務(wù)川至正安高速公路分離式隧道開挖施工關(guān)鍵技術(shù)

林 興

（貴州路橋集團(tuán)有限公司，貴州 貴陽550000）

0 引言

貴州省務(wù)川至正安高速公路第3 施工段（WZTJ3）穿越務(wù)川、正安兩縣。起點(diǎn)樁號(hào)為K60+600.000，與第二施工段終點(diǎn)樁號(hào)為K60+600.000相接。起點(diǎn)位于務(wù)川境涪洋鎮(zhèn)的柏香林，路線向西設(shè)分離式跨省道S303 后，在前進(jìn)村設(shè)涪洋互通，隧道下穿陳家灣后沿魚田溪北岸布線進(jìn)入洪渡河及芙蓉江的分水嶺，此后連設(shè)隧道經(jīng)過平地園、河壩、山虎廟、蹬嶺崗。本施工段終點(diǎn)位于蹬嶺崗隧道中間。終點(diǎn)樁號(hào)為K75+270.00，與第4 施工段起點(diǎn)樁號(hào)K75+270.000 相接，全長14.67km。

1 工程地形、氣象及地質(zhì)條件

項(xiàng)目位于貴州中部黔北山地高原，芙蓉江、洪渡河流域的正安縣、務(wù)川縣境內(nèi)，項(xiàng)目區(qū)屬武陵山脈西南部，山脈大致走向呈南北向，山勢雄偉、陡峭、險(xiǎn)峻，水系為烏江水系，芙蓉江、洪渡河以河壩為分水嶺。務(wù)川段為趙家河、涪洋河，正安段為馬河、芙蓉江，全線水系發(fā)育，地表水較豐富。

項(xiàng)目所在區(qū)域夏無酷暑，冬無嚴(yán)寒，氣候宜人，四季分明，氣候溫和，陽光充足，雨量充沛，無霜期長，屬典型的中亞熱帶季風(fēng)濕潤氣候。全年平均氣溫在13～17℃之間，無霜期達(dá)287d，全年最冷月（1 月）平均氣溫5℃左右，最熱月（7 月）平均氣溫23℃左右。年降雨量900～1 500mm，一般5 月至7 月和10 月雨量較多。相對(duì)濕度為38.7mb，平均干燥度0.7，全年日照時(shí)數(shù)為1 115.4h，年均降雨量1 180mm，氣候特點(diǎn)是熱量豐富、雨量充沛、水熱同季。

根據(jù)區(qū)內(nèi)地下水富存的地層巖性、含水介質(zhì)特征和地下水動(dòng)力條件，可將地下水劃分為碳酸鹽巖巖溶水、基巖裂隙水、松散巖類空隙水三類。其中，碳酸鹽巖溶水可根據(jù)巖性組合和地下水類型，分為兩個(gè)含水巖組類型：鹽酸鹽巖溶溶洞水及孔隙水次之，水質(zhì)為HCO3-Ca.Mg 型。區(qū)內(nèi)地下水總體礦化度少于0.1g/L，總礦化度一般為4.2德國度，pH值為6～7.2，屬低礦化度弱酸～中性軟水。沿線穿越地層年代較多，巖性和地形也較復(fù)雜。存在的不良地段類型和段落也較多，以橋隧形勢穿越或線位避讓，主要形式為軟土路基、崩塌堆積體、壓覆礦產(chǎn)。

2 隧道Ⅳ級(jí)圍巖開挖施工技術(shù)及方法

工程5 座隧道均為分離式隧道，隧道穿越Ⅴ、Ⅳ、Ⅲ級(jí)圍巖，工程地質(zhì)和水文地質(zhì)條件復(fù)雜，根據(jù)圍巖級(jí)別和洞室埋深條件擬定相應(yīng)的支護(hù)參數(shù)，施工時(shí)根據(jù)實(shí)際情況采取處置措施。

