環(huán)保、震區(qū)隧道“零開挖”進(jìn)洞施工技術(shù)探討

賈海龍，　張文新

(1.中鐵隧道集團(tuán)三處有限公司,廣東 深圳 518000；2.中鐵隧道集團(tuán)技術(shù)中心,河南 洛陽 471009)

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環(huán)保、震區(qū)隧道“零開挖”進(jìn)洞施工技術(shù)探討

賈海龍1，張文新2

(1.中鐵隧道集團(tuán)三處有限公司,廣東 深圳 518000；2.中鐵隧道集團(tuán)技術(shù)中心,河南 洛陽 471009)

摘要：受環(huán)境保護(hù)因素影響，在環(huán)保、震區(qū)進(jìn)行隧道洞口施工是首要難題。成蘭鐵路某隧道采用“零開挖”進(jìn)行隧道進(jìn)洞施工，通過隧道進(jìn)洞被動(dòng)防護(hù)、超前支護(hù)、減震爆破開挖，支護(hù)及時(shí)封閉成環(huán)等措施的應(yīng)用，有效保證了隧道進(jìn)洞施工的安全，提高進(jìn)洞施工效率，有效保護(hù)洞口周邊的環(huán)境，并推廣到其它隧道進(jìn)洞施工中，對(duì)后續(xù)類似工程條件下隧道進(jìn)洞施工積累了一定經(jīng)驗(yàn)。

關(guān)鍵詞：環(huán)保震區(qū)隧道;零開挖;進(jìn)洞施工

隧道施工期間的安全問題已成為當(dāng)今工程界關(guān)注的重點(diǎn)，尤其在環(huán)境保護(hù)區(qū)，受環(huán)境、地質(zhì)條件限制增加了施工難度，這就要求隧道施工中樹立施工與環(huán)境保護(hù)全面協(xié)調(diào)發(fā)展的全新思維方式，工程應(yīng)盡可能繞避穿越不良地質(zhì)，減少對(duì)工程帶來的次生災(zāi)害影響，以最大力度保護(hù)自然生態(tài)環(huán)境，實(shí)現(xiàn)可持續(xù)性發(fā)展。

隧道進(jìn)洞施工是隧道施工的首要關(guān)鍵環(huán)節(jié)，也是隧道施工的難題。隧道進(jìn)洞的設(shè)計(jì)與施工深受地形、地質(zhì)、氣象及隧道周邊環(huán)境等因素影響。通常隧道洞口段覆蓋較薄，常年受到風(fēng)雨冷熱等風(fēng)化侵蝕作用，地質(zhì)軟弱，不易形成壓力拱抵抗圍巖壓力；而且施工時(shí)邊坡與隧道的不穩(wěn)定現(xiàn)象相互影響，惡化施工條件加大施工難度。隨著隧道施工技術(shù)的發(fā)展，為了降低隧道進(jìn)洞開挖時(shí)對(duì)圍巖的擾動(dòng)，隧道進(jìn)洞施工出現(xiàn)多種支護(hù)方式：文獻(xiàn)[1]提出了加強(qiáng)超前支護(hù)護(hù)拱與初期支護(hù)間連接，并加強(qiáng)洞口段初期支護(hù)鋼拱架之間連接的淺埋隧道聯(lián)合支護(hù)進(jìn)洞方式；文獻(xiàn)[2]和文獻(xiàn)[3]介紹了超前雙層小導(dǎo)管支護(hù)隧道進(jìn)洞的具體施工工藝及施工中的注意事項(xiàng)；文獻(xiàn)[4]提出了淺埋偏壓、復(fù)雜地質(zhì)條件下采用明拱暗墻法進(jìn)洞施工技術(shù)，施工過程中采用超前長管棚注漿預(yù)加固、鋼拱架和噴混凝土作初期支護(hù)、分部開挖等技術(shù)措施，從而確保了隧道施工的安全；文獻(xiàn)[5]對(duì)隧道洞口采取的地表抗滑樁加固、地表注漿、偏壓處理、超前管棚支護(hù)、洞身開挖、初期支護(hù)及相應(yīng)的施工措施進(jìn)行了論述。

