淺埋小凈距及大斷面隧道施工技術(shù)

楊銀剛

（中交第四公路工程局有限公司公司，北京 100022）

1 引言

白羊村隧道為分離式長隧道，右幅起止里程為K26+240～K27+670.46，全長1430.46 m，最大埋深265.074 m，左幅起止里程為ZK26+245～ZK27+667.96，全長1422.96 m，最大埋深255.231 m，隧道左右幅縱坡均為0.8%。隧道凈寬10.25 m，限界凈高5 m，屬于小凈距高速公路隧道。行車道寬度2×3.75 m，人行橫道凈寬2.0 m、凈高2.5 m，設(shè)計(jì)速度80 km/h。

2 施工難點(diǎn)及應(yīng)對策略

2.1 施工難點(diǎn)

本工程施工難點(diǎn)主要包括以下4點(diǎn)：

1）隧址區(qū)圍巖為Ⅳ級、Ⅴ級圍巖，缺乏足夠的穩(wěn)定性。開挖斷面達(dá)到106～113 m2，屬于大斷面隧道。在該地質(zhì)條件和工程條件下，以何種方式高效完成開挖與支護(hù)作業(yè)至關(guān)重要。

2）左、右洞施工存在較為明顯的干擾，中巖墻必須具有足夠的穩(wěn)定性，否則會(huì)影響小凈距隧道的施工質(zhì)量以及施工安全。

3）隧道施工范圍內(nèi)存在含煤地層和瓦斯，隧道施工安全隱患較多；存在遺留的老窯采空區(qū)，其穩(wěn)定性不足，易塌陷。

4）隧道最大埋深約38 m，施工中若未合理應(yīng)用施工技術(shù)以及采取控制措施，則容易出現(xiàn)局部坍塌、穿越公路開裂等質(zhì)量問題。

2.2 應(yīng)對策略

針對本項(xiàng)目施工難點(diǎn)，提出6點(diǎn)應(yīng)對措施：

1）根據(jù)現(xiàn)場地質(zhì)條件采用合適的施工方法，Ⅳ級圍巖段采用環(huán)形開挖預(yù)留核心土法，Ⅴ級圍巖段采用三臺階七步法。

2）隧道施工期間，加強(qiáng)對現(xiàn)場的全方位監(jiān)測，準(zhǔn)確識別危險(xiǎn)源，采取控制措施，主動(dòng)降低施工風(fēng)險(xiǎn)。注重超前地質(zhì)預(yù)報(bào)，根據(jù)所掌握的地質(zhì)預(yù)報(bào)信息對前方施工情況做出判斷，進(jìn)而采取合適的控制措施，如采用超前地質(zhì)水平鉆孔等方法，以保證施工安全。施工期間遇老窯采空區(qū)時(shí)，為保證該部分的穩(wěn)定性，采用片石混凝土回填。

3）根據(jù)路線規(guī)劃可知，施工中存在穿越公路段，該部分洞內(nèi)設(shè)長管棚，以改善施工條件，同時(shí)按Ⅴ級圍巖予以支護(hù)。施工中加強(qiáng)對地表沉降量的監(jiān)測，超過3 cm時(shí)隨即封閉交通并暫停施工，根據(jù)現(xiàn)場情況加強(qiáng)支護(hù)，直至地表沉降得到有效控制為止。

4）在公路兩端設(shè)減速帶，以降低車輛的通行速度，安排施工人員24 h值班。并由專員組建監(jiān)控測量小組，負(fù)責(zé)日常監(jiān)測工作，利用監(jiān)測數(shù)據(jù)指導(dǎo)施工。

5）右洞隧道襯砌超前左洞掌子面20 m。根據(jù)施工要求，中巖墻必須具有足夠的穩(wěn)定性，因此，在該處采取注漿、設(shè)預(yù)應(yīng)力對拉錨桿等方法，起到加固的作用。

