潘向偉,申鐵軍

（1.山西路橋第四工程有限公司,山西 大同 037006; 2.山西路橋建設(shè)集團(tuán)有限公司,山西 太原 030006）

0 引言

云南省香格里拉至貴州都勻高速公路樂紅特長隧道位于云南省昭通市魯?shù)榭h，屬云南省目前第二長分離式高速公路隧道。主要工程量包含特長隧道1 座及3 座斜井。其中3#斜井全長565 m，主要作為后期右幅出口段通風(fēng)使用，其聯(lián)絡(luò)風(fēng)道排風(fēng)道設(shè)計(jì)長度為187.95 m，其縱坡設(shè)計(jì)為4%縱坡（18.25 m）接7.537%縱坡（118.6 m）接17.49%縱坡（46.1 m）接4%（5 m）縱坡。3#斜井排風(fēng)聯(lián)絡(luò)風(fēng)道底部與左線主洞頂部相交部位距離最近處不足10m，施工難點(diǎn)極大，該文深度分析該隧道的施工難點(diǎn)[1]，提出了若干項(xiàng)新的施工技術(shù)，通過理論數(shù)值模擬，各項(xiàng)技術(shù)相輔相成、相互聯(lián)系，該技術(shù)經(jīng)樂紅隧道尤其是3#斜井排風(fēng)聯(lián)絡(luò)道實(shí)踐應(yīng)用，效果良好[2]。

1 樂紅特長隧道地質(zhì)分析

隧道洞頂?shù)貙訛樗靥钔?、含碎石粉質(zhì)黏土、強(qiáng)風(fēng)化輝綠巖、中風(fēng)化輝綠巖、中風(fēng)化白云巖[3]。暗挖隧道洞室圍巖為中風(fēng)化白云巖，巖體節(jié)理裂隙較發(fā)育，巖體破碎～較破碎[4]，節(jié)理面張開狀，裂隙間有方解石充填[5]。中風(fēng)化白云巖單軸天然抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值60 MPa、中風(fēng)化輝綠巖單軸天然抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值60 MPa[6]，經(jīng)現(xiàn)場取樣檢測，硅質(zhì)白云巖抗壓強(qiáng)度80~120 MPa。

1.1 第四系上更新統(tǒng)沖積層（Q3pla）

（1）含角礫黏土[地層編號（3-2）]?；襼褐灰色，厚度1.8~25 m 不等，飽和，可塑~硬塑狀態(tài)，中壓縮性，局部含角礫，含量占5%~10%，角礫粒徑一般1~3 cm，最大6 cm。分布在堆積平原區(qū)[7]。

（2）粉質(zhì)黏土[地層編號（3-1）]。硬塑狀態(tài)，中壓縮性，含氧化鐵，無搖振反應(yīng)，干強(qiáng)度高，韌性高[8]。

1.2 第四系更新統(tǒng)殘坡積層（Q2eld）

含碎石黏土[地層編號（4-1）]。棕紅色~褐紅色，層厚1.5~7.5 m，一般10%~30%，粒徑一般在0.5~3 cm 間，個(gè)別大于6 cm。分布在丘陵區(qū)斜坡、緩坡地帶和瓏崗區(qū)基巖頂部[4]。

