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新中梁山隧道下穿大学城隧道施工技术.doc

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梁山 隧道 大学城 施工 技术
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新中梁山隧道下穿既有公路大学城隧道施工技术曹海林(中铁十七局集团第一工程有限公司 030032 山西太原)摘要:成渝客运专线新中梁山隧道下穿既有遂渝高速公路大学城隧道,隧道拱顶距公路隧道最小净距为7m,施工采用大管棚注浆技术与相关新工艺,达到了减震、加固围岩的目的,并对既有高速公路隧道监控量测措施进行分析,保证新建隧道的安全 ,又能使既有隧道正常运营。关键词:下穿;既有隧道;大管棚;爆破震动;监测1 工程概况新建成渝客运专线新中梁山左线隧道分别于D3K291+498~+538、D3K291+586~+626下穿遂渝高速公路新大学城左线隧道K3+960~K4+000段,右线隧道YK3+891~+931,夹角约35°。与大学城左线隧道净距7.0m~7.7m;与大学城右线隧道净距10.7m~10.9m。此段地质状况为:立交段上覆坡残积(Q4dl+el)粉质黏土;下伏基岩为三叠系下统嘉陵江组(T1j)、飞仙关组(T1f)地层。基岩溶岩水、裂隙水较发育,按现行《铁路隧道设计规范》围岩划分标准,此段围岩级别属Ⅳ、Ⅴ级。既有高速公路隧道为两车道上下行分离式隧道,隧道净高7.0m,净宽11.2m。采用复合式衬砌,初期支护采用喷C25混凝土或C30混凝土,二次衬砌采用C25模筑混凝土或C30钢筋混凝土。左线隧道K3+770~K4+010段拱顶、拱脚和边墙部位的二次衬砌层厚度为45~72cm,K3+974~K4+010段二次衬砌层内加有钢筋,钢筋间距约为0.25cm;右线隧道YK3+715~+955段拱顶、拱脚和边墙部位的二次衬砌层厚度为49~73cm,YK3+874~+955段二次衬砌层内加有钢筋,钢筋间距约为0.25cm。该隧道于2005年建成通车。新旧隧道相互位置关系如图1所示。 遂 渝 高 速 公 路 大 学 城 左 隧 道 遂 渝 高 速 公 路 大 学 城 右 隧 道图1 新旧隧道相互位置关系示意图(单位:m)2 重点和难点分析本工程下穿的大学城隧道是渝遂高速公路重庆段的重要工程之一,为单线双洞汽车专用隧道。高速路上车流量大、车速快,为保证下穿段隧道施工期间高速路的绝对行车安全,隧道沉降控制标准要求:开挖期间及铁路运营后高速公路路面绝对沉降值控制在10mm以内。如何保证施工期间隧道不坍塌及高速路的路面绝对沉降,采取措施降低施工风险是本铁道工程的难点;确保隧道安全、顺利、高质量的贯通是难点中的重点。3 施工方法3.1 超前大管棚施工(1)在隧道下穿高速公路范围内,采用大管棚注浆超前支护,支护拱部120°范围内均采用40m长Φ108大管棚内置钢筋笼一环通过,大管棚环向间距0.4m,每环31根。(2)管棚施工前,在管棚工作室掌子面洞身开挖轮廓线上方架设两榀拱架,然后挂网喷射混凝土封闭掌子面。(3)钻孔是管棚施工的关键工艺,钻孔质量的优劣关系到管棚的整体质量。大管棚钻孔孔口位置沿隧道拱部开挖轮廓线外10cm布置,每环31根 ,环向间距400mm,外插角1°~3°。采用德国宝峨KR805-1多功能液压钻机进行钻孔施工,为了保证管棚在开挖轮廓线外,需施作10m管棚工作室,管棚工作室需在Ⅳ级复合衬砌断面的基础上扩挖1.2m。