左右跳槽错开开挖,严禁相对开挖。二衬台车及时加工,二衬距掌子面的距离不宜超过120m。
(6)监控量测及信息反馈
监控量测是natm法施工的重要手段,是指导施工方案中的支护参数、施工工艺及各工序的作业时间的重要方法。龙井隧道出口段进行了地表下沉、拱顶沉降和周边收敛的监控量测。从量测结果可以知道地表下沉量最大20cm,拱顶下沉最大值为2mm,周边收敛最大值2.1mm。施工至今已有两年,变形基本稳定,施工方案基本合理,初期支护、地表加固及时有效。
四、结语
总结龙井隧道洞口段的施工方案,有以下几点体会:在复杂条件下成洞应结合各种方法,综合治理,才能确保施工的安全;在松散地层中注浆加固使较松散的土层胶结成一个整体,同时洞内加强了超前支护、调整了初期支护参数,较顺利的完成了进洞,解决了浅埋偏压段隧道施工难度大的难题。