為了有效地控制隧道進(jìn)洞施工對(duì)周邊圍巖影響及洞口支護(hù)的沉降變形，本文結(jié)合成蘭鐵路某隧道洞口段工程實(shí)際，提出了“零開挖”進(jìn)洞方式，確保了隧道安全進(jìn)洞、快速達(dá)到施工條件。

1 工程概況

新建成蘭鐵路某隧道全長28.45 km，設(shè)置5個(gè)輔助施工坑道，隧道穿越岷山山系，是大熊貓等珍稀保護(hù)動(dòng)、植物重要分布區(qū)域和自然保護(hù)區(qū)的緩沖區(qū)及實(shí)驗(yàn)區(qū)，環(huán)境敏感點(diǎn)多，環(huán)保要求極高。洞口狀況見圖1。地質(zhì)條件復(fù)雜，工程風(fēng)險(xiǎn)高，施工難度大。工程地質(zhì)上呈現(xiàn)出典型的“四極三高”(即地形切割極為強(qiáng)烈、構(gòu)造條件極為復(fù)雜活躍、巖性條件極為軟弱破碎、汶川地震效應(yīng)極為顯著；高地殼應(yīng)力、高地震烈度和高地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn))特征。

圖1 洞口原始地貌

1.1 地層巖性

隧址區(qū)主要穿越通過泥盆系危關(guān)群下組(Dwg(1))千枚巖、炭質(zhì)千枚巖。受構(gòu)造影響,段內(nèi)節(jié)理發(fā)育,巖體破碎,圍巖穩(wěn)定性差。橫洞出口邊坡較陡,坡表巖體軟硬相間,風(fēng)化強(qiáng)烈。受隧區(qū)內(nèi)區(qū)域性大斷裂影響,巖石變質(zhì)作用復(fù)雜,段內(nèi)變質(zhì)巖較多，部分巖體中可能會(huì)存在放射性較高的問題。

1.2 地質(zhì)構(gòu)造

隧道位于穿越石大關(guān)斷層和以大店子倒轉(zhuǎn)向斜、水溝子弧形倒轉(zhuǎn)背斜、洗澡堂弧形倒轉(zhuǎn)向斜、團(tuán)結(jié)反“S”形同斜倒轉(zhuǎn)背斜、平橋溝S形倒轉(zhuǎn)背斜等褶皺組成的復(fù)式褶皺構(gòu)造。受區(qū)域構(gòu)造影響，地層擠壓嚴(yán)重,節(jié)理發(fā)育,巖體破碎。山體陡峭，層理產(chǎn)狀為N60°W/75°NE,局部節(jié)理較發(fā)育密集,可達(dá)20～50 cm/條,裂隙為張開,半填充或無填充,風(fēng)化嚴(yán)重,局部巖體可能會(huì)發(fā)生崩落形成危巖落石。

1.3 地震動(dòng)參數(shù)

隧道穿越岷江斷裂帶下盤，“5·12”大地震已將多數(shù)山體表層震松，大地震后至今，余震活動(dòng)頻率高，復(fù)發(fā)期短，標(biāo)段內(nèi)地震動(dòng)峰值加速度為0.3g，強(qiáng)度大的余震將影響施工安全。

2 隧道進(jìn)洞被動(dòng)防護(hù)

隧道洞口處(其縱斷面圖見圖2)山體受“5·12”地震影響，地表松散，再加上地震較多，容易發(fā)生滾石等現(xiàn)象，危及洞口施工的安全，因此在地震區(qū)隧道施工洞口實(shí)施被動(dòng)防護(hù)是隧道進(jìn)洞施工的首要工序。因此，隧道被動(dòng)防護(hù)施工質(zhì)量直接影響后續(xù)隧道進(jìn)洞施工的安全和進(jìn)度，應(yīng)嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)的施工步驟(圖3)進(jìn)行施工。在隧道被動(dòng)防護(hù)施工過程中應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：

