竇晨陽(yáng)

（中交建冀交高速公路投資發(fā)展有限公司，河北唐山 063000）

1 引言

長(zhǎng)期以來(lái)，隧道施工存在斷面大、工程量多、現(xiàn)場(chǎng)條件復(fù)雜等特征，國(guó)外學(xué)者以分離式長(zhǎng)隧道為研究主體，采用先拱后墻法部署主洞開(kāi)挖方案， 配合松動(dòng)爆破工法減輕對(duì)中隔墻及隧道拱部的沖擊[1]。 國(guó)內(nèi)多采用明挖法執(zhí)行隧道開(kāi)挖作業(yè)，但在實(shí)際施工環(huán)節(jié)可能使邊仰坡偏高，易引發(fā)洞口失穩(wěn)問(wèn)題，對(duì)隧道開(kāi)挖方案的編制提出了更高的要求[2]。 基于此，本文擬結(jié)合隧道工程實(shí)例探討軟弱圍巖、復(fù)雜地基等工程條件下的最優(yōu)開(kāi)挖及支護(hù)方案，為隧道施工方案編制與現(xiàn)場(chǎng)管理提供指導(dǎo)。

2 項(xiàng)目實(shí)例

2.1 工程概況

某高速公路項(xiàng)目， 施工地點(diǎn)位于秦皇島市撫寧區(qū)大新寨鎮(zhèn)， 路基起止樁號(hào)為K123+977/ZK124+072~K131+629.5/ZK131+619， 建安費(fèi)預(yù)算為125 億元。 高速公路設(shè)計(jì)速度為100 km/h，總長(zhǎng)度為7.828 km，采用六車道形式設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)荷載等級(jí)為Ⅰ級(jí)，地震動(dòng)峰值加速度系數(shù)為0.05~0.10g。 在研究標(biāo)段內(nèi)含有一條特長(zhǎng)隧道，屬重點(diǎn)控制性工程。 隧道左線長(zhǎng)5 342 m、右線長(zhǎng)5 386 m，主洞凈寬度為14.75 m，凈高5.0 m，分為總體及裝飾裝修、洞口工程、洞身開(kāi)挖、洞身襯砌、防排水、路面、輔助通道等分部工程。

2.2 水文地質(zhì)條件

隧道施工區(qū)域?qū)贅?gòu)造剝蝕中低山地地貌，山坡連續(xù)迭起，自然坡度較陡，邊坡切割較深。 線路段最高、最低標(biāo)高分別為689.5 m 和197.5 m，相對(duì)高差為492.0 m。 進(jìn)洞口為緩坡地貌，坡度為10°~15°，其余區(qū)域?yàn)樵綆X段；出洞口為較緩坡地貌，坡度為15°~20°。 區(qū)內(nèi)地下水類型包含松散巖類孔隙水、碳酸巖類裂隙巖溶水與基巖裂隙水，以降水為河流主要補(bǔ)給源，占據(jù)全年徑流量的80%。 綜合地形地貌與水文條件，該項(xiàng)目具有工期緊、斷面大、施工難度高、地質(zhì)條件復(fù)雜等特征，施工安全風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)較高。

3 分離式隧道開(kāi)挖與支護(hù)施工技術(shù)

3.1 隧道開(kāi)挖施工技術(shù)

根據(jù)項(xiàng)目現(xiàn)場(chǎng)情況， 基于新奧法原理編制隧道施工方案（其工藝流程見(jiàn)圖1），采用復(fù)合式襯砌結(jié)構(gòu)，在洞口段選用超前大管棚+ 小導(dǎo)管作為超前支護(hù)， 洞身為型鋼拱架+ 鋼格柵+ 超前小導(dǎo)管支護(hù)結(jié)構(gòu)，配合錨、網(wǎng)、噴混凝土作為初期支護(hù)手段。 按照隧道開(kāi)挖方案設(shè)計(jì)，安排施工人員沿隧道進(jìn)、出口兩端同時(shí)掘進(jìn)，左、右兩洞均保持30~50 m 距離錯(cuò)開(kāi)掘進(jìn)，嚴(yán)格控制施工步距， 并通過(guò)超前地質(zhì)預(yù)報(bào)與監(jiān)控量測(cè)實(shí)現(xiàn)對(duì)圍巖變形的準(zhǔn)確判斷[3]。

