復(fù)雜地質(zhì)隧道出口超淺埋段導(dǎo)洞法雙向施工技術(shù)

楊亞孝 （中鐵十六局集團(tuán)第三工程有限公司，浙江 湖州 313000）

0 前言

隧道建設(shè)一直以來作為公路鐵路施工中關(guān)鍵控制性工程，施工難度大，風(fēng)險(xiǎn)高，因此許多專家學(xué)者對(duì)此進(jìn)行研究。特別是隧道進(jìn)出口施工，由于蓋層薄，圍巖風(fēng)化嚴(yán)重，給施工帶來極大的困難，傳統(tǒng)隧道出口施工都采用大管棚進(jìn)行超前防護(hù)施工，但對(duì)于一些地域受限地區(qū)，由于空間狹小，難以進(jìn)行管棚搭設(shè)，因此給施工帶來極大的困難。本工程中，針對(duì)上述問題，采用導(dǎo)洞法雙向施工技術(shù)，即先導(dǎo)洞施工出洞，再反向開挖的方法有效解決出洞難題，保證了施工安全和進(jìn)度。

1 工程概況

奉節(jié)隧道全長(zhǎng)13472m，設(shè)計(jì)時(shí)速350km/h，為單洞雙線大斷面隧道，出口采用橋臺(tái)進(jìn)洞，明洞長(zhǎng)10.55m，與金橋雙線中橋橋臺(tái)緊鄰相接。隧道出口屬剝蝕低山地貌，斜坡基巖大部裸露，洞身穿越基巖侏羅系下統(tǒng)下沙溪廟組（Jxs），上沙溪廟組（Js）泥巖夾砂巖，巖層單斜，傾角變化較大，巖體較破碎。

2 施工方法

2.1 施工方案

洞口段傳統(tǒng)大管棚超前支護(hù)施工，雖可最大限度地控制隧道變形沉降、保證施工安全，但也存在施工工序繁瑣，工序施工時(shí)間長(zhǎng)且無法平行作業(yè)，同時(shí)管棚施工需提前做好場(chǎng)地清理及風(fēng)、水、電保障工作。特殊情況下，由于洞口處受地形條件以及復(fù)雜地質(zhì)條件限制，現(xiàn)場(chǎng)無法進(jìn)行大管棚施工，因此需要尋找新的安全可控、工期較短以及成本經(jīng)濟(jì)合理的施工方法。

奉節(jié)隧道出口位置山勢(shì)陡峭，以V級(jí)圍巖為主，圍巖巖性為泥巖夾砂巖，巖體裸露較破碎，覆蓋層較薄，洞口段30m范圍內(nèi)洞頂覆蓋層厚度為0.5～3.5m，洞口明暗分界處僅0.5m厚，且與之相鄰的金橋雙線中橋橋臺(tái)正在施工，現(xiàn)場(chǎng)不具備大管棚施工條件。通過與參建各方現(xiàn)場(chǎng)實(shí)地踏勘后，確定采用導(dǎo)洞法雙向施工，導(dǎo)洞法施工可有效保證拱部的穩(wěn)定，洞外反向支護(hù)加強(qiáng)了洞口及邊仰坡的穩(wěn)定，逆作法施工工序簡(jiǎn)單，工序循環(huán)時(shí)間短，工期可控，同時(shí)可直接利用洞內(nèi)設(shè)備施工，成本明顯降低。該方法具體為洞內(nèi)導(dǎo)洞出洞+洞外支護(hù)，洞內(nèi)導(dǎo)洞采用雙層小導(dǎo)管超前支護(hù)方式出洞，洞外支護(hù)采用型鋼鋼架支護(hù)+混凝土模筑襯砌，施工參數(shù)：φ42mm雙層小導(dǎo)管長(zhǎng)度為4m/根+7m長(zhǎng)自進(jìn)式錨桿，全環(huán)設(shè)置I22a型工字鋼拱架，間距0.6m/榀。

2.2 施工步驟

奉節(jié)隧道出口原地面坡度較陡，覆蓋層較薄，圍巖以泥巖為主，施工遵循“早進(jìn)晚出”的原則，施工前應(yīng)首先對(duì)邊仰坡進(jìn)行防護(hù)。出洞施工分為四步：第一步，先進(jìn)行DK734+600～DK734+608段洞內(nèi)施工，采用下臺(tái)階小導(dǎo)洞出洞，噴射混凝土支護(hù)，施工至DK734+608后停止；第二步，DK734+612～DK734+608段由洞外向洞內(nèi)施工，施工至DK734+608停止；第三步，DK734+600～DK734+608段開挖至設(shè)計(jì)輪廓并按設(shè)計(jì)要求進(jìn)行支護(hù)；第四步，DK734+600～DK734+612仰拱初支及時(shí)封閉。具體施工如圖1所示。

圖1 現(xiàn)場(chǎng)出洞施工示意圖

3 出口雙向施工技術(shù)

