淺埋、偏壓小凈距隧道洞口穿越堆積體施工技術(shù)探討

許適

摘 要：通過隧道施工實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，分析淺埋、偏壓小凈距偏壓隧道穿越松散堆積體的施工技術(shù)及施工工藝，主要分析如何采取有效措施確保隧道進(jìn)洞施工安全，提出類似隧道的關(guān)鍵工序、施工方法、施工技術(shù)難點(diǎn)和重點(diǎn)等關(guān)鍵技術(shù)，對(duì)相關(guān)類似地質(zhì)條件的隧道等工程項(xiàng)目的應(yīng)用推廣提供參考經(jīng)驗(yàn)和理論依據(jù)。

關(guān)鍵詞：隧道工程；小凈距；淺埋、偏壓、堆積體

隨著高速公路發(fā)展迅速，逐漸向高海拔、高嚴(yán)寒地區(qū)拓展空間，而隧道工程是高原地區(qū)常見的工程建設(shè)項(xiàng)目之一。就高海拔、嚴(yán)寒地區(qū)隧道選址而言，高速公路選線時(shí)上、下行隧道往往受地形限制，使得兩相鄰隧道的最小凈距不能滿足設(shè)計(jì)規(guī)范的要求，而中夾巖柱寬度介于連拱隧道和雙線隧道之間的小凈距隧道因隧址要求及造價(jià)因素成為設(shè)計(jì)及施工的良好選擇。

曲奧隧道是在建臨合高速公路的一座小凈距隧道，雙洞中軸線間距為20.3m，隧道凈空為10.25*5m，中間巖柱凈寬為8～12m，洞內(nèi)單向縱坡，進(jìn)出口均采用端墻式洞門，屬于典型的雙線、雙洞、小凈距隧道。地質(zhì)勘察資料表明，隧址區(qū)屬峽谷山地地貌單元，洞口段為崩坡積碎石土，體積較大，基巖為三疊系板巖夾砂巖，局部為砂巖、板巖互層，節(jié)理、板理發(fā)育為切層剪節(jié)理，其將板巖、砂巖切割成大小不等菱形塊，造成圍巖破碎，洞線走向與巖層走向小角度相交，不利于圍巖穩(wěn)定。本文將以該隧道成功施工經(jīng)驗(yàn)為例，介紹淺埋、偏壓小凈距隧道洞口段穿越松散堆積體的施工過程，全面分析其施工工藝流程，提出其關(guān)鍵工序、施工方法、技術(shù)難點(diǎn)和重點(diǎn)。

1.洞口段半明半暗偏壓段套拱施工

洞口開挖遵循“早進(jìn)洞”原則，減少洞口仰坡擾動(dòng)，維持仰拱邊坡穩(wěn)定，及時(shí)以上至下施作防護(hù)，嚴(yán)禁高邊坡暴露，提早施作排水系統(tǒng)，保持邊坡穩(wěn)定。

曲奧隧道洞口段施工采用偏壓擋墻加套拱預(yù)支護(hù)的支護(hù)方式，隧道進(jìn)洞前先清除淺埋段地表植被及地表土。對(duì)淺埋段部分地表土體進(jìn)行清除的順序?yàn)樗淼罍\埋段與暗洞交界處向洞口端逐段清除，清除后及時(shí)進(jìn)行坡面噴錨防護(hù)；然后施作偏壓擋墻，偏壓擋墻與套拱同步施工，分兩步，先施工基礎(chǔ)、墻身、耳墻，然后施工套拱，一次分段施工至洞口端墻式洞門處，套拱一端與山體基巖采用R27自進(jìn)式中空注漿錨桿連接，另一端坐落在偏壓擋墻耳墻的根部位置。

偏壓擋墻及套拱施作完后畢后，立即對(duì)偏壓擋墻外側(cè)采取回填土并壓實(shí)的方式，來穩(wěn)定擋墻內(nèi)外側(cè)壓力，防止山體偏壓嚴(yán)重造成已施工的偏壓擋墻傾覆或者開裂，產(chǎn)生巨大安全隱患。

