中、短隧道單向貫通施工技術(shù)研究

麥偉雄

（保利長大工程有限公司，廣東 廣州 511431）

1 工程概況

茅窩山隧道位于梅州市梅縣丙村鎮(zhèn)橫石村，設(shè)計為小凈距隧道，長689m。隧道穿過丘陵地貌區(qū)，地形起伏大，最大埋深約155.6m，右洞口及洞門存在偏壓，屬于洞口淺埋短隧道。

2 地質(zhì)條件

隧道位于低緩丘陵區(qū)，地表水不發(fā)育，主要為大氣降雨形成地表水沿山谷匯流，為季節(jié)性地表水。隧址區(qū)地下水類型為第四系松散層孔隙水及基巖裂隙水，分別賦存于坡殘積層、基巖巖層中，水位埋深隨季節(jié)變化。地下水以大氣降雨及側(cè)向徑流補(bǔ)給為主，以蒸發(fā)、側(cè)向徑流為主要排泄方式。兩端洞口坡形較陡，最大坡角為30～40°，圍巖由坡殘積粉質(zhì)黏土、泥盤系中下統(tǒng)強(qiáng)風(fēng)化砂巖、石英砂巖等組成，巖體很破碎，圍巖級別為Ⅴ級。

3 施工方案

3.1 原設(shè)計情況

原設(shè)計茅窩山隧道采用洞內(nèi)貫通方案，在兩端洞口修筑便道，施作好套拱、管棚及明洞后進(jìn)洞，兩端同時掘進(jìn)。根據(jù)不同圍巖情況采取對應(yīng)的工法施工，最后在洞內(nèi)貫通。設(shè)計洞口段采用管棚超前支護(hù)，管棚為φ108mm×6mm的熱軋無縫鋼尖管，環(huán)向間距為40cm。洞口段設(shè)計襯砌類型為XS-Va。

3.2 支護(hù)方案

茅窩山隧道采用單向掘進(jìn)，取消出洞端洞口原設(shè)計套拱及φ108mm長管棚，原30m長管棚超前支護(hù)范圍變更為雙層注漿小導(dǎo)管超前支護(hù)。超前注漿小導(dǎo)管分為2排，第一排外插角為10°，第二排外插角為20°，每排37根，搭接長度≥100cm，每排小導(dǎo)管環(huán)向間距為40cm。超前小導(dǎo)管規(guī)格為φ42mm×4mm，長4.5m。鋼拱架鎖腳錨桿改為長φ42mm小導(dǎo)管，長度為3.5m。小導(dǎo)管施工采用常規(guī)施工方法，但施工中必須保證注漿質(zhì)量，采用水泥漿液，水灰比為1∶1，終壓為0.5～1MPa。

出洞后為確保洞口段后續(xù)施工安全，對洞口進(jìn)行加強(qiáng)措施處理，往洞內(nèi)方向打設(shè)2環(huán)φ42mm注漿小導(dǎo)管，小導(dǎo)管長度為5m[1-2]。出洞后在左、右線均增設(shè)2榀共1.6m的鋼架初期支護(hù)。出洞段雙層超前小導(dǎo)管縱向布置如圖1所示。

