張潘

（四川公路橋梁建設(shè)集團(tuán)有限公司公路隧道分公司，四川 成都 610200）

1 工程概況

長(zhǎng)勝隧道地處巴中市通江縣九龍村。該隧道屬于分離式隧洞，右側(cè)沿線總長(zhǎng)度為3.532km，起止樁號(hào)為K91+882—K95+414，其中Ⅳ級(jí)圍巖長(zhǎng)度設(shè)計(jì)為2.320km，V級(jí)圍巖長(zhǎng)度設(shè)計(jì)為1.212km；左側(cè)沿線總長(zhǎng)度為3.540km，起止樁號(hào)為ZK91+875—ZK95+415，其中Ⅳ級(jí)圍巖長(zhǎng)度設(shè)計(jì)為2.390km，V級(jí)圍巖長(zhǎng)度設(shè)計(jì)為1.150km。

2 工程重難點(diǎn)

長(zhǎng)勝特長(zhǎng)隧道全長(zhǎng)3.540km，掘進(jìn)工期10個(gè)月，作為全線主要控制性工程，采取進(jìn)出口雙向掘進(jìn)，同時(shí)設(shè)置兩個(gè)施工橫洞輔助正洞開挖。

2.1 工程重點(diǎn)

（1）隧道區(qū)域內(nèi)的地址結(jié)構(gòu)組成比較復(fù)雜，為近水平砂泥巖互層，在施工過(guò)程中必須保證仰拱施工質(zhì)量，防止水平巖層仰拱隆起。

（2）因工期緊，V級(jí)圍巖占比大，循環(huán)進(jìn)尺短，施工時(shí)要保證超前支護(hù)施工質(zhì)量符合規(guī)范要求，防止水平巖層掉塊（坍塌）傷人。

2.2 工程難點(diǎn)及對(duì)策

（1）工程難點(diǎn)：工期短，作業(yè)面多，水平巖層掉塊、坍塌、水平巖層仰拱隆起。

（2）對(duì)策：①提高施工效率：微創(chuàng)新超前支護(hù)系統(tǒng)展開作業(yè)，V級(jí)圍巖超前支護(hù)系統(tǒng)采用8mφ51自進(jìn)式錨桿，并應(yīng)用錨噴臺(tái)車鉆孔噴漿，在圍巖表面噴射高強(qiáng)度混凝土，以保證施工人員的安全，縮短循環(huán)作業(yè)的時(shí)間；②仰拱施工建議：施工前對(duì)施工班組進(jìn)行技術(shù)交底，加大質(zhì)量管控的力度，當(dāng)仰拱開挖施工完成后復(fù)核開挖斷面，確保符合設(shè)計(jì)要求；③洞身開挖建議：因隧道開挖跨徑約14m，水平層理對(duì)其影響大，水平巖層在拱頂?shù)牧菏叫?yīng)將減弱，施工過(guò)程中加強(qiáng)超前支護(hù)，合理調(diào)整施工工序，避免過(guò)分找頂，及時(shí)進(jìn)行初噴封閉，優(yōu)化爆破設(shè)計(jì)。

3 特長(zhǎng)隧道快速施工技術(shù)

長(zhǎng)勝隧道快速施工技術(shù)主要從機(jī)械化施工和主動(dòng)支護(hù)體系兩方面進(jìn)行研究。根據(jù)圍巖變形特點(diǎn)，如何高效控制未支護(hù)段圍巖的早期變形，達(dá)到“快挖、快支”的目的，是本隧道施工研究的關(guān)鍵技術(shù)。

3.1 超前支護(hù)

采用機(jī)械化快速施工時(shí)，掌子面的穩(wěn)定性控制是重點(diǎn)。因此，采用以“超長(zhǎng)自進(jìn)式錨桿群”的超前支護(hù)，對(duì)穩(wěn)定性較差的掌子面圍巖進(jìn)行提前干預(yù)、加固，保障其長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)或“兩炮一支護(hù)”循環(huán)時(shí)間內(nèi)掌子面圍巖保持穩(wěn)定，為大型機(jī)械設(shè)備提供作業(yè)空間的同時(shí)，節(jié)省支護(hù)作業(yè)時(shí)間，確保掌子面附近作業(yè)人員的安全，達(dá)到安全、快速施工的目的。

