滑坡體段分離式小凈距隧道進(jìn)洞施工技術(shù)

張海云

（中鐵建大橋工程局集團(tuán)第四工程有限公司，黑龍江 哈爾濱 150006）

0 引言

隧道的洞口段施工是整個(gè)隧道施工最關(guān)鍵的部分，一般情況下隧道的洞口段覆蓋層薄、地質(zhì)條件差、受外部環(huán)境的影響大，尤其是在洞口段處于滑坡體時(shí)，如施工采取措施不當(dāng)極有可能造成山體滑坡、隧道洞口段坍塌或整體移位等災(zāi)害的發(fā)生。小凈距隧道是指并行的兩隧道間凈距較小、兩洞結(jié)構(gòu)彼此產(chǎn)生有害影響的隧道[1]，通常認(rèn)為小凈距隧道線路中心線間距小于1.5 倍開挖隧道寬度。當(dāng)小凈距隧道洞口段處于滑坡體時(shí)，由于其結(jié)構(gòu)本身的特點(diǎn)，施工所需考慮的因素更為復(fù)雜。國內(nèi)學(xué)者對小凈距隧道施工依托具體工程進(jìn)行了廣泛深入地研究。祁建勝[2]等對小凈距偏壓隧道進(jìn)行了研究，提出了斜交套拱、超前大管棚支護(hù)、地表加固、反壓擋護(hù)、中夾巖柱加固等措施；王羽[3]等對滑坡地段小凈距并行隧道的施工技術(shù)進(jìn)行了研究，提出了雙洞隧道施工的關(guān)鍵是加固中間巖柱，滑坡治理方面可采取抗滑樁、預(yù)應(yīng)力錨索等措施。該文以實(shí)際工程為背景，分析總結(jié)了小凈距分離式隧道洞口段處于滑坡體時(shí)采取的綜合施工技術(shù)，為類似工程提供一定的參考。

1 工程背景

賽嶺隧道是三淅高速公路11 標(biāo)段的關(guān)鍵工程，進(jìn)口位于河南省西峽縣桑平鎮(zhèn)珠寶溝村，出口位于西峽縣寨根鄉(xiāng)，該隧道設(shè)計(jì)時(shí)速為80km/h。采用雙向分離式的隧道結(jié)構(gòu)形式，上下行均為雙車道，單個(gè)隧道凈寬為11m，左線隧道長度為2517m，埋深15m～225m：右線隧道長度為2508m，埋深12m～235m。兩分離式隧道進(jìn)口段線間距最小值為18.33m、出口段線間距最小值為13.38m。

出口段隧道線間距13.38m 小于1.5 倍開挖隧道寬度（1.5×11=16.5m），該段施工應(yīng)按小凈距隧道的施工要求進(jìn)行控制。隧道出口段（40m）圍巖級別為Ⅴ級，從上至下巖性依次為碎、塊石土及中風(fēng)化石英片巖，巖質(zhì)較軟，相鄰結(jié)構(gòu)面結(jié)合差，圍巖自穩(wěn)能力相對較差。且隧道出口段位于一不穩(wěn)定滑坡體的中下部，滑坡體主要由崩坡積碎石、塊石夾粉質(zhì)黏土組成，厚度約1m～11.3m，呈中密狀，該段地形為上緩下陡，滑坡體臨空面高約2m～5m，其前緣下側(cè)緊鄰縣道及峽河。如采取措施不當(dāng)，隧道開挖后滑坡體存在沿巖土分界面滑動的風(fēng)險(xiǎn)，威脅隧道的施工安全及縣道的通行安全。

2 隧道穿越滑坡體施工模擬分析

根據(jù)賽嶺隧道出口段的實(shí)際情況，首先采取MIDAS-GTS分析軟件對出口段分離式小凈距隧道的施工進(jìn)行了數(shù)值模擬分析，研究了各種工況下隧道施工對滑坡體穩(wěn)定性的影響，確定了最佳的開挖施工方法及兩分離式隧道掌子面間距等關(guān)鍵控制指標(biāo)。

