傅思亮

(中鐵二十四局集團(tuán)有限公司,上海 200071)

1 工程概況

廈門杏林大橋主體工程C標(biāo)段,是連接廈門杏林大橋和廈門高崎機(jī)場(chǎng)的一條公路干道。暗挖隧道(分左右線)下穿嘉禾公路,隧道埋深5～8 m,屬超淺埋,相對(duì)位置如圖1所示。隧道位于剝蝕殘丘地貌與濱海沉積相過(guò)渡帶,隧址范圍內(nèi)上覆第四系人工填筑黏土、塊石土,下部局部有海相沉積之淤泥質(zhì)砂、淤泥質(zhì)黏土、粗砂等,下伏燕山期花崗巖,局部夾有灰綠巖脈。嘉禾公路在下穿公路暗挖隧道范圍段主要為第四系人工填筑土、低液限黏土,屬軟弱地層,公路為填方,下穿公路暗挖隧道左右線長(zhǎng)度分別為76、65 m,開(kāi)挖斷面高度9.05 m,寬度14.14 m,高跨比0.64,在嘉禾公路范圍內(nèi)采用長(zhǎng)管棚超前預(yù)支護(hù)。

嘉禾公路是廈門市進(jìn)出島的主要通道之一,車流量大,交通繁忙。在本工程整個(gè)施工過(guò)程中,主要是要確保上方嘉禾公路的正常通車,保證隧道施工不發(fā)生坍塌和變形超限。

圖1 下穿嘉禾公路暗挖隧道平面示意

2 施工方案比選

2.1 本工程的特點(diǎn)和要求

地質(zhì)較差,隧道通過(guò)區(qū)域主要是黏土填方等軟弱土層,存在孤石；地面交通繁忙,施工中控制沉降要求高,公路不得發(fā)生因施工斷道，路面沉降要求控制在5 cm內(nèi)；隧道施工難度大,施工中不得發(fā)生坍塌,變形不得超標(biāo)；管棚長(zhǎng),易發(fā)生坍塌堵孔,方向控制難。

2.2 施工方案的比較

根據(jù)工程特點(diǎn)以及地下工程施工的經(jīng)驗(yàn),管棚超前預(yù)支護(hù)可選用長(zhǎng)管棚一次穿越貫通和分段搭接穿越的形式,其優(yōu)缺點(diǎn)比較如表1所示。

表1 管棚施工方案比選

針對(duì)以上特點(diǎn),考慮從機(jī)械設(shè)備選型、管棚的選用及布置、地層處理難易程度、管棚施工工藝等方面進(jìn)行了比較,經(jīng)過(guò)專家論證和管棚施工試驗(yàn),最后決定采用方案一,即長(zhǎng)管棚一次穿越貫通。

3 長(zhǎng)大管棚超前支護(hù)設(shè)計(jì)

3.1 工藝原理

長(zhǎng)大管棚施工是在地層中進(jìn)行鉆孔并打入大管棚鋼管,并在鋼管內(nèi)加入鋼性骨架,通過(guò)向管內(nèi)注入具有一定壓力的膠凝材料,凝固后使周圍軟弱地層的力學(xué)性質(zhì)得到改善和加固,并與管棚形成一個(gè)整體棚架式的加固拱圈,從而起到超前預(yù)支護(hù)作用。

3.2 參數(shù)選擇

管棚采用φ133 mm、壁厚6 mm的熱軋無(wú)縫鋼管,節(jié)長(zhǎng)分別為4、6 m,環(huán)向間距為40 cm,拱部采用雙層,外插角為1°～1.5°,兩側(cè)采用單層,管棚長(zhǎng)度按隧道全長(zhǎng),管棚的布置如圖2所示。為了增加大管棚的剛度,管棚內(nèi)設(shè)置鋼筋籠,由4根φ22 mm螺紋鋼筋及固定環(huán)組成；為了保證管棚的方向在誤差內(nèi),在管棚起點(diǎn)設(shè)立厚度為1 m的鋼筋混凝土弧形導(dǎo)管墻,作為管棚施作的支架和導(dǎo)向架；為了使管棚注漿能達(dá)到較好的效果,在管棚鋼管上設(shè)注漿孔,孔徑12 mm,孔間距30 cm,梅花形布置(管棚兩端3 m范圍內(nèi)不設(shè)注漿孔),注漿材料采用水泥-水玻璃雙液漿。為了保持管棚的剛度及整體受力,在管棚的尾部采用厚度為1 m的鋼筋混凝土弧形梁，將管棚尾部連成整體。

