高速隧道施工組織優(yōu)化設(shè)計淺析

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【摘要】隨著我國經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，兩車道隧道逐漸滿足不了行車要求。針對公路隧道在設(shè)計、施工和運(yùn)營管理方面的不足，文章對臨臨高速二狼山隧道施工方案以及二次襯砌的相關(guān)力學(xué)信息進(jìn)行了研究，采用新奧法設(shè)計原理和監(jiān)控量測的方法，進(jìn)行隧道的復(fù)合式襯砌設(shè)計和施工組織設(shè)計。

【關(guān)鍵詞】新奧法；監(jiān)控量測；復(fù)合式襯砌；施工組織

近年來，我國的公路隧道建設(shè)規(guī)模逐漸增大，但是由于公路隧道工程地質(zhì)條件復(fù)雜，還是對施工人員的安全造成了相當(dāng)大的威脅。監(jiān)控量測是伴隨著新奧法［1］的出現(xiàn)和發(fā)展而不斷發(fā)展的。李鵬飛等［2］通過圍巖壓力統(tǒng)計分析，研究了圍巖壓力分布特征；孟慶勇［3］設(shè)計了一種巷道圍巖壓力在線預(yù)警系統(tǒng)，實現(xiàn)了對煤礦巷道的頂板應(yīng)力的實時監(jiān)測。這些研究工作對于深入了解圍巖壓力性質(zhì)、特點及與襯砌結(jié)構(gòu)之間的相互作用機(jī)理有重要意義，但是圍巖壓力監(jiān)測的準(zhǔn)確性卻難以得到保證。本文所依托的二狼山隧道為雙向六車道，通過對隧道施工方案優(yōu)化，采用新奧法設(shè)計原理，配合臺階法、CD法和CRD工法分段開挖，對于保證隧道建設(shè)的安全性和經(jīng)濟(jì)性有著重要意義。

1工程概況

臨淄至臨沂高速公路工程LLKCSJ－1標(biāo)段二狼山隧道工程位于淄博市博山區(qū)池上鎮(zhèn)趙莊村西南側(cè)約500m處，該隧道為分離式隧道，隧道左線軸線起止樁號為ZK72＋688～ZK73＋190，長502．0m，隧道右線軸線起止樁號為K72＋695～K73＋170，長475．0m，擬建隧道屬雙向六車道中隧道。二狼山隧道Ⅲ級、Ⅳ級、Ⅴ級圍巖段分布長度分別為235m、465m、267m。二狼山隧道地質(zhì)平面見圖1、圖2。

2設(shè)計方案研究

2．1隧道總體設(shè)計

在初步設(shè)計階段，通過對二狼山隧道路線平面線形的優(yōu)化，二狼山隧道平面布置可采用分離式方案，具體為單向行車雙車道隧道（上下行分離）。進(jìn)口洞門形式采用削竹式，出口洞門形式采用端墻式。2．2隧道界限及內(nèi)輪廓的確定根據(jù)JTG3370．1－2018《公路隧道設(shè)計規(guī)范第一冊土建工程》、JTGTD70－2010《公路隧道設(shè)計細(xì)則》，擬定隧道建筑限界［4］如圖3所示。

3復(fù)合式襯砌設(shè)計

3．1初期支護(hù)體系設(shè)計

二狼山隧道Ⅲ級圍巖段根據(jù)“新奧法”原理，采用光面爆破［5］，具體的開挖、支護(hù)順序見圖4。

3．2二次襯砌設(shè)計

由于二狼山隧道Ⅲ級圍巖段很少，大都為Ⅳ～Ⅴ級，較為松散破碎，故上部結(jié)構(gòu)采用荷載－結(jié)構(gòu)模型計算，考慮主動荷載以及彈性抗力的作用，綜合考慮使用結(jié)構(gòu)力學(xué)中力法的相關(guān)知識進(jìn)行計算。取左半拱分成8段，對相鄰段之間的接縫進(jìn)行編號，如圖5所示。二次襯砌為現(xiàn)澆模筑混凝土，襯砌厚度按圍巖等級取值。

4隧道監(jiān)控量測方案概述

采用量測精度比較好的SWJ－IV隧道收斂計對隧道的凈空水平收斂進(jìn)行監(jiān)控量測。凈空水平收斂側(cè)線的布置要根據(jù)施工方法、地質(zhì)因素和隧道埋深等條件確定，其中，Ⅲ級圍巖段采用臺階法開挖，需要在拱腰和邊墻部位各設(shè)一條水平側(cè)線。隧道開挖后及時安裝收斂樁，每次循環(huán)開挖前都要讀數(shù)。在覆蓋層厚度小于40m的Ⅳ、Ⅴ級圍巖段應(yīng)進(jìn)行地表沉降量測，采用水準(zhǔn)抄平方法，在施工過程中可能產(chǎn)生地表塌陷的地方設(shè)置觀測點，視線長度不得大于30m。精度要求控制在2．0mm以內(nèi)。

