某工程疊層隧道群上層隧道重疊段施工專項(xiàng)技術(shù)探討

張進(jìn)　劉振齊　王正才

摘 要：介紹某工程疊層隧道群重疊段上層隧道施工技術(shù)，包含上層隧道的施工順序、上層隧道施工對(duì)下層隧道的相關(guān)保護(hù)措施、上層隧道開挖工藝以及上下層隧道夾巖的加固措施等，旨在通過一系列技術(shù)措施，減小疊層隧道群上層隧道施工對(duì)下層隧道襯砌結(jié)構(gòu)的影響，從而保證隧道群整體安全性。通過介紹該工程疊層隧道上層隧道施工技術(shù)，希望對(duì)后續(xù)類似工程施工提供參考。

關(guān)鍵詞：隧道;施工;措施;疊層;夾巖

中圖分類號(hào)：U455.4 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1003-5168（2021）29-0095-03

Special Technical Research on the Construction of Reserved Section of

Three Longitudinal Line of Hongyan Village Tunnel Group

ZHANG Jin LIU Zhenqi WANG Zhengcai

（China Construction and Civil Construction Co.， Ltd.， Chongqing 400000）

Abstract： To introduce the construction technology of the overlapping tunnel group， including the construction sequence of the upper tunnel， the relevant protection measures of the lower tunnel， the upper tunnel excavation process and the reinforcement measures of the upper and lower tunnel clips. It aims to reduce the impact of the upper tunnel construction on the lining structure of the lower tunnel， so as to ensure the overall safety of the tunnel group.By introducing the construction technology of the stacked tunnel， we hope to provide reference for the subsequent construction of similar projects.

Keywords： tunnel;construction;measures;lamination;rock clip

1 工程概況

1.1 基本概況

上層隧道與下層軌道交通線路共用某大橋跨越嘉陵江。受某大橋高程和平面線位限制，上層4座隧道（含主線左線隧道、主線右線隧道、匝道A隧道和匝道B隧道）位于下層軌道交通暗挖車站隧道之上。其中，上層主線三車道大斷面隧道位于下層軌道交通暗挖車站隧道左右拱肩，最小凈距約為2.0 m。三隧依次呈交錯(cuò)關(guān)系，且長(zhǎng)距離緊貼、并行，里面的位置關(guān)系如圖1所示。

1.2 工程地質(zhì)條件

1.2.1 地質(zhì)構(gòu)造。工程處于金鰲寺向斜西翼，為川東褶皺束中沙坪壩-重慶復(fù)式褶皺曲中的次一級(jí)褶曲，無(wú)斷裂構(gòu)造通過，構(gòu)造裂隙不發(fā)育。據(jù)調(diào)查測(cè)繪，場(chǎng)地巖層傾向140，傾角8°，局部?jī)A角15°。

據(jù)實(shí)地量測(cè)，基巖中發(fā)育裂隙3組，裂隙發(fā)育情況如下：①L1裂隙傾向?yàn)?50°～0°，傾角為55°～65°，裂隙面粗糙，寬度為2～8 mm，偶見黏性土充填，裂隙間距在2～5 m不等，延伸長(zhǎng)度一般為5～10 m，局部可達(dá)數(shù)10 m，切割深度為5～20 m，連通性較好，裂隙屬硬性結(jié)構(gòu)面，結(jié)合差;②L2裂隙傾向?yàn)?60°～270°，傾角為65°～75°，裂隙面較直，延伸長(zhǎng)度為3～5 m，閉合為主，裂隙間距在2～5 m不等，無(wú)充填物或局部有部分方解石充填，裂隙屬硬性結(jié)構(gòu)面，結(jié)合差;③L3裂隙傾向?yàn)?0°～90°，傾角為65°～75°，傾向與L2裂隙相反，裂隙性狀與L2一致。

1.2.2 地層巖性。通過地質(zhì)鉆探、地面地質(zhì)調(diào)查和搜集前人成果及相關(guān)地質(zhì)資料，場(chǎng)地內(nèi)出露地層主要為第四系全新統(tǒng)（Q4）和侏羅系中統(tǒng)沙溪廟組（J2s）沉積巖層。按照由新到老的原則，各層巖土特征分述如下。