1.3 二疊系中統(tǒng)茅口組（P2m）

（1）強(qiáng)風(fēng)化灰?guī)r[地層編號（5-1）]。巖體破碎，巖芯呈短柱狀，頂面高程1.6~1.8 m，厚度2~3 m[9]。

（2）弱風(fēng)化灰?guī)r[地層編號（5-2）]。青灰色，溶蝕裂隙不發(fā)育。取芯率約80%~95%，屬堅(jiān)硬巖[10]。

1.4 志留系中統(tǒng)墳組（S2f）

（1）強(qiáng)風(fēng)化粉砂質(zhì)泥巖[地層編號（6-1）]。

（2）灰~草黃色，厚度3~5 m，泥質(zhì)結(jié)構(gòu)。

2 斜撐+橫梁+弧形導(dǎo)坑挑頂施工+樹脂錨索托梁固定

采用弧形導(dǎo)坑法進(jìn)行挑頂開挖，能夠減少圍巖擾動，大大降低安全風(fēng)險(xiǎn)[11]；利用樹脂錨索固定托梁的中部，代替?zhèn)鹘y(tǒng)挑頂施工中豎向施工的錨管[12]，解決了傳統(tǒng)施工工藝中由于錨管注漿后強(qiáng)度增長緩慢[13]，影響主洞交叉口拱頂拱架施工進(jìn)度，導(dǎo)致拱頂支護(hù)不及時(shí)而發(fā)生坍塌、掉塊等安全問題[14]。

針對斜撐+橫梁+樹脂錨索進(jìn)行門架及托梁固定的方法進(jìn)行推廣；針對弧形導(dǎo)坑法從斜井過渡到正洞上臺階，實(shí)現(xiàn)一次性完成挑頂段拱頂開挖的效果進(jìn)行推廣[15]。采用斜撐+橫梁+樹脂錨索進(jìn)行托梁固定，由于樹脂錨索施工完成后約7 min 即可承載[16]，無需長時(shí)間養(yǎng)護(hù)，節(jié)約施工時(shí)間14 d，節(jié)約施工材料費(fèi)用8.6 萬元，節(jié)約人工、機(jī)械費(fèi)用11.4 萬元。見表1~2。

表1 材料費(fèi)用表

3 硬巖隧道非爆破超前導(dǎo)洞擴(kuò)挖施工技術(shù)

根據(jù)方案對隧道不同圍巖特性分別采用了半CD 法、CD法、臺階法、超前導(dǎo)洞擴(kuò)挖法，施工效率分別為28 m/月、40 m/月、45 m/月、54 m/月，采用超前導(dǎo)洞擴(kuò)挖法可實(shí)現(xiàn)掘進(jìn)機(jī)和破碎錘同時(shí)平行作業(yè)[17]，施工進(jìn)度較CD 法、半CD 法、臺階法分別提高了92.8%、35%、20%，有效節(jié)約成本949.4 萬元。實(shí)施此技術(shù)后較原方案工期提前了95 d，對項(xiàng)目按時(shí)履約起到良好的保障；同時(shí)在隧道硬巖非爆施工領(lǐng)域開辟了新的途徑[18]，受到了央視各大媒體的廣泛宣傳和群眾的一致好評。經(jīng)過推廣介紹其周邊隧道銑挖施工項(xiàng)目先后來現(xiàn)場借鑒交流施工經(jīng)驗(yàn)。見圖1。

圖1 非爆破超前導(dǎo)洞擴(kuò)挖

4 超前導(dǎo)洞擴(kuò)挖法技術(shù)

不同的施工順序可能會使建成后的圍巖應(yīng)力存在差異從而影響穩(wěn)定性。

首先，掌子面左側(cè)小導(dǎo)洞30 m2進(jìn)行銑挖施工，導(dǎo)洞長度控制在20 m 左右[19]；其次，掌子面右側(cè)30 m2先采用三臂鑿巖機(jī)鉆孔（孔距0.5 cm，孔深4 m，孔徑110 mm）[20]；再次，采用短臂挖掘機(jī)+塔式破碎錘開挖[21]；最后，右側(cè)破碎錘開挖后再用銑挖機(jī)修整輪廓線；臺階、仰拱、二襯施工與臺階法一致，不再贅述。見圖2。

圖2 超前導(dǎo)洞擴(kuò)挖法施工步距圖

5 軟弱圍巖的預(yù)加固三臺階施工技術(shù)

