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摘 要:浏阳河隧道是国内第一条穿越城市、高速公路、河流的浅埋单洞双线铁路隧道,也是我国在建的铁路客运专线中最高和综合性施工难度最大的隧道。该工程在技术上遭遇了影响工程进展的6大技术难题:“长、大、深、软、紧、难”,本文分析了解决这些技术难题的具体措施。
关键词:隧道施工 难点 质量保证
中图分类号:U4 文献标识码:A 文章编号:1672-3791(2011)08(b)-0036-01
1 工程概况
新建铁路武汉至广州客运专线浏阳河隧道位于湖南省长沙市东部,自北向南依次穿过长沙市开福区捞刀河镇、芙蓉区东岸乡、雨花区黎托乡等。该隧道工程起于潇湘西路南侧,在穿越京珠高速与长永高速立交的牛角冲互通立交后,通过星沙开发区的厂区密集群、高地学校区与民房区后下穿浏阳河,止于机场高速南侧。
该段线路起止里程为DⅡK1560+ 785～DⅡK1570+900,全长10115m,其中隧道长9935m,出口外引道长180m。线路平面设计有2个R=9000m曲线以夹直线连接。隧道进出口处于两个反弯曲线上。隧道设计最大纵坡为20‰。其中隧道北段里程为DⅡK1560+785～DⅡK1565+755,全长4970m。
2 工程特点
浏阳河隧道工程的主要特点可以概括为长、大、深、软、紧、难等6个方面。
(1)长,隧道暗洞全长10115m,属于国内特长铁路隧道。
(2)大,是客运专线双线隧道,洞内线间距按5m布设,开挖宽度最大超过16m,开挖高度超过13m,断面积超过160m2,属特大断面隧道,是国内铁路区间隧道所少见的。
(3)深,施工竖井最深达54.45m,与一般地铁施工竖井比较,提升高度和出碴能力差别很大。
(4)软,隧道穿越地层多为泥岩、泥质砂岩和砂质泥岩等Ⅳ～Ⅵ级软弱围岩,除个别地段风化不均匀,地下水可能渗出外,多数围岩的渗透系数小,是良好的阻水地层,对铣挖法施工较为有利,但对大跨度断面的稳定极为不利。
(5)紧,按武广客运专线的要求,工期十分紧迫,必须采取多分段(即长隧短打,被4个辅助坑道辟分5段)高速度的机械化施工方式,才能满足武广客运专线总工期的要求。
(6)难,隧道穿越市区建筑物、立交桥等市政设施,具有复杂环境条件下城市地铁隧道工程的特点;台阶法暗挖段以非爆破铣挖法开挖为主,国内隧道施工未见前例,具有新技术、新工艺、新设备修建隧道工程的特点;隧道围岩软弱,穿越浅埋软弱人工填土层、地下水丰富、岩溶较为发育、红层风化下切深度较大,围岩成洞性差,易坍塌,具有复杂地质条件下山岭隧道工程的特点。此外,技术标准等级高,要满足时速350km/h高速铁路长期运营要求,因此对工程全面质量要进行全过程严格管理的特点。
3 工程的重点、难点及主要对策
3.1 DⅡK1560+900～DⅡK1561+200地下水较发育,人工填土及圆砾土含水层接近拱顶,洞内开挖易受渗水影响,使围岩软化极易发生坍塌冒顶
对策:拱顶覆土层较薄(约15m～18m),地表注浆预加固,洞内采用管棚超前注浆止水,必要时开挖面喷砼封闭。
3.2 下穿京珠高速公路互通立交桥,严防地表下沉和结构变形开裂
对策:了解立交桥基础设计及结构现状,采取必要的预加固措施,严格监控地表及拱顶下沉量,洞内加强初期支护,短开挖,快成环,早衬砌。
3.3 大断面隧道开挖严格控制变形和严防坍方事故
对策:加强超前地质预报,探明地质情况,采用非爆破铣挖法施工。加强超前支护,严格控制工序质量,针对地质情况采用短台阶法开挖,地质不良地段采用大管棚支护,CRD工法施作,全过程监控量测指导施工。
3.4 长隧道高质量防水永久衬砌施工
对策:严格选用合格材料,全面控制砼质量,全断面衬砌台车配合泵送砼施工,衬砌背后填充注浆。
3.5 地面建筑物及环境保护
对策:事先周密调查,建立监控保护方案和措施,订立相关协议,全程监控量测及时采取必要预加固措施。
3.6 软岩地段隧底的保护
对策:加强地下水和施工用水排放,利用移动栈桥施作仰拱,减少隧底暴露时间,仰拱紧跟,必要时对隧底进行注浆加固。
4 施工方法