結(jié)合近水平砂泥巖互層圍巖的結(jié)構(gòu)特征，隧道開挖后，水平巖層在拱頂?shù)牧菏叫?yīng)將減弱，在節(jié)理的影響下容易斷裂，同時(shí)受開挖輪廓線的切割，極易形成拱頂?shù)魤K甚至坍塌，因此“超長(zhǎng)自進(jìn)式錨桿群”充分發(fā)揮了支撐圍巖、加固圍巖及“組合梁”“懸吊”的作用。

“超長(zhǎng)自進(jìn)式錨桿群”主要采用大傾角（10～15°）和小傾角（5～10°）相結(jié)合的方式交錯(cuò)打設(shè)8mφ51自進(jìn)式錨桿，為確保施工過(guò)程中“兩炮一支護(hù)”的安全，采用極限平衡法分析確定超前支護(hù)措施參數(shù)，引用掌子面穩(wěn)定系數(shù)K作為評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)，使用擬定的支護(hù)參數(shù)計(jì)算K，根據(jù)計(jì)算結(jié)果與掌子面設(shè)計(jì)穩(wěn)定系數(shù)[K]=1.15比較，判定超前支護(hù)措施是否滿足掌子面穩(wěn)定性要求。掌子面穩(wěn)定系數(shù)K按式（1）～式（5）計(jì)算：

式（1）～（5）中：K為掌子面穩(wěn)定系數(shù)；P1為掌子面錨桿支護(hù)合力（kN）；β1、β2、β3為與φ相關(guān)的系數(shù)；α1為自進(jìn)式錨桿支護(hù)下掌子面前方擾動(dòng)段豎向形變壓力折減系數(shù)；α2為掌子面預(yù)注漿加固后圍巖黏聚力增大系數(shù)；FW為掌子面滑移體自重（N）；FC為掌子面滑移面黏聚力合力（kN）；Fq為掌子面滑移體上方豎向形變壓力合力；θ0為掌子面破壞角（°），θ0=( )π/4+φ/2；φ為圍巖內(nèi)摩擦角，按規(guī)范選取；c為圍巖黏聚力；B為掌子面跨度；D為掌子面上臺(tái)階高度。

P1為掌子面自進(jìn)式錨桿支護(hù)合力，并按式（6）計(jì)算：

式（6）中：P1i為第i排掌子面錨桿支護(hù)合力（kN），按式（7）～式（12）計(jì)算：

式（7）～（12）中：mbi為第i排掌子面錨桿橫向排數(shù)；P11i為第一種破壞模式對(duì)應(yīng)的第i排錨桿錨固力（kN），P12i、P13i、P14i、P15i符號(hào)同理；db為掌子面錨桿直徑（m）；fb為掌子面自進(jìn)式錨桿抗拉強(qiáng)度（MPa）；lIi為第i排掌子面錨桿在非錨固區(qū)中的長(zhǎng)度（m）；ft為掌子面錨桿漿體抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值（MPa）；dh為掌子面錨桿鉆孔直徑（m）；λ為圍巖側(cè)壓力系數(shù)；α0為掌子面滑移體上方豎向變形壓力折減系數(shù)，可取1.0；q為圍巖壓力（Pa）；lIIi為第i排掌子面錨桿在錨固區(qū)中的長(zhǎng)度（m）。

在近水平砂泥巖互層圍巖情況下，α1、α2取值見表1和表2。

表1 φ51mm自進(jìn)式錨桿支護(hù)下掌子面前方擾動(dòng)段豎向形變壓力折減系數(shù)α1取值

表2 掌子面預(yù)注漿加固后圍巖黏聚力增大系數(shù)α2取值

通過(guò)以上計(jì)算分析，長(zhǎng)勝特長(zhǎng)隧道采取“兩炮一支護(hù)”工藝，每炮進(jìn)尺3m，完成開挖6m后再進(jìn)行支護(hù)作業(yè)，極大地縮短了作業(yè)時(shí)間。超前支護(hù)采用φ51自進(jìn)式錨桿，設(shè)計(jì)參數(shù)見表3。