隧道洞身下穿軟弱圍巖淺埋段，穿越范圍地層含水率降低，起到超前止水和加固圍巖的效果，孔隙率減小，圍巖的穩(wěn)定性和承載力得到顯著改善和加強(qiáng)，土體更加密實(shí)，圍巖級別得到提高，相應(yīng)的洞內(nèi)開挖施工方法由雙側(cè)壁導(dǎo)坑法調(diào)整為三臺階施工，實(shí)現(xiàn)軟巖硬打。隧道開挖平均線性超挖控制在6~10 cm，較以往的爆破開挖平均線性超挖10~15 cm 有了顯著提高，減少超挖3 m3/延米，按照極軟弱圍巖102 m 計(jì)算，按照開挖單價(jià)75 元/m3，噴射混凝土按600 元/m3，節(jié)約直接成本約20.66 萬元。將原設(shè)計(jì)雙側(cè)壁導(dǎo)坑法變更為三臺階九步開挖法施工，減少了洞內(nèi)臨時(shí)支護(hù)，每延米節(jié)約I20 b 等鋼材620 kg、每延米節(jié)約噴射混凝土2.7 m3，鋼材按5.5 元/kg、噴射混凝土600 元/m3計(jì)，節(jié)約直接成本51.81 萬元。

旋噴樁開挖見圖3~4。

圖3 旋噴樁開挖輪廓線外

圖4 旋噴樁開挖輪廓線內(nèi)

6 斜井的聯(lián)絡(luò)風(fēng)道超小凈距跨正洞施工技術(shù)

（1）通過變更聯(lián)絡(luò)通道坡度，縮短聯(lián)絡(luò)通道7.54 m，聯(lián)絡(luò)通道每延米工程造價(jià)22 138.14 元，故降低工程造價(jià)：22 138.14×7.54=16.69 元。

（2）斜井聯(lián)絡(luò)通道二襯施工外觀質(zhì)量要求較低，項(xiàng)目結(jié)合聯(lián)絡(luò)通道斷面尺寸，決定采用木模完成斜井聯(lián)絡(luò)通道二襯施工。因此項(xiàng)目節(jié)約1 套聯(lián)絡(luò)通道二襯臺車，節(jié)約費(fèi)用：二襯臺車（60×7 400=44.4 萬元），安裝拆卸費(fèi)用=5.56萬元（人工費(fèi)3萬元（2×5×10×300）+機(jī)械費(fèi)2.56萬元（2×1 600×8））。累計(jì)節(jié)約：44.4+5.56=49.96 萬元。

（3）變更后斜井聯(lián)絡(luò)通道減少7.54 m，按每1 d 施工2 m 計(jì)算，可減少4 d 施工時(shí)間，每天人工、機(jī)械費(fèi)用按照30 000 元計(jì)算，可節(jié)約施工費(fèi)用：30 000×4=12 萬元。

（4）反挖段采用扒渣機(jī)進(jìn)行出渣，出渣效率較高，可節(jié)約出渣時(shí)間：21 h，減少窩工費(fèi)用6 萬元。

綜上：該施工方法可直接節(jié)約施工成本：16.69+49.96+12+6=84.65 萬元。

7 穿越軟硬交互地層的頂管靜爆預(yù)裂施工技術(shù)

通過靜爆預(yù)裂技術(shù)改造地層后，節(jié)省了前期刀盤優(yōu)化周期，除去進(jìn)場設(shè)備選型用時(shí)節(jié)省工期約20 d，避免了單一形式頂管機(jī)施工期間頻繁開倉維修刀盤或更換設(shè)備，節(jié)省人工費(fèi)用約30.1 萬元，節(jié)省設(shè)備、材料二次處理費(fèi)用約62.4 萬元。

8 結(jié)語

上述技術(shù)研究所形成的施工工藝、安全和質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)等技術(shù)成果可應(yīng)用到同類隧道施工的相關(guān)領(lǐng)域，可促進(jìn)隧道挑頂施工技術(shù)的發(fā)展，提供技術(shù)支撐。該技術(shù)施工周期短，能夠有效保障施工安全及質(zhì)量，同時(shí)降低施工成本，為今后類似結(jié)構(gòu)的建設(shè)與發(fā)展提供技術(shù)指導(dǎo)與參考。