池卓航，何 城，王 豐，賴浩成，潘櫻桃

（1、中國建筑第四工程局有限公司 廣州510665；2、中建四局華南建設有限公司 廣州510663）

0 引言

隨著國民經濟的高速發(fā)展，為了滿足居民的出行要求，高速公路與城市市政道路中的隧道建設已經顯著增多。其中，運用較為多的當屬大斷面小凈距隧道的修建，其應用的經濟價值和社會效益有著深遠、廣闊的前景。本文以貴陽市某環(huán)線道路的3座超大斷面小凈距隧道工程的設計和施工為依托，參閱了大量的文獻資料并結合本工程隧道施工的實踐，總結出以新奧法為主的施工方法，以便供山地為主的高速公路、市政道路等類似隧道施工參考。

1 概述

1.1 工程簡況

貴陽市某環(huán)線道路工程，道路全長約13.2 km，擁有3 段隧道。1 號隧道全長295 m，施工環(huán)境比較復雜，進出口處民房密集，巖石地層出露，左側民房大多數(shù)為20 世紀70 年代修建且房屋結構穩(wěn)定性差，隨山崖修建，洞頂上有大量民宅，號稱貴陽的布達拉宮，如圖1所示。

圖1 1號隧道原始地貌Fig.1 Original Landform of Tunnel 1

2 號隧道全長470 m，隧道位于S 型曲線上，隧道設計縱坡2.5%，進口（南洞口）高程為1 130.058 m，出口（北洞口）高程為1 141.798 m，進出口高程差11.740 m，出口段地形較緩。

3 號隧道全長221 m，隧道位于S 型曲線上，隧道設計縱坡0.5%，進口掘進為一下坡洞，進出口段巖石十分破碎，幾乎為全風化巖石。

1.2 地形地貌及地質構造

本工程1號隧道地質構造較復雜。隧道有一南北向斷層，此斷層受地層隆起形成，斷面凌亂破碎，受向斜及斷層構造影響，隧道構造部位及鄰近地段巖層節(jié)理裂隙發(fā)育，巖體較為破碎，進口段為中厚層白云巖，巖體節(jié)理發(fā)育，巖芯呈碎塊狀，柱狀，巖石自穩(wěn)能力差，極不穩(wěn)定，開挖后暴露時間長，易垮塌、掉塊；洞身段為中厚層白云巖、灰?guī)r，十分破碎，此種巖體直至出口，自穩(wěn)時間短，開挖暴露短時間內即可發(fā)生崩解，尤以拱頂及邊墻部位極易形成較大規(guī)模的坍塌破壞。

2號隧道處于溶蝕峰叢地貌區(qū)，以中低山為主，地貌單元為風化剝蝕緩坡丘陵及低山地貌，地形起伏較大；本隧道進出口段巖溶、泥腔較發(fā)育，孤石、溶腔、溶洞較多，為本隧道施工之難點。

3號隧道同樣位于溶蝕峰叢地貌區(qū)，以中低山、丘陵為主，地貌單元為風化剝蝕緩坡中低山地貌，喀斯特地貌比較發(fā)育，大部分被第四系殘坡積土或雜填土覆蓋，少部分為裸露基巖，隧道地形起伏較大，隧道位于斜坡中，地勢西高東低，高差29 m。

1.3 隧道設計概況

3 座隧道均為左、右線分離的雙洞單向行車三車道隧道，隧道內輪廓采用三心圓形式，單洞凈寬15.342 m，凈高9.749 m；其中隧道行車寬度（2×3.75+3.5）m，路緣帶寬度（2×0.5）m，單側檢修道寬0.75 m，單側人行道寬1.5 m，路面至拱頂高7.874 m，限高5.0 m。

2 山嶺隧道運用新奧法施工原理分析

新奧法即新奧地利隧道施工方法的簡稱，其應用巖體力學的理論，在維護周圍巖體穩(wěn)定性的同時利用本身的自穩(wěn)能力為基點。綜合考慮開挖隧道過程中，由于時空對周圍巖體的擠壓應力與過程變形產生的作用。而采用引發(fā)爆破的方法進行挖掘，從而降低對周圍巖體的擾動性。這樣再使周圍巖體組合成為支護體系的一部分，接著用錨桿施工與噴射混凝土的方式使巖體緊密在一起，并作為隧道支護結構。從而達成控制周圍巖體的變形程度與穩(wěn)固程度的效果［1］。

