小凈距隧道施工技術探討

郭亮

摘 要： 針對小凈距隧道的特點，從施工角度探討小凈距隧道的超前支護、洞身開挖、中間巖柱加固、錨噴支護、監(jiān)控量測等關鍵工序的施工方法和技術措施。

關鍵詞：小凈距隧道；中間巖柱；施工技術

京福高速公路金旗山隧道位于福建省三明市，采用并行雙線小凈距隧道形式，隧道雙洞軸線間距為17.519m，中間巖柱最小凈寬為5.079m。隧道起訖樁號K147+600～K147+805，全長205m。整座隧道的平面位于R=2000m的圓曲線和R=10000m的豎曲線上。隧道處于丘陵地區(qū)，路線橫切一小山脊，地形波狀起伏，呈駝峰型，植被發(fā)育，覆蓋較薄，洞口位于小山谷旁。

隧道所處地區(qū)未見地下水露頭，地下水主要源于基巖裂隙水，賦存于基巖裂隙和破碎帶中，受大氣降水補給，水量不大，季節(jié)影響小。隧道穿過的巖性單一，為燕山早期侵入花崗巖，未見有斷層，僅在進口處見有一隱伏輝綠巖脈，對隧道無影響。

隧道的圍巖情況：Ⅲ類圍巖41m，Ⅳ類圍巖164m。支護與襯砌形式分三種：S12型33m（Ⅲ類圍巖淺埋段）、S3型18m（Ⅲ類圍巖深埋段）、S4型144m（Ⅳ類圍巖深埋段）、削竹式洞門結構10m。

1.超前注漿小導管施工

1.1 設計參數

隧道Ⅲ類圍巖淺埋段開挖采用超前注漿小導管加固拱部圍巖，小導管采用Φ50×5mm熱軋無縫鋼管制作，單根長度5m，環(huán)向間距80cm，排間距3m。管壁每隔10～20cm交錯鉆眼，眼孔直徑Ф8mm。注漿漿液為水泥、水玻璃雙液漿（水泥：水玻璃=1：0.5）。沿隧道縱向開挖輪廓線向外以20°的外插角鉆孔，將小導管打入地層。

1.2 小導管施工

小導管注漿前，對開挖面及5m內的坑道噴射厚為5～10cm的砼封閉巖面。注漿初始壓力0.5MPa，終壓1.5Mpa。注漿過程，在孔口處設置止?jié){閥。注漿結束至開挖前的時間間隔為4～8h。

注漿作業(yè)應經常檢查泵口及孔口注漿壓力的變化，發(fā)現問題及時處理。經常測試混合漿液的膠凝時間，發(fā)現問題立即調整。

注漿結束條件：單孔注漿壓力逐步升高，達到設計終壓并繼續(xù)注漿10min以上，漿液注入量已達到計算值的80%以上；全段注漿的所有注漿孔均已符合單孔結束條件。

2.洞身開挖

小凈距隧道洞身開挖必須采用預裂爆破和光面爆破，對洞身開挖方法、工序及鉆爆進行嚴格設計和控制。根據現場條件和施組安排，從出口端單向掘進，左洞先于右洞施工。

2.1 洞口開挖及加固

施工洞頂仰坡截水溝，建立洞口地表排水設施。挖至洞口石方段時，為了減少對洞口仰坡和路基邊坡的擾動，必須用弱爆破或預裂爆破進行開挖。洞口仰坡采取錨桿、掛網、噴砼加固。