圖1 隧道施工工藝流程圖

3.2 隧道支護(hù)施工技術(shù)

以洞口段支護(hù)作業(yè)為例， 該項(xiàng)目在洞口段采用超前大管棚+ 小導(dǎo)管施工技術(shù)方案，其施工流程及技術(shù)要點(diǎn)如下。

3.2.1 超前大管棚施工

1）明洞開(kāi)挖。 針對(duì)明洞工程洞口段采用上臺(tái)階環(huán)形開(kāi)挖作業(yè)法，待開(kāi)挖結(jié)束后安排施工人員清理仰坡表面分布的危石，參考設(shè)計(jì)文件對(duì)邊仰坡執(zhí)行錨噴支護(hù)作業(yè)，并預(yù)留作業(yè)平臺(tái)。 在鋼架混凝土套拱制作環(huán)節(jié)，選用C30 混凝土澆筑成長(zhǎng)2 m、厚75 cm 的混凝土套拱，在混凝土套拱內(nèi)埋設(shè)4 榀I20 b工字鋼拱架，按測(cè)放位置安裝導(dǎo)向鋼管，并選用HRB400 鋼筋以雙面焊接形式分別與拱架、 導(dǎo)向管連接， 確保焊縫長(zhǎng)度≥11 cm；對(duì)于未安裝套管部位，選用HRB400 連接筋以1 m 間距沿環(huán)向連接。

2）管棚定位。 考慮到鉆進(jìn)過(guò)程中可能使孔位下垂，擬沿鋼管設(shè)計(jì)方向偏1°左右確定鉆孔方向與傾角度數(shù)， 并完成孔口位置定位。

3）鉆孔施工。 選用RPD-150C6 型鉆機(jī)沿導(dǎo)向管安裝方向以低速低壓鉆進(jìn)，先完成奇數(shù)孔位管棚的鉆進(jìn)作業(yè)，在鉆進(jìn)過(guò)程中嚴(yán)格控制鉆孔作業(yè)，完成一孔位開(kāi)鉆后及時(shí)頂進(jìn)鋼管，待完成奇數(shù)孔位注漿后再開(kāi)始偶數(shù)孔位施工， 并注意檢查注漿效果，使終孔的管棚上一節(jié)段偏移量控制在20 cm 內(nèi)，保證鉆孔深度與質(zhì)量均滿足施工要求。

4）鋼管推進(jìn)。 待鉆孔結(jié)束后執(zhí)行掃孔作業(yè)，保證孔內(nèi)清潔、無(wú)雜物，準(zhǔn)備開(kāi)始鋼管安裝。 選用φ108 mm×6 mm 無(wú)縫鋼管作為施工材料，沿隧道垂直方向安裝鋼管，按奇、偶數(shù)孔分別選用長(zhǎng)3 m 和6 m 的鋼管， 利用絲扣完成各節(jié)管之間的連接，將相同斷面的接頭數(shù)量控制在1/2 以內(nèi)，且相鄰鋼管之間的接頭至少應(yīng)錯(cuò)開(kāi)1 m。 在淺孔施工段，由人工方式將鋼管向前推進(jìn)；在深孔施工段，改用機(jī)械形式將鋼管頂進(jìn)。 待鋼管就位后，選用棉紗等材料完成管縫填充處理，將管道固定。

5）注漿作業(yè)。 按設(shè)計(jì)水灰比1∶1 制備純水泥漿，在正式施工前預(yù)先完成注漿實(shí)驗(yàn)，待確認(rèn)漿液質(zhì)量合格后，利用注漿機(jī)以初壓0.5~1.0 MPa、終壓2.0 MPa 向?qū)Ч軆?nèi)注漿，完成注漿作業(yè)。

3.2.2 超前小導(dǎo)管施工

1）導(dǎo)管選材。選用φ50 mm×5 mm 熱軋無(wú)縫鋼管作為導(dǎo)管材料，導(dǎo)管長(zhǎng)度為4.5 m，環(huán)向布設(shè)間距為35~40 cm，縱向搭接長(zhǎng)度≥1 m， 沿拱部120°角范圍內(nèi)以10°~15°外插角布設(shè)雙層超前小導(dǎo)管。