超前大管棚支護(hù)需跟進(jìn)施工，導(dǎo)向墻采用100cm厚C25砼，預(yù)埋Ф127mm壁厚4mm導(dǎo)向管，管棚采用Ф108mm壁厚6mm熱軋無縫鋼管分段制作為套管施工，機(jī)械連接方式，套在錨固鉆機(jī)鉆桿上隨偏心鉆頭與沖擊器的頂入同時(shí)頂入管棚套管。管棚注漿采用分段注漿方式，長(zhǎng)管棚鋼管環(huán)向間隔一根注漿，漿液采用水灰比1：1水泥漿。

具體施工過程：根據(jù)松散堆積體的地質(zhì)情況和40m長(zhǎng)管棚的技術(shù)要求，管棚鉆進(jìn)采取套管跟進(jìn)施工技術(shù)，選用性能優(yōu)良的錨固鉆機(jī)配合專用偏心鉆頭成孔工藝，套管與鉆頭通過管靴連接，施工超前管棚至設(shè)計(jì)深度后，稍微回轉(zhuǎn)鉆機(jī)，使偏心鉆頭偏心處回位，緩慢退出鉆桿及沖擊器，管棚逐根施工完畢。管棚注漿設(shè)備采用雙液漿機(jī)，在孔口處設(shè)置止?jié){閥。注漿壓力為0.5-1.0MPa，終壓力為2.0MPa。從兩邊向中間注漿，當(dāng)每孔壓力逐步升高到設(shè)計(jì)終壓并繼續(xù)注漿15min 以上，漿液注入量已達(dá)到計(jì)算值的80%以上，或全段所有注漿孔均已符合單孔結(jié)束條件，無漏注情況時(shí)，可以結(jié)束注漿。

2.洞身開挖及施工順序

2.1小凈距隧道V級(jí)圍巖施工開挖順序

通過現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查及地勘設(shè)計(jì)說明，曲奧隧道存在偏壓且圍巖破碎，隧道右線靠山體外側(cè)，埋深較淺，地質(zhì)較差，施工考慮優(yōu)先開挖隧道右洞，及時(shí)施工初期支護(hù)，仰拱及二襯閉合成環(huán)后再開挖隧道左洞施工。

小凈距隧道V級(jí)圍巖地質(zhì)較差，洞身開挖施工必須在超前支護(hù)（設(shè)計(jì)采用Ф42mm壁厚4mm的熱軋無縫鋼管加工而成的超前小導(dǎo)管做超前支護(hù)）施工完畢后，才能進(jìn)行洞身開挖施工。

洞身開挖施工過程中，應(yīng)嚴(yán)格按照“短進(jìn)尺、少擾動(dòng)、強(qiáng)支護(hù)、快加固、早成環(huán)、勤測(cè)量”的原則，根據(jù)隧道圍巖情況，上臺(tái)階采用環(huán)形開挖預(yù)留弧形核心土。開挖上臺(tái)階優(yōu)先選用人工配合機(jī)械開挖，局部配合小藥卷爆破的方式進(jìn)行開挖，不能進(jìn)行人工開挖的地段采取光面微震爆破的方式進(jìn)行短距離開挖，一次開挖距離不得超過1榀鋼拱架構(gòu)件的設(shè)計(jì)距離，左右幅禁止同時(shí)進(jìn)行爆破作業(yè)，并且爆破開挖時(shí)鉆進(jìn)的掏槽眼應(yīng)遠(yuǎn)離中加巖墻外150倍藥包半徑。采用微震爆破，控制先行洞爆破時(shí)最大臨界震動(dòng)速度v≤5cm/s，且施工過程中減少對(duì)兩洞之間的中加巖柱的擾動(dòng)。

小凈距隧道V級(jí)圍巖先行洞與后行洞掌子面距離應(yīng)控制在20m-60m，禁止<20m。預(yù)留弧形核心土的長(zhǎng)度不小于3m，一般控制在3～5m，上臺(tái)階至下臺(tái)階工作面距離5～10m。上臺(tái)階及時(shí)施工初期支護(hù)相關(guān)的支護(hù)構(gòu)件及加固措施和中加巖加固錨桿，確保施工安全。