圖2 下穿嘉禾公路暗挖隧道管棚設(shè)計(jì)斷面布置(單位：cm)

4 管棚施工

4.1 管棚的支架、導(dǎo)向架和導(dǎo)向墻施工

為了控制鉆桿及鋼管的繞度和移動(dòng),保證鉆孔精度,在管棚的起點(diǎn)設(shè)導(dǎo)向墻,導(dǎo)向墻的厚度為1 m,高度、弧形長(zhǎng)度根據(jù)管棚位置設(shè)置,鋼筋混凝土結(jié)構(gòu),導(dǎo)向墻內(nèi)用2榀鋼架(鋼架采用I20型鋼加工制作,縱向間距80 cm)作為骨架,并在鋼架上按照管棚環(huán)向間距焊接導(dǎo)向管,用鋼筋將導(dǎo)向管、鋼架連成整體。

4.2 鉆孔

在導(dǎo)向墻完成后,采用地質(zhì)鉆機(jī)進(jìn)行管棚施工,采用水平定向跟管鉆進(jìn)法鉆孔,鉆孔時(shí)要嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)的間距和角度鉆孔。為了保證在填土中不發(fā)生塌孔,事先可采用注漿的方法,對(duì)管棚經(jīng)過(guò)范圍進(jìn)行注漿,使之達(dá)到一定的密實(shí)度。

4.3 管棚安設(shè)

水平定向跟管鉆進(jìn)法鉆孔是把鉆孔和安裝管棚一起完成,即管棚和鉆孔一起推進(jìn),以防坍塌；管棚采用鉆孔一段鋼管安裝一段的方法,鋼管節(jié)之間采用絲扣連接(絲扣長(zhǎng)15 cm)；管棚到位后及時(shí)將管棚與鉆孔壁間縫隙填塞密實(shí),在管棚端頭焊上法蘭盤止?jié){閥,并保證質(zhì)量。

4.4 管棚注漿

管棚安裝完成后,應(yīng)盡快進(jìn)行注漿,本工程采用水泥-水玻璃雙液漿,通過(guò)壓漿試驗(yàn)確定注漿參數(shù)(表2),注漿壓力達(dá)到2.5 MPa并持續(xù)5 min以上,經(jīng)過(guò)反復(fù)注漿,確認(rèn)達(dá)到要求后,停止注漿,及時(shí)封堵注漿口。

4.5 管棚施工精度控制4.5.1 設(shè)備選型

管棚能否達(dá)到精度要求,與設(shè)備的性能關(guān)系大,為了保證精度,現(xiàn)場(chǎng)施工中根據(jù)試驗(yàn)采取了英格索蘭KR80412型管棚鉆機(jī)。該設(shè)備自帶鉆桿穩(wěn)定器,在鉆進(jìn)過(guò)程中始終保持鉆頭鉆桿在同一水平線上,鉆進(jìn)軌跡發(fā)生偏斜較小。

4.5.2 鉆孔時(shí)預(yù)防偏孔

對(duì)管棚方向可能發(fā)生變化的控制,用導(dǎo)向管導(dǎo)向,扶正器扶正鉆具,然后用測(cè)斜儀檢查,保證開(kāi)始不發(fā)生偏斜。鉆孔中采用巖心管掃孔檢查進(jìn)行控制,發(fā)現(xiàn)較小的偏斜時(shí),采用調(diào)整鉆頭角度的辦法糾偏。當(dāng)孔的偏斜超過(guò)允許范圍時(shí),停止鉆孔,注水泥漿充填,凝固后重新鉆孔。

