侯連浩

(湖南建工交通建設(shè)有限公司，湖南長沙410000)

1 工程概況

紅花尖隧道是一座雙向四車道高速公路分離式隧道，左洞起訖樁號為ZK37+820～ZK38+973，長度1153m；右洞起訖樁號為K37+798～K38+985，長度1187m。隧道進口位于平江縣加義鎮(zhèn)橫江村，出口位于平江縣三市鎮(zhèn)大洞村。洞軸線走向方位角183o。隧道位于丘陵地貌區(qū)，穿越一條天然沖溝，左右洞均有一段淺埋段（左洞：ZK38+743～ZK38+773 段，長30m；右洞：K38+745～K38+775 段，長30m）。

隧道淺埋段位于兩山之間的沖溝地帶，溝谷底寬10m 左右，基本上與隧道走向正交，山勢比較陡峭，坡度40o～45o，植被發(fā)育較好，覆蓋密集的高大喬木及灌木叢，基巖裸露。溝谷中有一小水溝，為季節(jié)性流水，主要為雨季坡面匯水，以大氣蒸發(fā)及向地下滲流排泄。洞身圍巖主要由強風(fēng)化砂質(zhì)板巖組成，深部為中風(fēng)化砂質(zhì)板巖，風(fēng)化裂隙發(fā)育，巖體破碎，圍巖自穩(wěn)能力差。洞內(nèi)地下水發(fā)育情況：淋雨狀出水，雨季或超強降雨呈淋雨狀或涌流狀出水。該段洞頂覆蓋層較薄，原設(shè)計最薄的埋深為8.7m。將該段落部分植物砍伐后，經(jīng)實地測量，發(fā)現(xiàn)左洞最小埋深為3.05m，右洞最小埋深5.88m，沖溝縱向長度10m 左右，淺埋段范圍內(nèi)有一水溝，溝中長期有水流。原設(shè)計該段淺層地表加固處理方案為：地表采用20MnSiф22 螺紋鋼砂漿錨桿，間距1.2×1.2m，梅花型布置。在加固范圍采用φ8 鋼筋網(wǎng)片（20×20cm)滿鋪，澆15cm 厚C20 護拱混凝土。

2 施工方案選擇

由于溝谷地段埋深較小，采用砂漿錨桿對過淺的土體加固作用不大，充分考慮地質(zhì)情況、經(jīng)濟指標(biāo)、施工安全、生態(tài)保護等因素，擬定變更洞外砂漿錨桿地表加固處理方法，采用洞內(nèi)加強支護的方案進行淺埋段洞身施工。具體施工方案如下：一是地表采用20cm 厚C20 混凝土對現(xiàn)有水溝進行加固引流，范圍為水溝上下游（洞身開挖輪廓線外）各20m 長度。二是沖溝淺埋段洞身開挖采用三臺階預(yù)留核心土環(huán)形開挖法進行開挖，每臺階步距在3～5m。開挖采用機械與人工相互配合的方式進行，禁止爆破開挖。每循環(huán)進尺按0.5m 進行，開挖一榀支護一榀。三是沖溝淺埋段超前支護拱頂120o范圍內(nèi)采用加密的雙層注漿小導(dǎo)管進行加固（小導(dǎo)管長度4.5m，環(huán)向間距0.4m，縱向間距0.5m，前后環(huán)小導(dǎo)管呈梅花形錯開布置)，縱向相鄰的兩排注漿管的外插角為30o及11o～14o，注漿管端頭設(shè)置止?jié){閥，并將小導(dǎo)管后端與鋼拱架焊接形成一個整體。四是初期支護鋼拱架由原設(shè)計的20a 工字鋼加強為22b 工字鋼（縱距由原設(shè)計60cm 縮短為50cm）。五是鎖腳錨桿由原設(shè)計Φ22 藥卷錨桿加強為Φ42 注漿小導(dǎo)管，并與鋼拱架焊接。

3 淺埋段施工控制要點

3.1 施工中堅持“少擾動、早噴錨、勤量測、緊封閉”的原則

隧道淺埋段施工前，通過超前地質(zhì)預(yù)報，及時掌握圍巖地質(zhì)條件信息，制定加固處理措施，提高巖體承載能力，控制其變形情況，對初期支護進行加強，完善受力結(jié)構(gòu)，確保變形量在可控范圍之內(nèi)，做到“管超前、嚴(yán)注漿、短進尺、強支護、早封閉、勤量測、速反饋、控沉陷”?？紤]雨季施工時淺埋段圍巖層含水量較大，巖體松散軟化，承載力降低，圍巖穩(wěn)定性變差，為保證淺埋段隧道施工安全，施工前先施做淺埋段地表水引流溝，引流溝長度做至距隧道端墻開挖線10m 以外，水溝溝底及溝壁采用C20 混凝土現(xiàn)澆，防止地表水滲入淺埋段巖層[1]。

