大跨徑小凈距偏壓隧道施工方案優(yōu)化分析

劉朋

摘 要：本文以某大跨進(jìn)小凈距雙洞公路隧道為例，具體分析三臺(tái)階七步法在實(shí)際應(yīng)用中的不足之處，繼而結(jié)合施工要求提出優(yōu)化方案，旨在通過實(shí)踐探索不斷豐富公路隧道開挖技術(shù)，提高公路隧道施工水平。

關(guān)鍵詞：大跨徑小凈距隧道；三臺(tái)階七步法；施工優(yōu)化

三臺(tái)階七步法隧道開挖方法通常在小凈距隧道施工中能獲得比較好的施工效果，但是在實(shí)際施工中，還需要根據(jù)隧道的跨徑、單雙洞等結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要求對(duì)開挖方法進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整，以確保該方法能夠適應(yīng)不同工況的施工要求。在本文中，筆者以某大跨進(jìn)小凈距雙洞公路隧道為例，具體分析三臺(tái)階七步法在實(shí)際應(yīng)用中的不足之處，繼而結(jié)合施工要求提出優(yōu)化方案，旨在通過實(shí)踐探索不斷豐富公路隧道開挖技術(shù)，提高公路隧道施工水平。

1 工程概況

某高速公路隧道為小凈距雙洞公路隧道。左隧道長(zhǎng)369m，右隧道長(zhǎng)373M，隧道跨度最大開挖寬度21.58m，屬于大跨度公路隧道。受地質(zhì)構(gòu)造影響，隧道Ⅲ、Ⅳ級(jí)圍巖段主要為黃棕色碎屑強(qiáng)風(fēng)化混合片麻巖。局部巖層在強(qiáng)壓作用下發(fā)生變形和變形，但巖體的產(chǎn)生相對(duì)清晰，巖體的走向與隧道中線形成相對(duì)小的角度。隧道工作面巖體屬于水文地質(zhì)條件欠發(fā)達(dá)的干巖體，軟硬塊體均一。

2 初定的隧道施工工法

2.1 工法描述

該工程初步采用三步七步施工法。首先，采用小導(dǎo)管超前開挖順序進(jìn)行截面鋼錨噴支護(hù)施工。增加I18工字梁臨時(shí)支撐以提高支撐結(jié)構(gòu)抵抗拱頂壓力的承載能力。完成支護(hù)結(jié)構(gòu)后對(duì)其他分項(xiàng)依次開挖，搭設(shè)初期支護(hù)架體并將I18臨時(shí)支護(hù)結(jié)構(gòu)拆掉，最后進(jìn)行核心土的開挖并施作仰拱。施作完成后的立體效果如圖1所示：

2.2 工法的不適應(yīng)性分析

三臺(tái)階七步法將大跨徑隧道分解成幾個(gè)區(qū)域，采用分區(qū)閉合的工藝按順序施工，但是實(shí)際施工前后工序之間銜接非常緊密，但是，以往的施工組織設(shè)計(jì)不夠嚴(yán)格，在一定程度上阻礙了施工的正常進(jìn)行。不嚴(yán)謹(jǐn)之處主要體現(xiàn)在以下幾方面：

1）初期支護(hù)結(jié)構(gòu)受力不均勻，型鋼的兩拱腳和水平方向構(gòu)成的角度小于設(shè)計(jì)角度，帶鎖腳錨管的懸索支護(hù)不能承受拱下垂向巖體的內(nèi)應(yīng)力，支護(hù)結(jié)構(gòu)整體不穩(wěn)定。。施工時(shí)在初期支護(hù)結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上臨時(shí)設(shè)置了I18工字鋼豎撐鋼架，但是由于豎撐鋼架質(zhì)量重，且架體較高，不但安裝困難，而且裝好后會(huì)干擾循環(huán)掘進(jìn)，大型機(jī)械也無法從支架下面通過，施工活動(dòng)無法繼續(xù)。

