高勝利 GAO Sheng-li

（中鐵一局集團第四工程有限公司，咸陽 712000）

0 引言

公路隧道施工在中國的施工技術(shù)應(yīng)該說比較成熟，但是針對四洞十車道平行布置結(jié)構(gòu)形式，軟弱圍巖大斷面、小凈距、洞口淺埋偏壓等復(fù)雜條件下的隧道群施工國內(nèi)還是比較少見，在施工安全技術(shù)和施工管理經(jīng)驗方面還需要根據(jù)工程實際情況與設(shè)計要求，總結(jié)和提高。

1 工程概況

龍泉山1 號隧道設(shè)計為雙向平行四洞十車道（隧道布局為左起D3、D2、K、D1，車道分布為2+3+3+2），設(shè)計時速120km/h，2 車道隧道為貨車專用道、3 車道隧道為客車專用道，隧道全長2236m，縱坡為1.9%。隧道為軟弱圍巖、大斷面、小凈距、洞口淺埋偏壓高風(fēng)險隧道，隧道圍巖全部為Ⅳ、Ⅴ級圍巖（Ⅴ級占38%），三車道Ⅴ級圍巖斷面開挖達183m2，施工安全風(fēng)險高，難度較大。

2 公路四洞十車道隧道施工工藝

2.1 洞口邊仰坡開挖防護施工方案

洞口邊坡嚴(yán)格按照坡比開挖，采用挖掘機刷坡、人工進行修坡。刷坡由上到下，邊刷邊支護，加強錨護，及時量測、及時量測邊坡穩(wěn)定情況。機械刷坡后預(yù)留20～30cm 采用人工進行刷坡修整。圍巖較硬的邊坡部位采用人工風(fēng)鎬進行鑿除，確保邊、仰坡穩(wěn)定。

邊仰坡邊開挖邊支護，具體措施為：掛φ8@30 鋼筋網(wǎng)片，噴C20 砼厚10cm，φ22 砂漿錨桿長3m，間排距1.5m，梅花型交錯布置。

2.2 洞口淺埋偏壓施工方案

龍泉山1 號隧道進口D1 線D1K18+140～D1K18+156及K 線K18+102～K18+120 洞口段，具有淺埋、左側(cè)偏壓等不良地質(zhì)條件，施工時易發(fā)生坍塌、冒頂?shù)鹊刭|(zhì)災(zāi)害，洞口段施工安全風(fēng)險高，為保證進洞安全，針對兩隧道洞口淺埋、偏壓問題，在超前大管棚支護進洞基礎(chǔ)上增設(shè)偏壓擋墻、地表注漿安全措施，按地表注漿—側(cè)墻—超前管棚—回填—暗洞開挖順序組織洞口淺埋偏壓段施工。

2.3 小凈距施工方案

龍泉山1 號隧道進口段四洞相鄰兩隧道凈間距（開挖輪廓）分別為：D1 線與K 線10.5m，K 線與D2 線12.75m，D2 線與D3 線9.5m；各洞之間凈間距均小于1 倍隧道開挖寬度，因此屬小凈距施工，施工中需加強重點環(huán)節(jié)施工控制及監(jiān)控量測，具體方案如下：

2.3.1 開挖方案

①先行洞與后行洞開挖控制。

小凈距隧道開挖時，先開挖隧道與后開挖隧道掌子面錯開距離須大于30m，龍泉山1 號隧道進口四個洞口進洞開挖順序及錯距控制如下：

D1 線先于K 線，掌子面超前K 線30m 以上；

D3 線先于D2 線，掌子面超前D2 線30m 以上；

K 線先于D2 線，掌子面超前D2 線30m 以上。

②開挖方法。

各隧道開挖，洞口小凈距段均為Ⅴ級圍巖，2 車道（先行洞）采用三臺階開挖法，3 車道隧道（后行洞）采用雙側(cè)壁導(dǎo)坑，遇到較硬的巖層，采用密眼微震配合人工開挖，減少爆破振動對兩隧道間中巖墻的影響。開挖必須按照“短進尺，弱爆破，快封閉、早成環(huán)、勤量測”的施工原則進行。每次開挖進尺控制在1 榀拱架（50cm）間距。

