高速公路隧道施工技術(shù)探討

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摘要:隨著公路隧道的不斷發(fā)展，對施工技術(shù)的要求也日益提高。文章結(jié)合實際工程，分析公路隧道的施工特點與難點，并提出相應(yīng)的解決方案，為公路隧道的建設(shè)、施工技術(shù)與質(zhì)量管理提供參考標(biāo)準(zhǔn)。

關(guān)鍵詞:橋洞工程;隧道工程;施工技術(shù);質(zhì)量管理體系

高速公路是我國交通事業(yè)的中流砥柱，其快速發(fā)展標(biāo)志著我國交通事業(yè)的前進(jìn)速度，同時也方便了人們的出行。由于高速公路的施工過程往往隱蔽性比較高，且施工難度很大，因此其在施工工程中的技術(shù)要求和質(zhì)量安全等保障需要特別重視，不僅需要制定詳細(xì)的施工技術(shù)方案，還要有完備的質(zhì)量安全管理體系。本文以棋盤洲高速公路隧道為案例，研究分析了其施工難點與解決方案，為類似工程方案的制定提供參考。

1工程概況

棋盤洲長江公路大橋連接線陽新至大冶段是湖北省規(guī)劃的“七縱五橫三環(huán)”高速公路網(wǎng)的重要組成部分，與規(guī)劃棋盤洲長江大橋一起形成滬渝、大廣高速公路的聯(lián)絡(luò)線，是連接鄂東地區(qū)長江兩岸的快速過江通道。本項目起點接棋盤洲長江公路大橋陽新岸接線終點，經(jīng)太子鎮(zhèn)、大王鎮(zhèn)、大箕鋪鎮(zhèn)、金湖街道，終點接武漢城市圈環(huán)線高速大冶段起點，路線全長25.199km。項目主線采用雙向4車道高速公路標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)，設(shè)計速度100km/h，路基寬度26m，橋涵設(shè)計汽車荷載采用公路Ⅰ級。項目位于幕阜山系北側(cè)江南丘陵帶，屬于構(gòu)造剝蝕低山區(qū)。主要是經(jīng)過長期強(qiáng)烈剝蝕切割作用形成的較為陡峻的地形，近代地殼上升幅度較大，溝谷流水下切侵蝕動力作用較為強(qiáng)烈。海拔高度50～650m，山體呈尖棱狀－渾圓狀線性延伸，山勢陡峻，溝谷切割較深，切割深度多在50～250m，相對高差較大，山坡坡角多為20°～35°，局部可達(dá)40°～60°。植被較發(fā)育，多以灌木為主。該區(qū)基巖一般埋藏較淺，頂部多直接裸露，風(fēng)化嚴(yán)重，有時表層為殘積物覆蓋;谷底有較厚洪積物、坡積物或沖積物，局部具有淤泥等;在邊緣地帶常有結(jié)構(gòu)松散的新近堆積物。另外路線區(qū)地層區(qū)劃屬下?lián)P子區(qū)大冶小區(qū)，沿線地層從志留系－第四系均有分布。同時項目區(qū)為地震基本烈度Ⅵ度分布區(qū)，項目區(qū)橋梁抗震設(shè)防類別為B類，抗震設(shè)防烈度為6度，抗震設(shè)防措施等級為7級，高邊坡建議按7度設(shè)防，一般路基可簡易設(shè)防。路線區(qū)雨量充沛，水系發(fā)育，河溪縱橫，水庫堰塘星羅棋布。主要河流有馬家河、棲港河，河流規(guī)模較小，皆不通航。根據(jù)區(qū)內(nèi)地層巖性組合及地下水的賦存條件，路線走廊帶內(nèi)地下水類型可分為第四系松散巖類孔隙水，基巖裂隙水、碳酸鹽巖巖溶水三類。