3.1 洞內(nèi)導(dǎo)洞施工

由于此段覆蓋層較薄，先對(duì)DK734+600拱部區(qū)域進(jìn)行自進(jìn)式錨桿和超前小導(dǎo)管施作，以保證拱部穩(wěn)定，開挖時(shí)上臺(tái)階掌子面停止施工，開挖面下降2～3m至下臺(tái)階，由下臺(tái)階采用小導(dǎo)洞施工出洞，小導(dǎo)洞開挖后及時(shí)噴射混凝土封閉，每次開挖進(jìn)尺控制在1.5m左右，施工過程中，上臺(tái)階未開挖層作為覆蓋層，以確保施工安全，根據(jù)圍巖情況按照要求I18臨時(shí)鋼架錨噴施工，然后按照上述工序持續(xù)施工至DK734+608處，噴混凝土封閉掌子面停止施工，轉(zhuǎn)入洞外施工。

小導(dǎo)洞施工要求：小導(dǎo)洞位于掌子面中下部，截面尺寸為4.5m（寬）×4.5m（高），以方便施工機(jī)械施工為宜；小導(dǎo)洞每循環(huán)按雙層小導(dǎo)管法預(yù)先做好超前支護(hù)，每循環(huán)掘進(jìn)按不超過2榀鋼架間距控制，支護(hù)范圍為小導(dǎo)洞拱部；每循環(huán)開挖完成后及時(shí)施作初期支護(hù)，采用I18鋼架噴射混凝土支護(hù)，鋼架間距0.8m，@20×20cm的φ6鋼筋網(wǎng)+25cm厚C20噴混凝土；小導(dǎo)洞每循環(huán)施工增加若干個(gè)探孔，探孔深度為循環(huán)進(jìn)尺+3m，以探明具體的剩余距離，便于安全出洞；小導(dǎo)洞施工采用機(jī)械開挖配合弱爆破，減少對(duì)周邊圍巖及洞頂?shù)臄_動(dòng)。每循環(huán)開挖完畢后立即施作初期支護(hù)，盡快封閉圍巖；小導(dǎo)坑開挖過程中，加強(qiáng)對(duì)地表監(jiān)測(cè)，發(fā)現(xiàn)異常及時(shí)處理。小導(dǎo)洞施工前對(duì)原地面進(jìn)行一次復(fù)測(cè)，準(zhǔn)確掌握出洞時(shí)洞頂?shù)母采w層厚度，確保施工安全。

3.2 洞外反向立架施工

3.2.1 DK734+612～DK734+608段洞外施工

洞內(nèi)施工至DK734+608后，開始DK734+612～DK734+608段施工，采用破碎機(jī)進(jìn)行開挖，每次開挖一榀鋼架間距后及時(shí)架設(shè)1榀I22a工字鋼拱架，在鋼架上部外側(cè)安裝模板保證噴混凝土厚度，模板采用Φ22分布筋與鋼架焊接固定，待噴射混凝土后拆除。后續(xù)鑿除一環(huán)支護(hù)一環(huán)，施工至DK734+608后按照傾斜度要求進(jìn)行立架噴射混凝土支護(hù)，立架時(shí)注意傾斜度，根據(jù)洞口坡度進(jìn)行立架（見圖1)，最后拱部立模澆筑混凝土覆蓋，以保證洞口穩(wěn)定。

3.2.2 DK734+600～DK734+608段拱部開挖

貫通后對(duì)DK734+600～DK734+608段拱部進(jìn)行開挖，開挖前先施工自進(jìn)式錨桿和超前小導(dǎo)管支護(hù)，采用弱爆破剝離開挖，并按設(shè)計(jì)要求進(jìn)行初期支護(hù)，開挖一榀支護(hù)一榀，直至拱部開挖出設(shè)計(jì)輪廓。鉆爆施工時(shí)嚴(yán)格按照“短進(jìn)尺、弱爆破、快封閉、勤量測(cè)”的原則進(jìn)行施工，嚴(yán)格控制裝藥量，增加周邊眼和輔助眼的數(shù)量，掏槽眼數(shù)量增加，掏槽眼長(zhǎng)度遞減設(shè)置，進(jìn)行剝離爆破，減少對(duì)圍巖的擾動(dòng)。

3.2.3 自進(jìn)式錨桿施工

3.2.3.1 施工工藝流程

自進(jìn)式錨桿施工工藝流程如圖2所示。

圖2 自進(jìn)式錨桿施工工藝流程圖

3.2.3.2 施工工藝

自進(jìn)式錨桿主要采用鉆神ZML-120錨桿鉆機(jī)施工，根據(jù)已測(cè)量定位好的位置，將超前自進(jìn)式錨桿角度調(diào)整為3～5后開始鉆進(jìn)。每根錨桿由兩節(jié)2m和一節(jié)3m節(jié)段錨桿連接而成，并在第一節(jié)錨桿安裝專用鉆頭，施工中逐節(jié)鉆進(jìn)，節(jié)間由專用連接套筒連接牢固。錨桿施工完成后，連接注漿設(shè)備開始注漿，注漿壓力一般控制在0.5～1.0MPa，水泥漿水灰比宜控制在1:0.8～1:1之間，注漿壓力和注漿配合比可根據(jù)施工需要經(jīng)試驗(yàn)后調(diào)整。錨桿施工如圖3所示。