開挖爆破必須進行專業(yè)設(shè)計，且按要求進行試爆驗證，對震動值測定，嚴(yán)格控制爆破震動。施工過程中重點對中巖墻的爆破進行監(jiān)測，開挖起爆間隔時間不小于100ms。

2.3.2 初期支護與二次襯砌

初支應(yīng)盡早封閉，保證圍巖、中巖墻、支護處于可控狀態(tài)，后行隧道的初支護（落底成環(huán)后）須超前先行隧道的二次襯砌15m 以上；為減輕后行隧道爆破開挖對先行隧道二襯的影響，先行隧道二襯應(yīng)落后于后行隧道開挖面30m，必須符合圍巖的穩(wěn)定條件。

2.3.3 中巖墻加固

對于小凈距隧道來說，受力是最薄弱部位是中巖墻的，而中巖墻的破壞首先是靠先行隧道一側(cè)的拱腰位置，由此中巖墻加強支護顯得尤為重要。

根據(jù)設(shè)計圖紙，相鄰兩隧道間中巖墻采用Ф42 注漿小導(dǎo)管注漿加固，隧道側(cè)壁拱腰上下3m 范圍內(nèi)打設(shè)6 根，單根長5m，縱環(huán)間距60×100cm。

2.3.4 監(jiān)控量測

①必須重點監(jiān)控小凈距隧道的中巖墻，主要針對拱腰薄弱部位重點開展監(jiān)測工種。

②后行隧道爆破后，立即對先行隧道中巖墻拱腰部位進行檢查，看是否有裂縫，若發(fā)現(xiàn)裂縫寬度大于3mm 或長度大于3m，應(yīng)馬上暫停作業(yè)，及時對中巖墻進行加固。

③后行隧道開挖時，先行洞中巖墻一側(cè)拱腰位置的最大震速不可超過15cm/s。

④先行隧道的監(jiān)控量測須分兩個階段進行：分別為本隧道開挖階段和后行隧道開挖階段。本隧道開挖階段的監(jiān)控量測同于正常分離式隧道，先行隧道開挖穩(wěn)定后的周邊位移值須小于正常隧道允許位移值的90%；后行隧道開挖階段有可能會影響先行隧道周邊位移，當(dāng)后行隧道掌子面通過先行隧道監(jiān)測斷面1B（B-單洞開挖寬度）后，先行隧道的周邊相對位移值不得大于允許位移值。

⑤后行洞的監(jiān)控量測與分離式隧道相同。

2.3.5 爆破震動測試

對小凈距隧道來說，開挖爆破施工質(zhì)量的好壞直接關(guān)系到隧道施工的成敗，因此，嚴(yán)格對鉆爆開挖施工進行嚴(yán)格的控制和監(jiān)測。

2.3.5.1 基本要求 ①根據(jù)《爆破安全規(guī)程》GB6722-86 規(guī)定，隧道安全震速標(biāo)準(zhǔn)不大于15cm/s。②爆破震動波的疊加進行嚴(yán)格控制，必須采用微差控制爆破，各段起爆時間按照震動測試確定，按規(guī)范大于100ms 為宜。

2.3.5.2 測試方法 ①震速V 的測定。采用震速測試儀，對隧道邊墻及拱部震動進行測試。測試部位見圖1、圖2。②震動持續(xù)時間的測定。應(yīng)用震動測試儀，在先行隧道開挖爆破面距測點R 處（R 須在兩隧道間最小間距加一倍洞徑以內(nèi)）對爆破震動進行記錄，記錄從震動至震幅衰減到最大震幅的五分之一時的時間持續(xù)長度，計為在該處地質(zhì)條件下該藥量爆破引起的震動的持續(xù)時間Ty 。由于主震時間隨藥量增加而增加，因此，測試數(shù)據(jù)應(yīng)按藥量大小，地質(zhì)條件進行分類。

圖1 先行隧道爆破震速檢測點位置示意圖

圖2 后行洞爆破引起震動的速度測點位置示意圖

2.3.5.3 測試、施工注意事項 ①先行隧道的測試數(shù)據(jù)除了用于本隧道開挖的爆破控制外，還能用于指導(dǎo)后行隧道的爆破。但根據(jù)計算和眾多測試表明，在先行隧道同一樁號、同一部位處，在距此斷面相同距離處，采用相同藥量在先行隧道和后行隧道的巖體中引爆，檢測的震速有很大差異。由于先行隧道已爆破開挖，后行隧道引起的爆破震動將是先行隧道開挖時引起的震動的2～6 倍，最大可達12 倍。因此，利用先行隧道開挖時測定的震動數(shù)據(jù)對后行隧道的爆破參數(shù)進行設(shè)計時，應(yīng)加以注意。