4.5.3 鉆孔過(guò)程中障礙物的處理

根據(jù)鉆進(jìn)的速度、巖土取芯、鉆孔設(shè)備壓力等情況判斷此鉆孔管段的地質(zhì)情況,及時(shí)做好施工記錄。對(duì)土中含有部分孤石,采取正反循環(huán)鉆進(jìn)以及提高鉆頭質(zhì)量的方法,強(qiáng)行鉆進(jìn),此辦法無(wú)法解決時(shí),通過(guò)人工挖孔樁排除障礙物。

4.5.4 管棚施工中下墜彎曲的預(yù)防

管棚長(zhǎng)度長(zhǎng),鉆頭與鉆桿直徑也不相同,長(zhǎng)距離鉆孔容易發(fā)生管棚下墜彎曲,施工前在相同的地層中進(jìn)行了下墜彎曲試驗(yàn),根據(jù)試驗(yàn)預(yù)留管棚向上1°～1.5°的角度,并根據(jù)每根管棚的施工情況,對(duì)下一根管棚進(jìn)行修正。管棚安裝鋼管時(shí)使用測(cè)斜儀每安裝段測(cè)量,掌握下墜情況。

4.6 公路路面沉降監(jiān)測(cè)

針對(duì)下穿公路暗挖隧道范圍段地質(zhì)差,土壤含水量高,施工時(shí)下沉量較大的特點(diǎn),為了能采用動(dòng)態(tài)施工管理指導(dǎo)施工,根據(jù)要求,在地表(含公路)上、隧道內(nèi)設(shè)置沉降觀測(cè)點(diǎn)。根據(jù)沉降總量和變化速率,及時(shí)掌握圍巖和支護(hù)的動(dòng)態(tài)信息,用于指導(dǎo)施工作業(yè)。沉降觀測(cè)點(diǎn)的觀測(cè)頻率見(jiàn)表3,經(jīng)過(guò)對(duì)沉降觀測(cè)結(jié)果的分析,公路路面沉降最大點(diǎn)的沉降量為27 mm(表4),在允許的3 cm范圍內(nèi),滿足設(shè)計(jì)要求。

5 結(jié)語(yǔ)

(1)對(duì)于穿越交通干線的暗挖隧道、軟弱破碎圍

巖隧道及淺埋隧道,采用長(zhǎng)大管棚進(jìn)行超前支護(hù)的施工工藝,對(duì)防止地面過(guò)大下沉和過(guò)多影響建筑物,以及增加施工安全度,提高隧道運(yùn)營(yíng)的長(zhǎng)期穩(wěn)定性,具有顯著的社會(huì)效益。

表3 路面監(jiān)控量測(cè)項(xiàng)目及方法

表4 公路路面變形最大點(diǎn)的量測(cè)結(jié)果

(2)在長(zhǎng)大管棚保證精度的情況下,超前預(yù)支護(hù)作用明顯,可減少地表下沉和防止圍巖坍塌,同時(shí)在管棚鉆進(jìn)施工過(guò)程中,能對(duì)前方地質(zhì)起到探明作用,其地質(zhì)資料可為指導(dǎo)隧道開(kāi)挖提供依據(jù)。

(3)利用信息化手段,監(jiān)測(cè)公路路面沉降情況、隧道施工過(guò)程中的沉降情況,及時(shí)調(diào)整施工方法；公路的沉降控制較好,隧道未發(fā)生坍塌,保證了安全和進(jìn)度,收到了預(yù)期的效果。

(4)下穿嘉禾公路暗挖隧道長(zhǎng)大管棚一次穿越,長(zhǎng)度較長(zhǎng),隨長(zhǎng)度延長(zhǎng)下墜彎曲有增大的傾向,本隧道管棚累計(jì)下墜最大達(dá)到282 mm。對(duì)此,施作管棚時(shí),預(yù)先考慮了這一影響,設(shè)置了合理的外插角度,基本達(dá)到了要求,保證了運(yùn)營(yíng)安全。

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