2.2 洞口Ⅲ類圍巖淺埋段開挖工序

洞口Ⅲ類圍巖淺埋段施工必須遵循“弱爆破、少擾動、短開挖、快支護”原則。左洞開挖斷面超前右洞開挖斷面控制在35～45m，左洞施工用上、下臺階法施工。開挖前打入超前小導管注漿加固拱部圍巖，洞身開挖每循環(huán)進尺為1m，與U型鋼拱架間距相同，開挖后及時施作初期支護。下臺階開挖落后于上臺階8～10m，開挖后及時施作初期支護，對中間巖柱進行注漿支護，打入對拉錨桿。為減小由于大斷面爆破震動對中間巖柱的不良影響，在右洞上臺階開挖之前先進行側導洞開挖，超前加固中間巖柱。右洞的側導洞必須在左洞開挖進尺大于40m、并且注漿漿液固結后才能進行，采用短進尺、全斷面一次開挖到位，緊跟開挖及時架設鋼支撐，施作錨桿、鋼筋網、噴砼等初期支護，進行雙洞對拉錨桿連接、施加預應力加固中間巖柱。之后，再進行右洞上、下臺階開挖和支護，施工工序與左洞相同。洞口Ⅲ類圍巖淺埋段施工工序詳見圖1。

開挖順序說明：

①—左洞上臺階開挖（環(huán)形開挖留核心土法）； ②—左洞拱部支護（錨噴、U型鋼架、超前）；

③—左洞下臺階開挖（落后上臺階8～10m）；④—左洞側墻及仰拱初期支護（錨噴、U型拱架）；

⑤—中間巖柱注漿加固；⑥—右洞側壁導洞開挖；

⑦—右洞側壁導洞支護（錨噴、U型拱架）；⑧—中間巖柱施加預應力錨桿加固；

⑨—右洞上臺階開挖；⑩—右洞拱部支護（錨噴、U型鋼架、超前）；

⑾—右洞下臺階開挖（落后上臺階8～10m）； ⑿—右洞側墻及仰拱初期支護（錨噴、U型拱架）；

⒀—左洞全斷面襯砌（落后右洞開挖面15～20m）；⒁—右洞全斷面襯砌。

2.3 Ⅲ類圍巖深埋段開挖工序

Ⅲ類圍巖深埋段采取上、下臺階法開挖，下臺階落后于上臺階8～10m，上、下臺階的初期支護施作必須緊跟著開挖。左洞開挖斷面超前右洞開挖斷面控制在30～40m，在打設系統(tǒng)錨桿時，對中間巖柱進行有壓注漿，確保巖體密實。按設計要求，僅在巖石破碎帶局部設置預應力對拉錨桿，對中間巖柱進行加固。Ⅲ類圍巖深埋段施工工序詳見圖2。

開挖順序說明：

①—左洞上臺階開挖；②—左洞拱部錨噴初期支護；

③—左洞下臺階開挖（落后上臺階8～10m）；④—左洞側墻錨噴初期支護；

⑤—右洞上臺階開挖；⑥—右洞拱部錨噴初期支護；

⑦—右洞下臺階開挖（落后上臺階8～10m）；⑧—右洞側墻錨噴初期支護；

⑨—在巖石破碎帶對中間巖柱進行注漿加固、預應力對拉錨桿加固；

⑩—左洞全斷面襯砌（落后右洞開挖面15～20m）；

⑾—右洞全斷面襯砌。

2.4 Ⅳ類圍巖開挖工序

Ⅳ類圍巖左洞開挖斷面超前右洞開挖斷面應控制在30～35m，左洞采取全斷面方法開挖，一次光面爆破成型。

右洞先在斷面底部中心開挖寬3～4m、高3～4m的超前導坑，超前長度為5～10m，然后一次性采取光面爆破開挖剩余的斷面。采取超前導坑開挖，既可加大初次爆破點至中間巖柱的距離，盡量減少爆破對中間巖柱的震動影響。

