萬 云

(中鐵十一局集團第一工程有限公司，湖北襄陽441104)

青蘭高速公路邯鄲至涉縣段是國家交通部規(guī)劃的國家高速公路網(wǎng)“橫六”的重要組成部分，也是河北省高速公路網(wǎng)“橫六”的重要路段，其中鼓山隧道為大跨度山嶺隧道，開挖斷面大，形狀扁平，特別是隧道圍巖地質(zhì)情況復(fù)雜，工期緊，施工難度大，安全風險高，現(xiàn)主要介紹鼓山隧道所采用的施工技術(shù)。

1 工程概況

青蘭高速公路(邯鄲至涉縣段)鼓山隧道為標準分離式三車道，相鄰量測軸間距約45.0 m，隧道最大寬開挖寬度為17.17 m，開挖高度約11.86 m，左線全長3 890 m，右線全長3 905 m，隧道埋深為2～264 m，是大斷面扁平隧道，特別隧道出口位于鼓山西側(cè)山前沖洪積扇上，主要地質(zhì)為:Ⅲ級圍巖為寒武系上統(tǒng)崮山組(C3g)灰色中厚層灰?guī)r，夾薄層泥質(zhì)灰?guī)r，屬較堅硬巖。Ⅳ級圍巖為寒武系中統(tǒng)徐莊組黃綠色～紫紅色薄層鈣質(zhì)頁巖，夾中厚層鮞狀灰?guī)r，巖體穩(wěn)定性較差～差。Ⅴ級圍巖巖性為紫紅～灰綠色頁巖，夾灰黃色中層泥灰?guī)r，屬軟巖。巖層間結(jié)合差，巖體較完整～破碎，巖體穩(wěn)定性較差。洞口Ⅴ級加強段圍巖上部為第四系沖洪積碎石及亞粘土，下部為強風化頁巖夾泥灰?guī)r，巖芯破碎，局部為斷層破碎帶。地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜，為不良地質(zhì)區(qū)段，工程性質(zhì)及穩(wěn)定性差［1-3］。

2 施工方法

2.1 進洞施工方案

洞口施工前，先行施工排水溝，截除地面雨水。仰坡及邊坡坡度均按設(shè)計施工。明洞及洞頂邊仰坡開挖應(yīng)自上而下進行，每下挖1～2 m，對兩側(cè)邊坡進行錨噴防護。

2.2 超前支護措施

洞口段Ⅴ級圍巖采用Φ108大管棚超前支護，其余段Ⅴ級圍巖采用Ф42小導(dǎo)管超前支護，Ⅳ級圍巖采用Φ22砂漿錨桿超前支護，具體施工方法如下:

2.2.1 大管棚超前支護

洞口段Ⅴ級圍巖為第四系沖洪積碎石及亞粘土，圍巖穩(wěn)定性差，為了確保施工安全，采用大管棚超前支護，大管棚采用Φ108、壁厚8 mm無縫鋼管，管棚長度為30 m，環(huán)向間距40 cm。

當成洞面邊仰坡刷坡完畢后，進行大管棚套拱施工，套拱長2 m，采用4榀20b工字鋼并用Φ22螺紋鋼連接作為型鋼拱，并在鋼拱架頂以Φ127、壁厚8 mm鋼管為管棚導(dǎo)向管，導(dǎo)向管環(huán)距為40 cm焊接并用U型鋼筋固定。在套拱兩側(cè)墻位置預(yù)先拉槽滿足安裝模板的施工空間，一次性開挖至套拱基礎(chǔ)底部，使得套拱混凝土一次澆筑完成，套拱混凝土厚80 cm，采用C25混凝土。

采用MGJ-50錨桿鉆機鉆孔并頂進管棚鋼管，鋼管接頭采用四口連接，施工時沿隧道周邊以1°外插角打入圍巖，插入鋼筋籠，采用高壓注漿方式灌注M30水泥砂漿，注漿配合比同工注漿試驗確定配合比。

2.2.2 小導(dǎo)管超前支護

小導(dǎo)管采用外徑Ф50 mm、壁厚5 mm無縫鋼管，按設(shè)計要求制作，施工時鋼管與襯砌中線平行以12°仰角打入拱部圍巖，超前小導(dǎo)管保持1.0 m以上的搭接長度，端部焊于拱架上。每打完一排鋼管注漿后，開挖拱部及初期支護。

2.2.3 砂漿錨桿超前支護

超前錨桿采用Φ25中空注漿錨桿，施工時根據(jù)巖體節(jié)理面產(chǎn)狀確定錨桿的最佳方向，且保持不小于1 m的搭接長度，尾端焊接在系統(tǒng)錨桿的尾端。