②據(jù)類似隧道爆破震動測試結(jié)果，光面爆破、預(yù)裂爆破與普通爆破相比，爆破引起的（質(zhì)點）震速可降低10～50%。因此，在小凈距隧道施工中過程中應(yīng)盡量采用光面爆破和預(yù)裂爆破技術(shù)。

③小凈距隧道施工，在藥量相對集中的爆破時，采用在靠近已開挖隧道一側(cè)設(shè)置預(yù)裂爆破減震帶，可有效降低對已開挖隧道的震動速度。采用減輕震動的掏槽方法，可有效地減小震動。

2.4 軟弱圍巖、大跨度安全施工方案

本隧道3 車道Ⅴ級圍巖開挖跨度達18.7m，屬超大跨度施工；隧道圍巖巖性主要為砂質(zhì)泥巖，呈強～中風(fēng)化狀態(tài)，較破碎，自穩(wěn)能力差，圍巖級別主要以Ⅳ、Ⅴ級為主，其中Ⅴ級圍巖占比為38%；由此本隧道施工采用了隧道信息化施工技術(shù)，通過力學(xué)建模分析技術(shù)指導(dǎo)施工，將大跨變?yōu)樾】绲姆椒?，有效減小了圍巖壓力、控制了變形（如圖3、圖4）。

圖3 雙側(cè)壁導(dǎo)坑法

圖4 開挖數(shù)值分析模型

2.4.1 總體施工方案

基于上述地質(zhì)情況，組織施工時按以下基本原則進行。①緊跟開挖面，做好前方圍巖的超前地質(zhì)預(yù)報。根據(jù)超前地質(zhì)預(yù)報所示圍巖地質(zhì)變化情況，及時調(diào)整施組及施工方法。②超前支護，并嚴(yán)格控制注漿質(zhì)量，超前支護完成后方可進行開挖作業(yè)。③采用信息化監(jiān)控量測手段，手機APP與量測儀器實現(xiàn)測量數(shù)據(jù)共享，通過APP 軟件自動計算分析，量測信息對相關(guān)管理人員自動共享預(yù)警，指導(dǎo)施工。④嚴(yán)格按工法并結(jié)合應(yīng)力建模指導(dǎo)開挖、嚴(yán)格控制進尺。⑤初支須緊跟，由于大部分地層為大跨度軟巖地質(zhì)，地層壓力增長較快，自穩(wěn)時間較短。噴、錨、掛網(wǎng)及鋼拱架施做，在開挖爆破、排除浮石后馬上施作，對破碎地層或構(gòu)造斷裂帶地段更要緊跟，以確保圍巖穩(wěn)定。⑥仰拱緊跟：根據(jù)本隧道地質(zhì)情況，仰拱施設(shè)應(yīng)在拱、墻部初支形成之后要盡早完成，使初期支護盡早形成封閉受力結(jié)構(gòu)。⑦適時施做二次襯砌：圍巖及初支變形趨于穩(wěn)定時（收斂小于0.1～0.2mm/d 及拱頂下沉小于0.07～0.15mm/d 時）則可施作二襯。當(dāng)圍巖及初支變形得不到有效控制時，須迅速施做二襯。

2.4.2 施工方法

2.4.2.1 超前地質(zhì)預(yù)報 龍泉山1 號隧道超前地質(zhì)預(yù)報總體思路為：以工程綜合地質(zhì)分析為核心，采取粗查與精查相結(jié)合、物探和鉆探相結(jié)合的原則，并結(jié)合前期地質(zhì)調(diào)查及地勘成果資料綜合判定。①隧道開挖爆破后立刻進行地質(zhì)調(diào)查并進行詳細地質(zhì)素描，一般地段每10m 記錄一次，地質(zhì)條件變化時，適當(dāng)增加素描。②探測采用TSP每100m 進行一次，粗略分析掌子面前方的不良地質(zhì)分布情況。③然后，采用瞬變電磁儀或地質(zhì)雷達在不良地質(zhì)體30m 附近探測一次，進一步分析核實不良地質(zhì)分布情況。④若物探判斷前方有不良地層時，當(dāng)開挖面接近不良地層10m 左右時，采取鉆孔驗證。⑤采取物探與鉆探結(jié)果，結(jié)合前期地質(zhì)調(diào)查資料及地勘成果，綜合分析判定不良地質(zhì)的范圍與程度。⑥根據(jù)以上信息及時反饋施工現(xiàn)場，以指導(dǎo)現(xiàn)場施工。