隧道Ⅳ級(jí)圍巖采用上下臺(tái)階法開挖。施工時(shí)，先開挖上半斷面，待開挖到一定長度后再同時(shí)開挖下半斷面，形成上、下斷面同時(shí)并進(jìn)的施工方法。

2.1 施工方法

上臺(tái)階開挖采用多功能作業(yè)臺(tái)架風(fēng)鉆鉆眼，楔型掏槽；下臺(tái)階采用風(fēng)鉆鉆眼；圍巖周邊采取光面爆破。上臺(tái)階用挖掘機(jī)翻渣，下臺(tái)階用裝載機(jī)裝渣，自卸汽車運(yùn)渣。形成挖→裝→運(yùn)作業(yè)線。施工中合理調(diào)整工序，實(shí)行“鉆爆、裝渣、運(yùn)輸”機(jī)械化一條龍作業(yè)。開挖進(jìn)尺上下臺(tái)階一般3m左右，臺(tái)階長度4m左右，隧道開挖后及時(shí)施作初期支護(hù)，下半斷面開挖后初期支護(hù)需盡快完成，盡早閉合，仰拱緊跟。正臺(tái)階開挖示意圖見圖1，工藝流程見圖2。

圖2 正臺(tái)階開挖工藝流程

2.2 爆破設(shè)計(jì)

爆破器材選用2號(hào)巖石乳化炸藥、導(dǎo)爆索、塑料導(dǎo)爆管非電起爆系統(tǒng)。毫秒微差有序起爆。上臺(tái)階周邊眼采用Φ25mm 小直徑藥卷與導(dǎo)爆索組合裝藥結(jié)構(gòu)，光面爆破，其他炮眼采用Φ32mm 藥卷，連續(xù)裝藥；下臺(tái)階周邊眼采用Φ25mm 藥卷，預(yù)裂爆破，其他炮眼采用Φ32mm 藥卷，連續(xù)裝藥，每循環(huán)進(jìn)尺3.0m。藥量分配與主要經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)見表1。

表1 Ⅳ級(jí)圍巖段臺(tái)階法開挖周邊眼光面爆破參數(shù)表

臺(tái)階法爆破設(shè)計(jì)，如表2所示。Ⅳ級(jí)圍巖上臺(tái)階炮眼布置如圖3所示。

表2 Ⅳ級(jí)圍巖上臺(tái)階鉆爆參數(shù)表（進(jìn)尺2.5m）

表2（續(xù)）

圖3 Ⅳ級(jí)圍巖上臺(tái)階炮眼布置圖（單位：cm）

Ⅳ級(jí)圍巖下臺(tái)階裝藥參數(shù)如表3所示。

表3 Ⅳ級(jí)圍巖下臺(tái)階裝藥參數(shù)表

3 施工方法及施工順序

隧道采用環(huán)形開挖預(yù)留核心土法施工，施工中先按環(huán)形順序開挖上斷面，而后作初期支護(hù)。然后開挖上斷面核心土IV，下斷面V、VI采用跳槽開挖，開挖后及時(shí)施作相應(yīng)的初期支護(hù)。之后，全斷面開挖完成后及時(shí)施作仰拱及架設(shè)仰拱型鋼支撐并及時(shí)施作仰拱混凝土、填充混凝土，及早封閉成環(huán)然后整體模筑二次襯砌。

施工過程中應(yīng)加強(qiáng)監(jiān)控測量，根據(jù)測量信息指導(dǎo)隧道施工，若圍巖級(jí)別與設(shè)計(jì)不符，應(yīng)立即調(diào)整施工方案。

3.1 隧道的初期支護(hù)施工

隧道錨桿設(shè)計(jì)類型有Φ25 中空注漿錨桿。注漿錨桿打設(shè)后立即進(jìn)行注漿，注漿材料采用純水泥漿，水灰比為0.35～0.45，注漿壓力為0.3～0.5MPa 之間，設(shè)計(jì)中可根據(jù)實(shí)際情況調(diào)整優(yōu)化注漿壓力以取得最佳注漿效果。