表3 設(shè)計(jì)參數(shù)

3.2 自進(jìn)式錨桿施工方法

（1）利用紅外線全站儀放線出錨桿的具體位置，嚴(yán)格控制自進(jìn)式錨桿外插角度，并將錨桿鉆機(jī)準(zhǔn)備就緒。自進(jìn)式錨桿布置及構(gòu)造如圖1、圖2所示。

圖1 自進(jìn)式錨桿布置圖

圖2 自進(jìn)式錨桿構(gòu)造圖

（2）自進(jìn)式錨桿安裝：自進(jìn)式錨桿自帶合金鉆頭，因此施工過(guò)程中將自進(jìn)式錨桿安裝在錨桿鉆機(jī)上，自進(jìn)式錨桿分段長(zhǎng)度為4m，采用錨桿鉆機(jī)按放樣的點(diǎn)位進(jìn)行鉆孔，當(dāng)?shù)谝还?jié)自進(jìn)式錨桿鉆進(jìn)剩余50cm時(shí)，采用連接套安裝第二節(jié)自進(jìn)式錨桿（4m），安裝完成后繼續(xù)鉆進(jìn)直至設(shè)計(jì)長(zhǎng)度。

（3）注漿：將注漿接頭安裝在錨桿端部的旋轉(zhuǎn)裝置上，然后連接注漿管道，按照前期試驗(yàn)確定的漿液配比配置漿液，開始注漿，注漿量根據(jù)圍巖情況確定。

3.3 洞身開挖

結(jié)合“新奧法”的基本要求，在自進(jìn)式超前錨桿群的保護(hù)作用下采取“兩炮一支護(hù)”工藝，因此在開挖隧道時(shí)應(yīng)降低機(jī)械施工對(duì)周圍巖體的影響，確保周圍的巖體具有足夠的穩(wěn)定性，不會(huì)出現(xiàn)崩塌事故。所以，在鉆爆作業(yè)時(shí)應(yīng)使用光面爆破技術(shù)，結(jié)合水平砂泥巖互層巖層特性，采用公司自主研發(fā)的光面爆破設(shè)計(jì)軟件進(jìn)行爆破參數(shù)設(shè)計(jì)，結(jié)合勘察數(shù)據(jù)對(duì)爆破技術(shù)參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，從而達(dá)到最佳爆破效果。

鉆爆作業(yè)控制關(guān)鍵點(diǎn)：（1）炮孔的深度、直徑、間距必須符合設(shè)計(jì)要求；（2）掏槽眼的間距誤差、輔助眼的行距誤差、周邊眼在斷面輪廓線上的誤差均控制在5cm以內(nèi)，眼底的斷面輪廓線不得超過(guò)10cm；（3）鉆眼布設(shè)完成后，結(jié)合布置圖檢查鉆眼的質(zhì)量并形成完整的檢查記錄，對(duì)檢查不合格的炮眼應(yīng)返工處理；（4）裝藥之前將炮眼清理干凈，確保炮眼內(nèi)不存在泥漿、石屑等雜物，裝藥完成后對(duì)炮眼頂部做封堵處理，封堵的厚度不得低于20cm；（5）爆破作業(yè)之前，施工現(xiàn)場(chǎng)所有人員必須撤離至安全區(qū)域，爆破后由技術(shù)人員對(duì)洞內(nèi)的有害氣體進(jìn)行檢測(cè)，檢測(cè)合格才可以進(jìn)行后續(xù)施工[1-2]。

3.4 噴射混凝土施工

在爆破開挖后，拱頂下沉變形速率和水平收斂速率相對(duì)較大，雖然通過(guò)超前支護(hù)抑制了圍巖的變形，但為進(jìn)一步確保施工安全，必須在完成一炮開挖作業(yè)后及時(shí)封閉周邊圍巖；為縮短作業(yè)時(shí)間，初噴混凝土厚度不低于5cm，采用濕噴機(jī)械手作業(yè)，噴射混凝土采用強(qiáng)度等級(jí)不低于C30的噴射混凝土，8h、24h齡期強(qiáng)度達(dá)到10MPa、15MPa。

