隧道洞顶高速公路安全分流防护措施

石头岗隧道

穿越高速公路车辆安全分流及防护措施石头岗隧道位于庙头车站与全州车站之间，进口里程DK214+920,出口里程DK215+200，全隧均为V级围岩，全长280m，处于5.8%。的上坡，位于直线上。线路等级为I级、双线。本隧道DK214+975~DK215+060段（DK214+920〜DK214+975段是V级偏压式明洞）下穿衡昆高速公路，交角为41。，铁路相交中心里程是DK215+021，衡昆高速公路（全兴段）相交中心里程是K198+200，隧道开挖拱顶距高速公路面最大约6.3m，下穿段隧道拱顶穿越底层为弱膨胀土，边墙及地基为灰岩、泥质灰岩夹泥灰岩及页岩（下穿高速公路线路长度85米，影响高速公路的长度范围100米，下穿段线路右侧是高速公路路堤填方段，填料为沙砾土，填筑厚度6米左右。）根据现场查看，衡昆高速公路全兴段车流量较少，但是超重车辆比较多，对隧道的施工造成一定的影响。因此，我局为确保石头岗隧道安全穿越高速公路，确保施工安全及控制路面沉降；经召开石头岗隧道专家评审会，会议在衡昆高速公路石头岗隧道施工影响路段车辆分流提出以下三种方案在高速公路K198+340~K198+040段扩宽改建一临时行车道，现经场实地勘察以后，对各方案的现场情况作出简单阐述，请领导审阅。1、分流方案石头岗隧道全段采用弧形导坑开挖法施工，开挖双侧导坑前行，我局根据以往经验，估算衬砌面与掌子面有9米的施工距离，见下图。衡昆高速路幅宽度26.1，水沟宽1米。隧道开挖净空为14.68X13米。据高速路宽度，半幅封闭半幅通车车道。在左幅沿高速公路路肩增加一临

地面线高速公路施工距离示意图时行车道（5米宽），在右半幅（桂林方向）无护栏的118米范围内设置高80cm钢筋砼防撞墙。地面线高速公路施工距离示意图该方案分为四个阶段：第一阶段，在施工DK214+991~DK215+019时，封闭高速公路右半幅（桂林方向），行车走高速公路左半幅（永州方向）及高速公路K198+340~K198+050处新增车道，共8米宽，详见附图一。第二阶段，隧道施HDK215+019~+025时，车辆行驶在右半幅（桂林方向）的一个车道（5.38米宽）及新建临时车道上，详见附图二。第三阶段，隧道衬砌施工DK215+025~+051时，右半幅（桂林方向）封最外沿有9.42米宽可做俩个车道行驶，右半幅（永州方向）全封闭，同时施工恢复高速公路原有水沟路肩。详见附图三。第四阶段，隧道施工DK215+051~060时，高速公路解除封闭，详见附图四。该方案能降低交通管制分流带来的车辆行车安全问题，但修筑该沿着高速公路扩宽一车道，将破坏高速公路边沟，导致公路边沟较难以恢复，且行车速度受没有分隔带影响，不能全速行驶。以上各数据只从隧道开挖宽度考虑，没有考虑到影响范围。以上方案都是在半幅封闭半幅通车的基础上进行优化，故需当隧道施工封闭高速公路K196+200〜K200+200段柳州方向右侧路面时，在高速公路柳州方向右幅车道K195+150里程位置设置施工警示牌及限速标志及K195+700处设置一道减速带，在左幅车道K198+000处、K198+400处分别设置一道减速带，左幅车道K196+200〜K200+200段中间用锥形标识塔隔离;当隧道施工封闭高速公路K196+200〜K200+200段柳州方向左侧路面时，在高速公路柳州方向左幅车道K201+500里程位置设置施工警示牌及限速标志及K200+700处设置一道减速带，在右幅车道K198+400处、K198+000处分别设置一道减速带，右幅车道K196+200〜K200+200段中间用锥形标识塔隔离，具体情况以高速公路管理局、高速路政的规定为标准。2、监控量测同时加强监测穿越高速公路各施工阶段围岩和支护动态，确保施工安全及公路安全，调整初期支护参数确定二次衬砌和仰拱的施做时间提供反馈信息，力争第一时间采取有效处理措施，在全隧施工过程中，对隧道进行洞内外观察、净空水平收敛量测、拱顶下沉量测、地表监控量测（见附图五）等四个监控量测项目，具体要求如下。洞内在隧道中心及两侧间距3.5米飞米，5.0米~7.0米处施设下沉测点，监测范围在隧道开挖影响以外。