3.1.1 施工方法

（1）畫眼：開挖斷面檢查合格后，按設(shè)計(jì)要求在巖面上畫出錨桿孔位。

（2）鉆孔：采用人工手持風(fēng)鉆造孔。鉆孔技術(shù)要求：開口偏差小于5cm；方向偏差小于2%；孔深比錨桿插入部分長3～5cm。

（3）將錨桿慢慢頂入距孔底3～5cm處。桿體插入后，及時(shí)將孔口用水泥砂漿或其他堵塞物堵塞嚴(yán)密，并設(shè)置排氣孔。

（4）錨桿注漿：注漿材料采用純水泥漿，水灰比為0.35～0.45，注漿壓力為0.3～0.5MPa，可根據(jù)實(shí)際情況調(diào)整優(yōu)化注漿壓力以取得最佳注漿效果。注漿時(shí)應(yīng)使?jié){液慢慢注入，當(dāng)排氣孔有漿液流出時(shí)，關(guān)閉排氣孔，穩(wěn)壓注入3～5min 后停止注漿。

（5）承壓墊板及螺帽安裝，注漿完畢止?jié){后在錨桿尾部加上墊板、螺帽，不緊固。注漿24h后，對(duì)螺帽進(jìn)行緊固。

3.1.2 施工技術(shù)措施

（1）開挖后，立即檢查圍巖面和初噴混凝土，及時(shí)施作錨桿。

（2）錨桿原材料規(guī)格、長度、直徑符合設(shè)計(jì)要求，錨桿桿體不能有油污或其他不符合規(guī)范要求的缺陷。錨桿孔位、孔深及布置形式符合設(shè)計(jì)要求，注漿漿液配合比嚴(yán)格按設(shè)計(jì)要求施作，確保其強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

（3）錨桿鉆孔嚴(yán)格按設(shè)計(jì)要求定出孔口位置，孔位偏差不大于50mm，鉆孔與巖面垂直，鉆孔深度及直徑與桿體相匹配。

（4）錨桿桿體插入錨桿孔時(shí)，保持位置居中，桿體露出的長度不應(yīng)大于噴層厚度，錨桿墊板與孔口混凝土密貼，隨時(shí)檢查錨桿頭的變形情況。

錨桿長度、入孔深度及尾部外露長度必須符合有關(guān)規(guī)范要求，錨桿安設(shè)前必須除油、除銹、調(diào)直，錨桿成孔及安放應(yīng)盡可能垂直巖面，錨桿的錨固力不得小于設(shè)計(jì)和規(guī)范規(guī)定的抗拔力，并按規(guī)定進(jìn)行錨桿抗拔力試驗(yàn)。

鋼筋須經(jīng)試驗(yàn)檢驗(yàn)合格，使用前除銹，在洞外分片制作，安裝時(shí)搭接長度不小于10cm。人工鋪設(shè)，必要時(shí)利用風(fēng)鉆氣腿頂撐，以便貼近巖面，與錨桿和鋼架綁扎連接（或點(diǎn)焊焊接）牢固。鋼筋網(wǎng)和鋼架綁扎時(shí)，應(yīng)綁在靠近巖面一側(cè)，受力較好。噴混凝土?xí)r，減小噴頭至受噴面距離和風(fēng)壓，以減少鋼筋網(wǎng)振動(dòng)，降低回彈。鋼筋網(wǎng)噴混凝土保護(hù)層厚度不小于2cm。

4 結(jié)語

分離式隧道是目前深埋長的高速公路隧道施工的主要方式，鑒于兩洞的施工進(jìn)度不同，利用先開挖洞的巖爆發(fā)生情況，對(duì)后開挖洞的巖爆發(fā)生情況進(jìn)行預(yù)測，并采用有限元數(shù)值模擬進(jìn)行計(jì)算分析。做好隧道施工除要掌握隧道施工的關(guān)鍵技術(shù)外，還要做好工程管理，以保證工程的質(zhì)量。

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