吳學(xué)智，張少輝，劉慶舒

（中國電建集團(tuán)成都勘測設(shè)計研究院有限公司，四川 成都 610072）

超大斷面隧道在坡積碎石土中的成洞技術(shù)

吳學(xué)智，張少輝，劉慶舒

（中國電建集團(tuán)成都勘測設(shè)計研究院有限公司，四川 成都 610072）

文章依據(jù)新奧法原理，提出超大斷面隧道在Ⅴ～Ⅵ級圍巖（坡積碎石土）中通過改善巖土體結(jié)構(gòu)、利用隧道巖土體拱效應(yīng)及強(qiáng)支護(hù)形成組合效應(yīng)的設(shè)計指導(dǎo)思想，并以兩河口水電站305號公路隧道出洞口段通過較松散坡積碎石土的設(shè)計施工實例，以圖文并茂的方式介紹了小導(dǎo)管注漿改善和提高巖土體的自承能力、超大斷面隧道在較松散坡積碎石土中成洞技術(shù)的成功經(jīng)驗，重視理論與實踐相結(jié)合，對解決類似工程問題具有借鑒意義和參考價值。

超大斷面；碎石土；注漿小導(dǎo)管；組合支護(hù)；拱效應(yīng)

0 引 言

隧道新奧法設(shè)計施工的核心在于將圍巖作為承載結(jié)構(gòu)，與襯砌結(jié)構(gòu)一起承受荷載。噴射混凝土、錨桿等起加固圍巖的作用，提高圍巖的自身強(qiáng)度，通過監(jiān)控量測，實現(xiàn)動態(tài)信息化設(shè)計和施工，有效地調(diào)節(jié)圍巖變形，以最大限度地發(fā)揮圍巖的自承能力［1］。

Ⅴ～Ⅵ級較松散巖土體自穩(wěn)能力差，需通過改善較松散巖土體結(jié)構(gòu)使隧道圍巖具有一定自穩(wěn)能力，才能將圍巖作為承載結(jié)構(gòu)，按新奧法原理在隧道設(shè)計施工中考慮與襯砌結(jié)構(gòu)共同承載。

本文以兩河口水電站（305號公路）隧道出口坡積碎石土段為研究對象，研究碎石土中的隧道設(shè)計支護(hù)參數(shù)和施工成洞技術(shù)。在充分理解新奧法原理的基礎(chǔ)上，憑多年處理隧道洞口坡積碎石土的施工及設(shè)計經(jīng)驗，以改善巖土體結(jié)構(gòu)、利用隧道巖土體拱效應(yīng)及強(qiáng)支護(hù)形成組合效應(yīng)為設(shè)計指導(dǎo)思想，以變形觀測及監(jiān)測資料為判斷依據(jù)，量化支護(hù)參數(shù)，選擇合理的施工方法，動態(tài)設(shè)計，利用短、頻、快的注漿小導(dǎo)管解決超大斷面隧道在較松散坡積碎石土中的成洞難題，并以圖文并茂的方式展示設(shè)計施工情況。

1 工程概況

305號公路是兩河口水電站左岸大壩上游2 725 m高程填筑施工的干線運輸通道，受地形地質(zhì)條件和電站樞紐布置制約，規(guī)劃布置為1 100 m長隧道連接3號公路和大壩上游2 725 m高程，隧道設(shè)計為單洞雙向交通隧道，建筑限界12.5 m×5.0 m。

305號公路受地形地質(zhì)條件、電站樞紐布置和場內(nèi)施工布置制約，隧道洞口K1＋100.00～K1＋067.00 m段需穿越坡積碎石土層，且隧道頂6 m及24 m處為同期實施高線道路的唯一施工便道。

2 洞口段預(yù)設(shè)計

305號公路隧道洞口K1＋100.00～K1＋067.00 m段為坡積碎石土，考慮同期實施高線道路的唯一施工材料進(jìn)入便道（隧道洞口上，無改線調(diào)整條件）通行要求，隧道設(shè)計利用坡積碎石土進(jìn)洞。