圖3 單根7m長(zhǎng)錨桿施作示意圖

3.2.3.3 單根錨桿注漿量計(jì)算

注漿量計(jì)算：漿液擴(kuò)散半徑r=0.45m；錨桿長(zhǎng)度l=7m；巖體孔隙率取a=0.2；注漿量 V=πr2×l×a=3.14×0.45×0.45 ×7 ×0.2=0.89m，共50根計(jì)44.5m。

4 安全措施

4.1 超前地質(zhì)預(yù)報(bào)

嚴(yán)格按照要求落實(shí)超前地質(zhì)預(yù)報(bào)，核對(duì)實(shí)際地質(zhì)情況與設(shè)計(jì)是否一致，若不一致立即停止施工，調(diào)整施工方案，經(jīng)論證無安全問題或處理完善后，方可進(jìn)行施工。

4.2 監(jiān)控量測(cè)

分別在 DK734+600～DK734+612段洞內(nèi)及地表布設(shè)監(jiān)控量測(cè)點(diǎn)，洞內(nèi)布點(diǎn)加密為每2.5m布置1個(gè)拱頂沉降觀測(cè)點(diǎn)和2個(gè)凈空水平收斂量測(cè)點(diǎn)，地表布點(diǎn)沿隧道中線方向間隔2.5m設(shè)置一處地表沉降觀測(cè)樁，設(shè)置6排，中心觀測(cè)樁兩側(cè)20m范圍內(nèi)每2.5m各設(shè)置一處地表沉降觀測(cè)樁，觀測(cè)樁位置編號(hào)采用洞內(nèi)里程樁號(hào)編設(shè)。洞內(nèi)觀測(cè)點(diǎn)埋設(shè)穩(wěn)定12h內(nèi)（最遲不得大于24h）讀取初讀數(shù)，后每天根據(jù)隧道實(shí)際變形速率和測(cè)量斷面距開挖工作面的距離確定觀測(cè)頻率；洞外觀察重點(diǎn)應(yīng)在洞口段地表開裂、沉陷以及邊仰坡穩(wěn)定狀態(tài)等，出現(xiàn)異常變化時(shí)及時(shí)反饋。由于洞口段隧道地質(zhì)條件復(fù)雜，在必測(cè)項(xiàng)目基礎(chǔ)上，增加了噴射混凝土內(nèi)力、錨桿軸力、鋼架內(nèi)力等選測(cè)項(xiàng)目，為隧道安全提供了監(jiān)測(cè)依據(jù)。

4.3 安全防范措施

①根據(jù)地表下沉觀測(cè)結(jié)果，以及地表是否出現(xiàn)開裂。若下沉值大于5mm，且地表出現(xiàn)開裂,暫停施工，分析超前小導(dǎo)管注漿情況和自進(jìn)式錨桿施工質(zhì)量，可采取補(bǔ)注漿方式。

②控制單循環(huán)開挖進(jìn)尺及炸藥用量，確保爆破后洞頂爆破震動(dòng)波速不超過0.5cm/s。

③對(duì)于洞內(nèi)拱頂下沉值及周邊收斂值若超標(biāo)，達(dá)到紅色報(bào)警，調(diào)整開挖進(jìn)尺、臨時(shí)支護(hù)參數(shù)?？蛇m當(dāng)增加臨時(shí)拱架的型號(hào)，以及將間距調(diào)小，適當(dāng)增加初支厚度，以及臨時(shí)錨桿的間距，確保隧道初支不變形。

④隧道擴(kuò)挖時(shí)，洞口段適當(dāng)加大拱架的型號(hào)，并且縮小拱架間距。

⑤施工時(shí)，注意出口下方道路的安全警戒。鉆爆及挖機(jī)作業(yè)時(shí)，禁止下方道路通行。

5 結(jié)論

導(dǎo)洞法雙向施工技術(shù)在奉節(jié)隧道出口施工中成功應(yīng)用，該技術(shù)主要通過用導(dǎo)洞法施工至明暗交接處，并采用自進(jìn)式錨桿和超前小導(dǎo)管相結(jié)合的方式進(jìn)行超前防護(hù)，確保開挖安全高效進(jìn)行，同時(shí)采用逆向思維，由外向內(nèi)進(jìn)行擴(kuò)挖，解決施工場(chǎng)地狹小的難題，為同類工程施工提供一種新的方法。