3.2 超前地質(zhì)預(yù)報

采用LTD-2600 型探地雷達(dá)，選用100MHz 屏蔽天線對掌子面前方進行超前地質(zhì)探測預(yù)報，地質(zhì)雷達(dá)測線基本沿水平方向布設(shè)，將天線貼近掌子面沿AB 測線（從左向右）和CD 測線（從右向左）采用點測方式進行測量，雷達(dá)天線沿測線按0.1m 間距點移動。

3.3 超前雙層注漿小導(dǎo)管施工

超前支護采用加密的雙層注漿小導(dǎo)管，在隧道頂部120o范圍內(nèi)打入Φ42 超前雙層小導(dǎo)管注漿加固，小導(dǎo)管每根長度4.5m，小導(dǎo)管環(huán)向間距0.4m，縱向間距0.5m，外排外插角30o，內(nèi)排外插角11o～14o，縱向搭接不小于1.0m。小導(dǎo)管選用φ42×3.5mm 熱軋無縫鋼管，管壁呈梅花形鉆設(shè)滲漿孔，滲漿孔直徑8mm，間距15cm。超前小導(dǎo)管施作采用氣動鑿巖機鉆孔，清孔后逐孔打入注漿小導(dǎo)管（鋼花管），采用電動注漿泵進行注漿（見圖1）。工藝流程：施工準(zhǔn)備—噴射早強混凝土封閉掌子面—鉆孔—打入超前小導(dǎo)管—注漿—圍巖固結(jié)—機械掘進。

圖1 雙層注漿小導(dǎo)管縱向布置示意圖

注漿漿液選用水泥漿液，施工時實際配合比經(jīng)現(xiàn)場試驗確定，水泥采用42.5 普通硅酸鹽水泥，拌漿時摻入速凝劑。滲入性漿液按試驗確定的注漿壓力和注漿量施工。參數(shù)如下：水泥-水玻璃漿液，水泥漿采用42.5水泥拌制，水灰比為：0.8∶1-1∶1，水泥漿與水玻璃體積比：1∶0.05，水玻璃濃度：35Beo，水玻璃模數(shù)2.4。

注漿順序由下而上，漿液采用拌和機現(xiàn)場拌制。注漿時通過現(xiàn)場試驗確定最佳注漿壓力和注漿量，在小導(dǎo)管末端安裝止?jié){閥，防止?jié){液外流。每孔注漿量根據(jù)實際情況適當(dāng)調(diào)整，施工中以現(xiàn)場實際注漿量為準(zhǔn)。

3.4 洞身開挖

本隧道淺埋段洞身斷面大部分巖質(zhì)為強風(fēng)化砂質(zhì)板巖Ⅴ2 級，只有小部分為中風(fēng)化砂質(zhì)板巖，洞身開挖采用三臺階環(huán)形開挖預(yù)留核心土法施工。以弧形導(dǎo)坑開挖預(yù)留核心土為基本模式，分上、中、下三個臺階，各部位的開挖與支護沿隧道縱向錯開，平行推進。

開挖作業(yè)要點：其一，開挖時做好工序銜接，緊湊安排，及時支護，盡量減少圍巖暴露時間，防止圍巖因長時間暴露引起失穩(wěn)坍塌。其二，在滿足作業(yè)空間和臺階穩(wěn)定的前提下，盡量縮短臺階長度，核心土長度應(yīng)控制在3～5m，寬度宜為隧道開挖寬度的l/3～l/2。其三，嚴(yán)格控制每循環(huán)進尺，開挖一榀支護一榀。開挖后立即初噴3～5cm 混凝土，減少圍巖暴露時間。其四，嚴(yán)格按確定的施工方案施作超前支護，控制好超前小導(dǎo)管外插角度及注漿工藝流程，確保巖層加固達(dá)到預(yù)期效果，保證隧道開挖施工人員安全。其五，隧道周邊部位預(yù)留30cm 人工開挖，其余部位采用機械開挖，嚴(yán)禁超挖，施工時減少對圍巖的擾動。其六，鋼架應(yīng)嚴(yán)格按設(shè)計及規(guī)范要求加工制作和架設(shè)。鋼架應(yīng)架設(shè)在堅實的基面上，嚴(yán)禁拱(墻)腳懸空或采用虛渣回填，鋼架與鎖腳錨桿(管)焊接牢固。

