二铺塘公路连拱隧道设计施工

二铺塘公路连拱隧道设计施工摘要依据同~三国道主干线二铺塘隧道的具体情况，针对不良地质条件下该大跨连拱隧道设计及施工方案作了详细介绍，从导坑布置与施工方案选择，保证中墙稳定，中墙顶部的防水等方面总结经验，以供类似连拱隧道设计、施工参考。关键词连拱隧道设计施工1前言随着我国经济的发展以及环保意识的增强，道路交通建设中特别是高速公路采用隧道方案越来越多，出现了较多的连拱隧道。鉴于施工技术复杂和造价较高，连拱隧道一般只用于短隧道。与隧道分修即分离式路基方案相比，连拱隧道方案具有土地占用少、环境污染小、植被保护好、减少路线总长度，节约总投资的优点，同时线路条件较好。2工程概况同江-三亚国道主干线二铺塘隧道是一座上、下行合建的四车道连拱高速公路隧道，位于福建省霞浦县城关郊区，隧道起讫桩号K101+300-K101+805，长505m。全隧净宽22m，净高5.0m。隧道处于闽东火山断拗带北部，属构造剥蚀地貌，地形深切，出口端为半路堑偏压；第四系残坡积覆盖层厚Om~4m，基岩均为火成岩，主要为凝灰岩及少量花岗岩侵入，地下水不发育；地质及水文条件均单一。隧道为连拱结构形式，跨度大、围岩差、施工工艺复杂、工序繁多、施工干扰大等是其主要特点；另外，洞口段为松散堆积体、浅埋偏压的不利条件也给施工带来困难。3隧道设计3.1净空、衬砌及路面全隧净宽22.Om、净高5.Om，内轮廓采用单心圆形式，边墙为曲墙，中墙为直墙。隧道外侧检修道下设置电缆沟，路面外缘及中墙两侧设置排水沟。结构形式如图1。隧道进口设计为削竹环框式洞门，出口为端墙式洞门；洞口明挖段设置明洞衬砌，洞口段施工采用超前长管棚预支护措施。洞身采用复合式衬砌，其支护参数见表1。隧道内设水泥混凝土路面，路面板厚26cm。3.2导坑和中隔墙设计采用三导坑掘进，中导坑及中墙先行的方法。导坑均采用锚、网、喷及钢架临时支护，中隔墙均为钢筋混凝土结构，其基底设置了砂浆锚杆，以提高其稳定性。3.3防排水设计隧道防排水遵循“以排为主，堵排结合，因地制宜，综合治理”的原则，在洞内外设置了完整、严密的防排水系统，确保隧道建成后达到规定的防水要求，保证结构和设备的正常使用和行车安全。具体措施有：在初期支护和二次衬砌之间全隧道洞身满铺PVC复合防水层，拱部及边墙衬砌采用不低于S6级的防水混凝土，二次衬砌变形缝采用中埋式橡胶止水带，环向施工缝、纵向施工缝(拱部与中隔墙)采用遇水膨胀止水条；针对不同阶段的渗漏水，在衬砌背后洞身环向设置软式透水管，将水汇集至墙脚背后的纵向集水管(PVC管)，并经横向引水管引入侧沟排出洞外；中隔墙顶部汇水采用通长预埋塑料盲沟通过竖向PVC排水管引入侧沟；路面板下渗水采用纵横向塑料盲沟引入侧沟排出洞外；进出口洞顶设置天沟以拦截地表水。4施工技术4.1施工工序大跨连拱隧道施工一般采用导坑先行的减跨原则，但由此也带来洞室经多次开挖引起应力频繁地重分布、荷载变化大、工序烦琐。尤其两隧洞相距较近时，由于两隧洞相互作用，相邻侧的应力明显大于相反侧的应力，这使得选择合理的施工顺序减少应力变化，保证连拱隧道中墙的稳定至关重要。为此，隧道施工在Ⅱ、Ⅲ类围岩地段采用三导坑单侧先墙后拱的施工方法，在Ⅳ、V类围岩地段采用中导坑单侧先行台阶法施工，如图2示。在洞口段施工完成后，先进行中导坑开挖及中墙施工，中墙顶及侧边回填后开挖左侧导坑，中导坑贯通后从中间向洞口浇注中墙，侧导坑则从洞口向中间施作边墙二衬。在左侧导开挖支护到位，且边墙衬砌后施工左侧主洞，进行拱部开挖及拱部二次衬砌，随后开挖中部及落底施作仰拱，形成封闭的支护结构。在左线主洞衬砌(包括仰拱)施作了一定长度之后，即可展开右洞施工，施工顺序同左洞，右侧主洞开挖面应滞后于左洞20m~30m。在二次衬砌混凝土施作前注意防水层、排水管和预埋管件以及预留洞室的设置。