具体布置见下图：洞内测点布置示意图■一一•一—拱顶下沉测点周边收敛测点地表下沉量测断面布置与洞内水平净空变化和拱顶下沉在同一横断面内。下穿高速公路段地表监控量测设计图见附表八。地表下沉量测在开挖面前方隧道埋置深度与隧道开挖高度之和处开始，直到衬砌结构封闭，下沉基本停止时为止。地表下沉量测频率和拱顶下沉及水平净空变化的量测频率相同。变形速度（mm/d）量测断面距开挖工作面距离量测频率N5(0~1)B2次/天1~5(1~2)B1次/天0.5~1(1~2)B1次/2天0.2~5(2~5)B1次/2天<0.2>5B1次/7天量测频率表注：B为隧道开挖宽度。量测资料的处理及应用绘制图表，指导施工根据现场监控量测数据，及时绘制水平相对净空变化、绝对净空变化、拱顶下沉时态曲线和净空水平收敛、拱顶下沉与距开挖工作面距离的关系图，按“铁路隧道监控量测技术规程”办理。根据量测结果及变形管理等级指导施工。变形管理等级管理等级管理位移（mm）施工状态应对措施IIIu<u/30可正常施工IIIU0/3<u^2u0/3应加强支护停止开挖，加设临时竖撑和临时钢架，路面限速限载通过，及时衬砌。In>2u/30应采取特殊措施停止开挖，加设临时竖撑和临时钢架，路面限行，及时衬砌。注：U一实测位移值；U一最大允许位移值；04、隧道洞身每次进行爆破施工之前，设专职安全员（路面监测人员）手持小红旗、哨子，携带安全警示牌、通讯设备到隧道顶上方两侧公路上及周边路口进行警戒，以防止意外事故发生。施工过程中加强与此段公路部门的联系，配合公路部门做好相应的记录及相关保障措施。三、穿越高速公路暗挖施工坍塌的预防与处理应急方案一、概况石头岗隧道地处丘陵剥蚀地貌，地形波状起伏，丘包浑圆，坡面多为灌木丛，局部为果园及旱地。隧道上覆第四系更新统膨胀土、粗圆砾土，下伏基岩为石炭系下统大塘阶石磴子段灰岩，泥质灰岩夹泥灰岩及页岩。隧址地层为顺层，隧区大致岩层产状N35°W/25°SE，岩层走向与线路夹角较小，隧道右侧边墙存在顺层偏压。1）本隧道短，但该隧道穿越地质条件较差，岩层自稳能力差，整个隧道浅埋，覆土为膨胀土，隧道右侧边墙存在顺层潜势，施工技术复杂，影响因素多。2）隧道开挖断面大，一级防水标准，施工标准高；同时该隧道下穿衡昆高速公路，其施工中的安全质量控制是重点、难点。二、坍塌的原因分析浅埋暗挖施工的关键是确保围岩地层及支护结构的稳定。石头岗隧道地处第四系更新统膨胀土、粗圆砾土，下伏基岩为石炭系下统大塘阶石磴子段灰岩，泥质灰岩夹泥灰岩及页岩，围岩松散，成拱条件差；而且DK214+975sDK215+060段下穿高速公路，加上线路处于交通繁忙地段，车辆行驶过程中产生强烈震动，使浅埋隧道周边土体更加松弛，开挖过程中极易坍塌。下穿高速公路段支护结构采用超前支护、初期支护加二次模筑混凝土支护的复合式衬砌结构形式，超前支护由①159大管棚内插①60中管棚组成，初期支护由双层钢架喷射混凝土组成。根据设计理论计算及工程实践总结，支护结构比较可靠，一般不会坍塌，坍塌多为开挖面的围岩失稳。一般引起坍塌的原因或因素有：地层预加固效果不佳石头岗隧道的浅埋暗挖是以地层预加固为前提的一种施工技术。对这种松散地层，开挖的过程更主要的是支护的过程，地层加固是开挖成败的关键。地层预加固效果不佳，极易引起坍塌。开挖面暴露时间长在预加固后开挖过程中，围岩土体会出现一个短暂的稳定，随着暴露时间延长，坍塌的可能性也越大。受地面震动影响地面车辆行驶过程中产生的震动是坍塌的重要诱因之一，尤其夜间重车高速行驶更为明显。降雨后渗漏广西地区雨季时间长，降雨量大，雨水渗入地层中，引起围岩土体的不稳定，从而造成坍塌。开挖断面变换处开挖断面变换处是工程施工的一大难点，由于受力转换比较复杂，施工中易引起坍塌。3坍塌的预防措施针对石头岗隧道这种埋置深度较浅、松散不稳定的土层和软弱破碎岩层，我们在施工实践中总结了一套行之有效的浅埋暗挖施工工艺技术要求，即“先降水、管超前、严注浆、短开挖、强支护、快封闭、勤量测、速反馈”，已经成为浅埋暗挖施工的指导方针。深深领会工艺技术要求并严格遵照操作，一般不会出现坍塌。关于工艺技术要求，不再赘述。对坍塌的预防，可重点采取以下措施。