6）爆破時(shí)，采用微振控制爆破技術(shù)，有效控制單段炸藥量，盡可能減小爆破所造成的擾動(dòng)作用。以下穿公路部分的爆破施工為例，要求公路地表爆破振動(dòng)速率不超過2 cm/s，否則可能會(huì)對公路的穩(wěn)定性造成影響。

3 淺埋小凈距大斷面隧道的開挖與支護(hù)

業(yè)主、設(shè)計(jì)、監(jiān)理、施工單位協(xié)同勘察，準(zhǔn)確掌握現(xiàn)場施工情況。遵循“零開挖”進(jìn)洞原則，綜合考慮現(xiàn)場測量結(jié)果，合理選定施工技術(shù)，由專員有效開展隧道開挖、支護(hù)等各項(xiàng)工作[1]。

3.1 洞口段開挖與支護(hù)

洞口明洞段施工采用挖掘機(jī)開挖、自卸車裝運(yùn)聯(lián)合作業(yè)方案。按照自上而下的順序依次開挖，并根據(jù)實(shí)際開挖進(jìn)度及時(shí)采取邊、仰坡防護(hù)措施。隨開挖進(jìn)程的推進(jìn)，到達(dá)暗挖段拱頂開挖輪廓線高度時(shí)，按設(shè)計(jì)坡度要求向下開挖，直至其能夠到達(dá)上半斷面的底部為止，經(jīng)開挖后及時(shí)噴射混凝土，目的在于以最短的時(shí)間封閉掌子面。

進(jìn)洞施工前，施作超前大管棚，同時(shí)采取超前小導(dǎo)管注漿支護(hù)措施。具體施工中，洞口開挖至仰拱底，首先將鋼架混凝土套拱施工成型，預(yù)埋管棚導(dǎo)向管，再施作長管棚，構(gòu)成完整且穩(wěn)定的洞室輪廓。為規(guī)避水侵蝕墻腳和隧底的問題，在洞口段加強(qiáng)防排水。

3.2 洞身開挖與支護(hù)

隧道開挖分兩種情況考慮，即Ⅴ級圍巖、Ⅳ級圍巖，各自分別采取的是三臺階七步法、環(huán)形開挖預(yù)留核心土法。其中，在Ⅴ級圍巖地質(zhì)條件下施工時(shí)，采取的是挖掘機(jī)與風(fēng)鎬聯(lián)合作業(yè)的模式，局部開挖難度較大時(shí)，采用風(fēng)鉆打眼弱爆破的方法。除此之外的其他地段，施工設(shè)備均為YT-28鑿巖機(jī)，必要時(shí)可爆破，方法為非電毫秒雷管微差控制爆破。

穿越公路段（K35+020～K35+040）施工時(shí)，除了保證現(xiàn)場正常施工外，還需考慮到所穿越公路的穩(wěn)定性，加強(qiáng)監(jiān)測，利用監(jiān)測數(shù)據(jù)指導(dǎo)現(xiàn)場施工，及時(shí)采取控制措施。為保證開挖斷面尺寸的準(zhǔn)確性，可用激光斷面儀測定開挖輪廓線以及炮孔位置。開挖期間產(chǎn)生的棄渣利用ZL50C側(cè)式裝載機(jī)裝載，用20 t自卸汽車及時(shí)運(yùn)輸至指定堆放場所，避免現(xiàn)場堆積[2]。

3.3 Ⅴ級圍巖開挖

上臺高3 m、中臺高2.8 m、下臺高3 m，仰拱安排在最后開挖，高度為1.6 m，并使仰拱滯后20～30 m。開挖過程中預(yù)留核心土，尺寸為長3～5 m、寬5～6 m、高1.5～2.0 m，中臺及下臺兩側(cè)臺階錯(cuò)開量控制在2～3 m，在下臺中部開挖時(shí)則適當(dāng)預(yù)留寬度為4 m的斜坡道。有序開挖，單個(gè)循環(huán)進(jìn)尺為0.6 m。