隧道洞口設(shè)計：考慮清除表層松散碎石土利用稍密實坡積碎石土開挖隧道洞口邊仰坡；隧道洞口邊仰坡采用掛網(wǎng)噴錨支護(hù)，全坡面按2 m間排距布設(shè)砂漿錨桿（Φ22、L＝4.5 m），掛Φ8單層鋼筋網(wǎng)（間排距20 cm），噴C20混凝土厚12 cm。

隧道洞口K1＋100.00～K1＋067.00 m段采用Ⅴ級加強(qiáng)支護(hù)。初期支護(hù)參數(shù)：隧道拱部120°范圍內(nèi)按環(huán)向間距35 cm、縱向間距240 cm設(shè)超前注漿小導(dǎo)管（Φ42×4、L＝4.5 m）；隧道拱墻按環(huán)向間距120 cm、縱向間距60 cm梅花形布設(shè)系統(tǒng)砂漿錨桿（Φ22、L＝4.0m）；隧道縱向按60 cm間距設(shè)HW 150×150型鋼鋼架，每榀鋼架設(shè)8根鎖腳錨桿（Φ22、L＝4.0 m）；隧道拱墻掛Φ8鋼筋網(wǎng)（間排距20 cm）、噴C20混凝土厚24cm。隧道二次襯砌結(jié)構(gòu)參數(shù)：隧道拱墻及仰拱均采用C25鋼筋混凝土襯砌；拱墻厚度75 cm，仰拱厚度70 cm（見圖1）。

圖1 預(yù)設(shè)計襯砌結(jié)構(gòu)示意

3 洞口段修改設(shè)計

305號公路隧道洞口K1＋100.00～K1＋067.00 m段坡積碎石土表層松散，隧道頂6 m處的高線道路施工便道（無改線調(diào)整條件）位于松散碎石土上，且隧道洞口上方松散碎石土層不清理對下部的隧道施工構(gòu)成極大的安全威脅，綜合考慮高線道路施工材料儲備、施工便道短期斷道要求，實施采用全面清除洞口上方表層松散碎石土，隧道洞門樁號從K1＋100.00 m調(diào)整為K1＋094.00 m。K1＋094.00～K1＋082.00 m段結(jié)合隧道洞口邊仰坡開挖采用明洞施工，快速開挖、現(xiàn)澆鋼筋混凝土明洞、恢復(fù)高線道路施工便道；K1＋082.00～K1＋067.00 m段采用隧道施工。

（1）隧道洞口邊仰坡：隧道洞口邊仰坡開挖揭示坡積碎石土為分層結(jié)構(gòu)，表層松散，部分中間層架空、松散，常規(guī)水泥砂漿錨桿成孔困難。隧道洞口邊仰坡水泥砂漿錨桿（Φ22、長4.5 m）均調(diào)整為Φ25自進(jìn)式中空注漿錨桿（L＝4.0 m）；隧道洞口邊仰坡開挖至下部時，邊坡中下部出現(xiàn)噴混凝土開裂，根據(jù)監(jiān)測分析為架空、松散層變形所致，通過沿開裂坡面縱向增設(shè)2排間距2 m的自進(jìn)式中空注漿錨桿（Φ25、L＝4.0 m）加固后，坡面變形收斂。

（2）隧道洞口K1＋082.00～K1＋074.00 m段初期支護(hù)：隧道洞口原設(shè)計采用Ⅴ級加強(qiáng)支護(hù)，隧道洞口邊仰坡開挖揭示坡積碎石土為分層結(jié)構(gòu)，坡積碎石土在隧道上部存在架空、松散層，局部潮濕夾泥，綜合評價為Ⅴ～Ⅵ級圍巖，因此隧道洞口K1＋100.00～K1＋067.00 m段需加強(qiáng)初期支護(hù)。隧道拱部120°范圍超前注漿小導(dǎo)管（Φ42×4、L＝4.5 m）縱向間距240 cm調(diào)整為150 cm，并按環(huán)向間距70 cm、縱向間距50 cm增設(shè)超前向上向外插45°的固結(jié)注漿小導(dǎo)管（Φ42×4、L＝3.0 m）；HW 150× 150型鋼鋼架間距調(diào)整為50 cm，每榀鋼架原設(shè)8根鎖腳錨桿（Φ22、L＝4.0 m）調(diào)整為每榀鋼架設(shè)12根固結(jié)注漿鎖腳小導(dǎo)管（Φ42×4、L＝4.5 m），鋼架底部增設(shè)［25a縱向連接槽鋼；系統(tǒng)砂漿錨桿（Φ22、L＝4.0 m）均調(diào)整為Φ25自進(jìn)式中空注漿錨桿（L＝4.0 m），在隧道拱墻按環(huán)向間距70 cm、縱向間距50 cm布置；隧道拱墻掛Φ8鋼筋網(wǎng)（間排距20 cm）、噴C20混凝土厚24 cm。