2）小導(dǎo)管加工。 采用工廠預(yù)制方式制作超前小導(dǎo)管，導(dǎo)管前端呈錐形， 沿管壁以15 cm 為間距開(kāi)設(shè)若干φ8 mm 注漿孔，在尾部焊接φ6 mm 加勁箍，制成鋼花管。

3）導(dǎo)管安裝。 基于雙層結(jié)構(gòu)制作超前小導(dǎo)管，先以10°~15°外傾角將首層小導(dǎo)管打入圍巖內(nèi)， 沿環(huán)向?qū)⑿?dǎo)管布設(shè)間距控制在約40 cm；再以25°~35°將第二層小導(dǎo)管打至圍巖內(nèi)，使兩層導(dǎo)管沿縱向、環(huán)向分別錯(cuò)開(kāi)150 cm 和20 cm 距離。 由施工人員現(xiàn)場(chǎng)利用風(fēng)槍在型鋼架表面鉆出若干錨桿孔， 將超前小導(dǎo)管鋼架頂部居中打入鉆孔， 使導(dǎo)管外露長(zhǎng)度恰好支撐在后部鋼架處，借此在小導(dǎo)管與鋼架之間形成預(yù)支護(hù)結(jié)構(gòu)體系。

4）注漿作業(yè)。 按設(shè)計(jì)水灰比1∶1 制備水泥砂漿，每完成一層超前小導(dǎo)管施工后，以0.5~1.0 MPa 的注漿壓力向鉆孔內(nèi)注漿，待滿足設(shè)計(jì)注漿量條件后，停止注漿作業(yè)。 當(dāng)測(cè)得管內(nèi)泥漿達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的75%后，開(kāi)始掌子面試挖作業(yè)，確認(rèn)未見(jiàn)滲水等質(zhì)量問(wèn)題方可正式開(kāi)挖拱部，并落實(shí)初噴及鋼架安裝。

3.3 隧道開(kāi)挖施工技術(shù)

該項(xiàng)目中針對(duì)Ⅳ級(jí)圍巖段引入CD 法施工方案， 其施工技術(shù)要點(diǎn)如下。

1）初期支護(hù)。 待開(kāi)挖先行導(dǎo)坑后，及時(shí)噴射混凝土，實(shí)行軟弱圍巖的封閉處理，并架設(shè)鋼架，做好臨時(shí)支護(hù)結(jié)構(gòu)。

2）噴錨混凝土施工。 采用濕噴法將水泥、砂石等材料按設(shè)計(jì)配合比拌和后， 利用混凝土罐車運(yùn)送至施工現(xiàn)場(chǎng)執(zhí)行噴射作業(yè)，將混凝土噴射頻次控制在3~5 次，單次噴射時(shí)間不超過(guò)20 min。 隨后設(shè)立鋼支撐結(jié)構(gòu)，做好間隙充填。 接下來(lái)采用鑿巖機(jī)執(zhí)行鉆孔作業(yè)，將組裝后的錨桿送入孔內(nèi)至設(shè)計(jì)深度，并擰緊螺母，灌注水泥砂漿。

3）導(dǎo)坑開(kāi)挖。 沿噴射混凝土的另一側(cè)執(zhí)行開(kāi)挖作業(yè)，將兩側(cè)導(dǎo)坑開(kāi)挖作業(yè)面的上臺(tái)階部位錯(cuò)開(kāi)20 m 距離，現(xiàn)場(chǎng)開(kāi)挖形成全斷面，落實(shí)初期支護(hù)閉合作業(yè)。

4）仰拱施工。 在完成初期支護(hù)結(jié)構(gòu)施工的基礎(chǔ)上，以3 m 為間隔開(kāi)展仰拱施工，按左、右半幅分別填充至15 m 深度，并拆除臨時(shí)支護(hù)結(jié)構(gòu)，按由中部向兩側(cè)的順序完成仰拱混凝土澆筑。

5）二次襯砌作業(yè)。 逐段拆除中隔壁與臨時(shí)支撐結(jié)構(gòu)后，采用液壓襯砌臺(tái)車執(zhí)行全斷面混凝土澆筑作業(yè)， 并選用插入式振搗棒對(duì)混凝土澆筑部位執(zhí)行分區(qū)振搗， 保證混凝土密實(shí)度達(dá)標(biāo)，落實(shí)后期養(yǎng)護(hù)作業(yè)。

4 施工質(zhì)量控制要點(diǎn)及現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)