2工程特點與方案分析

2.1工程特點

(1)設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)高。設(shè)計結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性要求高，設(shè)計壽命長。通過設(shè)置路橋過渡段保證線路縱向剛度的均勻性;橋梁采用高性能混凝土，隧道采用耐久性混凝土，保證結(jié)構(gòu)物的耐久性。(2)線路長工程結(jié)構(gòu)類型多。本施工管段線路土建工程正線長13.05km，橋梁單幅長度4522m(另匝道橋616m)，占線路全長17.3%;隧道單洞長度5202m，占線路全長19.9%;路基占線路全長62.8%。通道18道，蓋板涵12道，圓管涵14道。線路長，工程規(guī)模大，結(jié)構(gòu)類型多，施工中需要高度重視科學(xué)組織，精心安排，搞好施工工序安排及組織好各類施工物資的合理調(diào)配。(3)環(huán)保要求高。本項目段沿線植被發(fā)育，同時臨近村莊，環(huán)保要求高。

2.2分離立交現(xiàn)澆梁

現(xiàn)澆梁采用門式支架施工，采用Φ500mm鋼管作為支撐柱，支撐柱沿線路縱向布置2個7.5m寬行車門洞，凈空5.1m。支撐柱基礎(chǔ)采用C30混凝土基礎(chǔ)，基礎(chǔ)寬1m，高0.8m，為防止混凝土污染路面及以后拆除方便，在瀝青路面與混凝土基礎(chǔ)之間鋪設(shè)一層土工布。主梁采用I45b工字鋼，間距1m沿線路縱向布置，次梁采用Ⅰ14型工字鋼，間距0.9m。經(jīng)檢算，門架承載力滿足要求。門架構(gòu)造圖如圖1所示。

2.3樁基圍堰

棲港河大橋及匝道橋上跨棲港河，共24根樁基位于河床中，采用筑島圍堰及改移河道相結(jié)合的方式進(jìn)行樁基礎(chǔ)施工。在汛期來臨之前將水下結(jié)構(gòu)物施工完成。筑島圍堰如圖2所示。

2.4采空區(qū)、巖溶

(1)馮家山隧道(YK31+256～YK31+450，ZK31+344～ZK31+474)段，位于采空區(qū)內(nèi)，在靠近采空區(qū)時，加強(qiáng)超前地質(zhì)預(yù)報，采取“弱爆破、短進(jìn)尺、強(qiáng)支護(hù)、勤量測”的原則施工，加強(qiáng)隧道收斂位移量測。對于較小的無水采空區(qū)，隧道底部采用混凝土、漿砌片石回填封堵，隧道頂部采用錨桿或錨噴網(wǎng)加固，頂部設(shè)C25混凝土護(hù)拱。當(dāng)采空區(qū)位于隧道一側(cè)，邊墻以下采用混凝土填筑，側(cè)墻采用漿砌片石并進(jìn)行回填。對于較大較深的采空區(qū)，當(dāng)采空區(qū)位于隧道一側(cè)，邊墻采用擴(kuò)大基礎(chǔ)或樁基，并設(shè)鋼筋混凝土梁跨越。當(dāng)采空區(qū)位于隧道底部，并有水流時，在隧道以下砌筑漿砌片石支墻，支撐隧道結(jié)構(gòu)，并在支墻內(nèi)套設(shè)涵管引排空腔積水。(2)本標(biāo)段隧道圍巖主要為角閃石英閃長巖、矽卡巖，在里程K31+330～K31+530范圍內(nèi)分布有矽卡巖，在此范圍內(nèi)，隧道洞身開挖后，要及時封閉裸露面，加強(qiáng)隧道排水，及時施工二次襯砌，加強(qiáng)隧道圍巖變形量測。對于隧道巖溶溶洞的處理，與采空區(qū)處理相同，在此不再累述。(3)根據(jù)地質(zhì)資料，曹家堍1#中橋，在里程K26+678.5右3m、K26+692.8右3.2m、K26+710.5左3m穿越巖溶區(qū)，馬龍線分離式立交，在YK36+925右1.9m有一溶洞內(nèi)無填充物。此段樁基施工前，應(yīng)逐樁鉆探，探明樁基持力層的實際情況，確保樁基底不落入溶洞內(nèi)，對于較小溶洞，采取回填片石處理;對于較大的溶洞，采取鋼護(hù)筒跟進(jìn)加固法進(jìn)行施工。

