超大斷面隧道進洞技術(shù)的探討

劉 紅 軻

(山東高速工程咨詢有限公司，山東 濟南 250002)

0 引言

隧道洞口段一般埋深淺，圍巖破碎，加之超大斷面隧道高跨比小的扁平結(jié)構(gòu)，使洞口段具有更差的承載能力，因此，超大斷面隧道進洞施工方案的選擇尤為重要。文章綜合考慮了超前支護、洞內(nèi)開挖及洞內(nèi)支護三方面的因素，首先簡要介紹了超前支護設(shè)計參數(shù)、洞內(nèi)開挖工法、洞內(nèi)支護參數(shù)，然后通過對現(xiàn)場監(jiān)控量測的數(shù)據(jù)分析，驗證了進洞技術(shù)的可行性。

1 工程概述

港溝隧道采用上、下行分離的獨立雙洞，內(nèi)輪廓采用三心圓形式，凈高為8.961 m，凈寬為17.608 m，為雙向八車道的超大斷面隧道；洞口段圍巖為白云質(zhì)灰?guī)r，強風化狀態(tài)，軟化性弱，產(chǎn)狀緩傾，層間結(jié)合差，巖體很破碎，巖芯多呈塊狀、碎塊狀，節(jié)理裂隙很發(fā)育，裂隙面泥質(zhì)充填；港溝隧道左洞洞口段隧道頂板埋深3 m～8 m，[BQ]=113，為Ⅴ級圍巖，長度為40 m，具體段落為K11+535～K11+495。

2 超前支護

2.1 超前支護施工前應(yīng)具備的條件

1)修筑洞頂截水溝，形成完整的防排水系統(tǒng)，保護洞口免受地面水的沖刷，確保洞頂土體穩(wěn)定，為管棚施工創(chuàng)造有利條件；

2)邊仰坡防護已完成，且趨于穩(wěn)定；

3)洞口開挖并預(yù)留核心土，為管棚套拱支撐體系提供施工、操作平臺。

2.2 超前支護的設(shè)計參數(shù)

1)超前小導(dǎo)管采用外徑50 mm、壁厚5 mm熱軋無縫鋼管，長度為3 m，環(huán)向間距40 cm，搭接長度不小于1.0 m；注漿采用1∶1的水泥漿，注漿壓力為0.5 MPa～1.0 MPa，外插角為15°；

2)管棚的設(shè)計參數(shù)主要分為材料參數(shù)、布置參數(shù)、注漿參數(shù)及鋼筋籠四個方面。主要內(nèi)容如下：

管棚采用外徑108 mm，壁厚6 mm的熱軋無縫鋼管，鋼管前端呈尖錐狀，管壁四周2排φ12 mm壓漿孔，管棚長度為30 m；管棚設(shè)置于襯砌拱部，管心與襯砌設(shè)計外輪廓線間距大于20 cm，平行路面中線布置，環(huán)向布設(shè)間距為40 cm，上仰角度在3°～5°之間；注漿采用1∶1的水泥漿，注漿壓力初壓為0.5 MPa～1.0 MPa，終壓為2.0 MPa；鋼筋籠由φ42×4 mm的鋼管外圍焊接4根20鋼筋焊接而成，如圖1所示。

3 洞口開挖工法及洞內(nèi)支護參數(shù)

3.1 洞口開挖工法

港溝隧道為超大斷面隧道，且洞口段為Ⅴ級淺埋偏壓段，采用雙側(cè)壁導(dǎo)坑法進行開挖，如圖2所示，具體施工步驟如下：

第一步，打設(shè)1部超前小導(dǎo)管，注漿加固圍巖；開挖先行導(dǎo)坑上臺階1部，循環(huán)進尺一榀拱架間距0.6 m，施作初期支護Ⅰ及側(cè)隔壁及中隔板Ⅱ(上部)；

第二步，落后1部3 m后開挖先行導(dǎo)坑下臺階2部，循環(huán)進尺一榀拱架0.6 m，施作初期支護Ⅰ及側(cè)隔壁、中隔板Ⅱ(下部)，對仰拱初期支護進行封閉；

第三步，打設(shè)3部拱部超前小導(dǎo)管，注漿加固圍巖；落后1部15 m后開挖后行導(dǎo)坑上臺階3部，循環(huán)進尺一榀拱架間距0.6 m，施作初期支護Ⅲ，Ⅳ(上部)、中隔板和側(cè)隔壁；

第四步，落后3部3 m后開挖后行導(dǎo)坑下臺階4部，循環(huán)進尺一榀拱架間距0.6 m，施作初期支護及中隔板、中隔壁Ⅳ，仰拱初期支護封閉；

第五步，打設(shè)5部拱頂超前小導(dǎo)管，注漿加固圍巖；落后3部3 m～5 m后開挖5部，循環(huán)進尺一榀拱架間距0.6 m，施作拱部初期支護；

第六步，落后1部30 m后開挖6部、7部，循環(huán)進尺一榀拱架間距0.6 m，施作底部初期支護及仰拱模筑、填充Ⅵ；

第七步，圍巖和初支變形穩(wěn)定，且Ⅴ級圍巖距離掌子面50 m后可以逐段拆除側(cè)隔壁和中隔板，逐段鋪掛防水板，綁扎二襯鋼筋，澆筑二襯混凝土。

3.2 洞內(nèi)支護參數(shù)