4 加強施工過程中的監(jiān)控量測

由于巖體的生成條件和地質(zhì)作用的復(fù)雜性，在隧道修筑過程中，開挖方法、支護方法、支護時機、支護結(jié)構(gòu)剛度等對圍巖穩(wěn)定性都有影響。所以，在施工過程中必須進行現(xiàn)場監(jiān)控量測，收集圍巖的動態(tài)信息，據(jù)以判定圍巖的穩(wěn)定狀態(tài)，確定是否需要調(diào)整施工方法和支護參數(shù)，確保施工和營運安全。淺埋段洞身開挖施工過程中監(jiān)測內(nèi)容主要有地表沉降、拱頂下沉、周邊收斂等。

4.1 地表沉降

一是測點布設(shè)：在開挖前，按縱向間距按5m 一個斷面，一個斷面6 個點埋設(shè)測點。二是監(jiān)測方案：地表沉降觀測，采用電子精密水準(zhǔn)儀，銦鋼尺等儀器，每天觀測2 次，初支全部完成后每天觀測1 次，直至二襯完成后或沉降穩(wěn)定為止。

4.2 拱頂下沉

一是測點布設(shè)：在噴錨時，按縱向5m 間距埋設(shè)一個測點。二是監(jiān)測方案：拱頂下沉量測，采用電子精密水準(zhǔn)儀，掛鉤式銦鋼尺或全站儀，每天早晚2 次定時量測，每個測點分別繪制拱頂下沉回歸曲線，以便及時了解施工中圍巖變化情況。

4.3 周邊收斂

一是測點布設(shè)：洞內(nèi)凈空收斂觀測點，按隧道縱向間距每5m 一個斷面埋設(shè)，每個斷面在拱腳上部約0.8m的高度及拱腰位置設(shè)置分別2 對水平測點。二是監(jiān)測方案：周邊位移水平收斂量測采用數(shù)顯收斂計進行圍巖周邊收斂值量測，每天早晚2 次定時量測，按每條測線繪制水平收斂——時間曲線，及時了解施工過程中圍巖變化情況，分析初期支護穩(wěn)定情況。

4.4 圍巖內(nèi)部位移

一是測點布設(shè)：每級圍巖設(shè)一個斷面，每斷面5 個點，埋設(shè)測桿。二是監(jiān)測方案：測桿埋設(shè)后進行測量，采用鋼筋應(yīng)力計、頻率計測量，隨時掌握圍巖受力情況。監(jiān)測頻率：初期支護完成后15 天內(nèi)，每天量測2 次；第16 天～1 個月，每2 天量測1 次；一個月至3 個月之間，每周量測2 次。根據(jù)施工前后的監(jiān)測結(jié)果表明，各項指標(biāo)符合設(shè)計及規(guī)范要求，地表沉降最大值出現(xiàn)在左幅隧道拱頂位置，累計達(dá)到約23.8mm，符合施工規(guī)范要求，目前沉降速率接近于0，圍巖穩(wěn)定，達(dá)到預(yù)期效果。

5 結(jié)論

通過對平益高速紅花尖隧道穿越?jīng)_溝淺埋段施工的詳細(xì)闡述，分析了工程地質(zhì)情況、施工環(huán)境，并結(jié)合該隧道實際情況提出相應(yīng)的加固處理方案。根據(jù)該方案對淺埋段地表及洞內(nèi)支護進行了系統(tǒng)的加強處理，可得出以下結(jié)論：其一，雙層注漿小導(dǎo)管利用注漿液使松散破碎的巖體固結(jié)，形成穩(wěn)定的固結(jié)拱體，可有效提高淺層地表松散巖體的強度，改善巖體力學(xué)性能，提高巖體結(jié)構(gòu)自穩(wěn)能力。其二，雙層小導(dǎo)管嵌入圍巖內(nèi)，鋼管起到超前管棚作用，后端和鋼拱架焊接后形成縱向支撐梁，整體受力，起到有效防止隧道拱部發(fā)生坍塌的作用。其三，雙層超前小導(dǎo)管結(jié)合鋼拱架加強支護可以充分利用各自的優(yōu)勢，提高隧道穿越溝谷淺埋段開挖施工安全和圍巖的穩(wěn)定，同時避免了地表加固處理對生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生的破壞，符合綠色施工的理念，提高了效益。