5隧道施工組織設(shè)計

5．1確定施工方案

在本隧道施工組織設(shè)計中，其總體施工方案確定是根據(jù)二狼山隧道圍巖情況及斷面設(shè)計，結(jié)合過去的公路隧道施工經(jīng)驗，確定對于Ⅲ級圍巖段采用上下臺階分部開挖法施工，Ⅲ級圍巖段施工順序采用上下臺階開挖法施工，施工方法采用鉆爆法，先開挖上半斷面，待開挖至一定長度后同時開挖下半斷面，上半斷面和下半斷面同時并進(jìn)施工，施工期間嚴(yán)格遵守“短進(jìn)尺、弱爆破、強(qiáng)支護(hù)、早成環(huán)”的原則，以降低爆破對圍巖的擾動。必要時配合超前錨桿等措施防止坍塌，開挖每循環(huán)進(jìn)尺不大于5m，開挖橫斷面和縱斷面示意見圖6。Ⅳ級圍巖深埋硬質(zhì)巖地段采用中隔壁法施工，將隧道分為左右2個斷面進(jìn)行開挖，先在隧道左側(cè)采用臺階法分成上下兩部分分別進(jìn)行開挖，等左側(cè)支護(hù)完成并達(dá)到規(guī)定的支護(hù)強(qiáng)度之后，再采用相同的開挖方法施工隧道右側(cè)，開挖斷面如圖7所示。Ⅴ級圍巖段采用CRD工法進(jìn)行開挖施工，即把整個隧道的開挖斷面分成4個小斷面單獨進(jìn)行施工。自上而下，分塊成環(huán)，隨挖隨撐。待初期支護(hù)完成并達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)后，再拆除臨時中隔壁墻及臨時仰拱，進(jìn)行后期施工，開挖斷面如圖8所示。

5．2施工工序安排

二狼山隧道洞口及明洞工程的施工工序為：截水溝開挖、砌筑—洞口土石方開挖—邊仰坡錨噴支護(hù)—仰拱施工—超前管棚施工—明洞仰拱施工—明洞襯砌施作—明洞回填（圖9）。二狼山隧道Ⅲ級圍巖段施工工序安排為：施工準(zhǔn)備—上（下）臺階爆破設(shè)計—上（下）臺階測量放線—鉆孔機(jī)、臺架就位—上（下）臺階鉆眼—上（下）臺階裝藥—爆破—通風(fēng)—初噴混凝土—出渣—設(shè)置錨桿、鋼筋網(wǎng)、鋼拱架—澆筑混凝土。二狼山隧道Ⅳ級圍巖段施工工序安排為：施工準(zhǔn)備—超前地質(zhì)預(yù)報—左（右）側(cè)上臺階超前支護(hù)—左（右）側(cè)上臺階開挖—左（右）側(cè)上臺階支護(hù)—左（右）側(cè)中臺階開挖—左（右）側(cè)上臺階支護(hù)—左（右）側(cè)下臺階開挖—左（右）側(cè)下臺階支護(hù)—拆除中隔壁臨時支護(hù)—仰拱澆筑、回填混凝土—監(jiān)控量測—下一循環(huán)施工。二狼山隧道Ⅴ級圍巖段施工工序安排為：左側(cè)超前支護(hù)施工—左上導(dǎo)坑開挖—左上導(dǎo)坑支護(hù)—支設(shè)臨時型鋼立柱及橫撐—左下導(dǎo)坑開挖—左下導(dǎo)坑支護(hù)—完成臨時型鋼立柱—右側(cè)超前支護(hù)施工—右上臺階開挖—右上臺階支護(hù)—支設(shè)臨時型鋼橫撐—右下臺階開挖—右下臺階支護(hù)—仰拱澆筑—拆除臨時立柱和支撐—防水層施工—襯砌施工。

5．3作業(yè)及勞動組織優(yōu)化

二狼山隧道屬中隧道，工程量不大，隧道主體施工可以分為隧道開挖、初期支護(hù)、二次襯砌、隧道鋪底和開挖水溝電纜槽等幾部分，故本隧道選擇順序作業(yè)法。隧道施工勞動組織優(yōu)化首先要做好分工協(xié)作。勞動組織優(yōu)化不僅要做到使分工與協(xié)作密切結(jié)合，還要使作業(yè)組織分工落實。勞動組織優(yōu)化的內(nèi)容包含幾種：（1）施工作業(yè)隊伍組織形式優(yōu)化。施工作業(yè)隊分為綜合作業(yè)隊和專業(yè)作業(yè)隊兩種形式。本隧道選用的順序作業(yè)組織形式時，故選擇綜合作業(yè)隊比較合適。（2）勞動力配置優(yōu)化。勞動力配置優(yōu)化要做到每個工作人員“滿負(fù)荷”工作，以加快施工進(jìn)度，降低施工成本。

6結(jié)論與討論

本課題研究的二狼山隧道為雙向六車道，雙洞單向行車，彌補(bǔ)了一般公路隧道的不足，為公路隧道的設(shè)計工作提供設(shè)計參數(shù)和理論依據(jù)，并對之后相似的施工過程提供經(jīng)驗資料和理論指導(dǎo)。（1）通過對隧道施工方案優(yōu)化，采用新奧法施工原理，配合臺階法、CD法和CRD工法分段開挖，對于保證隧道建設(shè)的安全性和經(jīng)濟(jì)性有著重要意義。（2）合理確定支護(hù)結(jié)構(gòu)形式、支護(hù)參數(shù)和支護(hù)時機(jī)，采用復(fù)合式襯砌設(shè)計，可以實現(xiàn)更安全有效地施工。（3）監(jiān)控量測配合施工使整個工程施工更安全。

作者:宋遠(yuǎn)征 孔強(qiáng) 單位:山東省路橋集團(tuán)有限公司