3施工技術(shù)安排

3.1路基工程施工

本工程含主線路基、大冶東互通、大冶樞紐互通，挖方總量為:73.2萬m3;填方總量為:198.6萬m3;借方總量為:129.3萬m3。3.1.1地基表層處治基底清表采用推土機(jī)推運，人工配合，裝載機(jī)挖裝廢棄物，自卸車運輸。土質(zhì)地基清表土厚度按水田路段50cm，旱地30cm，填筑前壓實10cm考慮。清表后碾壓至90%壓實度。地面自然坡度橫坡緩于1∶5時，清除表面草皮、植被土并壓實后直接填筑路基，自然橫坡陡于1∶5時，原地面應(yīng)挖臺階。地基表面有地下水或地表水影響路基穩(wěn)定時，設(shè)截排工程，或用堅硬、耐風(fēng)化的碎石填在路基底部。3.1.2路塹施工(1)采用淺孔松動爆破，分臺階開挖，每個臺階開挖深度不大于3m。按8m變坡，變坡處設(shè)置2m寬邊坡平臺，坡率為1∶0.5～1∶1，采用人工弱爆破配合機(jī)械開挖，炮孔直徑為Φ40mm，加強(qiáng)炮孔的堵塞長度來控制飛石。該路塹段石方10.9萬m3，炸藥用量0.5kg/m3，需炸藥量54.4t。近臨居民區(qū)的取土場，爆破均采用淺孔松動爆破工藝。(2)為防止施工過程中對附近居民房屋造成影響，前期聘請有資質(zhì)的單位進(jìn)行房屋鑒定，避免夜間進(jìn)行爆破作業(yè)。3.1.3軟基處理及沉降觀測本標(biāo)段K32+405～K32+435淺層軟土采用挖除軟土層后換填開山碎石土，換填后壓實度不小于93%。本標(biāo)段共有8處清淤，路基填筑施工前，應(yīng)排出積水，清除淤泥，清淤后地基承載力不能滿足要求，應(yīng)繼續(xù)下挖直到地基承載力滿足要求。然后回填開山碎石土。3.1.4路基排水與防護(hù)路面水通過路面、路肩橫坡漫流至路基兩側(cè)，填方路段則經(jīng)邊坡漫流或防護(hù)骨架匯集流入路堤邊溝引至路外。路堤邊溝采用60cm×60cm深梯形漿砌片石邊溝，路塹邊溝采用60cm寬矩形邊溝。(1)邊坡高度H≤3m的路堤邊坡或者土質(zhì)路塹邊坡，采用植草防護(hù);(2)邊坡高度3＜H≤5m的路堤邊坡或者土質(zhì)路塹邊坡，采用三維土工網(wǎng)墊植草防護(hù);(3)邊坡高度H＞5m的路堤邊坡或者土質(zhì)路塹邊坡，采用混凝土預(yù)制塊拱形骨架植草防護(hù);(4)對于巖質(zhì)路塹邊坡，采用掛網(wǎng)客土噴薄防護(hù)。