隧道新奧法施工的主要特點是通過提前預警地質變化及采用多種測量方法，主要是保持動態(tài)監(jiān)測隧道周圍巖體以及支護機構的變形、穩(wěn)定性，及時收集并反饋組合體的力學變化特征及其動態(tài)，為之后的二次支護提供合理的參考依據(jù)。通過提前預警地質變化以及多種測量方法反饋的信息，來指導后續(xù)工程的設計、施工。

為使周圍巖體與前期的支護結構形成穩(wěn)定的支承體系，須充分重視以下規(guī)則：

⑴充分考慮巖體力學的相關理論。

⑵在合適的時候修筑支護結構，保證在周圍巖體中維持穩(wěn)定良好的應力應變狀態(tài)。

⑶對于軟弱巖層來說，需要修筑完整閉合的支護結構用以確保周圍巖體形成力學上穩(wěn)定的中筒狀支承環(huán)結構。

⑷隨著現(xiàn)場進度實時測量監(jiān)視周圍巖體的狀態(tài)，在允許變形量范圍內修筑最經濟最穩(wěn)固的支護體系。

⑸在施工過程中對隧道進行結構監(jiān)測，并根據(jù)現(xiàn)場的實際情況對施工和設計進行適宜性調整［2］。

傳統(tǒng)的隧道施工方法是利用修筑厚層混凝土壁結構做隧道支護體系，以保障周圍巖體的穩(wěn)定性。而新奧法隧道施工則不同于此種施工方法，它是將巖體當作連續(xù)介質，且視為其自身支護結構的一部分。在彈性、塑性等力學原理指導下，開挖山體、巖石的隧道過程中，從周圍巖體產生變形到巖體發(fā)生破壞有一段時間效應，適當合理地運用噴射的方式在周圍巖體上修筑一層柔性薄壁混凝土聯(lián)合錨桿的支護結構，來保護周圍巖體并且運用它天然的承載力，使得周圍巖體本身也變成支護結構的重要組成部分，進一步促進周圍巖體與噴錨結構組成的支護體系，共同形成堅固的承載環(huán)——長期穩(wěn)定的支護結構［3］。

因此，新奧法施工的要點可歸納如下：

⑴此施工方法一般宜采用光面爆破等開挖方式，同時采用大斷面或較大斷面開挖進洞方法，以達到降低對周圍巖體擾動的效果。

⑵隧道開挖過程中，不同階段均需要運用周圍巖體的自承能力，充分發(fā)揮周圍巖體自身的支護作用。

⑶根據(jù)周圍巖體的特性，可選用適合當前巖體類型的支護形式與支護參數(shù)。及時噴射密貼于周圍巖體的柔性混凝土及進行錨桿初期支護，以控制周圍巖體的變形或垮塌［4］。

⑷在巖體較為脆弱松散的地段，應該采取措施使巖層斷面及早閉合，以便有效地發(fā)揮周圍支護體系的作用，保證隧道結構的穩(wěn)定性。

⑸當周圍巖體與最初修筑的噴射混凝土與錨索支護結構發(fā)生的變形基本穩(wěn)定后，開始修筑二次襯砌，促使周圍巖體與支護結構形成一個整體，以提高支護體系的安全度。

⑹施工過程中，保證隧道的沿線斷面四周輪廓圓順平滑，避免產生棱角、應力集中［5］。

施工過程中可采取超前預警以及支護動態(tài)監(jiān)測的手段，并合理安排施工時間與工序，及時做好設計變更和日常的施工管理工作。

3 超大斷面小凈距隧道爆破方法選擇

開挖方法與爆破方法密不可分，超大斷面小凈距隧道的施工選擇正確的爆破開挖方法顯得十分重要。減少爆破震動利用周圍巖體自穩(wěn)能力是2個平行洞安全施工的關鍵。具體歸納如下：

