高速公路双连拱隧道施工及防排水处置措施

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  摘要:近年来,随着我国高速公路建设的快速发展,连拱隧道作为公路隧道的一个组成部分,由于其具有平面线形顺畅、占地面积少、洞口位置选择自由度大、便于运营管理等优点,故在特定条件下已越来越多地被采用。本文根据笔者多年工作经验,介绍了双连拱隧道的施工方法,并着重分析了双连拱隧道施工中防排水问题的处理;最后指出了施工中常见的一些问题,并给出了合理的解决建议。
  关键词:双连拱隧道;施工方法;中墙;防排水;中墙
  中图分类号:U455 文献标识码:A 文章编号:
  Abstract: in recent years, along with the highway construction of rapid development, multiple-arch tunnel road tunnel as a component part, since it has horizontal alignment smoothly, covers an area of less, the mouth of the cave location choice, easy for operation management freedom big advantages, therefore, in particular conditions already is used increasingly. Based on many years' work experience, introduces the double multiple-arch tunnel construction method, and emphatically analyzes the double multiple-arch tunnel construction waterproof and drainage issues; At last, it points out that the construction of common some problems, and gives the solution of the reasonable Suggestions.
  Keywords: double multiple-arch tunnel; Construction method; The wall; Waterproof and drainage; Wall in
  
  
  1 施工方法分类
   双连拱隧道是由两座隧道通过共用的中墙连成一体的双洞隧道,是一种比较有发展前景的新型隧道结构。根据我国目前施工实际情况,并结合国外经验,双连拱隧道施工方法归纳起来可分为以下 3 种:三导洞分步施工法、中导洞施工法、无导洞施工法。
  1. 1 三导洞分步施工法
   即除在中墙处开挖一导洞外,在上、下行线两侧分别开挖一条侧导洞,当中墙混凝土与边墙混凝土施工完后再开挖上、下行线正洞(见图 1),属于先墙后拱法施工。其方法原理是把一个大的洞室分解成许多个小洞室,然后再利用小洞室开挖时围岩松动范围小的有利条件,构成稳定的初期支护。两侧导洞超前为了解决侧墙落脚支撑,中导洞超前是为了提供中墙连拱交点的支撑。在围岩条件较差时主洞分多步开挖,一般情况下都是采用上下短台阶法开挖的方式。
  
  图 1 三导洞施工法
   三导洞分步施工法其工序流程为: 中导洞开挖及初期支护→中墙衬砌→左导洞开挖及初期支护→左侧边墙衬砌→右导洞开挖及初期支护→右侧边墙衬砌→左洞上半断面开挖及初期支护→左洞拱部衬砌→右洞上半断面开挖及初期支护→右洞拱部衬砌。这种施工方法的优点是:①工序简单,临时支护及拆除量小;②工期短、成本低;③采用三导洞分步施工,安全可靠,特别是很好地处理了左右拱部不对称施工到左右洞拱部均施工完毕后的结构体系转换,确保了结构在施工过程中的安全;④大跨度、洞口浅、偏压等地质条件相对复杂的地段,采用三导洞分步施工法比较稳妥。
   该方法缺点是:①工序多,施工缝多;②中墙顶处渗漏水现象发生频繁;③由于多导洞开挖和支护,加大了成本,隧道造价高;④多导洞施工工序多,耗时长,施工断面小,不利于大型机械作业。
  1. 2 中导洞施工法
   即中导洞先行贯通,并砌筑中墙和左右洞(见图2),其余部分按单洞同向掘进,衬砌采用先拱后墙整体浇筑。中导洞法是中导洞先行无侧导洞的施工方案,它仍然是按传统的断面结构施工,只是中导洞先行,做好中导洞开挖、支护贯通和中墙衬砌及顶部混凝土回填,左右洞开挖不采用侧导洞先行方法。根据不同围岩等级主洞分别采用全断面法、上下台阶法、CD 法开挖,然后再进行整体浇筑二次衬砌。为保证施工安全,左右洞的开挖应保证一定的间距。
  