2.3 洞身開挖方法

洞口段30 m長的Ⅴ級圍巖采用建議性雙側(cè)壁導(dǎo)坑法開挖。其余段Ⅴ級圍巖采用建議性單側(cè)壁導(dǎo)坑法開挖，Ⅳ、Ⅲ級圍巖采用傳統(tǒng)臺階法開挖。

2.3.1 建議性雙側(cè)壁導(dǎo)坑施工方法

采用建議性雙側(cè)壁導(dǎo)坑法開挖(如圖1)。具體開挖順序如圖2所示。先開挖、支護左側(cè)導(dǎo)坑Ⅰ，待左側(cè)導(dǎo)坑進洞15 m后，開挖、支護右側(cè)導(dǎo)坑Ⅱ。其中Ⅰ、Ⅱ號導(dǎo)坑永久初期支護采用Ⅰ20工字鋼，臨時支護采用Ⅰ16工字鋼，間距為50 cm，臨時支護與永久支護采用法蘭盤和螺栓連。初期支護采用長度3.5 m的砂漿錨桿和Ф10圓鋼、間距20 cm×20 cm的鋼筋網(wǎng)片錨噴支，臨時支護采用長度1.2 m砂漿錨桿和Ф6.5圓鋼、間距20 cm×20 cm的鋼筋網(wǎng)片錨噴支。Ⅰ、Ⅱ號導(dǎo)坑進尺均為100 cm，即兩榀鋼架間距。待Ⅰ、Ⅱ號導(dǎo)坑開挖支護完成，Ⅱ號導(dǎo)坑進洞20 m后，再行開挖、支護中部Ⅲ號導(dǎo)坑。待中部Ⅲ號導(dǎo)坑開挖完成后，再行開挖Ⅳ部和拆除臨時支護，即上臺階部分開挖完成。上臺階部分開挖支護完成后再行開挖下臺階Ⅴ、Ⅵ部分，然后澆筑仰拱及仰拱填充混凝土和二次襯砌混凝土。

圖1 建議性雙側(cè)壁導(dǎo)坑開挖法(單位:cm)

圖2 建議性雙側(cè)壁導(dǎo)坑開挖順序

2.3.2 建議性單側(cè)壁導(dǎo)坑施工方法

洞口30 m長的Ⅴ級圍巖淺埋段開挖完成后，普通段Ⅴ級圍巖采用建議性單側(cè)壁導(dǎo)坑法開挖，如圖3所示，其開挖步驟如圖4所示。普通段Ⅴ級圍巖采用單側(cè)壁導(dǎo)坑開挖施工中，前后導(dǎo)坑間距為15～20 m，可同時進行開挖，初期支護參數(shù)只是鋼架間距調(diào)整為75 cm，其它參數(shù)與洞口段Ⅴ級圍巖一樣，因此開挖進尺為每循環(huán)150 cm，即兩榀鋼架間距。臨時支護中，鋼架和錨桿不能不能焊接連接，以免在拆除鋼架時困難。

2.3.3 上下臺階法

Ⅳ級圍巖段采用臺階法開挖(如圖5)，上導(dǎo)坑開挖采用光面爆破進行，每個循環(huán)按3 m控制。初期支護采用Ф25螺紋鋼制作的格柵鋼架配合錨噴網(wǎng)，拱架間距為100 cm，錨桿采用長度3 m的Ф22砂漿錨桿，網(wǎng)片采用Ф8鋼筋網(wǎng)，網(wǎng)格間距為20 cm×20 cm。每循環(huán)進尺控制在200 cm。

由于該隧道Ⅲ級圍巖長度短，若采用全斷面法開挖勢必造成掌子面施工臺架高度不夠，因此為了能使用Ⅴ、Ⅳ圍巖的施工臺架，也采用臺階法開挖，開挖進尺根據(jù)超欠挖情況進行調(diào)整。

圖3 建議性單側(cè)壁開挖施工方法(單位:cm)

圖4 建議性單側(cè)壁開挖步驟

建議性雙側(cè)壁導(dǎo)坑法是在洞口Ⅴ級圍巖段，該段Ⅴ級圍巖地質(zhì)情況為上部是第四系沖洪積碎石及亞粘土，圍巖穩(wěn)定性差，下部圍巖巖性為寒武系紫紅～灰綠色頁巖，承載力高，且是在拱部大管棚超前支護的保護下進行的，對施工安全上有保證。傳統(tǒng)的雙側(cè)壁導(dǎo)坑法和單側(cè)壁導(dǎo)坑法需要將中隔墻部分延伸到隧道斷面下部，工序繁瑣，建議性雙側(cè)壁導(dǎo)坑法和單側(cè)壁導(dǎo)坑法減少了施工工序，加快了施工進度，節(jié)省了施工成本。