2）初期支護(hù)的最大開挖空間只有3.9m，空間太窄，不適合采用4.5m長(zhǎng)的錨桿體系。

3）隧道開挖施工對(duì)圍巖的擾動(dòng)次數(shù)頻繁，破壞了圍巖的穩(wěn)定性，一定程度上加大了開挖過程中頂板冒落的風(fēng)險(xiǎn)，容易造成安全事故。

4）開挖斷面形狀小，形狀不規(guī)則。工作臺(tái)車和人、機(jī)器和材料的布置比較困難，機(jī)械利用率不高。，出渣以及安裝初期支護(hù)結(jié)構(gòu)的工時(shí)較長(zhǎng)，這會(huì)拖慢施工進(jìn)度，不利于實(shí)現(xiàn)中早封閉施工要求。

3 施工工法的優(yōu)化設(shè)計(jì)

3.1 施工工法優(yōu)化設(shè)計(jì)的整體思路

施工企業(yè)針對(duì)上述問題，從工法和技術(shù)原理等制定了一套優(yōu)化方案，大致思路如下：

1）按圖1所示的開挖順序，先拓展①區(qū)的施工空間，充分利用施工機(jī)械提早完成初期支護(hù)，以提高隧洞圍巖的穩(wěn)定性和承載力，防止因頻繁的施工活動(dòng)過多地?cái)_動(dòng)圍巖，發(fā)生冒頂、塌陷等安全事故；

2）根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)施工條件和施工組織設(shè)計(jì)要求調(diào)整型鋼支撐受力條件，確保在封閉成環(huán)前充分發(fā)揮型鋼支護(hù)承受拱頂來壓的作用。

3）局部掌子面圍巖的穩(wěn)定性達(dá)不到施工要求，針對(duì)這類工況，可噴射砼將掌子面封閉，并按圖2所示預(yù)留一部分核心土，提高掌子面整體結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的同時(shí)避免其外凸塌方。

3.2 施工工法優(yōu)化方案

1）圍繞三臺(tái)階七步法進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。首先對(duì)各臺(tái)階和步驟施工斷面尺寸進(jìn)行調(diào)整。在原設(shè)計(jì)尺寸的基礎(chǔ)上，根據(jù)錨桿系統(tǒng)和施工機(jī)械可進(jìn)入的長(zhǎng)度將型鋼拱架的長(zhǎng)度延長(zhǎng)5.5m，確保拱頂以下的空間能夠一次開挖成形，同時(shí)適當(dāng)擴(kuò)大上臺(tái)階底面與拱架的夾角，使支護(hù)結(jié)構(gòu)有足夠的承載力承受能夠拱頂?shù)拇怪眮韷骸?/p>

安裝了超前注漿小導(dǎo)管預(yù)支護(hù)結(jié)構(gòu)的拱頂不易發(fā)生片幫冒頂事故，但是初期開挖擴(kuò)大了迎頭臨空面，掌子面極易向臨空面外凸，當(dāng)外凸到一定程度時(shí)極易導(dǎo)致隧洞塌方。所以，為了避免頂板塌方，建議先用噴射砼將掌子面封閉并預(yù)留一部分核心土，提高掌子面整體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，以確保后續(xù)施工活動(dòng)在一個(gè)相對(duì)安全的空間內(nèi)順利實(shí)施。此外，為了保持圍巖的自穩(wěn)性，單循環(huán)進(jìn)尺不宜超過2m，否則大范圍的爆破會(huì)大幅度降低圍巖的整體穩(wěn)定性，嚴(yán)重時(shí)可能直接導(dǎo)致塌方事故。