（3）隧道洞口K1＋074.00～K1＋067.00 m段初期支護(hù)：隧道圍巖仍為坡積碎石土分層結(jié)構(gòu)，坡積碎石土在隧道上部存在架空、松散層，綜合評價為Ⅴ級偏弱圍巖，因此隧道洞口K1＋074.00～K1＋067.00 m段需加強(qiáng)初期支護(hù)。隧道拱部120°范圍超前注漿小導(dǎo)管（Φ42×4、L＝4.5 m）縱向間距240 cm調(diào)整為200 cm，并按環(huán)向間距100 cm、縱向間距70 cm增設(shè)超前向上向外插45°的固結(jié)注漿小導(dǎo)管（Φ42×4、L＝3.0 m）；HW 150×150型鋼鋼架間距調(diào)整為70 cm，每榀鋼架原設(shè)8根鎖腳錨桿（Φ22、L＝4.0 m）調(diào)整為每榀鋼架設(shè)12根固結(jié)注漿鎖腳小導(dǎo)管（Φ42×4、L＝4.5 m），鋼架底部增設(shè)［25a縱向連接槽鋼；系統(tǒng)砂漿錨桿（Φ22、L＝4.0m）均調(diào)整為Φ25自進(jìn)式中空注漿錨桿（L＝4.0 m），隧道拱墻按環(huán)向間距100 cm、縱向間距70 cm布置；隧道拱墻掛Φ8鋼筋網(wǎng)（間排距20 cm）、噴C20混凝土厚24 cm。

自進(jìn)式中空注漿錨桿及注漿小導(dǎo)管注漿量均按注水泥量總量控制，單根注P.O42.5水泥量100 kg。

4 洞口段施工順序

洞口施工順序：洞頂邊仰坡開挖及支護(hù)→明洞段開挖及支護(hù)→明洞兩側(cè)漿砌片石擋護(hù)→明洞洞頂填渣反壓→恢復(fù)施工便道→洞內(nèi)開挖與支護(hù)→仰拱施工→二次模筑混凝土襯砌→洞門端墻施工。

邊坡從上到下分層開挖、分層支護(hù)。

明洞采用環(huán)形分部留核心土方法施工。

洞內(nèi)采用“強(qiáng)預(yù)支護(hù)，短進(jìn)尺、分臺階、環(huán)形分部留核心土”施工工法。

洞口段施工情況見圖2～9。

圖2 施工前洞口位置及施工便道

圖3 邊仰坡開挖支護(hù)至洞頂高程

圖4 施工隧道鎖口小導(dǎo)管

圖5 開始明洞施工

圖6 完成邊坡底部部分明洞施工

圖7 完成明洞初期支護(hù)并對稱填渣反壓

圖8 洞內(nèi)施工

圖9 完成洞口襯砌及端墻后

5 變形觀察及監(jiān)測

施工過程中，在洞口邊仰坡及洞內(nèi)布置變形觀測點進(jìn)行變形監(jiān)測，通過變形觀測和施工全過程安全巡察相結(jié)合的方式確保施工安全，并及時應(yīng)對處理。

洞口邊仰坡施工過程中，邊坡開挖至洞頂附近時，邊坡中下部（洞頂下層便道附近）坡面噴混凝土開裂。根據(jù)監(jiān)測分析為架空、松散層變形所致。通過沿開裂坡面縱向增設(shè)2排間距為2 m的自進(jìn)式中空注漿錨桿（Φ25、L＝4.0 m）加固后，坡面變形收斂。