4.1 質(zhì)量控制難點(diǎn)與措施

由于隧道埋深約500 m 區(qū)域處洞室圍巖為花崗巖， 地應(yīng)力較高，地質(zhì)勘察報(bào)告顯示局部可能存在Ⅰ級(jí)、Ⅱ級(jí)巖爆的可能性。 為預(yù)防施工安全事故的發(fā)生，該項(xiàng)目中采用隧道分段質(zhì)量控制措施：針對(duì)可能存在輕微巖爆區(qū)域，采用全斷面開(kāi)挖+光面爆破施工工藝，將循環(huán)進(jìn)尺控制在2~3 m，配合掛網(wǎng)噴錨支護(hù)結(jié)構(gòu)； 針對(duì)可能存在中等巖爆區(qū)域， 采用臺(tái)階法開(kāi)挖方案，在掌子面、洞壁處適時(shí)灑水，并利用超前鉆孔工藝釋放應(yīng)力。 同時(shí)，在施工過(guò)程中選取初期鋼拱架與二次襯砌之間增設(shè)EVA 泡沫減震材料，減少開(kāi)挖過(guò)程中對(duì)已施工結(jié)構(gòu)的擾動(dòng)，發(fā)揮對(duì)剛性結(jié)構(gòu)的保護(hù)作用。

4.2 現(xiàn)場(chǎng)質(zhì)量監(jiān)測(cè)結(jié)果

在該項(xiàng)目中采用萊卡全站儀、DSZ2 蘇一光水準(zhǔn)儀、收斂計(jì)等儀器設(shè)備實(shí)行隧洞施工監(jiān)測(cè)，其中，在周邊收斂監(jiān)測(cè)中，每間隔5~50 m 布設(shè)1 個(gè)斷面，各斷面布設(shè)2~4 對(duì)測(cè)點(diǎn)，落實(shí)對(duì)洞身位移、收斂與斷面變形情況的量測(cè)；在拱頂下沉監(jiān)測(cè)中，同樣以5~50 m 間隔布設(shè)斷面， 利用水準(zhǔn)儀等工具量測(cè)隧道拱頂下沉量。 以CD 法開(kāi)挖段為例，其斷面測(cè)點(diǎn)布設(shè)情況如圖3 所示。

圖3 CD法開(kāi)挖測(cè)點(diǎn)布置示意圖

觀察監(jiān)測(cè)斷面的周邊收斂情況可知， 洞身的水平收斂基本不超過(guò)1 mm， 在7~10 d 掌子面推進(jìn)22~30 m 后進(jìn)入穩(wěn)定狀態(tài)。 觀察監(jiān)測(cè)斷面的拱頂下沉情況可知，左、右洞的平均下沉量分別為14.9 mm 和21.5 mm， 說(shuō)明在施工過(guò)程中對(duì)隧道右洞產(chǎn)生一定偏壓，洞口段拱頂下沉量最大值約為34 mm，且在錨噴支護(hù)15 d 掌子面推進(jìn)33~34 m 處于穩(wěn)定狀態(tài)，符合質(zhì)量控制要求。

5 結(jié)語(yǔ)

結(jié)合隧道施工項(xiàng)目實(shí)例， 圍繞隧道支護(hù)與開(kāi)挖作業(yè)梳理施工技術(shù)要點(diǎn)， 采用全斷面法與臺(tái)階法兩種施工方案強(qiáng)化對(duì)局部可能發(fā)生巖爆區(qū)域的分段治理， 并現(xiàn)場(chǎng)布設(shè)測(cè)點(diǎn)落實(shí)對(duì)隧道斷面周邊收斂及拱頂下沉情況的動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)， 實(shí)現(xiàn)對(duì)隧道施工質(zhì)量的有效控制，最終使該項(xiàng)目簡(jiǎn)化施工工序、減少冗余支護(hù)結(jié)構(gòu)、節(jié)約人工與耗材使用、降低施工造價(jià)與工期，施工效益顯著。 未來(lái)還需結(jié)合隧道結(jié)構(gòu)形式與場(chǎng)地構(gòu)造條件，引入無(wú)中導(dǎo)洞連拱隧道等新型施工方案， 并完善施工質(zhì)量控制措施編制，為同類隧道施工管理工作提供良好示范經(jīng)驗(yàn)。