考慮到隧道周邊圍巖的穩(wěn)定性要求，對其采取超前預(yù)加固措施，在確保其具有足夠的穩(wěn)定性后，再組織三臺階分步平行開挖作業(yè)，此處分為兩部分，上半斷面環(huán)形部分用風(fēng)鎬開挖（人工作業(yè)），除此之外的其他部分均利用挖掘機(jī)以機(jī)械化作業(yè)的方式高效完成。

按流程有序?qū)⑷_階七步法施工流程中的各項(xiàng)工作落實(shí)到位，主要注意事項(xiàng)有5個(gè)。

1）上部弧形導(dǎo)坑開挖。開挖時(shí)間安排在拱部超前支護(hù)完成后，預(yù)留核心土，長度為3～5 m，寬度為隧道開挖寬度的1/3～1/2。嚴(yán)格控制開挖循環(huán)進(jìn)尺≤0.96 m，每完成一部分開挖后及時(shí)噴錨網(wǎng)支護(hù)，同時(shí)根據(jù)要求架設(shè)鋼架，構(gòu)成防護(hù)體系；確定拱架拱腳以上30 cm的位置，在該處打設(shè)φ42 mm鎖腳錨管（下傾角按30°控制，并緊貼鋼架兩側(cè)邊沿設(shè)置），將其與鋼架焊接于一體，再復(fù)噴混凝土，直至其能夠滿足設(shè)計(jì)厚度要求為止。

2）左、右側(cè)中臺階開挖。此部分的開挖高度為2.8 m，開挖循環(huán)進(jìn)尺≤0.6 m，左右側(cè)臺階錯(cuò)開2～3 m，加強(qiáng)防護(hù)，開挖后隨即初噴3～5 cm混凝土并噴錨網(wǎng)支護(hù)，確定拱架拱腳以上30 cm的位置，在該處打設(shè)φ42 mm鎖腳錨管（下傾角按30°控制，并緊貼鋼架兩側(cè)邊沿設(shè)置），將其與鋼架焊接于一體，再復(fù)噴混凝土，直至其能夠滿足設(shè)計(jì)厚度要求為止。

3）左、右側(cè)下臺階開挖。此部分的開挖高度為3 m，開挖循環(huán)進(jìn)尺≤0.6 m，左右側(cè)臺階錯(cuò)開2～3 m，加強(qiáng)防護(hù)，開挖后隨即初噴3～5 cm混凝土并噴錨網(wǎng)支護(hù)，確定拱架拱腳以上30 cm的位置，在該處打設(shè)鎖腳錨管（下傾角按30°控制，并緊貼鋼架兩側(cè)邊沿設(shè)置），將其與鋼架焊接于一體，再復(fù)噴混凝土，直至其能夠滿足設(shè)計(jì)厚度要求為止。

4）預(yù)留核心土開挖。在上、中、下臺階開挖時(shí)，分別根據(jù)要求預(yù)留合適尺寸的核心土。對于開挖進(jìn)尺的控制，該值與各臺階循環(huán)進(jìn)尺相同。

5）隧底開挖。在此部分施工中，每循環(huán)開挖長度按2～3 m控制，遵循隨挖隨支護(hù)的原則，及時(shí)施作仰拱初期支護(hù)。按前述方法完成2個(gè)隧底的開挖和支護(hù)作業(yè)，施作仰拱（采取分階段依次設(shè)置的方法，單個(gè)節(jié)段的長度為4～6 m）[3]。

4 質(zhì)量控制

4.1 開挖作業(yè)

在實(shí)施三臺階七步開挖法時(shí)，要盡量保證工序之間的良好銜接，最大限度地縮減圍巖暴露的時(shí)間，防止因?yàn)檫^分暴露而發(fā)生圍巖失穩(wěn)的意外。還需控制初期支護(hù)的成環(huán)時(shí)間，一般15 d較為適宜，將閉合時(shí)間進(jìn)一步縮減。超前支護(hù)一定要按照要求嚴(yán)格進(jìn)行，超前支護(hù)外插角也要控制好，對地層進(jìn)行加固時(shí)也要把握好注漿工藝，以確保在超前支護(hù)的保護(hù)下完成隧道施工。開挖臺階時(shí)，應(yīng)當(dāng)對中、下臺階按照左、右的方式間距2～3 m進(jìn)行，不能按對開的方式開挖。