3.5 二襯及仰拱施工

（1）二次襯砌。當(dāng)圍巖與初期支護(hù)趨向于穩(wěn)定，達(dá)到設(shè)計(jì)要求后進(jìn)行二次襯砌施工，主洞二次襯砌模板臺(tái)車采用12m步履式二襯臺(tái)車，加寬帶襯砌施工使用10m步履式可伸縮襯砌臺(tái)車，所有襯砌臺(tái)車均加裝布料系統(tǒng)和電纜溝邊模。該設(shè)備的作業(yè)效率非常高，不但避免了傳統(tǒng)施工中加寬段臺(tái)車的二次裝拆，而且縮短了工期，確保了二襯混凝土的外觀質(zhì)量。

（2）仰拱施工。仰拱、先拱墻進(jìn)行二次襯砌時(shí)，在支護(hù)體系完成后立即開挖仰拱部分的土方并澆筑混凝土，促使初期支護(hù)在短時(shí)間實(shí)現(xiàn)閉合，為后續(xù)施工提供便捷[3]。由于水平砂泥巖互層最大的質(zhì)量通病是后期仰拱出現(xiàn)隆起現(xiàn)象，因此，在施工仰拱過(guò)程中一定要嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)要求進(jìn)行開挖，并在澆筑混凝土之前將隧道內(nèi)的雜物、積水清理干凈。超挖部分使用混凝土回填，澆筑過(guò)程中由中間向兩側(cè)進(jìn)行，確?；炷琳駬v密實(shí)。仰拱的單次施工長(zhǎng)度保持在6m，因渣土運(yùn)出與仰拱施工之間會(huì)相互干擾，為節(jié)省作業(yè)時(shí)間，施工使用20m的自行式仰拱棧橋，棧橋不但可以縱向移動(dòng)，還能橫向移動(dòng)。

3.6 機(jī)械化設(shè)備配套

為縮短工期，達(dá)到機(jī)械減人、機(jī)械化換人的目的，長(zhǎng)勝特長(zhǎng)隧道結(jié)合開挖斷面尺寸、圍巖特性等，優(yōu)化設(shè)備配置，大幅提升了隧道施工安全、效率和質(zhì)量。長(zhǎng)勝隧道機(jī)械化施工各工序主要裝備配置表見表4。

表4 長(zhǎng)勝隧道機(jī)械化施工各工序主要裝備配置表

4 施工效果

長(zhǎng)勝特長(zhǎng)隧道使用“超前預(yù)支護(hù)+光面爆破+早期噴射混凝土+機(jī)械配套施工”工藝具有良好的施工效果?；谑┕と藛T的數(shù)量來(lái)看，降低了掌子面施工人員的數(shù)量，同時(shí)降低了防水板施工人員的工作強(qiáng)度；基于施工環(huán)境來(lái)看，該施工模式可以改善隧道內(nèi)部的環(huán)境，降低施工過(guò)程中的噪聲量，不會(huì)對(duì)隧道內(nèi)部的環(huán)境造成污染，且能夠保證施工人員的個(gè)人安全；基于施工質(zhì)量層面來(lái)看，混凝土噴射機(jī)械手可以保證混凝土澆筑后的密度，施工質(zhì)量顯著提升。二次襯砌臺(tái)車可以實(shí)現(xiàn)帶膜注漿，避免出現(xiàn)拱頂空洞現(xiàn)象，保證施工質(zhì)量。

5 結(jié)語(yǔ)

特長(zhǎng)隧道施工是高速公路修建過(guò)程中面臨的施工難題之一，快速掘進(jìn)設(shè)備的出現(xiàn)能夠彌補(bǔ)現(xiàn)有的施工技術(shù)。本文對(duì)特長(zhǎng)隧道中采用的超前支護(hù)工藝、快速掘進(jìn)施工設(shè)備進(jìn)行分析，驗(yàn)證出這種快速施工技術(shù)具備良好的應(yīng)用效果，使3.5km隧道在10個(gè)月完成開挖，希望能為同類項(xiàng)目提供參考。