Ⅳ類圍巖段僅在巖石破碎帶局部設置預應力對拉錨桿，對中間巖柱進行加固。Ⅳ類圍巖段施工工序詳見圖3。

開挖順序說明：

①—左洞全斷面開挖；②—左洞錨噴初期支護；

③—右洞超前導坑開挖（落后左洞開挖面大于30m）；④—右洞全斷面開挖（落后右洞超前導坑開挖面大于5m）；

⑤—右洞錨噴初期支護；⑥—在巖石破碎帶對中間巖柱進行預應力對拉錨桿加固；

⑦—左洞全斷面襯砌（落后右洞開挖面15～20m）； ⑧—右洞全斷面襯砌（落后右洞開挖面大于40m）。

2.5 鉆爆設計

為確保開挖第二座隧道時第一座隧道的安全性，應將第一座隧道襯砌處的震動速度控制在15cm/s以內，并以此作為第二座隧道各段爆破藥量的計算依據。為避免爆破震動波的疊加，必須采用微差控制爆破，各段起爆時間應根據震動測試確定，或按經驗值大于200ms為宜。

2.5.1 震動速度的計算

根據震動速度的衰減規(guī)律，可采用下列公式對震動速度進行預估計算：

2.5.2 爆破時間間隔的計算

通過記錄的爆破震動持續(xù)時間，可按下式確定兩段爆破的時間間隔：

2.5.3 光面爆破

光面爆破要根據圍巖特點合理選擇周邊眼間距（E）、周邊眼的最小抵抗線（V）、相對距（E/V）和裝藥集中度（q）等，采用工程類比或根據爆破漏斗及成縫試驗確定。

周邊眼采用小直徑藥卷，并嚴格控制周邊眼的裝藥量，并使藥量沿炮眼全長合理分布，采用毫秒雷管微差順序起炸，使周邊炸破時產生臨空面，同時周邊眼同段雷管起炸時差盡可能小。

2.6 鉆爆作業(yè)

鉆爆作業(yè)采用汽車改裝鑿巖臺車兩部、20臺YT28型風動鑿巖機，1臺10m3和2臺20 m3空壓機等設備，按鉆爆設計進行鉆眼、裝藥、接線和引爆。

鉆周邊眼應選具有豐富經驗的鉆工施鉆，臺車下面有專人指揮，確保周邊眼的外插角準確（眼深3m以內的外插角<3°），盡可能使兩茬炮交界處臺階不大于15cm。同時，根據眼口位置巖石的凹凸程度調整炮眼深度，保證炮眼底在同一平面上。

2.7 出碴

當采用分臺階法或大斷面開挖掘進時，配備一臺PC-200挖掘機、一臺ZLC-50裝載機，5臺4.5t自卸汽車裝運出碴。當采取側壁小導坑掘進施工時，采用人工配合小型機械裝碴。

3.中間巖柱加固

設計文件對Ⅲ類圍巖淺埋段必須加固中間巖柱，Ⅲ類圍巖深埋段和Ⅳ類圍巖地段僅在巖石破碎帶局部加固中間巖柱。隧道施工部署是先開挖左洞，在開挖支護后對巖柱進行加固注漿，左洞超前右洞約40m后再進行右洞小導洞開挖，小導洞施作初期支護后安裝中間巖柱的預應力錨桿。

3.1 巖柱加固注漿

洞口刷坡時，兩隧道中間巖柱坡口處原地面土體應暫時保留，以支擋坡面。洞口臨時防護完成后，挖除中間巖柱坡口土體，立即沿隧道軸向對中間巖柱正面打入5m長Φ50×5mm小導管，注漿加固中間巖柱坡面。當注漿達到強度后進行左洞開挖，向前掘進5米后對中間巖柱改為水平斜向前方45°小導管注漿，小導管規(guī)格Φ50×5mm，長度5m，排距2m。注漿初壓0.5MPa，終壓1.5Mpa，漿液配合比為水泥：水玻璃=1：0.5。

注漿前漿液在拌和機內進行攪拌，注漿結束至開挖的時間間隔，采用水泥—水玻璃漿液時為4h左右。

安裝注漿管時，在注漿管孔口處用膠泥與麻絲纏繞，使之與鉆孔孔壁充分擠壓塞緊，實現注漿管的止?jié){和固定。膠泥凝固到有足夠強度后方可注漿。

3.2 中間巖柱對拉錨桿的施工

中間巖柱對拉錨桿采用φ25螺紋鋼筋，張拉設備采用穿心式單作用千斤頂。錨桿預張拉應力為50KN，一端固定，另一端張拉。錨桿固定端和張拉端沿縱向間隔一排布置，在同一截面上間隔進行張拉，以避免產生局部壓應力集中現象。螺紋鋼筋的錨固在油泵開動、壓力表指針穩(wěn)定時進行。