圖5 上下臺階開挖法(單位:cm)

3 動態(tài)施工與監(jiān)控量測

根據(jù)隧道圍巖復(fù)雜，跨度大，施工難度高的特點，提出“動態(tài)施工”基本原則合理安排施工，隧道動態(tài)施工的最大特點就是把量測、觀察技術(shù)和方法引到施工中，并作為施工中一個重要而不可缺少的環(huán)節(jié)予以實施，根據(jù)觀察、量測等得到的資料對已開挖的區(qū)間和掌子面前方的圍巖情況進行預(yù)測，力求將量測得到的結(jié)果迅速的反饋到施工中去，力求提高施工的安全性和經(jīng)濟性。

3.1 量測與觀察

量測內(nèi)容包括水平收斂和拱頂下沉，水平收斂采用收斂計，拱頂下沉采用精密水準儀和塔尺或卷尺，量測和收斂頻率按照規(guī)范要求執(zhí)行。

觀察是在每循環(huán)開挖后及初期支護后，技術(shù)人員對地質(zhì)和初期支護狀況觀察并做好記錄，主要觀察巖性和是否有支護裂隙等，記錄資料和照片等保存歸檔。

3.2 量測結(jié)果

在施工的過程中，及時監(jiān)控量測，并對量測結(jié)果進行分析，圍巖在開挖后未受到大的擾動及變形，量測數(shù)據(jù)均位于規(guī)范要求內(nèi)，地表及洞內(nèi)無變形及初支無開裂現(xiàn)象發(fā)生，圍巖相對穩(wěn)定，為繼續(xù)施工提供了科學依據(jù)。其中具有代表性的斷面量測數(shù)據(jù)為ZK117+950斷面，水平收斂值隨時間變化曲線如圖6所示，水平收斂速率隨時間變化曲線如圖7所示，拱頂下沉值隨時間變化曲線如圖8所示，拱頂下沉速率隨時間變化曲線如圖9所示。

ZK117+950斷面圍巖基本穩(wěn)定，達到了《公路隧道施工技術(shù)規(guī)范》［4］要求，可以進行下道工序施工。

圖6 水平收斂值隨時間變化曲線

圖7 水平收斂速率隨時間變化曲線

圖8 拱頂下沉值隨時間變化曲線

圖9 拱頂下沉速率隨時間變化曲線

3.3 其他信息獲取方法

地質(zhì)預(yù)報信息:TSP方法、超前鉆孔方法、掌子面地質(zhì)雷達方法、數(shù)碼相機超前地質(zhì)越策、掌子面圍巖級別判定等。

監(jiān)控量測信息:隧道斷面激光測試儀、數(shù)碼相機斷面位移測試、空隙水壓計等。

4 結(jié)語

(1)在大斷面淺埋隧道施工中，采用建議性雙側(cè)壁導(dǎo)坑法和建議性單側(cè)壁導(dǎo)坑法施工，將隧道拱部分成2～3部分開挖，使其拱部應(yīng)力釋放分步進行，克服了隧道拱部平緩和易坍塌的缺陷，同時又減少了傳統(tǒng)的雙側(cè)壁導(dǎo)坑法和單側(cè)壁導(dǎo)坑法的繁瑣工序。通過施工監(jiān)測，此方法保證了施工安全和施工進度。

(2)施工前應(yīng)制定詳細可行的施工方案，做好工程應(yīng)急預(yù)案，以應(yīng)對各種可能出現(xiàn)的地質(zhì)和施工突發(fā)事件，對保證施工安全極為重要。

(3)施工過程中，嚴格遵循“早預(yù)報、管超前、弱爆破、短進尺、強支護、勤量測、早封閉”的原則，嚴禁大進尺或者貪功冒進。

(4)控制好各工序的合理步距，盡快施工初期支護，使得支護體系盡早承受荷載且掌子面嚴禁離二襯超過100 m。

(5)監(jiān)控量測是新奧法隧道施工的核心，也是施行動態(tài)施工的基礎(chǔ)，應(yīng)做好地質(zhì)及支護狀態(tài)觀察、周邊位移與拱頂下沉等項目的量測工作，是驗證施工安全的有效手段。

［1］覃仁輝.隧道工程［M］.2版.重慶:重慶大學出版社，2005:226-234.

［2］關(guān)寶樹.隧道工程施工要點集［M］.北京:人民交通出版社，2003:345-360.

［3］重慶交通科研設(shè)計院.JTJD70—2004公路隧道設(shè)計規(guī)范［S］.北京:人民交通出版社，2004.

［4］交通部重慶公路科學研究所.JTJ042—1995公路隧道施工技術(shù)規(guī)范［S］.北京:人民交通出版社，1995.