中導(dǎo)洞施工工藝在雙連拱隧道進(jìn)洞中的應(yīng)用

劉杭州

(中鐵十八局集團(tuán) 第四工程有限公司,天津 300350)

在雙連拱隧道施工中，早期多采用三導(dǎo)洞施工工藝，但此種施工工藝對(duì)進(jìn)洞口圍巖造成的擾動(dòng)比較大，而且施工工期比較長，施工效率有限，施工成本高，不利于隧道防水，容易發(fā)生滲漏水問題。中導(dǎo)洞施工工藝屬于比較先進(jìn)、高效的施工方法，是一種以新奧法原理為基礎(chǔ)，采用光面爆破進(jìn)行大斷面開挖的進(jìn)洞施工工藝。同時(shí)可聯(lián)合錨、噴、網(wǎng)、鋼拱架、超前導(dǎo)管等輔助技術(shù)，先進(jìn)行貫通中導(dǎo)洞開挖，隔墻混凝土澆筑，然后通過臺(tái)階法來開正洞，開挖結(jié)束之后同時(shí)進(jìn)行二次襯砌，可有效保證雙連拱隧道進(jìn)洞的效率和質(zhì)量，而且對(duì)周圍圍巖操作的擾動(dòng)比較小，施工效果較好，具有良好的推廣應(yīng)用價(jià)值。

1 工程概述

國道主干線昆明繞城公路的建設(shè)既有效緩解了云南省過境交通缺乏的問題，也是加快國家高速公路網(wǎng)建設(shè)的需要。A4工區(qū)項(xiàng)目起點(diǎn)為北羊街鎮(zhèn)大村以東山梁上K24+750，路線由西北向東南丘陵區(qū)布線，經(jīng)岔河村、馬鞍山村、回香村、賈家村、北羊街、宋家營、曾家營、王官營、宜良北老古城等地，止于宜良北老古城以西南盤江邊K40+700。本工區(qū)路線全長15.948 km，路線總體走向由北向南。圖1為北羊街的平面布置圖，其隧道為雙線三車道雙連拱隧道，左線起始里程為K27+952—K28+174，長度為222 m；右線起始里程為K27+952—K28+186，長度為234 m。圍巖類型為隧道進(jìn)口段K27+952—K28+000，長48 m，為V級(jí)圍巖；K28+000—K28+140，長140 m，為IV級(jí)圍巖；隧道出口段K28+140—K28+190，長50 m，為V級(jí)圍巖。

圖1 北羊街隧道進(jìn)口平面布置圖

2 中導(dǎo)洞施工工藝的特點(diǎn)

與雙連拱隧道進(jìn)洞施工中三導(dǎo)洞施工技術(shù)相比，中導(dǎo)洞施工工藝具有非常明顯的特點(diǎn)，主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：(1)中導(dǎo)洞施工工藝采用了先進(jìn)的新奧法施工技術(shù)，在整個(gè)進(jìn)洞施工中對(duì)周圍圍巖造成擾動(dòng)次數(shù)比較少，可有效保護(hù)圍巖結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，并充分發(fā)揮出圍巖結(jié)構(gòu)的自承載力，可大幅度提升隧道結(jié)構(gòu)的安全性和整體穩(wěn)定性。(2)與三導(dǎo)洞施工技術(shù)相比，中導(dǎo)洞施工工藝減少了兩個(gè)側(cè)導(dǎo)洞，在施工中相互之間的干擾程度比較小，而且臨時(shí)支護(hù)量小，可有效縮短施工工期，降低施工成本，獲得更大的經(jīng)濟(jì)效益。

3 中導(dǎo)洞施工工藝在北羊街隧道中的應(yīng)用

北羊街隧道進(jìn)口仰坡發(fā)育有崩塌堆積體，厚度2～10.4 m，由灰?guī)r、砂巖碎石組成，該不良地質(zhì)現(xiàn)象對(duì)于隧道進(jìn)口仰坡易造成不利影響。因此，如何處理洞頂堆積體及邊仰坡防護(hù)將成為隧道安全進(jìn)洞的關(guān)鍵因素[1]。隧道進(jìn)口K27+952—K28+000段屬于V級(jí)圍巖，洞口為褐黃色、褐色碎石土夾塊石；隧道洞身圍巖穿越全——強(qiáng)風(fēng)化砂巖與強(qiáng)風(fēng)化灰?guī)r，有一條斷層大角度穿越隧道，斷層破碎帶發(fā)育強(qiáng)烈。斷裂充水較少，巖體[BQ]=229，隧道施工處理不當(dāng)或支護(hù)不及時(shí)會(huì)出現(xiàn)大量坍塌，側(cè)壁不穩(wěn)定，圍巖穩(wěn)定性較差，施工時(shí)要加強(qiáng)襯砌結(jié)構(gòu)，及時(shí)支護(hù)。地下水發(fā)育較少，雨季隧道內(nèi)有線狀滴水，旱季地下水稀少。隧道進(jìn)口仰坡發(fā)育有坍塌堆積體，厚度2～10.4 m；隧道出口坡面陡峭，坡面分布3～8 m厚碎石土夾黏土，坡面碎落嚴(yán)重，同時(shí)洞口左側(cè)山體較薄，容易造成隧道偏壓。為防止邊、仰坡坍塌及隧道偏壓問題，施工時(shí)嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)方案施工，確保隧道安全進(jìn)洞。