⑴較硬、穩(wěn)定性好的巖石隧道可以采用臺階開挖，為了充分利用大斷面機械化施工上臺階宜在80 m2以內，掏心炮眼一定要先起爆有一定臨空面后再起爆壓頂炮，若周圍巖體較差周邊眼可先預裂爆破產生周邊裂紋后，阻隔掏心炮產生的爆破震動對另一隧道巖石穩(wěn)定性的影響。下臺階的開挖宜先拉中槽，中槽宜在兩邊預裂爆破后采用毫秒雷管臺階微差爆破炸出中槽，中槽出渣后爆破開挖下邊墻，左右下邊墻必須錯開進行，離相鄰洞遠的下邊墻先施工，下邊墻的開挖鋼拱架接腿施工不宜太多，下邊墻接腿鋼拱架高度不宜超過3 m［6］。

⑵為了減少左右隧道爆破施工的相互影響，左右兩隧道要錯開不小于50 m 的距離施工［7］。仰拱底部宜采用先行預裂爆破使底部巖石整體性完好，也便于與仰拱混凝土形成統(tǒng)一的整體。

⑶大斷面小凈距隧道的施工中，遇到左右洞中夾巖，此時施工的質量是重中之重。隧道左右洞中夾巖部位開挖后最薄處不到2.9 m，設計采用砂漿錨桿左右錯開對拉設計施工，通過施工實踐應設計為小導管注漿為宜，小導管注漿即起到了拉結作用，又可以往中夾巖柱孔隙內注漿，可以固結巖石，從而提高整體穩(wěn)定作用。而初期支護后面的巖石空洞是隧道坍塌的最大安全隱患，對于初期支護后面大的空洞一定要用漿砌片石砌好后注水泥砂漿，防止空洞上的孤石掉落砸壞拱架引起坍塌。

⑷單口掘進出洞施工注意要點：3座隧道由于不長，均采用單口掘進。出洞前要提前測量洞外地形地貌情況，清除洞頂及周圍不穩(wěn)定孤石，做好洞頂排水溝，封閉山體防止地表水進入，防止凍融破壞?？斐龆辞罢莆蘸美锍糖闆r，提前在上導洞開個小洞出來后把風水管接出來，提前把洞外錨噴支護后反打管棚施作，在洞外確保穩(wěn)定后然后慢慢擴大小洞并盡快把二襯鋼筋混凝土施作完畢、盡快施工洞門穩(wěn)定山體。左右隧道一定要錯開較遠距離，保證先出洞的二次砌筑施工完成后，再開始進行另一隧道的出洞施工。

4 隧道洞口明暗交界里程的選擇和施工

隧道洞口設計進洞里程一般都考慮邊仰坡的開挖錨噴支護，這種設計理念常常破壞洞口地帶的天然植被、擾動洞口地帶的天然巖石，違背了早進洞的施工原則，洞門施工完后回填土方很難上去，增大了工程成本。施工單位要根據(jù)洞口地形地貌、周圍巖體條件靈活選擇進洞里程，當然這種方法一定要在與設計院溝通、保證安全施工的前提下進行。

隧道洞口施工常規(guī)做法是先開挖支護進洞，暗洞施工一定二襯后回頭施作明洞，這種施工方法一定要把套拱做好，套拱一定要落在堅硬的基巖上，若基巖巖石較差的一定要人為加強基礎的穩(wěn)定性，套拱一定要采用錨桿與整個山體巖石形成統(tǒng)一整體，套拱要考慮預留沉落量。以上幾點如果設計未考慮施工單位必須考慮實施，這是暗洞安全施工的前提［7］。

5 超大斷面小凈距隧道施工開挖方法的選擇

隧道周圍巖體開挖方法、施工工藝在考慮斷面大小的前提下，必須考慮周圍巖體的穩(wěn)定性，影響周圍巖體穩(wěn)定性的主要因素有：

⑴巖體的物理力學性質，其中巖石的堅硬程度是決定周圍巖體穩(wěn)定性的最重要因素；

⑵周圍地質的構造、節(jié)理和層理結構面的發(fā)育程度，以上因素所構造的巖體結構和巖體發(fā)育的完整性對周圍巖體的穩(wěn)定性起到決定性的作用［8］；

