小凈距隧道施工與優(yōu)化

李志剛，林秀桂

（上海市政工程設計研究總院（集團）有限公司，上海市 200092）

1 工程概述

烏魯木齊外環(huán)改建擴容工程線路以隧道型式穿越蜘蛛山，新建隧道為其關鍵控制節(jié)點之一。新建蜘蛛山隧道隧址位于現(xiàn)狀外環(huán)線既有蜘蛛山隧道外側，且線位與其平行布置，水平向凈距14.6～31.2 m，豎向距離較近，依據(jù)《公路隧道設計規(guī)范》（JTG D70-2004），新建蜘蛛山隧道與既有蜘蛛山隧道為小凈距隧道。新建蜘蛛山隧道與既有蜘蛛山隧道均為分離式雙向4車道隧道。

由于蜘蛛山總體地形中間低兩端高，新建蜘蛛山隧道共包含4條短隧道：左線Z1K1+050～Z1K1++180（130m）、Z1K1+625～Z1K1+880（255m），右線Z2K1+027～Z2K1+185（158m） 、 Z2K1+655～Z2K1+875（220m），隧道全長763m。

隧道所處地貌單元為低山，地表水與地下水均不發(fā)育，地下水對隧道的影響程度不大。隧址區(qū)未發(fā)現(xiàn)滑坡、泥石流等不良地質(zhì)作用。隧道圍巖節(jié)理裂隙較為發(fā)育，巖體較為破碎，隧道穿越區(qū)域為Ⅴ級圍巖。

2 隧道施工工法優(yōu)化

2.1 原設計施工工法

新建蜘蛛山隧道與既有蜘蛛山隧道均為分離式2車道山嶺隧道。新建隧道開挖輪廓凈寬11.52 m，凈高9.835 m，開挖面積92.2 m2，可供選擇的隧道施工工法主要有全斷面法、臺階法、CD法等工法。

新建隧道圍巖級別為Ⅴ級，較合理的施工工法為臺階法或多臺階法，但考慮到新建隧道下方為正常運營的既有隧道，避免新建隧道施工對既有隧道結構安全和正常運營的不利影響，因此，新建蜘蛛山隧道的施工工法采用CD法。

新建蜘蛛山隧道支護參數(shù)見表1，支護斷面圖見圖1。

表1 隧道支護參數(shù)表

圖1 隧道支護圖

2.2 存在的問題

隧道洞口段按原設計施工工法進行施工，新建隧道圍巖和支護情況良好、變形可控，既有隧道振速基本滿足設計提出的容許振速標準，但施工進度緩慢，暴露了一些問題：

（1）隧道開挖揭示的圍巖情況與地勘報告基本一致，但是隧道斷面內(nèi)圍巖主要表現(xiàn)為上部軟下部硬，上部為全風化基巖，遇水軟化，可免爆開挖，下部為強風化基巖，圍巖強度高，需要爆破施工，臨時支護與初期支護為不對稱支護結構，爆破施工渣石沖擊對其支護穩(wěn)定的不利影響較大；

（2）中隔壁為臨時支護，正洞初期支護成環(huán)后，需要爆破拆除，施工工期長，而且施工空間較小，影響了其它工序施工。

2.3 試驗段方案

針對現(xiàn)有施工工法存在的問題，對施工工法進行優(yōu)化調(diào)整，V級圍巖隧道中采用臺階法施工，已有多個工程案例取得成功，因此暫定將CD法調(diào)整為臺階法，見圖2。

圖2 CD法現(xiàn)場施工情況

臺階法取消了原有CD法的中隔壁臨時支護及其系統(tǒng)錨桿等，隧道斷面施工步驟仍為6步，但開挖區(qū)域重新調(diào)整，為確保隧道開挖安全，原則上調(diào)整后的每個施工步開挖面積基本與原設計一致，臺階法設計見圖3。

圖3 臺階法設計圖

為確保工程安全，需對臺階法施工進行驗證，因此在掌子面前方20 m范圍內(nèi)進行臺階法試驗段施工。

2.4 試驗段監(jiān)測情況與結論

為掌握試驗段施工時的圍巖變形、隧道支護和襯砌情況，對試驗段附近的新建隧道和既有隧道進行施工全過程的監(jiān)控量測。

新建蜘蛛山隧道監(jiān)測情況：拱頂下沉位移2～3 cm，洞周收斂均小于2 cm，且基本上在開挖后5 d內(nèi)變形趨于穩(wěn)定。

既有隧道監(jiān)測情況：拱頂下沉和洞周收斂變形無變化；隧道二襯表面裂縫無開展；隧道二襯振速均在1 cm/s，滿足設計要求。

試驗段監(jiān)測數(shù)據(jù)表明，臺階法能確保新建隧道和既有隧道安全，由于取消中隔壁臨時支護，節(jié)省了投資，降低工程造價，而且試驗段采用臺階法后每天進尺1.6 m，較CD法施工效率提高1倍，因此，新建蜘蛛山隧道其余范圍內(nèi)均采用臺階法施工。

3 出洞口超前支護優(yōu)化

3.1 原設計出洞口超前支護設計

蜘蛛山隧道出洞口覆蓋層為礫石層、含礫砂土和全風化基巖，埋深較淺，圍巖級別為V級。

隧道洞口段初期支護和二襯見圖1，為確保洞口整體穩(wěn)定性，保證安全順利進出洞，在洞口段40 m范圍內(nèi)超前支護均采用大管棚，大管棚主要施工參數(shù)為：規(guī)格為φ108×6 mm熱軋無縫鋼管，環(huán)向間距35 cm，沿拱頂120°范圍內(nèi)布設，外插角5°，實際鉆孔方向應較設計方向上偏1.5°，鋼管四周設置φ12注漿孔，間距15 cm，梅花形布置，注漿終止壓力2.0 MPa，水灰比1:1，水泥采用42.5級普通硅酸鹽水泥。