钻孔时需垫出钻机工作平台。钻孔施工顺序由下向上、由两边向中间依次进行。钻孔注意事项和防斜措施如下:①对孔要精确,钻具轴线要与管棚钢管轴线重合;②钻机平台要搭建稳固,钻机要固定牢;③钻具上安装扶正器;④钻进过程中要随时用经纬仪测量钻杆角度,发现偏差及时纠正。(4)安装钢管。钢管采用Φ108mm、壁厚6mm无缝钢管,分段安装。为保证同一断面钢管接头数≤50% ,相邻两孔钢管接头间距>1m,第一段按奇、偶数分别编号,奇、偶数不同的管长相差2m(若奇数管长为4m,则偶数管长为6m),其后各分段管长可取相等长度(6m)。两段之间用丝扣连接并焊接,丝扣螺纹段长度不小于15cm。钢管上钻注浆孔,孔径为10~16mm,孔间距15~20cm,呈梅花形布置。钢管尾部2.5m不钻孔作为止浆段。为便于顶进,第一段钢管前端加工成锥形。(5)安装钢筋笼。为提高钢管的刚度和强度,钢管内增设由4根Φ18mm螺纹钢筋和固定短环组成的钢筋笼,固定环采用外径Φ42mm、壁厚6mm,长4cm的短管环,环向间距1m。⑹注浆。每完成一根钢管,即开始进行注浆施工,注浆采用M20水泥浆,水泥采用普通硅酸盐水泥,水泥强度等级42.5级以上,浆液配比为1:1。注浆压力根据现场实际地质情况确定,初压0.5~1.0MPa,终压2MPa,持压15min后停止注浆。大管棚注浆孔及内置钢筋笼见图2图 2 大管棚注浆孔及内置钢筋笼图3.2 超前小导管施工大管棚位于设计轮廓线外300mm以上时,为防止掌子面拱部坍塌,掌子面拱部外缘加设Φ42mm超前小导管加固支护岩体。(1)小导管制作与安装。超前注浆小导管采用Φ42 mm钢管加工制成,长度为3m,前端加工成锥形,以便施工。(2)小导管布设。开挖时超前预支护采用Φ42mm小导管进行超前支护并注浆。纵向间距2m,环向间距40cm,单根长3m,每环31根。用凿岩台架风钻将小导管推入围岩。3.3 隧道开挖(1)隧道下穿遂渝高速公路大学城隧道地段岩性属于Ⅳ、Ⅴ级白云质灰岩夹石膏。大管棚施作完毕后,即可进行隧道开挖,开方法采用台阶法开挖,控制爆破工艺。严格按照《爆破安全规程》GB6722-2011控制装药量,为确保近距离条件下新建隧道开挖时既有隧道结构安全,爆破震速控制在2cm/s以内,减小对既有隧道结构的震动破坏,具体采取以下措施:①开挖采用微振控制爆破技术,周边采用光面、预裂爆破,控制开挖轮廓和缓冲爆破强度;②采用减振楔形掏槽形式和多段大间隔微差爆破,避免爆破应力波峰叠加;③建立防震孔带,沿靠近既有线一侧开挖轮廓线钻设不装药的空孔,建立应力波的反射界面或隔振屏障;④加强炮孔堵塞,充分利用炸药爆炸能量,减少单孔耗药量,减低爆破振动。(2)初期支护Ⅳ、Ⅴ级围岩初期支护分别为:Ⅳ级围岩采用格栅钢架,间距0.8m一榀,拱墙设Φ6.5mm钢筋网,网格间距为20cm×20cm,钢架间纵向Φ22 mm连接钢筋采用等边三角形布置;拱部设Φ42注浆小导管,边墙Φ22 mm砂浆锚杆,长3m,间距1.2m(环)×1.0m(环),梅花形布置;Ⅴ级围岩采用型钢全环钢架,间距0.6m一榀,拱墙设Φ6.5mm钢筋网,网格间距为20cm×20cm,钢架间纵向Φ22 mm连接钢筋采用等边三角形布置;拱部设Φ42注浆小导管,边墙Φ22 mm砂浆锚杆,长3m,间距1.2m(环)×1.0m(环),梅花形布置。(3)二次衬砌为确保隧道施工安全,二次衬砌施作时间应通过监控量测确定,在初期支护沉降基本稳定后及时进行二次衬砌。待衬砌强度达到70%后,及时对衬砌背后回填注浆,尤其二次衬砌顶板背后,如留存空隙,既不利于防水,又不利于初期支护与二次衬砌共同承载。