⑶地下水的蘊含程度，是影響周圍巖體穩(wěn)定性的重要因素之一；

⑷周圍巖體所承受的荷載；

⑸隧道的臨邊條件、開挖技術手段與施工工藝等［9］。

當前超大斷面隧道的開挖方法一般采用的是CD法與CRD 法，1、2 號隧道開挖方法設計為CD 法，由于這2座隧道洞口段巖石較硬、地下水不豐富，為巖石裂隙水，根據(jù)新奧法基本理念：少擾動周圍巖體、利用周圍巖體自穩(wěn)能力，在人為加強洞口巖石自穩(wěn)能力的前提下，采用三臺階進洞方法并取得了成功。3 號隧道進口段巖體節(jié)理發(fā)育，巖層為可溶巖分布，埋層極淺，幾乎為全風化，遇水自穩(wěn)能力極差易垮塌，所以本項目3號隧道采用CRD法進行施工。

6 本項目3座隧道施工技術

1 號隧道進口地勢較陡，巖層為自穩(wěn)能力較好的白云巖，故選擇為隧道施工的掘進口，在處理危石后掛網(wǎng)封閉，直接在天然巖石上施作套拱和30 m 長管棚，避免了刷邊仰坡對天然植被的破壞，避免了爆破開挖邊仰坡對天然巖石的擾動破壞，減少了明洞上的回填工作量，節(jié)省了工期，增加了效益。由于進口洞頂及兩側有大量民房，為了減少每次起爆的單位用藥量，在上導坑的中下部位先掘進開挖1個30 m2左右的中導洞，出渣可以采用裝載機退著出，每個循環(huán)必須把危石清除干凈并初噴，在有一定距離后放壓頂炮、周邊炮后安設上導坑拱架、錨噴支護。

2 號隧道出口原始地貌為較緩的山坡，出口段路基須開挖20 m 才能達到設計路面標高，為一廢棄場地，便于隧道施工臨時設施的布置，故選擇從出口往進口掘進［10］。由于貴州雨水較多，為了滿足盡快進洞施工的原則，在進行臨時設施施工的同時，需要加快速度施工開挖隧道洞口的邊仰坡，并隨時開挖隨時做好錨噴支護工作，避開了在雨季洞外施工。由于洞口山體覆蓋層薄，巖石穩(wěn)定性差，為了不擾動周圍巖體，充分利用周圍巖體的自穩(wěn)能力，剛進洞采用分部開挖，且掏心眼先起爆具有一定臨空面后再起爆蹦落眼、周邊眼，減少了爆轟波的疊加以及周圍居民房屋的爆破震動。左洞先掘進開挖50 m 后進行右洞的開挖掘進。

3號隧道進口段巖體節(jié)理發(fā)育，巖芯呈碎塊狀，埋層極淺（最薄處只有3 m），可溶巖分布，遇水自穩(wěn)能力極差易垮塌，為3個隧道中安全隱患、施工風險最大的地段，如圖2所示。

設計采用護套拱、30 m 長管棚進洞方案，進洞開挖采用CRD法施工，按Ⅴ級周圍巖體支護襯砌。施工單位按設計圖紙采用潛孔鉆施作長管棚并注漿，然后按圖開挖掘進，右洞進入20 m后初期支護鋼拱架變形侵入二襯，后在換拱架、澆中夾墻混凝土施工、加強豎向、橫向支撐后才得以施工過去。

圖2 3號隧道Fig.2 Tunnel 3

7 結語

以貴陽市某環(huán)線道路3座隧道的設計和施工為依托，結合本工程3座隧道施工的實踐，對在貴州地區(qū)超大斷面小凈距隧道施工過程的施工流程、施工技術與安全控制等有了進一步的認識與提高，針對應采取的處理方法做了比對并選擇出最適合此次工程的施工方法，總結出以新奧法為主的施工方法，為今后山區(qū)高速公路、市政道路等大斷面小凈距隧道施工提供參考，其技術與經驗可供同類型工程借鑒。