(1)防護(hù)網(wǎng)規(guī)格應(yīng)符合國家有關(guān)規(guī)定，經(jīng)檢測(cè)合格后方可用于工程實(shí)體。

(2)施工前先清除坡面上浮土及浮石，避免滾石引起人員安全、設(shè)備等財(cái)產(chǎn)損失。

(3)被動(dòng)防護(hù)網(wǎng)布置應(yīng)沿等高線走向、根據(jù)地勢(shì)進(jìn)行鋪設(shè)。

(4)錨桿孔必須按照設(shè)計(jì)位置、長度進(jìn)行施鉆，灌漿飽滿，外露長度滿足設(shè)計(jì)或規(guī)范要求。

3 隧道進(jìn)洞超前支護(hù)

隧道進(jìn)洞超前支護(hù)采用大管棚進(jìn)行，超前管棚支護(hù)的施工質(zhì)量直接影響隧道進(jìn)洞的順利與安全，因此，嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)進(jìn)行施工(圖4)，保證施工質(zhì)量。

洞口段設(shè)置一環(huán)大管棚,采用?89 mm無縫鋼管,壁厚6 mm,共23根,每根長35 m。大管棚設(shè)置于拱部120°范圍內(nèi),環(huán)向間距40 cm,外插角1.5°,孔口管采用熱軋無縫鋼管,外徑114 mm，壁厚5 mm。超前管棚施工中應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：

圖2 洞口縱斷面圖

圖3 隧道洞口被動(dòng)防護(hù)工藝流程圖

圖4　大管棚施工工藝流程圖

(1)考慮到隧道的圍巖情況，在洞口安裝3榀I20導(dǎo)向墻型鋼拱架，間距50 cm，焊接牢固，用L=4.0 m的鎖腳錨管鎖定錨固。

(2)1.0 m長的?114 mm×5 mm導(dǎo)向管按照1.5°的外插角精確定位，并用?22 mm連接鋼筋與I20型鋼拱架牢固焊接為一整體。

(3)導(dǎo)向墻澆筑完成，噴射15 cm厚C25砼封閉周圍仰坡面,作為注漿時(shí)的止?jié){墻。

(4)為了保證注漿效果，注漿時(shí)“單”“雙”號(hào)孔間隔注漿。

4 隧道暗洞施工

4.1 隧道開挖

洞口管棚施作完畢并達(dá)到強(qiáng)度后，才能進(jìn)行進(jìn)洞作業(yè)。暗洞開挖采用兩臺(tái)階法施工?？紤]到圍巖破碎，采用減震爆破施工，降低對(duì)周邊圍巖的影響，具體爆破參數(shù)設(shè)計(jì)如圖5所示。

圖5　洞口段爆破開挖設(shè)計(jì)圖(單位：cm) 隧道開挖中要做到以下幾點(diǎn)：

(1)采用上下臺(tái)階法開挖，縮小開挖斷面和爆破進(jìn)尺，減少爆破擾動(dòng)。

(2)采用微差爆破，嚴(yán)格控制總裝藥量和單段最大起爆裝藥，減小爆破擾動(dòng)。

(3)采用光面爆破技術(shù)，確保開挖輪廓線光滑平整，減少應(yīng)力集中，利于開挖面周邊的初期支護(hù)穩(wěn)定、可靠。

(4)合理控制炮眼間距、裝藥量及起爆時(shí)間間隔，并且加強(qiáng)炮眼堵塞，使爆破后巖碴塊度均勻，達(dá)到快速出碴和初期支護(hù)盡早封閉的效果。

4.2 隧道支護(hù)

考慮到洞口圍巖破碎的特點(diǎn)，在隧道洞口進(jìn)行超前大管棚加固后，加強(qiáng)隧道初期支護(hù)參數(shù)并及時(shí)施作二次襯砌，使隧道初支與圍巖形成整體結(jié)構(gòu)，保證隧道的安全。隧道洞口段支護(hù)參數(shù)如表1所示。

表1 隧道支護(hù)參數(shù)