  图 2 中导洞施工法
   对于Ⅲ类或Ⅲ类以上围岩,可以考虑不设两侧导洞,而是中导洞中墙施工后,直接进行左、右正洞的开挖,开挖方法可采取全断面法、台阶法等。
   中导洞全断面法施工的工序流程为: 中导洞开挖及初期支护→中墙浇筑→右洞开挖及初期支护→左洞开挖(与右洞间距 3m)及初期支护→右洞二次衬砌浇筑→左洞二次衬砌浇筑。
   中导洞台阶法施工的工序流程为: 中导洞开挖及初期支护→右洞上半断面开挖及初期支护→中墙浇筑→右洞下半断面开挖及初期支护,左洞上半断面开挖及初期支护→左洞下半段面开挖,右洞二次衬砌浇筑→左洞二次衬砌浇筑。
   相对于三导洞分步施工法,这种施工方法的优点是:①工序较简单、机械化程度较高;②临时初期支护工作量小、施工进度较快,节约成本;③中导洞先施工,可以提前探明隧道地质情况,为左右正洞施工创造了条件。
   该方法缺点是:①地质条件复杂,围岩地段不利于安全施工;②施工过程中中墙偏压变形;③中墙顶处渗漏水问题仍然突出。
  1. 3 无导洞施工法
   即无导洞先行开挖的施工方案。连拱隧道结构按两个独立的单洞考虑,具体表现为两个独立的单洞结构,左右洞防排水各成系统。施工方法上采用两步开挖,具体开挖方法结合地形地质条件,参照单洞开挖方式(全断面、台阶法)进行,原则上是先行洞按全断面法或正台阶法开挖,后行洞按正台阶法或松动爆破法开挖,尽量减少对先行洞的较大扰动和破坏。
   无导洞全断面施工法的工序流程为: 左洞全断面开挖及初期支护→左洞二次衬砌及中墙浇筑、右洞上半断面开挖及初期支护→右洞下半断面开挖(与上半段面间距 )及初期支护→右洞二次衬砌浇筑。
   无导洞台阶法施工法的工序流程为: 左洞上半断面开挖及初期支護→左洞下半段面开挖(与上半段面间距 )及初期支护→左洞二次衬砌及中墙浇筑→右洞上半断面开挖及初期支护→右洞下半断面开挖及初期支护→右洞二次衬砌浇筑。
   无导洞施工法的优点是:①减少了工序,降低了对围岩的扰动,缩短了全断面结构建成时间;②采取单洞防排水系统,保证了防水、排水施工质量;③减少了导洞开挖支护,降低了工程造价;④工程进度快,工期较短。
   无导洞施工法要注意以下内容:①对于先施工的单洞,中墙应一并开挖支护和衬砌,为了保持结构平衡,中墙顶部围岩应根据具体情况加强支护,可以在中墙顶部用锚杆与围岩连接,来提供先施工的单洞所需的支持力;②后施工的单洞应特别注意不对称受力的影响。
  2 施工中防排水问题的处理
  2. 1 衬砌渗漏水处置
   由于影响隧道渗漏的因素非常复杂,加上施工时的质量难以完全符合设计和技术规范要求,因而在衬砌混凝土完工后,难免还有个别地点漏水。此时可以采用防水堵漏剂抹面封闭进行处理。
   渗水处治 在渗水部位及其相邻 50cm 范围内,以RI 型防水堵漏剂抹面封闭。RI 型防水堵漏剂为粉剂,配料时按 1∶ 0.6 的水灰比,将粉剂边搅拌边倒入清水中。抹面前必须先将混凝土表面凿毛,深度不小于3mm,然后用水清洗干净。抹面封闭后,洒水养护 3d。
   滴水处治 在滴水部位顺裂缝走向将衬砌混凝土凿成深 10mm,宽 8mm 的沟槽后,埋设Φ50半圆胶管将水引入排水工程,然后用 RI 型防水堵漏剂封堵。配料按 1∶ 0.2 的灰水比将粉剂边搅拌边倒入清水中,继续搅成细腻的芝麻糊状,不要有任何团块或气泡,然后用橡胶刮板刮压,刮后待表干不粘手时,上面抹高强度等级砂浆,最后按处治渗水的方法抹面,处治后洒水养护不少于7d(见图3)。
  