3.2 存在的問題

由于隧道不長，蜘蛛山隧道均采用單向掘進施工。左線Z1K1+625～Z1K1+880（255m）和右線Z2K1+655～Z2K1+875（220m）進出洞口地形較為平緩，而左線Z1K1+050～Z1K1+180（130m）和右線Z2K1+027～Z2K1+185（158m）出洞口直接與橋梁結構銜接，出洞口距離地面約25m，且地勢較為陡峭（見圖4），大管棚施工較為困難，風險大，同時出洞口覆蓋層為礫石層、含礫砂土和全風化基巖，整體結構穩(wěn)定性較弱，覆蓋層淺，在無超前大管棚下進行該進口40 m段施工，存在安全隱患，因此，需要對超前支護型式進行優(yōu)化調(diào)整。

3.3 超前支護優(yōu)化調(diào)整

隧道出洞口地勢陡峭，無法自出洞口施作超前大管棚，因此對原設計進行優(yōu)化，調(diào)整為在隧道內(nèi)部進行出洞口的超前支護。

山嶺隧道洞內(nèi)施作超前支護，可供選擇的類型主要有：大管棚、注漿小導管。

洞內(nèi)施工超前大管棚，需要擴挖隧道斷面，設置大管棚工作室，大管棚單節(jié)長度4～6 m，傾角小，工作室縱向長度需要5～7 m，大管棚超前支護強度高，對洞口段整體穩(wěn)定性好，但施工難度大、技術要求高，施工工期長，造價也高；注漿小導管單循環(huán)施工周期短，施工難度較小，小導管縱向間距還可根據(jù)揭露圍巖情況進行調(diào)整，節(jié)省投資。

小尖山隧道洞口覆蓋層為粉質(zhì)私土及千枚狀全風化粉砂巖，洞口段20 m范圍設置φ50雙層超前小導管，長5 m，縱向間距30 cm，搭接不小于1.5 m；飛鸞2號隧道為3車道公路隧道，洞口殘坡積覆蓋層薄，巖體直接出露且整體性較好，采取左洞單向貫通，出洞口15 m范圍內(nèi)采用φ50注漿小導管超前支護，縱向間距2.8 m，環(huán)向間距50 cm。

結合已建工程案例，并綜合分析，確定出洞口40 m范圍內(nèi)超前支護采用注漿小導管。右線和左線進洞口30 m范圍（Z1K1+060～Z1K1+090，Z2K1+037～Z2K1+067）內(nèi)，超前小導管采用Φ50×4.0無縫鋼管，長度為4.5 m，縱向間距1.8 m，環(huán)向間距0.3 m，初期支護鋼拱架規(guī)格仍采用I18型鋼，間距加密，由原設計80 cm調(diào)整為60 cm，鎖腳錨桿間距和系統(tǒng)錨桿間距相應調(diào)整；右線和左線進洞口段其余10 m范圍（Z1K1+090～Z1K1+100，Z2K1+067～Z2K1+077）內(nèi)，超前小導管采用Φ50×4.0，長度為4.0m，縱向間距1.6m，環(huán)向間距0.3m，鋼拱架規(guī)格和間距不變。

超前注漿小導管施工參數(shù)：規(guī)格為φ50×4 mm熱軋無縫鋼管，沿拱頂140°范圍內(nèi)布設，外插角15°～25°，鋼管四周設置φ8注漿孔，間距10～15 cm，梅花型布置，注漿終止壓力1.0～2.0 MPa，水灰比1:1，水泥采用42.5級普通硅酸鹽水泥。

同時由于上臺階覆蓋層薄圍巖穩(wěn)定性差，上臺階鎖腳錨桿由4φ22砂漿錨桿調(diào)整為4φ50×4.0注漿小導管（長度3.5m）。

3.4 監(jiān)測情況

由于出洞口取消超前大管棚，改為采用洞內(nèi)小導管單向出洞施工，為確保施工過程中安全順利開展，在施工過程中，對出洞口邊坡位移、洞內(nèi)收斂和拱頂沉降等進行高頻率的監(jiān)控量測。

出洞口布設多個監(jiān)測斷面，監(jiān)測數(shù)據(jù)表明：新建隧道拱頂下沉和洞周收斂最大值均小于2 cm，隧洞開挖10 d內(nèi)均趨于收斂，新建隧道出洞口邊坡整體穩(wěn)定性好，邊坡位移小于1 cm，邊坡無裂縫，既有隧道洞口邊坡位移無變化，見圖5。

圖5 洞口段拱頂下沉和洞周收斂變化曲線圖

4 總結

（1）結合圍巖實際情況和施工困難，蜘蛛山隧道施工工法由CD法調(diào)整為多臺階法，工程實踐證明施工工法的調(diào)整是成功，工程安全順利實施，同時提高了施工效率，縮短了工期。

（2）隧道左線Z1K1+050和右線Z2K1+027出洞口陡峭，將出洞口40 m范圍的大管棚超前支護調(diào)整為洞內(nèi)注漿小導管超前支護，并依據(jù)“短進尺、勤量測、強支護”的設計和施工原則，實現(xiàn)了隧道的單向順利貫通。

（3）基于現(xiàn)場實際情況，在確保工程安全的前提下，蜘蛛山隧道施工工法和出洞口超前支護進行優(yōu)化調(diào)整，提高了施工效率，蜘蛛山隧道順利提前單向貫通，也確保了既有隧道正常運營，對類似工程設計和施工具有一定參考意義。

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