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略說矛盾隧道的設計與建造方法

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略說矛盾隧道的設計與建造方法

1矛盾隧道設計

針對高峰小時南北向交通流不均衡性,提出了三管方案,每管設置2個車道,中間隧道可根據交通流的時段特征進行行車方向的靈活轉換控制。三管方案設檢修道,矛盾直徑有所增大,但內輪廓直徑也只是10.2m,考慮隧道運營階段日常圍護與檢修,緊急情況下司乘人員安全疏散通道逃生,建議三管方案設置檢修道,單洞隧道內輪廓直徑10.2m。管片構造設計矛盾隧道襯砌結構形式一般分為單層預制管片拼裝襯砌和雙層襯砌(外層預制管片拼裝、內層現澆鋼筋砼)兩種國內外類似工程一般采用具有一定剛度的單層柔性襯砌居多,其襯砌的變形、接縫張開及砼裂縫開展等均能控制在預期的要求內,基本能滿足隧道的設計要求。一般認為使用單層襯砌施工工藝簡單、工程實施周期短、投資小。但考慮本項目須采用較高的抗震設防烈度這一特殊情況,同時為提高隧道耐久性及防水效果,認為有必要對雙層襯砌方案進行研究與比選。襯砌的厚度應根據隧道直徑大小、埋深、圍巖荷載情況等因素來確定,一般約為直徑D的1/30~1/25。參照已有工程實例,一般采用C60砼管片,厚度為40~70cm。本通道雙管6車道單層襯砌方案鋼筋砼預制片的厚度擬采用60cm,雙層襯砌方案管片厚度擬采用55cm、內層二襯厚度采用30cm;三管6車道單層襯砌方案鋼筋砼預制片的厚度擬采用50cm,雙層襯砌方案管片厚度擬采用45cm、內層二襯厚度采用25cm。

2矛盾隧道方案比選

兩管矛盾隧道和三管齊下隧道總長度(矛盾段及兩岸暗埋段)雖然基本相當,但三管齊下方案具有如下幾方面的突出優勢。更適應兩岸特殊時段交通流不均衡性需要由于汕頭市蘇埃灣兩岸發展及功能定位的差異,本通道建成后在相當長的時間內將面臨特殊時段交通流的不均衡性所帶來的壓力(主要是早晚上下班高峰時段),為緩解這一矛盾及提高本通道的交通運能,本次工可研究在預可研究的基礎上、提出了三管齊下隧道方案。三管齊下方案將采用2+4的車道組合,即中間隧道孔2個車道可根據兩岸特殊時段交通流的不均衡性、靈活調整行車方向。更適應高抗震設防烈度的要求由于三管隧道斷面較小,其較兩管隧道而言,在采用相同構造措施的情況下,更能適應本地區Ⅸ度抗震設防烈度的要求。建設規模相對較小,建設費用較低雖然兩個方案隧道總長度相差不大,但三管齊下隧道不管是在矛盾械購置費、矛盾斷面開挖總量(開挖及泥水處理總量)、結構支護體系還是兩岸明挖段基坑深度、支護等方面具有較明顯的優勢,所以三管齊下隧道較兩管矛盾隧道建設規模更小,且建設費用更低。)減少開挖上軟下硬地層段的長度,降低該段隧道施工風險及施工難度在主航道段,由于其規劃疏浚深度、隧道結構抗浮要求及基巖頂面標高的限制,矛盾隧道穿越空間極其有限。由于三管隧道斷面較小,其建筑總高度及對頂部覆土抗浮的要求較兩管隧道要小,故三管隧道開挖斷面基本能避開極硬的中風化花崗巖層,而兩管隧道則難以完全避開(約300~400m下半斷面為中風化花崗巖)在矛盾選型方面可行性更高兩管隧道方案矛盾直徑須達到14.7m左右,屬于大直徑矛盾,且須采用復合式泥水矛盾。目前該種矛盾的研制及生產還存在一定難度。對于三管隧道方案,矛盾直徑約11.7m,且其基本避開中風化花崗巖三管方案斷面圖單層襯砌,雙層襯砌襯砌結構示意圖層,目前該種直徑的復合式泥水矛盾生產及應用技術較為成熟。在施工工期上更有優勢根據調研及分析,在基本相似的地層中,三管隧道方案矛盾(矛盾直徑11.7m)掘進速度較兩管隧道方案(矛盾直徑14.7m)掘進速度快約10%~20%,故三管隧道施工在工期上更有保障。綜合以上分析認為,故若本項目采用矛盾法施工,工可階段推薦采用三管隧道方案。

3矛盾施工建議

根據隧道工程地質條件,建議針對不同情況采取相應措施。在軟土及粉細砂段施工過程中應嚴格控制矛盾參數,及時均勻地進行同步注漿,在保證地層穩定的前提下,增大注漿壓力和注漿量,保持切口泥水壓的穩定性和推進速度的均勻性。加強施工監測和地質預報工作,在沉降變形異常部位,應及時采取有效措施,確保施工期間隧道內及地面建筑物、構筑物及地下管線安全。針對海域段軟硬不均地層,重點做好硬地層預處理,同時做好矛盾刀盤和刀具的設計,矛盾應具有可靠的艙壓選擇、控制、調節性能,通過與泥漿系統的配合,很好地實現泥水平衡,確保開挖面穩定;同時矛盾應有完善的超前地質預報系統,加強施工過程中對掘進面前方地質條件的預測預報,以便根據地質條件及時調整施工參數;為滿足長距離及穿越海域段掘進的要求,矛盾各系統,各部件必須有較高的可靠性,且故障少,維修方便、使用壽命長。建議采用帶氣墊式的泥水平衡復合矛盾。施工時,控制推進速度和泥渣排土量及新鮮泥漿補給量。超淺覆土段,一旦出現冒頂、冒漿時隨時開啟氣壓平衡系統。正確選擇合理的艙壓,開挖面由膨潤土懸浮液穩定,水壓力可以精細調節,膨潤土懸浮液由空氣控制,隨時補償正面壓力的變化。合理進行矛盾參數(特別是矛盾刀盤、刀具)的設計與選型,確保矛盾特別是刀盤與刀具對地層的適應性。矛盾刀具采用齒刀與滾刀相結合的組合方式,既可滿足軟巖段矛盾掘進的需要,又可適應硬巖段矛盾掘進的需要,也可適應軟硬不均地層掘進的需要。針對軟硬地層差異調節同步注漿對應的注漿壓力,使管片獲得平衡的支撐,防止管片位移變形。遇到球狀風化花崗巖層時,在掘進過程中,注意觀察矛盾掘進的異常情況以及掘進參數的異常變化,判讀是否碰上球狀風化巖體,一旦發現推力加大,矛盾進尺緩慢或停止不前時,應立即停機。由于花崗巖球狀體分布的離散性,施工時應補充勘察,摸清球狀風化體的特性,包括球狀風化體的埋深、形態及規模大小。若球狀風化體隨刀盤一起滾動,可以利用地質超前鉆機對周圍軟弱地層予以注漿加固,將球狀風化體固定后再進行掘進。掘進過程中隨時監測刀具和刀盤的受力狀態,確保其不超載,并觀測刀盤是否受力不均,以防刀盤產生變形。根據球狀風化體的位置、大小及強度,可采用不同的處理措施,包括挖孔破碎法、沖孔破碎法、直接切削法和帶壓開艙法,將球狀風化體破碎到小于50~60cm后再掘進。

作者:馮歡歡王助鋒張合沛單位:中鐵隧道集團

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