在數(shù)值模擬分析中，模型的左右兩側(cè)和下部的邊界均按距離隧道相應(yīng)邊線3 倍的隧道洞徑設(shè)定，模型的上部邊界設(shè)定為地表面，三維計(jì)算模型尺寸為 75m×90m×64.2m（長×寬×高）。出口段隧道為淺埋隧道，其初始應(yīng)力場主要考慮自重的因素，將隧道圍巖設(shè)定為彈塑性材料，采用Drucker-Prager屈服準(zhǔn)則，襯砌結(jié)構(gòu)按彈性材料考慮，按梁單元對襯砌結(jié)構(gòu)進(jìn)行模擬分析。根據(jù)相關(guān)設(shè)計(jì)規(guī)范及地質(zhì)資料選定的模型參數(shù)見表1 所示。按上述設(shè)定條件對隧道開挖的影響進(jìn)行了分析，結(jié)果顯示如不采取相應(yīng)的加固措施在隧道開挖時(shí)滑坡體會產(chǎn)生滑移，不能保障施工安全和縣道的通行安全。建議必須在隧道出口段施工前對滑坡體采取相應(yīng)的措施進(jìn)行加固處置。另外，對兩分離式隧道在施工時(shí)左右洞掌子面的前后距離的變化對穩(wěn)定性的影響進(jìn)行了綜合分析，分析結(jié)果顯示左右洞掌子面之間的距離控制在10m～20m 時(shí)圍巖的穩(wěn)定性相對較好，在此狀態(tài)下初期支護(hù)受力可相對減少，隧道的變形也相對較小，隧道施工更安全。

表1 模型參數(shù)表

3 洞口滑坡體加固方案

根據(jù)上述數(shù)值模擬分析結(jié)果確定了先處理滑坡體再進(jìn)行隧道施工的方案，滑坡體的加固方案如下：1）滑坡體采取設(shè)置抗滑樁的措施，在滑坡體下緣共設(shè)置4 根直徑1600mm 的抗滑樁，樁間距2m，樁長16m～19m；2）在左洞洞口段15m 范圍內(nèi)采取Φ25mm 砂漿錨桿對隧道覆蓋層進(jìn)行加固，錨桿間距120cm，梅花型布置，錨桿長度4m～8m。3）施工順序?yàn)槭┕ざ错斀厮鞙稀┳隹够瑯丁皾{錨桿加固→開挖支護(hù)邊仰坡→施做隧道洞口護(hù)拱及大管棚。

3.1 抗滑樁施工

抗滑樁采用人工挖孔的方式施工，由于洞口段地形起伏較大，不適合采用機(jī)械成孔的方式進(jìn)行施工，該抗滑樁深度、直徑、地質(zhì)情況等適合人工挖孔作業(yè)。抗滑樁共4 根，為確保安全采取間隔施工的方式，四根樁共分兩個(gè)循環(huán)施工完成，先施工的兩根抗滑樁完成并達(dá)到一定強(qiáng)度后再施工剩余的兩根抗滑樁。樁孔開挖土層由人工采用鎬、鐵鍬從上至下逐層進(jìn)行挖土，進(jìn)入強(qiáng)（中）風(fēng)化層后用風(fēng)鎬破碎掘進(jìn)，遇堅(jiān)硬巖層須爆破作業(yè)時(shí)，采用淺眼松動爆破法施工，樁孔開挖采取必要的通風(fēng)措施。

3.2 大管棚超前支護(hù)施工

抗滑樁、錨桿地表加固完成及洞口邊仰坡開挖支護(hù)到位后進(jìn)行洞口的大管棚施工，套拱采用預(yù)留核心土法施工，大管棚采用先鉆孔、后插管的方法，大管棚長30m，采用Φ108×9mm 的無縫鋼管，環(huán)向間距40cm，為增強(qiáng)管棚剛度，注漿后管內(nèi)充填水泥砂漿。

4 小凈距分離式隧道洞口段施工方案

分離式小凈距隧道由于兩隧道之間距離較近，施工時(shí)先行洞室與后行洞室的相互影響較大，施工過程中必須采取相應(yīng)的技術(shù)措施確保圍巖的穩(wěn)定與支護(hù)結(jié)構(gòu)的安全。

4.1 分離式小凈距隧道洞口段初期支護(hù)設(shè)計(jì)

根據(jù)數(shù)值結(jié)果分析，在滑坡體范圍隧道內(nèi)左洞拱部增設(shè)了超前雙層注漿小導(dǎo)管，兩分離式隧道出口段初期支護(hù)均采取了一定的加強(qiáng)措施。隧道支護(hù)設(shè)計(jì)參數(shù)見表2 所示。

表2 分離式隧道出口段初期支護(hù)參數(shù)表

4.2 小凈距分離式隧道洞口段施工技術(shù)

根據(jù)隧道地質(zhì)情況及分離式隧道的具體特點(diǎn)確定了兩分離式隧道的施工方法及控制措施?？傮w原則為右洞先行，左洞后行，左、右洞掌子面距離控制在15m～20m。右洞圍巖狀況相對較好，采用臺階法施工，左洞采用短臺階預(yù)留核心土法施工。嚴(yán)格遵循“短進(jìn)尺、少擾動、強(qiáng)支護(hù)、快封閉”的施工原則。分離式隧道洞口段左右洞開挖施工工序如圖1 所示。

圖1 分離式小凈距隧道左右洞開挖施工工序示意圖

4.2.1 右洞臺階法施工技術(shù)要點(diǎn)