2.2小凈距隧道Ⅳ級(jí)圍巖施工開挖順序

曲奧隧道Ⅳ圍巖采取上下臺(tái)階法開挖，但是后行洞XSIV圍巖上臺(tái)階開挖依然采取環(huán)向預(yù)留核心土的方式循環(huán)掘進(jìn)，下臺(tái)階落后于上臺(tái)階5～10m，上下臺(tái)階的初期支護(hù)施作必須緊跟開挖。右洞開挖斷面超前左洞開挖斷面控制在30～70m。下臺(tái)階的開挖優(yōu)先開挖臨近中加巖柱的一側(cè)，然后進(jìn)行下臺(tái)階初期支護(hù)，及時(shí)補(bǔ)打中加巖加強(qiáng)錨桿，確保中加巖柱的穩(wěn)定。

3.確保小凈距隧道中加巖柱的穩(wěn)定

洞口施工時(shí)，兩隧道中間巖柱坡口處原地面土體必須保留，以支檔坡面，保持自然坡的穩(wěn)定。

3.1中加巖柱注漿小導(dǎo)管

洞內(nèi)施工過程中，采取中加巖柱注漿小導(dǎo)管進(jìn)行預(yù)加固，小導(dǎo)管采用外徑42mm，壁厚4mm，長(zhǎng)5～6m的熱軋無縫鋼管加工而成，小導(dǎo)管15cm間隔梅花形布設(shè)8mm的注漿孔，并預(yù)留50cm的止?jié){段，小導(dǎo)管環(huán)向間距35～40cm，縱向間距150cm，外插角45°左右傾斜向隧道開挖方向，尾端支撐于鋼架之上，注漿漿液擴(kuò)散半徑一般按75～100cm控制。

3.2中加巖柱錨桿支護(hù)

洞身開挖后，中加巖柱地段增設(shè)中加巖加強(qiáng)錨桿，加強(qiáng)錨桿采用R25自進(jìn)式中空注漿錨桿，錨桿長(zhǎng)度4.5m，間距0.75m*1m，每環(huán)6根，自起拱線開始向上梅花形布設(shè)，錨桿垂直于巖面。錨桿注漿漿液水灰比0.43～0.5，強(qiáng)度不小于M20。

4.初期支護(hù)

根據(jù)新奧法施工的核心內(nèi)容要求，小凈距隧道初期支護(hù)采取架立I20型鋼，錨、網(wǎng)、噴聯(lián)合支護(hù)的方式。初噴緊跟開挖面并封閉開挖面，避免圍巖長(zhǎng)時(shí)間暴露風(fēng)化，防止圍巖短期內(nèi)松弛出現(xiàn)塌方危險(xiǎn)。噴射砼分層復(fù)噴至設(shè)計(jì)厚度厚度，且噴射混凝土強(qiáng)度必須達(dá)到8.0MPa以上才能進(jìn)行掌子面的開挖施工。上下臺(tái)階初期支護(hù)應(yīng)及時(shí)與初支仰拱、二襯仰拱閉合成環(huán)，確保施工安全。

5.結(jié)束語

曲奧隧道施工過程中避免了地表注漿，減少防護(hù)工程數(shù)量，同時(shí)確保了隧道施工過程中的施工安全和結(jié)構(gòu)安全。總結(jié)有下面幾點(diǎn)體會(huì)：

（1）淺埋、偏壓小凈距隧道施工的核心是如何確保偏壓段內(nèi)外壓力平衡，施工需圍繞抗偏壓的核心來確定施工方案；

（2）對(duì)于隧道穿越堆積體而言，隧道施工應(yīng)注意環(huán)保，盡可能“零擾動(dòng)”進(jìn)洞施工，避免“大開挖”施工，半明半暗抗壓設(shè)計(jì)理念便是為了確保隧道洞口圍巖穩(wěn)定；

（3）小凈距隧道中加巖厚度較薄，承受應(yīng)力較為集中，施工過程應(yīng)優(yōu)先加固中加巖，減少對(duì)中加巖的擾動(dòng)，特別是控制爆破震動(dòng)影響，圍巖的穩(wěn)定性是小凈距隧道控制施工的核心要素；

（4）小凈距隧道施工要特別重視施工工序的銜接，關(guān)注隧道周邊圍巖的穩(wěn)定性，揣摩設(shè)計(jì)理念，合理的制定專項(xiàng)施工方案，確保隧道施工安全及結(jié)構(gòu)安全。