  图 3 衬砌漏水处置措施实例
  2. 2 中墙顶防排水处理
   在双连拱隧道施工中,中墙与拱部接头处有大量钢筋和钢拱架分布,所以中墙顶防排水处理是双连拱隧道防排水的关键。由于连拱隧道埋深普遍较小,防水板设置不论是偏高或偏低都会造成地下水渗透,受施工水平的限制,很难保证这些部位完全无渗漏水现象发生。应严格遵循“以排为主、防、排、截、堵相结合”的综合治理原则,提高施工质量。
   顶部可以将防水板做成封闭的,并将泄水管由“T”字形变为“十”字形,使防排水结构更加合理,防水效果更好。
   2)为了避免中墙与拱部连接处出现渗漏水现象,可以在中墙施工时先减小中墙厚度,在二次衬砌以前将中墙与拱部防水板进行整体布设,要求防水板拼接密实,然后再进行二次衬砌。
   3)采取按两个单洞独立设置防排水系统将得到更加可靠的效果,能较好地解决中墙顶渗漏水问题。
   4) 为防止施工缝的渗漏水,在中墙顶部两侧及每模施工缝处设置纵向、竖向橡胶止水带,并与主洞施工缝止水材料顺接。
  2. 3 施工缝、变形缝的防水措施
   施工缝、变形缝的防水也是双连拱隧道防排水的重要方面。此时可以在结构内部设置埋入式橡胶止水带和遇水膨胀腻子条的方法进行止水。
   1)变形缝隧道每隔 50 ~ 60m 设置一道变形缝,缝宽 30mm。结构内侧预留 300mm × 300mm 的凹槽,并在中部设置埋入式橡胶止水带,当变形缝两侧的混凝土浇注并养护完毕时,在变形缝内用双组分聚硫橡胶密封膏嵌缝,然后在凹槽内固定 1mm 厚钢板做成“U”形接水盒,最后用聚合物水泥砂浆把凹槽填实抹平。如图 4,5 所示。
  
  图 4 隧道底板变形缝防水示意
  图5 隧道边墙、顶板变形缝防水示意
   施工缝 此隧道有环向和纵向施工缝。环向施工缝设置在每组衬砌断面处;纵向施工缝在条形基础两侧、天梁两侧、左洞和右洞的铺底与边墙交接处各设置 1 条。在结构断面中部设置 20mm × 20mm 遇水膨胀腻子条来进行施工缝的防水。
  3 施工中应注意的其他问题
  3. 1 中墙的稳定性和承载力
   双连拱隧道施工技术要求高、难度大,其中尤以中墙的受力情况最为复杂,而且从上述介绍的 3 种施工方法中也可以看出,中墙的施工是双连拱隧道施工的最关键部分。一方面,由于左右两洞的不对称施工和爆破对围岩的扰动,造成中墙受力的不平衡;另一方面,由于墙体和中导洞顶部存在空洞,致使中墙不能充分发挥自身的承载能力。
   为确保中墙的稳定性和充分发挥其承载能力,在施工中可采取以下措施:①合理施工,进行“弱爆破”,及时喷锚支护,实时监控量测;②在中墙两侧用漿砌片石回填,但要时刻注意中墙的承载力和回填反压之间的平衡;③在中墙混凝土施工前,需检查中墙基底是否存在溶隙和溶洞等不良情况;④妥善处理中墙顶部空洞,可以在中导洞的顶部用高强的喷射混凝土形成与原三角区断面相似的下凸纵梁。
  3. 2 围岩稳定问题
   隧道开挖时,围岩由于扰动失去稳定而产生变形、松弛、错动、挤压、断裂、下沉或坍陷等现象,而且爆破位置一般距离已经施工的中墙混凝土很近,也可能对围岩和中墙混凝土产生扰动。
  为了阻止上述现象的发生,必须控制爆破,减少对中墙、围岩的扰动和进行合理的支护。在以下方面我们应引起注意:①岩体较差的一侧洞先开挖,两侧洞挖面必须相隔一定时间和距离,以便对隧道围岩和中墙加固;②爆破一般采用光面爆破,周边眼采用小直径药卷间隔装药技术,控制开挖成型;③支撑及时比支撑过晚的围岩压力要小;坑道暴露的时间愈长,围岩越容易失稳、压力越大,易风化围岩更是如此。
  3. 3 超前小导管施工
   超前小导管注浆施工技术,是隧道开挖中常用的一种辅助施工措施,主要用于处理地层破碎带、各种软弱围岩、超浅层等不良地质情况施工中的支护和拱部安全。施工工艺流程为:施工准备→测定孔位→钻孔→安设钢管、水泥浆拌制→管内注浆。整个施工中应注意:①超前锚杆宜用早强水泥砂浆锚杆;②注浆时,为了防止压裂工作面,需要控制注浆量,当每根导管的注浆达到设计值时或孔口压力已达到规定值但注入量不足时都应停止注浆;③注浆结束后,必须钻孔检查注浆效果,如未达到要求应及时补孔注浆;④可以通过减小导管的仰角和合理地选择超前导管的长度来减少超挖;⑤导管要与拱架焊接牢固,注浆后注浆孔要堵塞密实;⑥要认真贯彻落实“先排水、短进尺、快支护、早封闭、勤量测”的原则,科学高效的进行施工。
  4 结语
   双连拱隧道在国内属于一个新兴的研究领域,施工方面还存在一些问题有待进行深入系统的研究和解决。本文对双连拱隧道的施工方法、施工中防排水处理和其他一些施工中经常能遇到的问题做了简单的总结分析。
   参考文献:
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