• 公路隧道穿越砂卵石地层设计方案探讨
    2014-03-18 09:16:36   来源:tranbbs.com      评论:0 点击:

    1 、引 言
        目前国内、外对公路隧道穿越砂卵砾石的研究较少,尤其对于衬砌结构设计的研究尚没有较为成功的研究先例,涉及到具体设计的内容更少;在施工方面,目前讨论较多的为盾构法穿越砂卵石地层的施工技术,出版的专著等著作相对较少,仅有杨书江等编著的《富水砂卵石地层盾构施工技术》一书中对该地层中盾构施工进行了较为详细的论述。但是,根据目前我省实际情况,受到工程规模、资金等因素的限制,盾构在公路隧道施工中应用较少,一般采用矿山法进行施工。
        文章以渭武高速公路项目为工程背景,针对陇南山区复杂的地形地质条件,围绕渭武高速公路沙湾隧道、白鹤桥隧道、小山坪隧道等穿越砂卵石地层隧道建设需要及技术要求,对衬砌结构进行特殊设计,综合比较分析,最后采用“管超前、先封闭,再模筑”的设计方法。设计方法和思路为类似地质条件的隧道衬砌结构设计提供一定的借鉴和参考。
        2、工程地质概况
        本文依托工程:沙湾隧道(长度3078m)进口段,穿越中密~密实砂卵石地层长度130余米;白鹤桥隧道(长度584m)全线从中密~密实卵石地层穿过;小山坪隧道(长度578m)除进口160m范围未在砂卵石地层外,其余段落均处于稍密圆砾卵石地层中。工程区的砂卵砾石的物理力学性质将直接关系到这些隧道的衬砌结构设计方案、变形特性等。
    公路隧道穿越砂卵石地层设计方案探讨公路隧道穿越砂卵石地层设计方案探讨    砂卵石地层,一般由粘性土或砂卵石、粗砂、卵石组成,偶遇巨石块。冲积砂卵石层,岩石成份多为石英砂岩。大多数砂卵石地层结构松散,分布不匀。国内外已有的同类资料表明:砂卵石在力学强度上与堆石极为相似,从大量的统计资料看,一般砂卵石的干密度(ρd)为2.03g/cm3 ~2.359g/cm3,Φ为37°~44°;C值一般在1.6KPa~4.0KPa之间。在压缩性能方面,砂卵石比堆石料更具低压缩性。在一定程度上,砂卵石的工程性质取决于其颗粒强度及级配。
    公路隧道穿越砂卵石地层设计方案探讨    3、衬砌结构型式
        砂卵石地层地下隧道的开挖与支护,无论理论研究还是实际施工都是较难解决的问题,也是地下工程施工中比较特殊的问题,几乎没有现成的经验可供借鉴。目前讨论较多的为盾构法穿越砂卵石地层的施工技术,但是,根据目前我省实际情况,盾构在公路隧道施工中应用较少。同时,在砂卵砾石地层进行超前导管钻孔过程中,不但不易成孔,而且由于卵石卡钻,钻机难度大,钻杆取出时也容易发生塌孔,常常导致导管注浆无法进行。
        因此,隧道衬砌结构超前支护采用R32N自进式超前注浆锚杆,长度L-4.0m,环向间距40cm,开挖后首先及时喷射10cm厚的C25混凝土封闭岩面,保护围岩,尽可能缩短原岩暴露时间,减小原岩应力松弛及变形破坏,充分发挥围岩的自身承载能力,待围岩应力释放到一定程度,再施做C30模筑混凝土一次模筑衬砌,厚50cm,一次衬砌内加设I22a型钢拱架,间距60cm,二次模筑衬砌厚度35cm,仰拱75cm。一次模筑衬砌承担主要围岩压力,二次模筑衬砌作为安全储备。
      
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        针对砂卵石地层孔隙率较大、胶结性较差的段落,应进行超前环向注浆加固。注浆小导管采用外径Φ42mm、壁厚4mm钢花管,环向间距200cm,纵向间距300cm,沿钢拱架外缘以斜插角45°打入围岩,端部与钢拱架焊接在一起。可根据地层的实际情况采用全环或部分环向注浆加固方案。
    开挖时,如遇到个别大漂石侵入区间结构 ,一般可以采取“先隧道施工,后漂石处理”的原则,即:缩小钢拱架间距 ,漂石处钢拱架断开,架设圆木临时支撑,并对纵向连接筋进行加强,待隧道封闭成环后再用风镐凿除露头的漂石。但若遇到漂石集中分布时,钢拱架断开量较大会降低结构强度,危及隧道安全,因此必须先对漂石进行处理。
        4、结束语
       (1)超前支护是砂卵石地层隧道衬砌结构安全与否的关键。在砂卵石地层进行超前导管钻孔过程中,不但不易成孔,而且由于卵石卡夹钻头,钻进难度很大,钻杆在取出时易发生塌孔;其次,在砂卵石层中进行钻探,由于砂卵石层中石英含量高,坚硬,研磨性强,形状各异,大小不一,因此钻头磨损特别快,寿命低,而日容易掉块,给钻进带来麻烦,使钻进成本上升。因此本设计方案中超前支护采用R32N自进式注浆锚杆。
       (2) 胶结性较差的砂卵石地层开挖后随着围岩塑性区范围的不断扩大,将会引发支护及衬砌混凝土的变形破坏,稳定期相对石质隧道而言较短,故在隧道结构设计中应把加固支护刚度、控制变形及其发展放在首位,从最大限度地保护围岩天然结构强度,减少变形产生裂缝、掉块造成围岩强度的损失出发,选择能有效控制变形的支护型式。
    针对砂卵石地层特点,设计采用了两次模筑衬砌结构型式,即初期支护采用钢拱架+模筑混凝土衬砌,二次衬砌采用模筑钢筋混凝土结构。
       (3)本项设计是隧道穿越砂卵石地层衬砌结构型式的有益探索,为后期同类工程设计、施工提供一定的借鉴。
    责任编辑:孙长宁
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