隧道暗挖段按新奥法组织施工,隧道除进口段586m采用钻爆法施工外,其余暗挖段采用铣挖法掘进。隧道Ⅳ级与Ⅴ级围岩深埋地段采用三台阶临时仰拱法施工,Ⅴ级围岩浅埋地段以及Ⅵ级围岩一般地段采用交叉中隔壁(CRD)法施工。隧道洞内采用无轨运输。用移动栈桥解决仰拱作业对运输的干扰,实现仰拱紧跟开挖面。采用锚杆、钢架、湿喷钢纤维混凝土联合支护体系,全封闭防水设计,全断面衬砌台车施作C35防水钢筋混凝土衬砌。
隧道明挖暗埋段,按时空效应理论组织施工,采用纵向分段,水平分层开挖,并及时施作边坡支护。基坑分段成型后,及时施做结构砼,确保深基坑施工安全。
5 隧道工程质量保证措施
5.1 隧道开挖
针对本标段工程地质特点,不同围岩级别根据设计要求和实际施工需要,采用相应的钻爆设计方案,开挖断面采用激光断面仪及时修正钻爆设计,严格控制超欠挖。
5.2 光面爆破
爆破效果和质量好坏直接影响整个隧道的施工进度、安全和质量。由于掏槽爆破和周边炮眼的光面爆破在隧道爆破中具有相当重要的作用,因此单独进行设计,爆破前进行爆破试验,使爆破参数更加趋于完善;开挖断面用激光断面仪进行控制,确保轮廓线达到设计要求。
5.3 喷射混凝土
为保证喷射混凝土的厚度和质量,喷射混凝土采用湿喷工艺。初喷在清帮、找顶后立即进行,喷射混泥土厚度4cm～8cm,及早快速封闭围岩。
5.4 衬砌混凝土防渗措施
为确保隧道不渗、不漏、不裂,施工时,在中等富水带,采取“以堵为主、限量排放”的原则,在其它弱富水及贫水地段,则采取“防、排、截、堵相结合,因地制宜,综合治理”的原则。
施工中,从以下六道防线预防和根治隧道衬砌的渗漏水。第一道防线,补充注浆堵水;第二道防线,初期支护湿喷防水混凝土防水;第三道防线,软式透水管排水;第四道防线,初期支护与二次衬砌间设防水隔离层防水;第五道防线:二次衬砌防水混凝土防水;第六道防线,施工缝、变形缝防水。
5.5 防排水施工措施
隧道结构防排水采用以堵为主,以控制排水为辅,综合治理的措施,即通过注浆和锚喷作业,使初期支护达到设计防水标准,然后在边墙安设纵向和横向排水盲管,并将防水板铺设到电缆槽顶面以上,把有限的边墙水汇集到墙脚纵向排水盲管中,经泄水管排到边墙水沟中,形成一个完整的防水体系,达到衬砌结构不渗、不漏的目的。
6 结语
施工中,要做好现场监控量测与信息化施工管理,以确定围岩稳定性,检验设计与施工是否正确合理,并及时将量测信息反馈到设计施工中去,可以掌握围岩和支护在施工过程中的力学动态及稳定程度,保证施工安全。
关键词:隧道施工 难点 质量保证
中图分类号:U4 文献标识码:A 文章编号:1672-3791(2011)08(b)-0036-01
1 工程概况
新建铁路武汉至广州客运专线浏阳河隧道位于湖南省长沙市东部,自北向南依次穿过长沙市开福区捞刀河镇、芙蓉区东岸乡、雨花区黎托乡等。该隧道工程起于潇湘西路南侧,在穿越京珠高速与长永高速立交的牛角冲互通立交后,通过星沙开发区的厂区密集群、高地学校区与民房区后下穿浏阳河,止于机场高速南侧。
该段线路起止里程为DⅡK1560+ 785～DⅡK1570+900,全长10115m,其中隧道长9935m,出口外引道长180m。线路平面设计有2个R=9000m曲线以夹直线连接。隧道进出口处于两个反弯曲线上。隧道设计最大纵坡为20‰。其中隧道北段里程为DⅡK1560+785～DⅡK1565+755,全长4970m。
2 工程特点
浏阳河隧道工程的主要特点可以概括为长、大、深、软、紧、难等6个方面。
(1)长,隧道暗洞全长10115m,属于国内特长铁路隧道。
(2)大,是客运专线双线隧道,洞内线间距按5m布设,开挖宽度最大超过16m,开挖高度超过13m,断面积超过160m2,属特大断面隧道,是国内铁路区间隧道所少见的。
(3)深,施工竖井最深达54.45m,与一般地铁施工竖井比较,提升高度和出碴能力差别很大。
(4)软,隧道穿越地层多为泥岩、泥质砂岩和砂质泥岩等Ⅳ～Ⅵ级软弱围岩,除个别地段风化不均匀,地下水可能渗出外,多数围岩的渗透系数小,是良好的阻水地层,对铣挖法施工较为有利,但对大跨度断面的稳定极为不利。
(5)紧,按武广客运专线的要求,工期十分紧迫,必须采取多分段(即长隧短打,被4个辅助坑道辟分5段)高速度的机械化施工方式,才能满足武广客运专线总工期的要求。