①人工填土（Q4）。褐灰色，以素填土為主，主要由粉質(zhì)黏土夾砂泥巖碎塊石組成，含少量砼塊、磚頭等建筑垃圾。骨架顆粒粒徑以20～500 mm為主，局部可達(dá)800～1 000 mm，含量一般為30%～50%;在厚度較大的地段中下部，碎塊石含量顯著增高，局部可達(dá)到70%～80%，粒徑也有所增大。人工填土主要呈稍密狀，稍濕，堆填年限約10年。該層底部與基巖接觸地段受地下水活動(dòng)的影響，形成以軟～可塑狀黏性土為主、厚度為0.05～0.30 m（局部可達(dá)0.50 m以上）的軟弱薄層。它分布于整個(gè)場(chǎng)地內(nèi)，鉆探揭露最大厚度為37.2 m（孔號(hào)WXH32）。

②殘坡積層粉質(zhì)黏土（Q4）。褐紅色，由黏土礦物組成，含少量巖石碎屑，可塑～硬塑，稍光滑，搖震反應(yīng)無(wú)，干強(qiáng)度中等，韌性中等。殘坡積層，厚為0.5～1.0 m，較薄，主要分布于原始溝谷和斜坡地帶，場(chǎng)地分布較少[1]。

③砂質(zhì)泥巖（J2s-Sm）。褐紅色，粉砂泥質(zhì)結(jié)構(gòu)，中厚層狀構(gòu)造;主要礦物成分為黏土礦物;表層強(qiáng)風(fēng)化帶厚度一般為0.5～1.0 m，最大可達(dá)3 m，強(qiáng)風(fēng)化巖芯呈碎塊狀，風(fēng)化裂隙發(fā)育;中風(fēng)化巖芯呈柱狀、中柱狀，巖體較完整，屬軟巖，巖體基本質(zhì)量等級(jí)為Ⅳ級(jí)。砂質(zhì)泥巖廣泛分布于整個(gè)場(chǎng)地上部土層覆蓋層以下。

④砂巖（J2s-Ss）。灰褐色、灰色，細(xì)粒～中粒結(jié)構(gòu)，中厚層狀構(gòu)造，泥鈣質(zhì)膠結(jié)，主要礦物成分有石英、長(zhǎng)石等;強(qiáng)風(fēng)化層厚度一般為0.5～3.0 m，強(qiáng)風(fēng)化巖芯多呈碎塊狀、短柱狀，風(fēng)化裂隙發(fā)育;中風(fēng)化巖芯呈柱狀、長(zhǎng)柱狀，巖體較完整，屬較軟巖，巖體基本質(zhì)量等級(jí)為Ⅳ級(jí)。砂巖廣泛分布于整個(gè)場(chǎng)地上部土層覆蓋層以下，與砂質(zhì)泥巖相間分布。

2 工程特點(diǎn)及重難點(diǎn)分析與對(duì)策

2.1 工程重點(diǎn)

受場(chǎng)地條件限制，現(xiàn)場(chǎng)剩余大量工程已無(wú)作業(yè)面施工，造成大量施工人員及機(jī)械窩工，施工工期嚴(yán)重滯后，使得對(duì)施工組織要求高成為工程重點(diǎn)。因此，針對(duì)剩余工程需加強(qiáng)施工組織，優(yōu)先完成群洞段主線隧道與暗挖車站重疊段、H-B隧道、3號(hào)出入口暗挖段及軌道交通區(qū)間隧道開挖支護(hù)。待以上工程完成后，拆除現(xiàn)場(chǎng)鋼筋加工場(chǎng)改移到匝道A隧道內(nèi)供剩余主體及附屬工程鋼筋加工。

2.2 工程難點(diǎn)

大規(guī)模高密度洞群施工技術(shù)含量高、施工難度大，是工程施工組織重點(diǎn)和技術(shù)難點(diǎn)。

主線隧道進(jìn)洞口處下方有軌道交通暗挖車站隧道，上方有主線隧道，左右兩側(cè)有匝道隧道，下方有既有鐵路隧道和在建的軌道交通9號(hào)線。群洞呈上下疊加、左右平行近接位置關(guān)系，隧道群總體呈現(xiàn)出復(fù)雜的空間關(guān)系，且洞間近接，主線隧道與軌道交通暗挖車站隧道凈距只有2 m左右，規(guī)模浩大，應(yīng)力變化復(fù)雜，開挖難度大。隧道群總體風(fēng)險(xiǎn)極高，是施工技術(shù)難點(diǎn)，也是施工組織重點(diǎn)[2]。