千斤頂施加預拉力時采取邊張拉、邊擰緊錨具的方法，施加初始預加力的相應油壓值一般為設計油壓的10%，以此做為丈量鋼筋伸長量的起算點。預拉力錨桿的張拉一律采用雙控法，油壓值的誤差不得超過±2%，伸長量的誤差不得超過±5%。

4.錨噴支護施工

初期支護施工包括素噴砼、網噴砼、徑向錨桿、U型鋼拱架支撐等，依據圍巖類別的不同分別設置。初噴緊跟開挖面及時施作，減少圍巖暴露時間，控制圍巖變形，防止圍巖短期內松弛。復噴厚度到位至開挖掌子面的距離不能超過50m。

4.1 中空注漿螺紋錨桿施工

S12、S3支護類型的系統(tǒng)錨桿采用RD25-5中空注漿螺紋錨桿，施工選用由專業(yè)廠家加工定型的中空錨桿，桿體拉斷荷載大于180KN。

中空錨桿使用十字型鉆頭成孔，不僅可防止卡孔、坍孔，也利于止?jié){密封。鉆進成孔中要控制錨桿定位、定向、定深度。

中空錨桿以桿孔內注漿為主，向上注漿應加大進漿量，作好排氣控制，向下注漿要連續(xù)進行，水平向注漿如有漏漿須二次補漿，均不得欠漿。注漿前先用高壓水或風清孔，然后安裝錨桿。注漿器應與桿體相連，防止脫離意外。當承壓墊板與桿體角>16°時，應使用速凝砂漿調平，同時堵塞孔口，確保不對桿體產生彎曲力和錨桿欠漿。注漿24小時后，根據錨固材料的早強性及密實狀態(tài)可對桿體施加不少于10～30KN/m緊固張力。

4.2 Φ22砂漿錨桿施工

S4支護及S12小導洞支護系統(tǒng)錨桿采用Φ22普通砂漿錨桿。砂漿錨桿按設計要求截取桿體、整直、除銹和除油后，對桿體一端進行攻螺紋。砂漿錨桿的砂漿應拌和均勻，隨拌隨用，一次拌和的砂漿在初凝前用完。注漿管應插入至距孔底5～10cm處，隨水泥砂漿的注入，緩慢均勻拔出，隨即迅速將桿體插入，錨桿桿體插入孔內的長度不得短設計長度的95%，若孔口無砂漿流出，將桿體拔出，重新注漿。注漿孔口壓力不得大于0.4MPa。

4.3 U型鋼拱架施工

25#U型鋼拱架用于S12類型主洞和側壁導洞的加強支護。施工時按設計圖放大樣，根據工藝要求預留切割、刨邊的加工余量，將U型鋼冷彎成形，要求尺寸準確，弧形圓順。鋼拱架由拱部、邊墻各單元鋼構件拼裝而成，構件的連接是U型鋼拱架加工制作的關鍵工藝，各單元通過U型連接塊及U型連接螺栓進行連接，應確保各類焊縫螺栓連接質量。

U型鋼拱架按設計位置安設，鋼拱架平面垂直于隧道中線。為使準確定位，鋼拱架架設前需預先打設定位系筋，系筋一端與鋼拱架焊接在一起，另一端錨入巖層0.5～1m并用砂漿錨固。當鋼拱架架設處有錨桿時盡量利用錨桿定位。如果鋼拱架和初噴層之間有較大間隙，必須用墊塊塞緊。

為保證上臺階U型鋼拱架置于穩(wěn)固的地基上，施工中在鋼拱架基腳部位預留0.15～0.2m原地基，待架立鋼拱架時挖槽就位，并在臨時墊塊底部及時施作鎖腳錨桿以增加基底承載力。