4.2 支護(hù)作業(yè)

對錨桿鉆孔時(shí)盡量依照直線的方式進(jìn)行，且垂直于巖層面，要保證鉆孔的直徑、方向和深度等與設(shè)計(jì)相符。制作和架設(shè)鋼架都需要遵守設(shè)計(jì)要求，并將其架設(shè)在堅(jiān)實(shí)基面上。施工中避免支架拱角出現(xiàn)虛渣。搭設(shè)好拱架之后，在拱腳上方30 cm的位置搭設(shè)長達(dá)4 m的長鎖腳錨桿，使其沿著兩側(cè)下傾30°，鎖腳錨桿必須牢牢焊接在鋼筋上。

搭接的鋼筋網(wǎng)片長度必須超出20 cm，在初噴混凝土結(jié)束后才能鋪設(shè)鋼筋網(wǎng)，而且要保證錨桿、鋼筋以及鋼筋網(wǎng)之間緊密連接。在噴射混凝土前，先對巖塊進(jìn)行處理，及時(shí)處理松動(dòng)部分，并把巖壁面和邊腳部分的雜物清理干凈。如果巖面發(fā)生滲漏現(xiàn)象，可以采取埋設(shè)引排的方式進(jìn)行處理。初次噴射混凝土?xí)r，要按照一定的順序進(jìn)行，一般從兩側(cè)開始，對稱展開，先噴射鋼架和圍巖之間的空隙，后噴射鋼架之間的混凝土。

5 監(jiān)控量測

5.1 監(jiān)控量測的主要目的

有效落實(shí)第三方單位監(jiān)控量測制度，由專業(yè)技術(shù)人員開展監(jiān)控量測工作，借助此途徑掌握圍巖穩(wěn)定程度、應(yīng)變、初支應(yīng)力，將所得數(shù)據(jù)作為后續(xù)施工的參考，并在此基礎(chǔ)上合理修正初期支護(hù)參數(shù)。

5.2 監(jiān)控量測的主要內(nèi)容

嚴(yán)格依據(jù)規(guī)范開展監(jiān)控量測工作，需考慮到凈空變化、拱頂下沉、淺埋段地表沉降等，除此之外，還要定期安排洞內(nèi)、外的巡檢，做全面的觀察，以拍照的方式記錄實(shí)際情況。加強(qiáng)對鋼支撐、錨桿的應(yīng)力監(jiān)測。

5.3 監(jiān)測點(diǎn)的布置

以監(jiān)測方案為準(zhǔn)，在洞內(nèi)圍巖開挖前合理布置觀測點(diǎn)。首先，在洞頂?shù)乇砗线m部位進(jìn)行布置，再結(jié)合隧道開挖進(jìn)程，適時(shí)在隧道內(nèi)予以布置。對于隧道上方拱頂下沉和洞身凈空變化兩部分的觀測點(diǎn)，宜將其布置在洞內(nèi)同斷面處，此外，于拱頂中線上方周邊位置布設(shè)拱頂下沉觀測點(diǎn)。針對隧道寬度較大的情況，有必要在拱頂上方布設(shè)3個(gè)觀測點(diǎn)，以便做全方位的觀測。

圖1 地表沉降橫向測點(diǎn)布置示意圖

6 結(jié)語

綜上所述，淺埋小凈距大斷面隧道的施工難度較大，施工時(shí)易受到現(xiàn)場地質(zhì)、水文等多重因素的干擾，且施工中存在較強(qiáng)的擾動(dòng)作用，易影響圍巖、既有結(jié)構(gòu)以及既有設(shè)施（如現(xiàn)狀公路）等的穩(wěn)定性。本文立足于淺埋小凈距大斷面隧道的施工難點(diǎn)，探討其施工技術(shù)，分Ⅳ、Ⅴ兩級圍巖考慮，闡述開挖和支護(hù)的作業(yè)要點(diǎn)，希望可以給同仁提供參考。