針對(duì)本工程隧道群特點(diǎn)，優(yōu)化施工組織，隧道群施工的總體順序?yàn)橄认潞笊?。為保證三層主線隧道整體工期節(jié)點(diǎn)，減小對(duì)下層隧道襯砌結(jié)構(gòu)擾動(dòng)，總體施工順序?yàn)椤跋聦榆壍澜煌ò低谲囌鹃_挖、襯砌施工—上層A、B匝道隧道襯砌施工—A、B匝道隧道與主線第一個(gè)車行橫通道襯砌施工—通過車行橫通道施工主線隧道（非重疊段）—待下方暗挖車站隧道襯砌結(jié)構(gòu)施作完成且結(jié)構(gòu)趨于穩(wěn)定后，施工疊層隧道群上層主線隧道（由A、B匝道與主線隧道車行橫通道位置進(jìn)行反向開挖至主線隧道進(jìn)口位置）”。

群洞段匝道B隧道初支和襯砌已施工完成，軌道交通暗挖車站初期支護(hù)施工已完成，同時(shí)已對(duì)車站暗挖隧道上部及左、右線隧道中間巖層按設(shè)計(jì)采用超長(zhǎng)T51自進(jìn)式錨桿對(duì)巖層進(jìn)行注漿加固。主線隧道仰拱及軌道交通線暗挖車站拱部已按設(shè)計(jì)采用管棚注漿進(jìn)行加固，既有鐵路隧道已經(jīng)過變更采用混凝土回填完成。為了減少主線隧道開挖時(shí)對(duì)車站襯砌主體結(jié)構(gòu)的擾動(dòng)，先施工主線隧道與車站隧道重疊段上臺(tái)階開挖支護(hù)。

①主線隧道群洞與車站隧道重疊段左、右線采用中壁法開挖。隧道掘進(jìn)施工時(shí)，左、右線掌子面前后錯(cuò)開50 m進(jìn)行施工，避免在同一橫斷面內(nèi)多孔洞同時(shí)開挖施工、裸露開挖面。

②經(jīng)過前期多次試驗(yàn)及計(jì)算，現(xiàn)隧道爆破開挖振速已能夠準(zhǔn)確控制在規(guī)定范圍內(nèi)。上層主線隧道與車站隧道重疊段左、右線施工均采用微震動(dòng)開挖，開挖循環(huán)進(jìn)尺控制在1.0 m左右，加強(qiáng)初期支護(hù)，提高支護(hù)剛度，快速開挖，及時(shí)封閉圍巖，減小時(shí)空效應(yīng)對(duì)圍巖變形的影響[3]。

③上層主線隧道與車站隧道重疊段開挖時(shí)，加密監(jiān)測(cè)點(diǎn)布置加強(qiáng)監(jiān)控量測(cè)頻率，根據(jù)監(jiān)控量測(cè)結(jié)果適時(shí)調(diào)整施工方法和調(diào)整支護(hù)參數(shù)，確保施工和結(jié)構(gòu)安全。同時(shí)，在車站內(nèi)起拱線位置布置兩對(duì)長(zhǎng)觀孔，在主線隧道爆破開挖時(shí)監(jiān)測(cè)夾層內(nèi)巖石的擾動(dòng)，通過監(jiān)測(cè)結(jié)果調(diào)整爆破參數(shù)。

④主線隧道仰拱開挖完成后，清理仰拱渣土，采用M30水泥漿灌注仰拱縫隙，使其仰拱巖層整體板結(jié)。同時(shí)，對(duì)上下層隧道間夾巖柱進(jìn)行注漿加固，加固深度為上層隧道拱部外輪廓線50 cm，漿液擴(kuò)散半徑為1 m，鉆孔間距為1.5 m，梅花形布置。

⑤主線隧道初支拱墻與仰拱鋼架連接處加焊20 mm鋼板加強(qiáng)肋，提高初襯鋼架穩(wěn)定性。

3 施工工藝技術(shù)