4.2施工方法本隧道总体上采用三导坑单侧先墙后拱法施工，初期支护和二次衬砌紧跟的支护原则。导坑均采用微台阶法施工。土质地段上部采用人工开挖，下部采用挖掘机挖运；石质地段采用控制爆破。为防止荷载重分布造成中墙偏压倾斜及“群洞效应”对中导坑产生附加荷载，导致较大变形，中墙侧边回填后再设地梁横撑和顶部斜撑。正洞施工根据不同地质条件采用弧形导坑或台阶法开挖，拱部开挖支护一次成型，初期支护严格按照设计施作，对地质条件变化地段及时提出设计变更，修改支护参数。二次衬砌采用先墙后拱法施工。在导坑初支完成后，进行相应的中墙或边墙衬砌，中墙每循环10m，边墙每循环6m，边墙衬砌预留工钢牛腿(便于后续施工)。拱部二次衬砌与初期支护的距离由围岩及埋深情况确定，在10m-35m以内。导坑的初期支护钢拱架在正洞进行拱部初期支护的基面处理时，进行割除，下部开挖时拆除临时支撑。为减少开挖爆破作业对初期支护及二次衬砌结构的影响，采取了以下几个措施：①采用微震控制爆破技术，单段装药量控制在3kg以下，周边眼间距控制在50cm内；②控制爆破进尺，一次掘进长度控制在0.8m左右，并采取分部爆破；③在二衬混凝土施工过程及终凝前禁止施工爆破作业；④在爆破时将防水板翻卷，用木板遮挡，保证防水板完好无损。4.3防水技术隧道防排水设计甚为严密，施工的关键在于采用先进合理的工艺保证防水板铺挂合理、密贴和各种排水管路的畅通。防水层采用EVA塑料防水板与无纺土工布局部复合而成，预留无纺布条带以便用射钉铺挂防水层，做到防水板无破损铺挂；防水板搭接处采用ZDR—300型轨爬式双焊缝热合机热熔焊接，焊缝焊接宽度不小于lcm。双焊缝焊接可以检测防水板焊接的气密性，使工艺更加严密而科学。施工中，经实验测得，lmm厚EVA防水板热合温度为350℃左右，平面自动爬行，竖直稍用力平衡机体自重，爬行速度控制在1.2m／min。施工时，防水板铺设要松紧适度，以防止混凝土灌注时挤压绷紧，造成防水板绷裂或衬砌混凝土灌不满。5监控量测为掌握围岩和支护的动态信息，及时反馈指导施工，修改设计支护参数，同时考虑量测费用和结合本工程实际情况，隧道主要进行了地表下沉、洞内拱顶下沉和洞内水平收敛三项监测。下沉量测使用FS型测微仪，配以PSZZ自动安平水准仪及钢尺进行，收敛量测采用SD—1A型数显式坑道收敛计进行。监测数据通过计算机进行分析整理，成果绘制成图。6几点体会通过本工程的施工实践，有以下几点体会，供设计施工借鉴参考。6.1导坑布置与施工方案选择综合本线连拱隧道的各种施工方案比较如表2。6.2保证中墙稳定是建成连拱隧道的关键基础连拱隧道周边荷载通过拱部结构传递到中墙，使中墙集中受力。施工中必须有足够的措施，保证中墙不偏移、不倾斜、不发生不均匀沉降。必要时对中墙基础进行地基改良处理，提高地基承载力。6.3中墙顶部的防排水问题二铺塘隧道施工完成后，在中墙与拱部施工缝出现多处渗水。分析其主要原因为：①中墙顶为倒八字结构，存在汇水效应；②初期支护钢架的预埋螺栓必须穿过防水板，使该处防水板破损；③中墙顶为主要受力部位，须埋的排水盲沟在墙顶回填后易堵塞；④分部施工工序过多，防水板及排水管道搭接处理难度大，容易出现差错；⑤其它施工原因造成防排水设施的破坏。由此可见，中墙顶部的结构设计与防排水措施之间存在客观上的矛盾，是难中之难。必须从设计和施工中不断进行改进，从根本上解决防水难点。目前，许多工程在尝试将倒“八”字结构形式改为环框式结构形式，解决中墙顶部的蓄水效应全液压衬砌钢模台车及配套设备价值一般是简易衬砌台车的3倍。但综合考虑，从人员、设备和施工质量、工期要求来说，全液压衬砌钢模板台车应作为隧道衬砌的首选设备。特别是近几年来，业主都要求优良的工程质量和最短的施工工期，而全液压衬砌钢模板台车能很好地满足工程质量和工期要求，其创造的无形价值对施工单位来说是很有益的。