洞口12m 左右圍巖風(fēng)化較嚴(yán)重，強(qiáng)度較低，為減少爆破振動對洞頂附近滑坡體的影響、避免爆破飛石等對周邊民房的損壞，采用破碎錘機(jī)械冷開挖，每循環(huán)進(jìn)尺50cm，開挖后立即進(jìn)行初期支護(hù)進(jìn)洞12m 后，圍巖強(qiáng)度較高，上臺階開挖采取微差控制弱爆破技術(shù)，每循環(huán)進(jìn)尺50cm，此時(shí)左洞已開始進(jìn)洞施工，為控制爆破振動對左洞的影響，爆破振動安全允許振速控制在2cm/s[4]以內(nèi)。上臺階長度控制在15m 左右，下臺階開挖每循環(huán)進(jìn)尺控制在1m 左右（兩榀拱架）。下臺階開挖一定距離后（15m），進(jìn)行仰拱開挖和混凝土施工，仰拱開挖支護(hù)每循環(huán)控制在3m。仰拱及填充施工24m 后進(jìn)行右洞拱墻二次襯砌的施工，及時(shí)將洞口封閉成環(huán)，二次襯砌采用襯砌臺車，每循環(huán)襯砌12m。

4.2.2 左洞短臺階預(yù)留核心土法施工技術(shù)要點(diǎn)

洞口15m 左右圍巖風(fēng)化較嚴(yán)重，強(qiáng)度較低，為減少爆破振動對洞頂附近滑坡體及相鄰洞室的影響、避免爆破飛石等對周邊民房的損壞，采用破碎錘機(jī)械冷開挖，每循環(huán)進(jìn)尺50cm，開挖后立即進(jìn)行初期支護(hù)進(jìn)洞15m 后，圍巖強(qiáng)度較高，上臺階開挖采取微差控制弱爆破技術(shù)，每循環(huán)進(jìn)尺50cm，為控制爆破振動對右洞及中夾巖柱的影響，爆破振動安全允許振速控制在2cm/s[4]以內(nèi)。上臺階長度控制在10m 左右，下臺階馬口交錯(cuò)開挖，每循環(huán)進(jìn)尺控制在1m 左右（兩榀拱架）。下臺階核心土開挖一定距離后（12m），進(jìn)行仰拱開挖和混凝土施工，仰拱開挖支護(hù)每循環(huán)控制在3m。仰拱及填充施工18m 后進(jìn)行左洞拱墻二次襯砌的施工，及時(shí)將洞口封閉成環(huán)，二次襯砌采用襯砌臺車，每循環(huán)襯砌12m。

4.3 小凈距分離式隧道中夾巖柱加固施工技術(shù)

中夾巖柱的承載能力對小間距隧道圍巖的穩(wěn)定性有很大的影響，選擇合理的中夾巖柱加固方法，對小間距隧道的穩(wěn)定及結(jié)構(gòu)受力十分關(guān)鍵。經(jīng)比較分析，中夾巖柱采用了小導(dǎo)管注漿加固的方案，設(shè)置范圍為洞口段40m，設(shè)置部位為邊墻起拱線至側(cè)溝蓋板頂。小導(dǎo)管采用外徑φ42mm，壁厚3.5mm，長4m 的熱軋無縫鋼管。小導(dǎo)管沿中夾巖柱豎向間距為50cm，每環(huán)間距1.2m，小導(dǎo)管與掘進(jìn)方向的平插角為45°，注漿采用水泥漿液，水灰比0.5。先行右洞的中夾巖柱加固在相對應(yīng)的左洞開挖前必須完成，后行左洞的中夾巖柱加固每循環(huán)洞挖支護(hù)后及時(shí)施作。小導(dǎo)管加固中夾巖柱的布置如圖2 所示。

圖2 小導(dǎo)管加固中夾巖柱布置示意圖

5 滑坡體及隧道變形監(jiān)測方案

為確保施工安全及為動態(tài)設(shè)計(jì)提供參考依據(jù)，結(jié)合滑坡體和隧道施工的實(shí)際情況，確定了滑坡體及隧道變形監(jiān)控量測方案。

5.1 滑坡體動態(tài)監(jiān)測方案

根據(jù)現(xiàn)場調(diào)查的情況，該滑坡體相對比較穩(wěn)定，施工可能會對其穩(wěn)定性產(chǎn)生影響，為此在抗滑樁施工前建立觀測點(diǎn)，觀測點(diǎn)布置在滑坡體上側(cè)，基本沿垂直隧道中線布設(shè)成一條線，間距3m 左右，共布設(shè)9 個(gè)觀測點(diǎn)，測點(diǎn)采用直徑25mm、長80cm 鋼筋地表鉆孔埋設(shè)。