采取各种手段调查隧道周边状况穿越高速公路工程施工难度大，不可预见因素多，严重的会造成高速公路路面不均匀沉降、造成变形过大、开裂，甚至坍塌造成人员车辆伤亡。为此，隧道施工前，必须采取各种手段充分调查隧道周边环境状况，重点调查地层地质状况及孔洞情况等，以确定相应的对策和施工方案，将环境影响减少到最小程度。重视地下水及地表水的处理石头岗隧道地下水的来源主要是大气降水和隧道灰岩、泥质灰岩岩溶裂隙渗流特征，受大气降水补给，枯水期水量小，雨季下大雨或暴雨后水量较大，隧道埋深一般都不触及承压水，对施工影响较大的是上层滞水、层间水。施工中仍可能出现水，必须重视对水的处理。对隧道围岩中的滞水及残留水，尽量采取疏导的方式。在通过透镜体砂层和掌子面出现潮湿和渗流时，可预先打入钢管导水引流，钢管制做同注浆用花管，随工作面的前进依次打入导管。为防止土体流出，钢管内应设海绵或纱布。做好地层加固地层加固是安全开挖的重要保证。根据石头岗隧道的地质特点，施工在降水后采取超前长大管棚、中管棚注浆、加固地层，靠近高速公路一侧，在暗洞施工前必须先进行旋喷桩地基加固施工，根据地层变化情况，采取不同的加固方式，并及时调整参数。如砂卵石层应采用超前小导管注浆，注浆的浆液根据变化情况适时调整，粘土层宜采用超前锚杆，卵石层宜缩短超前小导管的步长等。另外为保证掌子面稳定，开挖采用弧形导坑保留核心土法开挖。开挖后及时封闭封闭分两个方面，一为开挖面的封闭，二为结构断面的封闭。开挖面的及时封闭就是尽可能减少开挖面的暴露时间。很多坍塌都出现在班组交接时，上个班组正在开挖过程中，下个班组未能迅速进入工作状态，秩序紊乱，延误了开挖面的封闭，从而造成坍塌。必须协调好工序及班组衔接，另外在特殊段施工时可以缩短开挖步距，以减少暴露时间，达到早封闭的效果。封闭后及时注浆回填，将围岩和初期支护空隙回填密实。结构断面的及时封闭就是尽量让结构早封闭成环，形成闭合的结构体。一般前后开挖面不宜太长，太长不利于控制沉降变形，也不能太短，太短可能造成整个掌子面失稳。加强监测、反馈施工信息反馈是暗挖施工的重要组成部分。通过施工监测掌握地质、围岩地层、支护结构、地表环境等变化情况，及时采用对应措施，保证施工安全。重视特殊段施工根据工程情况找出工程的重点、难点，对穿越环境复杂地段、穿越高速公路特殊段，制定专项方案和措施，保证施工安全。建立应急机制为确保暗挖施工的安全，应建立应急机制。施工前制定应急预案和应急措施，包括坍塌的人员疏散、材料准备和调用、抢险组织等都要考虑周全。保证坍塌时人员疏散到安全地带，减少损失，并有条不紊地开展处理工作等。4坍塌的处理措施坍塌后，千万不要恐慌，必须沉着并及时处理。由于本隧道分块分部开挖，本隧道暗挖开挖的步距一般为50〜60cm，即使出现坍塌，受空间限制，坍塌量也不大；但若处理不当，可能引起地面塌陷，影响高速公路地面交通。坍塌处理的第一措施在于封闭掌子面，控制坍塌；再就是及时注入填充物，回填孔洞，同时改善围岩、稳步前进、安全施工。为此，掌子面附近应准备方木、钢网片、工字钢、大钢管等必备材料。型钢、方木主要用于加固结构；钢网片主要用于封闭掌子面。坍塌后，按以下步骤处理:人员立即后撤至初期支护封闭地段，迅速抛掷预先准备好的加气砖、钢网片，喷10〜20cm厚混凝土封闭掌子面。用型钢及方木支撑未封闭成环的初期支护段。在掌子面附近的初期支护结构顶部凿孔，插入2〜3根60〜80mm直径的钢导管(其中1根为导气管)，导管一端接近坍塌区顶部，另一端固定存钢架上(图1)。m响叫哦混以Ij心好心*■好'图1坍塌处理示意用锚喷机具向坍塌孔洞内吹入干料。为了再开挖的顺利进行，先吹入干砂，再吹入水泥和砂的混合料，混合料的比例为：水泥：砂=1：3左右，回填量应接近坍塌量。注入水泥浆。待到填充物固结后，重新施作超前支护，破除封闭掌子面继续开挖支护。作用机理为：充分利用喷混凝土机具，注入填充物填充坍塌空问，同时使注入的填充物形成稳定的胶结体，达到改善围岩的效果。在坍塌后直接注入水泥浆，这样可能诱导更大的坍方，因为松散的坍塌体经水浸泡后荷重加大，坍塌空隙加大，造成土体的不稳定。浅埋暗挖施工应以预防坍塌为主，出现坍塌，必须封闭掌子面，而后回填处理。为安全穿越高速公路，确保施工安全及控制路面沉降，隧道采用①159大管棚及①60中管棚