4.3 隧道洞門施作

在暗洞開挖掘進(jìn)20 m后進(jìn)行洞門施工,避免因爆破使洞頂圍巖松動(dòng)發(fā)生滾石引起安全問題。洞門施工后如圖6所示。

圖6　洞門“零開挖”施作后

5 進(jìn)洞施工效果

隧道洞口段地表下沉是進(jìn)洞施工過程是否安全的判定依據(jù)。通過施工過程中的監(jiān)控，隧道洞口段地表累計(jì)沉降44.3 mm，總體沉降變形較小，說明隧道洞口段施工過程對(duì)周邊圍巖的影響較小，確保了隧道洞口段施工的安全。隧道洞口段地表典型測(cè)點(diǎn)下沉曲線如圖7所示。

“零開挖”方法進(jìn)洞施工，與傳統(tǒng)開挖方式比較，具有以下優(yōu)點(diǎn)：

(1)本工法將傳統(tǒng)的邊仰坡開挖防護(hù)，轉(zhuǎn)變?yōu)槔迷瓉淼匦蔚孛查L期穩(wěn)定的特點(diǎn)，不進(jìn)行洞口大面積的開挖，減少對(duì)周邊圍巖的影響，盡可能保持原生態(tài)環(huán)境。

(2)本方法與傳統(tǒng)施工方法相比，由于工程的洞口開挖部分小，產(chǎn)生的土石廢方小，既降低進(jìn)洞施工成本，又能確保周圍的生態(tài)環(huán)境完好無損，避免洞口大量的坍塌，降低了工程風(fēng)險(xiǎn)，確保施工安全和進(jìn)度。

圖7 隧道洞口段地表下沉典型測(cè)點(diǎn)歷時(shí)曲線圖

(3)在“零開挖”施工過程中遵循了“少破壞、多保護(hù)，少擾動(dòng)、多防治”的原則，有效保護(hù)了周邊環(huán)境。

6 結(jié)束語

在洞口段進(jìn)行“零開挖”施工，減小開挖進(jìn)尺，加強(qiáng)初期支護(hù)，及時(shí)封閉,形成穩(wěn)定的受力結(jié)構(gòu)，保證了隧道進(jìn)洞施工安全，并推廣到其它6座輔助坑道洞口段施工，大大加快了整體工程的施工速度，也真正做到了環(huán)境與施工相匹配、相協(xié)調(diào)。

參考文獻(xiàn)

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An Exploration into the "Zero Excavation" Technique for the Hole-Entering Construction of a Tunnel in Environmental Protection and Seismic Regions

Jia Hailong1,Zhang Wenxin2

(1.The 3rd Department Co. Ltd. of the Tunnel Group of the Railway Building Corporation of China,Shenzhen 518000;2.Technical Centre of the Tunnel Group of the Railway Building Corporation of China,Luoyang 471009,China)

Abstract:Influenced by the factors of environmental protection,the construction for the portal of a tunnel is the most difficult in environmental protection and seismic regions.The construction of a certain tunnel of the Chengdu-Lanzhou Railway adopts the "Zero Excavation" Technique to perform the hole-entering construction to ensure the safe hole-entering construction of the tunnel by means of the passive hole-entering protection, the advanced supporting,the shock-reducing blasting excavation,the timely ring-closure-forming and other measures.With all the above-mentioned technical measures taken，the safe construction is effectively ensured and the construction efficiency is also much improved,with the environment around the tunnel well protected.The construction technique is popularized and applied to the hole-entering construction of other tunnels.The successful application of the technique helps us accumulate some useful experience in performing hole-entering construction for other following tunnel projects in similar engineering conditions.

Key words:tunnels in environmental protection and seismic regions；"zero excavation"；hole-entering construction

中圖分類號(hào)：U455.4

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

文章編號(hào)：1672-3953(2016)02-0071-04

DOI：10.13219/j.gjgyat.2016.02.020

作者簡介：賈海龍(1980—)，男，工程師，主要從事隧道與地下工程技術(shù)管理工作342501380@qq.com

收稿日期：2015-11-27