監(jiān)測內(nèi)容：監(jiān)測觀測點(diǎn)水平位移和沉降。監(jiān)測方法：水平位移采用全站儀極坐標(biāo)法觀測、沉降位移采用全站儀電磁波測距三角高程測量法觀測。監(jiān)測頻率：在抗滑樁及邊仰坡開挖支護(hù)施工期間每天觀測一次，在隧道洞挖施工開始后每兩天觀測一次，在滑坡體段隧道洞挖完成（40m）及左洞襯砌12m 后一周觀測一次。監(jiān)測精度：水平位移和沉降均按測設(shè)精度0.5mm～1mm 控制。測點(diǎn)警戒標(biāo)準(zhǔn)：參照以往類似工程選取，相對位移值0.33%～0.5%，收斂速率2mm/d～4mm/d。同時(shí)對測點(diǎn)的變化進(jìn)行分析，當(dāng)連續(xù)3 天以上加速變化須采取措施進(jìn)行處理[5]。監(jiān)測結(jié)果：由于采取了抗滑樁的措施及間隔施工抗滑樁的方法，在施工過程中滑坡體水平最大位移值及沉降最大位移值均未超過2cm 且變形速率均未超過3mm/d，施工過程中滑坡體穩(wěn)定安全。

5.2 隧道動態(tài)監(jiān)測方案

監(jiān)測項(xiàng)目：根據(jù)工程特點(diǎn)、規(guī)模大小和設(shè)計(jì)要求綜合選定，量測項(xiàng)目見表3。

表3 監(jiān)控量測必測項(xiàng)目

監(jiān)測方法：拱頂下沉和水平收斂監(jiān)測采用全站儀配合反射膜片進(jìn)行。水平收斂采用全站儀極坐標(biāo)法觀測。拱頂下沉采用全站儀電磁波測距三角高程測量法觀測。地表沉降監(jiān)測采用精密水準(zhǔn)儀進(jìn)行。監(jiān)測點(diǎn)布置：拱頂下沉和水平收斂測點(diǎn)采用20mm 螺紋鋼鉆孔埋設(shè)，尾端斜切成45°面，斜切面處上黏貼專用反射膜片。地表沉降測點(diǎn)采用直徑25mm、長80cm鋼筋埋入地下，外露2cm，四周用混凝土填實(shí)。拱頂下沉和水平收斂斷面監(jiān)測斷面間距取5m，每個(gè)斷面設(shè)拱頂下沉點(diǎn)1 個(gè)，水平收斂點(diǎn)2 個(gè)，水平收斂點(diǎn)設(shè)在上臺階平面以上1m 的左右邊墻上。地表沉降斷面間距5m，與洞內(nèi)拱頂下沉和水平收斂斷面相對應(yīng)，測點(diǎn)橫向間距2m～5m，隧道中線附近測點(diǎn)加密。監(jiān)測頻率：根據(jù)測點(diǎn)距開挖面的距離及位移速度確定，從2 次/d～1 次/7d。位移控制基準(zhǔn)：見表4（B-隧道最大開挖寬度，U0-極限相對位移值）。監(jiān)測資料分析：采用作圖法分析，如果位移的變化隨時(shí)間而漸趨穩(wěn)定，說明圍巖處于穩(wěn)定狀態(tài)，如出現(xiàn)反彎點(diǎn)，說明位移出現(xiàn)反常的急驟增長現(xiàn)象，圍巖及支護(hù)已不穩(wěn)定，須采取加強(qiáng)支護(hù)措施。監(jiān)測結(jié)果：洞口段（40m）二襯施工結(jié)束后，該段最大的累計(jì)地表沉降量3.7cm、最大的累計(jì)拱頂沉降量4.6cm、最大的累計(jì)水平收斂量3.4cm 且其時(shí)間位移曲線和距離位移曲線均處于正常狀態(tài)，說明在隧道洞口段施工過程中，圍巖及支護(hù)穩(wěn)定，施工方法和采取的措施得當(dāng)。

表4 位移控制基準(zhǔn)表

6 結(jié)語

分離式小凈距公路隧道穿越滑坡體施工關(guān)鍵在于確?；麦w的穩(wěn)定，該文以施工穩(wěn)定性數(shù)值模擬分析為基礎(chǔ)對其進(jìn)行了較系統(tǒng)地研究。根據(jù)分析結(jié)果確定了隧道進(jìn)洞施工前滑坡體的抗滑樁設(shè)置方案，明確了洞口段隧道的開挖支護(hù)方案，即右洞先行采取上下臺階法、左洞后行采取短臺階預(yù)留核心土法、兩洞掌子面間距控制在15m 以上以及采取中夾巖柱加固等綜合技術(shù)。采取的綜合技術(shù)措施確保了滑坡體的穩(wěn)定，順利地完成了分離式小凈距隧道洞口段的施工。