二次衬砌背后填充注浆宜采用压力灌浆法,压力0.3MPa。如压力太大,易使衬砌混凝土出现纵向裂隙。压浆时要密切监测衬砌混凝土的变形,若发现异常时立即降压或停止压浆。支护及衬砌断面见图3。图3 隧道断面衬砌图3.4 既有隧道监测监控量测是监视围岩稳定及判断设计与施工方法是否正确的重要手段,亦是保证安全施工、提高经济效益的重要条件,它必须贯穿施工的全过程。3.4.1 监测内容与目的选择在既有高速公路隧道内进行衬砌震速监测、仰拱及公路路面沉降监测、拱顶沉降及洞周收敛监测三个量测项目。其目的是根据监测结果掌握新建隧道施工对既有隧道的影响,预见事故和险情,并根据监控量测结果指导新建隧道施工,及时调整和修正支护参数及施工方法提供科学依据。3.4.2 监测方法既有高速公路隧道内监测断面选择在其左右线隧道中线与新建铁路隧道中线交叉点及其两侧对称布置,由近至远单侧间距分别为: 20 m、10 m、10 m、10m、10 m、10 m、20m,左右线共29个监测断面,布置范围为既有高速公路隧道与新建铁路隧道交叉点两侧各40m。监测断面布置如图4所示。图4 既有公路隧道监测断面布置图3.4.3 测点布置因大学城隧道交通繁忙,仰拱及公路路面沉降监测、拱顶沉降及洞周收敛监测采用自动化监测手段,采用全站仪机器人系统对大学城隧道的路面沉降及隧道的不均匀沉降进行24小时全自动化监测。震动速度监测在既有公路隧道路面中心、左右水沟盖板顶处墙脚共3点布设测点,测试时,先将传感器粘固在既有公路隧道各量测断面的测点部位,爆破后产生的震动速度经传感器传递并记录在测试仪芯片上,然后经过电脑分析处理得到相关的数据和震动波形图,以指导施工。测点布置如图5所示。 衬 砌 表 面 应 变 监 测 点仰 拱 及 公 路 路 面 沉 降 监 测 点隧 道 衬 砌 震 速 监 测 点图5 既有公路隧道监测测点布置3.4.4 监测安全控制基准新建隧道爆破施工时,必须保证既有高速公路隧道稳定及运营安全,根据既有隧道结构检测评估结果和结构安全验算结果,给出了既有隧道各监测项目安全控制基准如表1所示。表 1 既有隧道结构安全监测控制标准监测项目 预警值 允许值 监测频率仰拱及路面沉降监测 7~9 mm 〈10mm,〈1.2mm/日 3 次/天拱顶沉降及洞周收敛监测 7~9 mm 〈10mm,〈1.2mm/日 3 次/天隧道衬砌震速 1.6cm/s 不大于2cm/s 实时监测4 结束语新中梁山隧道下穿遂渝高速公路大学城隧道施工过程中,采用大管棚注浆技术与相关新工艺,真正做到了准备充分、论证正确、方案合理、技术优良、管理科学,达到了减震、加固围岩的目的,并对既有高速公路隧道监控量测措施进行分析,保证新建隧道的安全,又能使既有隧道正常运营。为今后的同类工程提供了较大的应用参考价值。参考文献:[1] 铁路隧道新奥法指南[M]. 北京:中国铁道出版社, 1998.[2] 王梦恕. 地下工程浅埋暗挖技术通论[M]. 合肥:安徽教育出版社, 2004.[3] 孟庆明,杨林浩. 函谷关隧道下穿连霍高速公路施工技术[J]. 铁道标准设计,2007(S1) .[4] 贾英凯.观音堂隧道下穿连霍高速公路施工技术[J].铁道标准设计,2009(11).[5] 王晓州,丁维利,王庆林,等.浅埋大断面黄土隧道下穿既有铁路施工技术[J]. 铁道标准设计, 2007(S1).[6] TZ 214—2005,客运专线铁路隧道工程施工技术指南[S].[7] TB 10204—2002,铁路隧道施工规范[S].
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