孫澤民

(山西路橋第一工程有限責(zé)任公司)

大斷面公路隧道施工方案的比選與應(yīng)用

孫澤民

(山西路橋第一工程有限責(zé)任公司)

目前我國高速公路特長隧道均設(shè)置了緊急停車帶，但緊急停車帶施工難度較大，安全風(fēng)險較高。結(jié)合ZH高速公路花石崖隧道緊急停車帶施工，通過三個施工方案的比選、論證，確定了在本隧道地質(zhì)圍巖等條件下，采用三臺階七步法開挖，并對方案實施情況進(jìn)行闡述，期望對同類隧道緊急停車帶施工提供借鑒。

隧道;緊急停車帶;施工方案

1 工程概述

1.1 工程概況

ZH高速公路隧道tl起點位于A市至D村，終點位SI縣某村，分為左、右線，為曲線型特長隧道，洞口形式為削竹式，左右洞間距約為40～50 m，軸線總體走向近南北。隧道左線長3 875 m，右線長3 815 m。隧道圍巖主要為Ⅳ、Ⅴ級圍巖，緊急停車帶設(shè)于Ⅳ級圍巖處，圍巖以砂巖為主，砂巖與泥巖層狀混夾，巖層整體呈水平狀分布。隧址處地表水主要為山川河流，水流較緩，流量小，地下水以基巖裂隙水為主。隧道按雙向六車道設(shè)計，設(shè)計行車速度100 km/h。

1.2 隧道緊急停車帶設(shè)計參數(shù)

緊急停車帶設(shè)計長度為40 m，襯砌斷面內(nèi)輪廓線采用三心圓設(shè)計，襯砌結(jié)構(gòu)形式采用復(fù)合式襯砌。超前支護(hù)設(shè)計為ф50×4雙層注漿小導(dǎo)管，初期支護(hù)設(shè)計為Ⅰ22b工字鋼，間距60 cm，系統(tǒng)錨桿采用6 m長RD25N中空注漿錨桿與3.5 m長早強砂漿錨桿交錯布置，鎖腳采用ф50×4注漿鎖腳錨管。連接鋼筋間距1 m內(nèi)外緣交錯布置，混凝土噴射厚度為28 cm。襯砌混凝土厚度為90 cm，。

2 施工方案選擇

花石崖隧道設(shè)計為三車道，緊急停車帶設(shè)計建筑限界凈寬為17 m，開挖界限寬20.7 m、高14.48 m，開挖斷面大，施工難度及安全風(fēng)險高是本隧道施工的重難點。而在隧道施工中如此大斷面開挖鮮有可供借鑒的資料，施工經(jīng)驗有限，為此施工中多次組織相關(guān)技術(shù)人員對圖紙進(jìn)行研究，會同設(shè)計研討提出三種施工方案，即環(huán)形開挖預(yù)留核心土法、先通過后擴挖法、三臺階開挖法進(jìn)行比選。

三種施工方案的原理分別為:(1)環(huán)形開挖預(yù)留核心土法是以弧形導(dǎo)坑開挖留核心土為基本模式，分上、中、下三個臺階開挖，各部位的開挖與支護(hù)待超前小導(dǎo)管施工完畢后沿隧道縱向平行推進(jìn)的隧道施工方法;(2)先通過后擴挖法是在緊急停車帶施工的時候，先按正常斷面施工方法通過緊急停車帶部位，當(dāng)二次襯砌施工至緊急停車帶處時，跳過緊急停車帶繼續(xù)向前施工，然后對緊急停車帶進(jìn)行擴挖處理并施作二次襯砌;(3)采用三臺階七步法開挖法時，先行上臺階開挖(高度6.7 m)，進(jìn)行5 m過渡段開挖施工。開挖結(jié)束后及時安裝臨時拱架，并施作初期支護(hù)。待過渡段施工完成以后，反向?qū)^渡段進(jìn)行拆除臨時拱架，擴挖換拱施工，換拱完成后及時施作初期支護(hù)，再進(jìn)行緊急停車帶其它工序的施工。

根據(jù)地質(zhì)雷達(dá)掃描情況，經(jīng)項目部、監(jiān)理、業(yè)主及設(shè)計溝通后，確定緊急停車帶于 ZK139+871～ZK139+910、YK139+960～YK140+000段設(shè)置。施工中，左右線二襯距離掌子面的安全距離保持在90～120 m之間。二襯施工速度平均每2 d施工一板(11.8 m)，二襯施工至緊急停車帶處至少需20 d，正常斷面的開挖每循環(huán)耗時基本在19 h左右，考慮到加寬段上臺階開挖及支護(hù)難度較正常斷面大，預(yù)期每循環(huán)時間為24 h，每循環(huán)進(jìn)尺控制在2.4 m(4榀拱架間距)，這樣緊急停車帶的開挖需17 d。