U型鋼拱架架立后盡快施噴鋼纖維砼，并將鋼拱架全部覆蓋，使鋼拱架與砼共同受力。噴射砼先從拱腳或墻腳向上噴射，以防止上部噴射虛掩拱腳（墻腳）而不密實，造成拱腳（墻腳）失穩(wěn)。

4.4 噴射砼施工

噴射砼必須緊跟開挖面在新鮮基巖上施工。為了保證噴射砼的速凝，在拌和物中加入速凝劑，提高施工效率和安全性，當砼從噴槍里噴射到粗糙的巖石表面時，先填裂隙、裂縫和發(fā)育的節(jié)理面，將松散的巖體粘結在一起或是局部支護住破碎的巖體，從而避免巖石裸露面進一步損壞。

在噴射砼之前，用水或高壓風管將巖壁面的粉塵和雜物沖洗干凈。噴射作業(yè)應分段、分片由下而上順序進行，每段長度不超過6m。初噴厚度不小于4～6cm，復噴時如果初噴表面已蒙上粉塵，受噴面必須用高壓水清洗干凈。巖面有較大凹陷時，結合初噴予以找平。噴射砼終凝2小時后，應噴水養(yǎng)護7天以上。

4.5 鋼筋網噴射砼

在巖面噴射一層砼后進行鋼筋網的鋪設，固定在系統(tǒng)錨桿上。鋼筋網應隨受噴面的起伏鋪設，與受噴面的間隙一般不大于3cm。

4.6 鋼纖維噴射砼

鋼纖維的摻入不需改變傳統(tǒng)噴射砼配合比設計，普通噴射砼的配料、拌和、供料和噴射方法適用于濕拌鋼纖維噴射砼。鋼纖維與其它骨料一同在拌和時加入，使鋼纖維能均勻地分解開來，不會出現團聚成球的問題。

5.圍巖監(jiān)控量測

該隧道按新奧法設計和施工，采用復合式襯砌，監(jiān)控量測是一項重要的管理工作，出現問題立即研究對策，果斷處理。

5.1 量測項目

該隧道必須進行監(jiān)控量測的項目：工程地質及現狀觀測，周邊收斂位移量測，拱頂下沉量測，地表下沉量測，鋼支撐、錨桿應力及噴層表面應力量測，二次襯砌內應力、表面應力及裂縫觀測。

5.2量測數據的處理與應用

⑴ 根據現場量測數據及時繪制位移—時間曲線，曲線的時間坐標下應注明施工工序以及開挖工作面離量測斷面的距離。

⑵ 當位移—時間曲線趨于平緩時，進行數據處理或回歸分析，以推算最終位移和位移變化規(guī)律。

⑶ 當位移—時間曲線出現反彎點時，表明此時的圍巖和支護已處于不穩(wěn)定狀態(tài)，必須停止開挖，對危險地段加強支護，確保已開挖段的安全。

6.結論

小凈距雙洞隧道的施工難度、工期和造價高于普通雙線獨立隧道，低于連拱雙線隧道。在地質條件良好、地形條件受制約時，是一種較好的隧道結構形式。

小凈距雙洞隧道施工的難點、重點是控制爆破作業(yè)，必須確保隧道開挖過程圍巖的穩(wěn)定，減小兩隧道之間由于凈距較小引起的圍巖變形、爆破震動等不利因素。

小凈距雙洞隧道施工的關鍵是中間巖柱的加固和穩(wěn)定，由于圍巖自穩(wěn)性和支護結構的受力較一般隧道復雜，必須充分利用隧道圍巖的自承、自穩(wěn)能力，通過圍巖加固措施使隧道修建達到經濟、合理的目的。

參考文獻

[1] 中華人民共和國交通部. 公路隧道施工技術規(guī)范（JTJ042—94）.北京：人民交通出版社，1995.