2.4.2.2 超前支護 開挖前，按設(shè)計要求施做超前支護，嚴(yán)格按“超前支護一段、開挖一段”原則進行施工，本隧道超前支護主要為：洞口段采用Ф108 大管棚、長30m，洞內(nèi)采用雙層或單層注漿小導(dǎo)管、單根長4.5m、環(huán)向間距40cm、搭接長度不小于1m，注漿采用純水泥漿（w/c=0.6～0.8），注漿壓力0.5～1.0MPa。

2.4.2.3 開挖 各圍巖段根據(jù)不同地質(zhì)條件按設(shè)計工法及規(guī)范要求并結(jié)合圍巖應(yīng)力建模采用相應(yīng)開挖方法，開挖時嚴(yán)格控制進尺長度，避免應(yīng)力集中。

2.4.2.4 初期支護 隧道開挖完成后，對圍巖初噴砼封閉，減少圍巖暴露時間，按設(shè)計要求施做錨桿、鋼筋網(wǎng)、鋼架及噴砼支護；做到及時封閉成環(huán)，封閉位置距掌子面距離不得大于35m。

2.4.2.5 仰拱 仰拱施工采用液壓棧橋，自行式仰拱拱弧模施工技術(shù)。開挖完成后立刻澆筑仰拱混凝土及仰拱混凝土填充，仰拱據(jù)掌子面距離：2 車道Ⅳ級圍巖段不大于50m、Ⅴ級圍巖段不大于40m，3 車道各圍巖段均不大于40m。

2.4.2.6 二次襯砌 ①澆筑時機。當(dāng)圍巖各檢查項滿足以下條件后，及時施做二襯：1）初期支護各收斂和拱頂下沉速率較小，圍巖基本穩(wěn)定。2）各項位移量測值已達預(yù)計總位移量的80%～90%。3）周邊位移速率小于0.1～0.2mm/d，拱頂下沉速率小于0.07～0.15mm/d。②步距控制。Ⅴ級圍巖段仰拱距掌子面≤40m，二襯距掌子面≤70m；Ⅳ級圍巖段仰拱距掌子面≤50m，二襯距掌子面≤90m。

2.4.2.7 監(jiān)控量測 針對龍泉山1 號隧道軟弱圍巖、大斷面的特點，監(jiān)控量測點位嚴(yán)格按設(shè)計及規(guī)范要求布設(shè)，監(jiān)測頻率不小于規(guī)定次數(shù)，通過信息化動態(tài)量測技術(shù)將量測結(jié)果及時反饋到現(xiàn)場，動態(tài)指導(dǎo)施工。

3 施工中的問題

3.1 施工工法

目前針對軟圍大斷面、小凈距、淺埋偏壓型隧道主要采用的開挖工法有雙側(cè)壁導(dǎo)坑法、CD 法或CRD 法等為主，總體來看開挖方法較多，但隨著隧道機械化水平的提高，隧道斷面向大跨度多車道發(fā)展的趨勢，因此，為了提高施工效率針對大型機械配套施工還需要進一步研究開挖先進科學(xué)的工法。

3.2 支護參數(shù)

軟巖超大跨度隧道圍巖應(yīng)力計算理論不成熟，現(xiàn)有規(guī)范并不完全適用于大跨度隧道，實際施工過程中支護參數(shù)差別較大。結(jié)合圍巖特征，還需要對軟巖大跨隧道支護參數(shù)進一步研究優(yōu)化。

4 結(jié)束語

總而言之，軟弱圍巖大跨度、小凈距、淺埋偏壓等諸多不利條件下的隧道群施工，圍巖應(yīng)力是不斷動態(tài)變化的，采取的各種施工方法和技術(shù)也應(yīng)該是不斷變化的。因此隧道施工的各種決策都要在地質(zhì)技術(shù)、量測信息為依托進行動態(tài)管理。