圖1 出洞段雙層超前小導(dǎo)管縱向布置圖

3.3 開挖方法

（1）三臺階法開挖。貫通段最后20m施工工法采用CD法開挖，剩余原設(shè)計長管棚范圍采用三臺階法七步法開挖。三臺階法七步法施工工藝流程具體如圖2所示。①具體施工流程。第一，采用破碎錘及挖機(jī)或弱爆破開挖①部，同時每循環(huán)進(jìn)尺一次，掌子面噴混凝土封閉，分部施作①部導(dǎo)坑周邊的初期支護(hù)，即初噴4cm厚混凝土。第二，架立鋼拱架，施作鎖腳錨桿，鉆設(shè)系統(tǒng)錨桿后復(fù)噴混凝土至設(shè)計厚度。②部開挖緊隨①部預(yù)留核心土部位開挖（拉槽開挖）。第三，在滯后于①部一段距離后，破碎錘左右交錯開挖③、④部；噴混凝土封閉掌子面；導(dǎo)坑周邊部分初噴4cm厚混凝土，施作鋼拱架并設(shè)鎖腳錨桿；鉆設(shè)系統(tǒng)錨桿后復(fù)噴混凝土至設(shè)計厚度。第四，在滯后于④部一段距離后，破碎錘左右交錯開挖⑤、⑥部；導(dǎo)坑周邊部分初噴4cm厚混凝土，施作鋼拱架并設(shè)鎖腳錨桿；鉆設(shè)系統(tǒng)錨桿后復(fù)噴混凝土至設(shè)計厚度。第五，開挖⑦部，⑥部澆筑仰拱及隧底填充（仰拱及隧底填充應(yīng)分次施作）。根據(jù)監(jiān)控量測結(jié)果分析，待初期支護(hù)收斂后，利用襯砌鋼模臺車一次性施作拱墻襯砌。②施工注意事項(xiàng)。第一，開挖循環(huán)進(jìn)尺控制在1～2榀鋼拱架的距離。上臺階高度為3.13m，中臺階高度為3.11m，下臺階高度為2.94m，仰拱開挖高度為1.2m。臺階高度可根據(jù)掌子面圍巖情況適當(dāng)調(diào)整，當(dāng)掌子面圍巖軟弱穩(wěn)定性差時，適當(dāng)減小臺階高度；當(dāng)掌子面圍巖穩(wěn)定性良好時，適當(dāng)加大臺階高度。是否預(yù)留核心土，視掌子面圍巖穩(wěn)定情況而定。第二，施工時應(yīng)合理控制弧形導(dǎo)洞開挖進(jìn)度，并采用分部開挖的方式，防止爆破震動過大造成安全隱患。施工時應(yīng)根據(jù)拱頂下沉監(jiān)測結(jié)果，必要時對拱頂設(shè)豎向臨時支撐，臨時支撐采用方木，方木下設(shè)鋼墊板。第三，施工過程中應(yīng)嚴(yán)格遵循“管超前、漿嚴(yán)注、短進(jìn)尺、弱爆破、強(qiáng)支護(hù)、早成環(huán)、勤量測”的原則。第四，二次襯砌的施作應(yīng)滿足下列要求：水平收斂速率＜0.15mm/d，或拱頂位移速率＜0.1mm/d；施做二次襯砌前的收斂量已達(dá)總收斂量的80%以上。

圖2 三臺階七步開挖工序斷面示意圖

（2）CD法開挖。貫通段最后20m即左線L1K6+659～L1K6+679段、右 線K6+630～K6+650段 雙 層小導(dǎo)管超前支護(hù)范圍內(nèi)采用CD法開挖，開挖進(jìn)尺嚴(yán)格控制，按照規(guī)范、圖紙和施工方案要求施工，每循環(huán)進(jìn)尺不超過2榀[3-4]。采用CD法進(jìn)行施工時，選擇覆蓋層薄側(cè)作為先行洞，左右洞均為面向掌子面右側(cè)先行。左洞完成洞口段水泥混合土回填后開始出洞。在出洞施工的整個過程中要加強(qiáng)地表和洞內(nèi)初支的沉降監(jiān)測，當(dāng)初支沉降量突然增大時，立即停止施工，撤離人員設(shè)備并進(jìn)行上報；加強(qiáng)超前地質(zhì)鉆探，了解地質(zhì)情況，出洞前要安排專人觀測地表變化情況，出洞時避開雨天。①施工工藝流程。第一，右洞先行導(dǎo)坑（面向掌子面右側(cè)先行）超前導(dǎo)管支護(hù)，先行導(dǎo)坑上臺階開挖，初期支護(hù)（初噴混凝土，搭設(shè)錨桿，對中巖柱打設(shè)錨桿掛鋼筋網(wǎng)，架鋼拱架，復(fù)噴混凝土）。第二，右洞先行導(dǎo)坑下臺階開挖，初期支護(hù)，對中巖柱打設(shè)長錨桿。第三，右洞后行導(dǎo)坑超前導(dǎo)管支護(hù)，后行導(dǎo)坑上臺階開挖，初期支護(hù)。第四，右洞后行導(dǎo)坑下臺階開挖，開挖完成后進(jìn)行初期支護(hù)。第五，左洞先行導(dǎo)坑超前注漿小導(dǎo)管支護(hù)，先行導(dǎo)坑上臺階開挖，初期支護(hù)。第六，左洞先行導(dǎo)坑下臺階開挖，初期支護(hù)，初期支護(hù)施作完成。第七，左洞后行導(dǎo)坑超前導(dǎo)管支護(hù)，后行導(dǎo)坑上臺階開挖，初期支護(hù)，對中巖柱打設(shè)長錨桿。第八，左洞后行導(dǎo)坑下臺階開挖，初期支護(hù)，對中巖柱打設(shè)長錨桿。第九，拆除導(dǎo)坑臨時支護(hù)鋼架，施作仰拱，鋪防水層（土工布、防水板），采用模板臺車全段面一次施作二次襯砌。②施工注意事項(xiàng)。第一，開挖采用單側(cè)壁導(dǎo)坑法（CD法）時，側(cè)導(dǎo)坑上臺階總長度3～5m。先行導(dǎo)坑與后行導(dǎo)坑應(yīng)錯開不小于20m的距離，開挖循環(huán)進(jìn)尺控制在1～2榀鋼拱架的距離，初期支護(hù)緊跟開挖面，以人工風(fēng)鎬或機(jī)械開挖為主，配合小藥量的松動爆破開挖。第二，左右線掌子面要錯開2倍洞徑以上的距離，洞口段盡量機(jī)械開挖，如果要爆破時嚴(yán)格采用微震爆破，后行洞對先行洞最大爆破振動速度v≤8cm/s。第三，在開挖左（右）線隧道時，應(yīng)做好相應(yīng)的中間巖體加固措施，隨后開挖右（左）線隧道時，對非貫穿錨桿，打設(shè)完成后隨即張拉，并采用微震爆破，防止預(yù)應(yīng)力損失過大。第四，施工過程中應(yīng)根據(jù)監(jiān)控測量結(jié)果，及時調(diào)整開挖方式和修正支護(hù)參數(shù)，確保安全。第五，二次襯砌的施作同三臺階開挖法要求。第六，考慮到出洞施工的特殊要求，二次襯砌和仰拱到掌子面的距離要在滿足施工要求的前提下盡量縮短。