洞內(nèi)襯砌形式以錨噴混凝土作為初期支護，以模筑防水混凝土作為二次襯砌的復(fù)合襯砌結(jié)構(gòu)，兩層襯砌之間設(shè)置防水層。

1)初期支護采用C25噴射混凝土封閉巖面裂隙，厚度為30 cm；噴射混凝土內(nèi)布設(shè)φ8(20 cm×20 cm)的鋼筋網(wǎng)，提高噴射混凝土抗剪和抗彎強度；系統(tǒng)錨桿采用φ25中空注漿錨桿，長度為5 m，按縱向間距60處，環(huán)向間距100 cm設(shè)置；鋼拱架為H20×20的型鋼，間距為60 cm；

2)二次襯砌采用厚度70 cm的C30模筑防水混凝土，其抗?jié)B等級不低于P8，混凝土內(nèi)配置雙層鋼筋，以實現(xiàn)結(jié)構(gòu)的自身防水并提高結(jié)構(gòu)的耐久性；在初期支護與二襯襯砌間鋪設(shè)400 g/m2的無紡布+1.5 mm厚EVA防水板形成柔性防水夾層。

4 進洞技術(shù)的效果分析

4.1 監(jiān)控量測測點及測線的布置

地表沉降測點布置在洞口地段，設(shè)置第一個斷面距離洞口5 m處，設(shè)置第二個觀測橫斷面，斷面間距為5 m，沿襯砌中線，每2 m一個測點，如圖3所示。拱頂下沉量測和周邊收斂量測的測點布置按5 m一個斷面，如圖4所示。

4.2 地表沉降監(jiān)測數(shù)據(jù)分析

地表沉降各個觀測點沉降值變化趨勢大致相同，而靠近隧道軸線點的沉降值略大于兩側(cè)觀測點沉降值，本文選取L1-8，L1-9，L2-4三點對進洞過程中地表沉降變化進行分析。

由圖5～圖8可知：雖有超前支護的作用，但由于各導(dǎo)坑初期支護未全斷面封閉成環(huán)，不同觀測點的地表沉降值呈上升趨勢，在第110天時初期支護全斷面封閉成環(huán)后，地表沉降值逐漸平緩趨于穩(wěn)定，各個觀測點最終累積沉降值均在30 mm左右；初期支護全斷面封閉成環(huán)前累積沉降值占最終沉降值的96%～99%，而后地表沉降速率主要集中在-0.4 mm/d～0.4 mm/d之間，到二襯施工后地表沉降才穩(wěn)定。

這表明采用此超前支護、洞內(nèi)開挖以及洞內(nèi)支護相結(jié)合的進洞技術(shù)是可行的，且三者之間相互影響、相互作用。洞內(nèi)開挖采用雙側(cè)壁導(dǎo)坑法，開挖工作面多，相應(yīng)地也增加了對圍巖的擾動，即使有超前支護的作用，初期支護未全斷面封閉成環(huán)，其沉降速率仍較大；初期支護全斷面封閉成環(huán)及二次襯砌施工完成后，洞頂巖土體才穩(wěn)定，這說明洞內(nèi)支護能夠有效彌補超前支護在控制圍巖穩(wěn)定方面的不足。

4.3 拱頂沉降及周邊收斂監(jiān)測數(shù)據(jù)分析

采用靠近洞口段K11+530處觀測點的周邊收斂、拱頂下沉進行分析，2部、4部導(dǎo)坑周邊收斂速率以及5部導(dǎo)坑拱頂沉降速率，如圖9～圖11所示。

表1 各導(dǎo)坑累積收斂值 mm

結(jié)合表1，由圖9～圖11可知，進洞過程中，在超前支護、初期支護的作用下， 2部、4部導(dǎo)坑的周邊收斂速率波動范圍較小，集中在0 mm/d～0.4 mm/d之間，大于0.4 mm/d的分別占23.5%,26.1%，其中最大值分別為1.3 mm/d,0.8 mm/d，且僅均在觀測前期出現(xiàn)過一次；5部導(dǎo)坑拱頂沉降速率也主要集中在0 mm/d～0.4 mm/d，其中大于0.4 mm/d的速率僅占10.8%，最大值為0.8 mm/d，在觀測前期出現(xiàn)過2次；2部、4部導(dǎo)坑累積周邊收斂值中的最大值遠小于極限相對位移值U0=45.6 mm；5部導(dǎo)坑累積拱頂下沉值中的最大值遠小于極限相對位移值U0=48 mm。

這表明超前支護、初期支護參數(shù)設(shè)計合理，支護效果明顯，在隧道進洞過程中，周邊收斂值、拱頂沉降速率未見明顯異常現(xiàn)象，這也說明圍巖狀態(tài)、支護狀態(tài)均處于一個相對穩(wěn)定的狀態(tài)；但進洞過程中應(yīng)需進一步優(yōu)化爆破參數(shù)，減少爆破對初期支護、圍巖的擾動。

5 結(jié)語

通過對進洞過程中地表沉降、拱頂下沉及周邊收斂監(jiān)測數(shù)據(jù)的分析，確定超大斷面隧道采用管棚、超前小導(dǎo)管預(yù)支護的方式進洞，以及采用雙側(cè)壁導(dǎo)坑法開挖是合理的，并且證明超大斷面隧道的初期支護參數(shù)及二次襯砌參數(shù)設(shè)計相對合理有效，能為以后類似工程起到借鑒作用。

[1] 韓 劍.小康高速公路隧道進洞技術(shù)研究[D]．西安：長安大學(xué)碩士學(xué)位論文，2009:9-17.

[2] JTG D70—2009,公路隧道設(shè)計規(guī)范[S].

[3] JTG F60—2009,公路隧道施工技術(shù)規(guī)范[S].

[4] QCR 9218—2015,鐵路隧道監(jiān)控量測技術(shù)規(guī)程[S]．