隧道內(nèi)按縱向5 m間距在隧道拱頂、兩側(cè)起拱線部位及兩側(cè)邊墻中部設(shè)變形觀測點，每天進(jìn)行隧道變形監(jiān)測，實測隧道拱頂下沉及兩側(cè)內(nèi)擠收斂累計變形量為10～20 mm；明洞與暗洞交界處隧道拱頂下沉量最大，噴混凝土支護(hù)的隧道拱部出現(xiàn)1條環(huán)向裂縫（縫寬1～3 mm）；隧道落底和仰拱施工完成后，洞內(nèi)變形收斂。

6 動態(tài)設(shè)計

地下工程中動態(tài)設(shè)計是設(shè)計的重要部分，施工前應(yīng)對工程難點、重點及安全進(jìn)行施工技術(shù)交底，明確施工順序及施工注意事項，施工過程中應(yīng)高度關(guān)注水文及地質(zhì)條件變化、變形監(jiān)測情況，及時調(diào)整設(shè)計參數(shù)開展動態(tài)設(shè)計。本隧道的設(shè)計過程中，首先根據(jù)隧道洞口地質(zhì)條件和施工安全要求，調(diào)整了隧道邊仰坡設(shè)計及支護(hù)，及時處理了仰坡噴混凝土開裂問題；其次依據(jù)邊仰坡開挖揭露的工程地質(zhì)情況調(diào)整了隧道洞口K1＋082.00～K1＋074.00 m段初期支護(hù)設(shè)計；然后依據(jù)隧道開挖揭示工程地質(zhì)情況調(diào)整了隧道K1＋074.00～K1＋067.00 m段初期支護(hù)設(shè)計。本隧道設(shè)計中采用拱效應(yīng)及支護(hù)的組合效應(yīng)為設(shè)計指導(dǎo)思想，充分利用巖土體的自承能力，依靠信息化及動態(tài)設(shè)計，憑多年處理隧道洞口坡積碎石土的設(shè)計施工經(jīng)驗監(jiān)督和指導(dǎo)現(xiàn)場施工，在理論與實踐充分結(jié)合和把設(shè)計理念變?yōu)楝F(xiàn)實的過程中，做到施工設(shè)計的合理性。

7 效果評價

本隧道洞口段在施工過程中沒有出現(xiàn)隧道塌方及安全問題。隧道完工3年多時間內(nèi)沒有發(fā)現(xiàn)異常情況。實踐證明，洞口段的設(shè)計及施工方案是合理的。

8 結(jié) 語

（1）在坡積碎石土中，利用超前小角度注漿小導(dǎo)管及大角度注漿固結(jié)小導(dǎo)管，改善及提高圍巖的自承能力，在隧道開挖輪廓線外形成2～3 m厚較連續(xù)的拱圈后，利用支護(hù)的組合效應(yīng)，形成連續(xù)、平順的受力拱圈，采取合理的開挖方式即可安全成洞。注漿小導(dǎo)管相對大管棚具有短頻快的優(yōu)點。

（2）在坡積碎石土中，水泥砂漿錨桿施工成孔難，自進(jìn)式中空注漿錨桿施工簡便、快捷，自進(jìn)式中空注漿錨桿適用于不易使用砂漿錨桿及小導(dǎo)管施工的巖土體淺層錨固項目。同時在坡積碎石土等散體結(jié)構(gòu)中，自進(jìn)式中空注漿錨桿與注漿小導(dǎo)管配合使用可以起到較好的巖土加固效果。

（3）準(zhǔn)確把握新奧法理論的核心，以隧道圍巖的拱效應(yīng)及支護(hù)的組合效應(yīng)為設(shè)計理念，利用圍巖的自承能力，重視信息化及動態(tài)化設(shè)計，理論與實踐結(jié)合能更好地解決巖土工程問題。

（4）合理的施工工法、嚴(yán)格施工過程質(zhì)量控制是實現(xiàn)設(shè)計意圖的關(guān)鍵。

［1］ 朱漢華，孫紅月，楊建輝.公路隧道圍巖穩(wěn)定與支護(hù)技術(shù)［M］.北京：科學(xué)出版社，2007（1）.

［2］ 崔玖江，崔曉青.隧道與地下工程注漿技術(shù)［M］.北京：中國建筑工業(yè)出版社，2011（5）.

TV554

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1003－9805（2015）02－0001－04

2014－07－23

吳學(xué)智（1974－），男，甘肅靜寧人，高級工程師，工程碩士，從事水電站公路設(shè)計及研究工作。