如果按環(huán)形開挖預(yù)留核心土的方案施工，則拖延了后續(xù)施工任務(wù)的順利進(jìn)行，加之左右洞使用同一大斷面襯砌臺車，重復(fù)使用時存在多次拆卸及拼裝，對工期影響非常大;如果采用先通過后擴挖的方案施工，先行按正常斷面施工過緊急停車帶，待正常斷面的二襯臺車過了緊急停車帶以后再對緊急停車帶進(jìn)行擴挖換拱施工。雖對工期影響小，但一方面擴挖換拱會產(chǎn)生巨大的材料浪費，而且換拱存在多次爆破開挖，對圍巖擾動大，安全風(fēng)險高。

采用臺階法開挖，施工效率高，過渡段設(shè)置距離短，材料浪費小，而且原有正常斷面鉆爆臺車可用于緊急停車帶上臺階開挖，施工成本低，該施工方案不但避免了環(huán)形開挖預(yù)留核心土法對工期的影響，也避免了先通過后擴挖的巨大材料浪費及高風(fēng)險施工，經(jīng)過方案比選及多次會議論證，決定采用該方案作為隧道緊急停車帶的施工方案。

3 方案實施

3.1 過渡段加強

采用三臺階七步開挖方法，在對緊急停車帶擴挖施工前，需對正常段Ⅳ級圍巖的5 m范圍內(nèi)的初期支護(hù)進(jìn)行加強處理:在環(huán)向間距40 cm插打超前小導(dǎo)管的同時，將拱架間距由80 cm調(diào)整為60 cm，噴射混凝土厚度由24 cm加厚至26 cm，上導(dǎo)及下導(dǎo)拱腳處在原有系統(tǒng)錨桿的基礎(chǔ)上加2根5 m長Φ25鎖腳錨桿。開挖采用弱爆破，并做好端頭的圍巖監(jiān)控量測。

3.2 洞身開挖

過渡段施工完成以后，利用現(xiàn)有臨空面，對緊急停車帶端頭6 m范圍內(nèi)分多個循環(huán)進(jìn)行開挖，上、中、下三臺階各保持3～5 m安全距離。在拱頂及兩側(cè)拱墻布設(shè)監(jiān)控測量點，每天進(jìn)行觀測和記錄分析，若圍巖松弛變化，及時調(diào)整支護(hù)參數(shù)，確保加寬段施工安全。每個循環(huán)最多進(jìn)尺兩榀鋼拱架，將上臺階開挖出6 m的范圍以方便開挖臺車安放位置，并作為上臺階的初始長度。每一循環(huán)開挖采用弱爆破開挖，利用正常段開挖臺車經(jīng)過簡單改裝后進(jìn)行擴挖，第一個循環(huán)需要分多次將斷面開挖到設(shè)計寬度，將上臺階開挖至緊急停車帶設(shè)計部位處，并及時施作鋼拱拱及噴錨支護(hù)，上臺階開挖完畢。上臺階開挖15 m左右時，中臺階開始開挖。中導(dǎo)開挖左右交錯進(jìn)行。開挖完成后，及時支護(hù)，仰拱盡早成環(huán)、二襯及時跟進(jìn)。

擴挖護(hù)拱時，須采用機械配合弱爆破開挖，減輕對圍巖的擾動，保證開挖面的安全。臺階開挖時，一方面須嚴(yán)格控制每循環(huán)進(jìn)尺，同時須控制好臺階高度，保證開挖輪廓符合設(shè)計要求的同時，滿足現(xiàn)有鉆爆臺車的正常施工。

3.3 初期支護(hù)

在開挖結(jié)束后，首先噴射5 cm厚混凝土對圍巖進(jìn)行封閉，設(shè)立鋼架、錨桿及鋼筋網(wǎng)片，然后分層復(fù)噴混凝土28 cm，完成一個開挖循環(huán)。錨桿設(shè)計采用長度為3.5 m的Φ22砂漿錨桿和長度為6 m的 RD25N中空注漿錨桿，環(huán)向間距100 cm，縱向間距60 cm，呈梅花形布置。鎖腳采用6 m長Φ50×4注漿鎖腳錨管。施工中，應(yīng)嚴(yán)格控制錨桿數(shù)量及注漿情況，確保系統(tǒng)錨桿與拱架連接成整體，使圍巖壓力能均勻施加在拱架上，并通過拱架傳遞到拱腳圍巖上。

上臺階開挖需要加強鎖腳錨桿的施工，可采用6 m長Φ50 ×4注漿鎖腳錨管，并將拱架落于堅硬巖面上，拱腳不得懸空。

3.4 監(jiān)控量測

施工中，應(yīng)加強對緊急停車帶圍巖的觀測記錄，尤其對拱頂下沉、凈空變化等參數(shù)須加大量測頻率，及時反饋量測數(shù)據(jù)，根據(jù)數(shù)據(jù)、分析洞身的穩(wěn)定性，并及時調(diào)整支護(hù)參數(shù)。

［1］ 中建標(biāo)公路委員會.公路工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)(JTG B01－2003)［S］.北京:人民交通出版社，2006.

［2］ 中交第一公路工程局有限公司.公路隧道施工技術(shù)規(guī)(JTG F60－2009)［S］.北京:人民交通出版社，2009.

［3］ 重慶交通科研設(shè)計院.公路隧道設(shè)計規(guī)范(JTG D70－2004)［S］.北京:人民交通出版社，2007.

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