3.1 隧道施工法

3.1.1 施工步序。主線隧道與車站隧道重疊段采用中隔壁法開挖，橫斷面和縱斷面施工步序分別如圖2和圖3所示。

3.1.2 技術(shù)要點(diǎn)。①根據(jù)圍巖條件和施工機(jī)械配套情況合理確定臺(tái)階長(zhǎng)度、臺(tái)階數(shù)量和臺(tái)階高度，嚴(yán)格控制臺(tái)階高度為5.5 m，且其各部形狀應(yīng)在有利于保持圍巖穩(wěn)定的前提下盡量便于開展機(jī)械作業(yè);②當(dāng)圍巖不穩(wěn)定時(shí)，開挖進(jìn)尺不宜過大，每循環(huán)宜控制在1.0～1.5 m，落底后應(yīng)立即實(shí)施初期支護(hù);③當(dāng)圍巖整體性較差時(shí)，施工中應(yīng)采取措施減少下部開挖時(shí)對(duì)上部圍巖和支護(hù)的擾動(dòng)，下部斷面開挖應(yīng)量測(cè)交錯(cuò)進(jìn)行，下部斷面應(yīng)在上部斷面噴射砼達(dá)到一定強(qiáng)度后開挖。

3.2 隧道開挖施工

主線隧道進(jìn)口屬群洞設(shè)計(jì)，且全線多處與軌道交通、鐵路相交，同時(shí)地表建筑物密布。為保障建筑物和隧道施工安全，針對(duì)群洞段實(shí)際情況，上臺(tái)階開挖方式定為距洞口10 m范圍內(nèi)采用機(jī)械開挖，其余地段采用機(jī)械開挖輔以微振控制爆破?？刂票普袼俨淮笥? cm/s。開挖爆破采用塑料導(dǎo)爆管非電起爆系統(tǒng)，毫秒微差有序起爆，減小進(jìn)尺及裝藥量，減輕震動(dòng)。特殊地段可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況采用數(shù)碼電子雷管進(jìn)行分段弱爆破[4]。

隧道爆破施工必須在確保高質(zhì)量的隧道開挖斷面和進(jìn)尺的同時(shí)，保證爆破震動(dòng)盡可能小，以保證地表及建筑物的安全，并盡可能減少對(duì)居民的干擾。為此，爆破必須滿足以下兩個(gè)要求：①爆破震動(dòng)、爆破噪聲等，需控制在爆破安全規(guī)程要求之內(nèi);②炮眼利用率在90%以上，光爆的半壁炮眼留痕跡率在80%以上，平均線性超挖不大于10 cm，最大不超過15 cm，相鄰兩循環(huán)炮眼銜接臺(tái)階不大于10 cm，局部欠挖面積小于0.1 m2，最大欠挖小于厚度5 cm。

隧道掘進(jìn)采用臺(tái)階法微振動(dòng)光面爆破，上臺(tái)階一般采用掏槽眼開挖和擴(kuò)大部分開挖兩部分爆破。用[Φ]30 mm、[Φ]25 mm 2#防水的乳化炸藥，周邊眼則采用[Φ]25 mm的小藥卷，并采用導(dǎo)爆索綁小藥卷的空氣間隔裝藥結(jié)構(gòu)。隧道爆破采用毫秒雷管或秒級(jí)雷管起爆系統(tǒng)（秒級(jí)雷管主要用于掏槽眼），采用V形掏槽眼。為了盡可能減少爆破對(duì)隧道的影響，掏槽眼設(shè)置在爆破掌子面的中下部，爆破每循環(huán)進(jìn)尺為1.0 m。下臺(tái)階開挖則采用1.5 m短進(jìn)尺弱爆破開挖。

主線隧道左右線與車站隧道重疊段采用隧道反挖施工，反挖段中隔壁法上臺(tái)階（高為5.5 m）采用機(jī)械開挖輔以微振控制爆破。本段隧道上跨開挖支護(hù)已施作完成的軌道交通線車站暗挖段及區(qū)間隧道段，為減少施工對(duì)其結(jié)構(gòu)的震動(dòng)影響和對(duì)圍巖的擾動(dòng)，施工中上臺(tái)階采用機(jī)械開挖掏槽提供臨空面，周邊眼輔助眼采取控制爆破開挖的形式，而下臺(tái)階采用機(jī)械開挖的形式，減小擾動(dòng)[5]。

4 結(jié)語(yǔ)

通過對(duì)某工程隧道群洞段ZK3+764.62、ZK3+789.7與ZK3+878.189這3個(gè)典型斷面進(jìn)行有限元分析，得到某工程隧道群左、右主線隧道開挖上臺(tái)階時(shí)各施工工序下洞群整體均處于穩(wěn)定狀態(tài)，支護(hù)效果良好，各隧道拱頂最大豎向位移均在合理范圍內(nèi)。

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