3.4 支護(hù)和襯砌

茅窩山隧道單向出洞的初期支護(hù)和二次襯砌施工按照常規(guī)施工方法進(jìn)行，只對原設(shè)計的鎖腳錨桿進(jìn)行調(diào)整。在鋼架安裝完成后，在雙層小導(dǎo)管超前支護(hù)范圍內(nèi)將原設(shè)計的鋼拱架鎖腳錨桿替換為φ42mm鎖腳小導(dǎo)管。在拱架兩側(cè)同一水平處每側(cè)設(shè)置2根φ42mm小導(dǎo)管進(jìn)行鎖腳，每環(huán)8根，長度為3.5m。下插角度控制在與水平面成45°。拱架和鎖腳小導(dǎo)管之間的連接采用鋼筋滿焊焊接，使之成為整體結(jié)構(gòu)，減少拱架下沉。鋼拱架安裝完成后，需對初噴混凝土表面采用高壓風(fēng)吹凈后再進(jìn)行二次復(fù)噴混凝土，要求鋼拱架背面不留空洞，表面飽滿平順，嚴(yán)禁“肋骨”。

3.5 監(jiān)控量測

在施工全過程管理中以監(jiān)控量測為管理依據(jù)，通過監(jiān)控量測數(shù)據(jù)的及時反饋，用以指導(dǎo)設(shè)計與施工。根據(jù)設(shè)計圖紙及隧道洞口施工實(shí)際情況，對地質(zhì)及初期支護(hù)狀態(tài)、周邊位移、拱頂下沉及地表下沉等項(xiàng)目進(jìn)行監(jiān)控量測。通過監(jiān)控量測，為開挖施工和合理確定二襯施工時間提供可靠的科學(xué)依據(jù)[5]。

4 經(jīng)濟(jì)和社會效益

該方法較適用于地形受限如陡峭路基與隧道相接、橋隧相接的隧道工程，既節(jié)約了永久和臨時用地，避免產(chǎn)生洞口端的臨時設(shè)施（臨時駐地、拌合站、便道等）費(fèi)用，又避免了大面積的邊仰坡開挖，保護(hù)了原生植被，實(shí)現(xiàn)零開挖出洞，體現(xiàn)了綠色公路的環(huán)保理念。

5 結(jié)束語

文章以茅窩山隧道為例，綜合地質(zhì)條件、圍巖特性等各方面因素，對單向貫通技術(shù)進(jìn)行了探討研究，采用了雙層小導(dǎo)管超前支護(hù)，結(jié)合三臺階七步法和CD法進(jìn)行開挖施工，該隧道順利、安全地實(shí)現(xiàn)了單向貫通，為類似工程提供了參考。