2）中、下臺(tái)階處居中布置拉馬口，以便于來往的車輛順利通行。該工段采用單側(cè)挑邊接腿的工法施工，單循環(huán)接腿不能超過三榀型鋼，兩側(cè)接腿不得同步開挖，否則會(huì)降低上臺(tái)階型鋼支護(hù)體系的穩(wěn)定性，甚至造成支護(hù)結(jié)構(gòu)整體垮落。各步施工斷面尺寸需要參考現(xiàn)場(chǎng)圍巖的穩(wěn)定性和承載能力進(jìn)行合理調(diào)整。如果圍巖整體穩(wěn)定，中下臺(tái)階可分兩步同步施工，但左右臺(tái)階必須錯(cuò)開10米，以避免相互干擾。下臺(tái)階可與倒置拱同步開挖。倒拱需要快速成型。否則，將影響初期支護(hù)的施工進(jìn)度。

3.3 優(yōu)化設(shè)計(jì)效果

對(duì)原施工組織設(shè)計(jì)進(jìn)行優(yōu)化和調(diào)整后，又不間斷地測(cè)量了隧道拱頂下沉以及周邊收斂趨勢(shì)，從所得測(cè)量數(shù)據(jù)來看，一個(gè)月內(nèi)拱頂水平收斂最大值14.11mm，下沉量最大值為13.94mm，變形速率及時(shí)間-沉降曲線變化趨勢(shì)比較平緩，日平均沉降/收斂速率在逐步下降，半個(gè)月內(nèi)平均每天的沉降速率和收斂速率都未超過0.2mm，一個(gè)月內(nèi)平均每天的沉降速率和收斂速率都在0.1mm以下，圍巖整體的穩(wěn)定性在逐步提高，說明在隧道內(nèi)施工比較安全。

1）三臺(tái)階七步法經(jīng)優(yōu)化設(shè)計(jì)后已成功應(yīng)用在公路隧道施工活動(dòng)中，不僅拓寬了作業(yè)空間，為大型機(jī)械的順利應(yīng)用提供了足夠的空間，而且也實(shí)現(xiàn)了施工現(xiàn)場(chǎng)機(jī)械化作業(yè)，同時(shí)，一些工序的并行運(yùn)行大大節(jié)省了工時(shí)，加快了施工進(jìn)度。某洞長(zhǎng)369米，右洞長(zhǎng)373米，板崗左洞長(zhǎng)310米，右洞長(zhǎng)300米，全長(zhǎng)1352米，提前3個(gè)月安全通過。

2）經(jīng)優(yōu)化設(shè)計(jì)的三臺(tái)階七步法大大提高了施工機(jī)械的利用率，實(shí)現(xiàn)了圍巖快速封閉施工，一定程度上避免了圍巖開挖后二次風(fēng)化的問題，同時(shí)也促使型鋼支護(hù)結(jié)構(gòu)的受力條件得到改善，使型鋼支護(hù)能承受隧道拱頂?shù)拇怪眮韷?，隧道塌方事故發(fā)生的概率大大降低，為施工活動(dòng)的順利實(shí)施提供了一個(gè)相對(duì)安全的施工環(huán)境。

3）采用這種方法，某左右隧道、板崗左右隧道的整個(gè)施工過程處于安全、快速、高質(zhì)量的可控狀態(tài)，不僅解決了特殊地區(qū)施工難度大、工期短的問題，而且具有施工速度快、施工周期短的特點(diǎn)。具有可觀的經(jīng)濟(jì)效益。月產(chǎn)值比開工前增長(zhǎng)了45萬80000元，達(dá)到20萬80000元=200萬元。由于施工速度的提高，每臺(tái)分度表的造價(jià)降低了6000元，總造價(jià)節(jié)省了411萬元。隧道施工任務(wù)圓滿完成，受到各方好評(píng)。實(shí)踐證明，該方法具有較強(qiáng)的先進(jìn)性和實(shí)用性。

4 結(jié)束語(yǔ)

本文所介紹的隧道施工方法對(duì)存在冒頂、片幫、塌方等安全風(fēng)險(xiǎn)的隧道工程有比較高的指導(dǎo)意義。但是在實(shí)際施工中，還需要結(jié)合具體工況和不同的施工要求對(duì)該方法的技術(shù)措施進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整，以最大程度發(fā)揮去指導(dǎo)作用，切實(shí)提高工程施工技術(shù)水平。

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