3.2橋涵工程施工

本合同段有大橋3座，中橋2座，分離立交4座，匝道橋6座，其中樁基542根，7528延m，立柱368根;預(yù)制箱梁共計735片，其中:20m箱梁383片、30m箱梁320片，普通現(xiàn)澆箱梁338m;橋梁基礎(chǔ)主要采用樁基礎(chǔ)，下部結(jié)構(gòu)主要為柱式墩。有涵洞26道，通道18道。按照涵洞的大小、長度、地形及工期因素考慮，全線設(shè)置4個施工隊伍，每個班組30～40人，配備300～450平方模板。(1)樁基礎(chǔ)施工。全線樁基Φ1.2m176根2472延m，Φ1.5m184根2898延m，Φ1.8m162根2442延m。均為摩擦樁，采用機(jī)械鉆孔施工，鉆進(jìn)中嚴(yán)格控制泥漿比重，成孔后采用換漿法清孔。鋼筋籠長小于15m時整節(jié)制作，超過15m時分節(jié)制作，吊車起吊安裝就位。嚴(yán)格控制孔內(nèi)沉渣厚度、空孔時間、水下混凝土澆注速度和澆注連續(xù)性，確保成樁質(zhì)量。混凝土采用自動計量拌和站拌合，混凝土輸送車運輸，導(dǎo)管法澆注水下混凝土。樁基完成后，按設(shè)計要求對樁基進(jìn)行逐樁檢測。(2)墩臺身施工。本標(biāo)段橋梁墩身為柱式墩(Φ1.3m、Φ1.5m、Φ1.6m);橋臺為肋板式橋臺，采用C30混凝土澆注。墩(柱)臺身施工采用大塊定型鋼模，墩(柱)臺身混凝土采取一次澆注成型。模板采用吊車安裝的方案。混凝土采用拌和站集中拌和，混凝土攪拌輸送車運輸。(3)涵洞通道施工。涵洞基礎(chǔ)采用挖掘機(jī)開挖，輔以人工清基。巖石采用風(fēng)鎬破碎或弱爆松動開挖至滿足地基承載力要求。臺身施工采用組合鋼模板立摸、水平分層澆注。混凝土采用吊車配吊罐入模，插入式振動器振搗。按設(shè)計要求預(yù)留沉降縫。蓋板的預(yù)制和安裝施工。蓋板涵主體結(jié)構(gòu)完工后，砌筑八字墻，跌水井及其他洞口工程，主體工程達(dá)到設(shè)計強(qiáng)度后進(jìn)行臺背回填土施工，回填時兩邊涵臺背后同時對稱填筑。

3.3隧道工程施工

洞口采用超前大管棚支護(hù)進(jìn)洞，洞身開挖主要采用光面爆破及預(yù)裂爆破:Ⅲ圍巖采用全斷面法施工、Ⅳ圍巖采用上下臺階法施工、Ⅴ級圍巖采用上下臺階預(yù)留核心土法施工;二次襯砌混凝土施工采用全液壓襯砌模板臺車，臺車長12m，混凝土灌注使用輸送泵完成，插入式振搗器及附著式振搗器結(jié)合使用振搗。主要工程量為:洞身開挖611806m3，砂漿錨桿300599m，中空注漿錨桿157618m，Φ42小導(dǎo)管133412m，噴混凝土26109m3，工字鋼1365t，格柵鋼架1431.7t。(1)洞口、明洞與淺埋段。馮家山隧道左右線進(jìn)口端均采用削竹式洞門，出口端均采用端墻式洞門;歐家山隧道左右線進(jìn)出口端均采用削竹式洞門。隧道洞口邊、仰坡采用明挖法施工，自上而下每層開挖高度2m，防護(hù)完成后方可進(jìn)行下一層開挖，洞門拱墻應(yīng)與洞內(nèi)相鄰的拱墻襯砌同時施工，與隧道襯砌由預(yù)埋鋼筋連成整體。(2)洞身開挖。馮家山隧道、歐家山隧道進(jìn)出口均采用管棚機(jī)施工大管棚進(jìn)洞。暗洞掘進(jìn)采用手持風(fēng)鉆配合作業(yè)臺架施工。隧道施工開挖拱部采用光面爆破，邊墻采用預(yù)裂爆破，炮孔直徑為40mm，炸藥采用2號巖石乳化炸藥，藥卷直徑為32mm，雷管采用毫秒導(dǎo)爆管，裝藥結(jié)構(gòu)選用反向裝藥方式。(3)二次襯砌。隧道模筑襯砌混凝土灌注采用全液壓襯砌模板臺車，臺車長12m。混凝土在洞外混凝土集中拌合站拌和，混凝土攪拌運輸車送運往洞內(nèi)，混凝土輸送泵灌注，機(jī)械振搗;澆灌混凝土?xí)r用混凝土輸送泵由下向上，對稱分層，先墻后拱灌注，傾落自由高度不超過2.0m。

4結(jié)語

高速公路隧道施工要求很高，難點特點明顯，當(dāng)分為公路施工、橋洞施工和隧道施工三個方面時，要逐一考慮其施工要求，同時還要整體考慮其相關(guān)性，在保證施工技術(shù)的同時，制定安全管理體系也是一項不容小覷的重要工作，只有抓住技術(shù)與管理這兩個方面，才能保證整個工程的安全效益與質(zhì)量效益。

作者:王元景 單位:魯南高速鐵路有限公司

參考文獻(xiàn):

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