(6)难,隧道穿越市区建筑物、立交桥等市政设施,具有复杂环境条件下城市地铁隧道工程的特点;台阶法暗挖段以非爆破铣挖法开挖为主,国内隧道施工未见前例,具有新技术、新工艺、新设备修建隧道工程的特点;隧道围岩软弱,穿越浅埋软弱人工填土层、地下水丰富、岩溶较为发育、红层风化下切深度较大,围岩成洞性差,易坍塌,具有复杂地质条件下山岭隧道工程的特点。此外,技术标准等级高,要满足时速350km/h高速铁路长期运营要求,因此对工程全面质量要进行全过程严格管理的特点。
3 工程的重点、难点及主要对策
3.1 DⅡK1560+900～DⅡK1561+200地下水较发育,人工填土及圆砾土含水层接近拱顶,洞内开挖易受渗水影响,使围岩软化极易发生坍塌冒顶
对策:拱顶覆土层较薄(约15m～18m),地表注浆预加固,洞内采用管棚超前注浆止水,必要时开挖面喷砼封闭。
3.2 下穿京珠高速公路互通立交桥,严防地表下沉和结构变形开裂
对策:了解立交桥基础设计及结构现状,采取必要的预加固措施,严格监控地表及拱顶下沉量,洞内加强初期支护,短开挖,快成环,早衬砌。
3.3 大断面隧道开挖严格控制变形和严防坍方事故
对策:加强超前地质预报,探明地质情况,采用非爆破铣挖法施工。加强超前支护,严格控制工序质量,针对地质情况采用短台阶法开挖,地质不良地段采用大管棚支护,CRD工法施作,全过程监控量测指导施工。
3.4 长隧道高质量防水永久衬砌施工
对策:严格选用合格材料,全面控制砼质量,全断面衬砌台车配合泵送砼施工,衬砌背后填充注浆。
3.5 地面建筑物及环境保护
对策:事先周密调查,建立监控保护方案和措施,订立相关协议,全程监控量测及时采取必要预加固措施。
3.6 软岩地段隧底的保护
对策:加强地下水和施工用水排放,利用移动栈桥施作仰拱,减少隧底暴露时间,仰拱紧跟,必要时对隧底进行注浆加固。
4 施工方法
隧道暗挖段按新奥法组织施工,隧道除进口段586m采用钻爆法施工外,其余暗挖段采用铣挖法掘进。隧道Ⅳ级与Ⅴ级围岩深埋地段采用三台阶临时仰拱法施工,Ⅴ级围岩浅埋地段以及Ⅵ级围岩一般地段采用交叉中隔壁(CRD)法施工。隧道洞内采用无轨运输。用移动栈桥解决仰拱作业对运输的干扰,实现仰拱紧跟开挖面。采用锚杆、钢架、湿喷钢纤维混凝土联合支护体系,全封闭防水设计,全断面衬砌台车施作C35防水钢筋混凝土衬砌。
隧道明挖暗埋段,按时空效应理论组织施工,采用纵向分段,水平分层开挖,并及时施作边坡支护。基坑分段成型后,及时施做结构砼,确保深基坑施工安全。
5 隧道工程质量保证措施
5.1 隧道开挖
针对本标段工程地质特点,不同围岩级别根据设计要求和实际施工需要,采用相应的钻爆设计方案,开挖断面采用激光断面仪及时修正钻爆设计,严格控制超欠挖。
5.2 光面爆破
爆破效果和质量好坏直接影响整个隧道的施工进度、安全和质量。由于掏槽爆破和周边炮眼的光面爆破在隧道爆破中具有相当重要的作用,因此单独进行设计,爆破前进行爆破试验,使爆破参数更加趋于完善;开挖断面用激光断面仪进行控制,确保轮廓线达到设计要求。
5.3 喷射混凝土
为保证喷射混凝土的厚度和质量,喷射混凝土采用湿喷工艺。初喷在清帮、找顶后立即进行,喷射混泥土厚度4cm～8cm,及早快速封闭围岩。
5.4 衬砌混凝土防渗措施
为确保隧道不渗、不漏、不裂,施工时,在中等富水带,采取“以堵为主、限量排放”的原则,在其它弱富水及贫水地段,则采取“防、排、截、堵相结合,因地制宜,综合治理”的原则。
施工中,从以下六道防线预防和根治隧道衬砌的渗漏水。第一道防线,补充注浆堵水;第二道防线,初期支护湿喷防水混凝土防水;第三道防线,软式透水管排水;第四道防线,初期支护与二次衬砌间设防水隔离层防水;第五道防线:二次衬砌防水混凝土防水;第六道防线,施工缝、变形缝防水。
5.5 防排水施工措施
隧道结构防排水采用以堵为主,以控制排水为辅,综合治理的措施,即通过注浆和锚喷作业,使初期支护达到设计防水标准,然后在边墙安设纵向和横向排水盲管,并将防水板铺设到电缆槽顶面以上,把有限的边墙水汇集到墙脚纵向排水盲管中,经泄水管排到边墙水沟中,形成一个完整的防水体系,达到衬砌结构不渗、不漏的目的。
6 结语
施工中,要做好现场监控量测与信息化施工管理,以确定围岩稳定性,检验设计与施工是否正确合理,并及时将量测信息反馈到设计施工中去,可以掌握围岩和支护在施工过程中的力学动态及稳定程度,保证施工安全。