3.1 合理確定施工方案

本隧道工程圍巖結(jié)構(gòu)為Ⅳ級(jí)圍巖和V 級(jí)圍巖，為保證圍巖結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，最大限度發(fā)揮出圍巖結(jié)構(gòu)的承載力，在襯砌時(shí)，選擇了SLma及SL5a兩種復(fù)合式襯砌形式，在兩座隧道進(jìn)洞施工中，采用中導(dǎo)洞施工工藝，具體施工示意圖見圖2。先進(jìn)行中導(dǎo)洞施工，及時(shí)跟進(jìn)隔墻混凝土澆筑，然后再進(jìn)行兩座隧道主洞施工[2]。

圖2 中導(dǎo)洞法示意圖

3.2 中導(dǎo)洞開挖施工

在中導(dǎo)洞開挖施工中，為降低對(duì)周圍圍巖結(jié)構(gòu)造成的擾動(dòng)，本工程在施工中選擇了超前導(dǎo)管、鋼拱架、錨桿、噴射混凝土相互聯(lián)合的初期支護(hù)系統(tǒng)。斷面開挖結(jié)束后，及時(shí)進(jìn)行初期支護(hù)，以便快速封閉成環(huán)，更好地開展圍巖變形量[3]。為給初期支護(hù)留出足夠的時(shí)間和空間，先行洞和后行洞之間的距離始終開展在30 m以上，而且保證后行洞的仰拱不能滯后于先行洞第二次襯砌。先進(jìn)行靠山體外側(cè)的洞室開挖施工，待滯后一段時(shí)間，再進(jìn)行另一個(gè)洞室施工。為保證開挖施工的安全性，在主洞開挖之前，需要先將靠后行洞一側(cè)的中導(dǎo)坑采用臨時(shí)木支撐支護(hù)穩(wěn)定，以提升隔墻的穩(wěn)定性，降低山體偏壓對(duì)隔墻造成的擾動(dòng)和影響。具體中導(dǎo)洞鋼支撐及中隔墻示意圖見圖3。

圖3 中導(dǎo)洞鋼支撐及中隔墻示意圖

3.3 隔墻注漿和保護(hù)

前期中隔墻施工中，頂部混凝土還沒有完全密實(shí)，后期在主洞施工前，需要對(duì)中隔墻頂部進(jìn)行注漿密實(shí)處理，中隔墻頂注漿孔示意圖見圖4。本工程注漿漿液選擇了純水泥漿液，注漿壓力控制在0.3 MPa左右。

圖4 中隔墻頂注漿孔示意圖

在光面爆破施工中，為降低爆破對(duì)圍巖造成的擾動(dòng)和影響，在裝藥時(shí)，選擇空氣柱間隔式裝藥結(jié)構(gòu)，保證周邊眼能夠同時(shí)爆破，減少對(duì)圍巖造成的破壞，更好地保護(hù)圍巖結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性[4]。若遇到軟硬層巖相互融合地段，相鄰炮眼可采用正反向起爆相間，以促使作用在圍巖上的爆破沖擊力能夠抵御巖石的抗壓強(qiáng)度，控制爆破效果。

3.4 控制先行洞和后行洞之間距離

隧道開挖之后，必然會(huì)破壞巖體原來的平衡狀態(tài)，需要重新進(jìn)行圍巖應(yīng)力分布，以達(dá)到協(xié)調(diào)隧道平衡狀態(tài)的效果。在雙連拱隧道施工中，左右主洞開挖時(shí)錯(cuò)開距離比較短，容易引起兩側(cè)洞室圍巖應(yīng)力、變形的疊加，從而影響施工的安全性。為解決這一問題，本工程在施工中，保證后行洞仰拱施工超前先行洞20 m左右，但不滯后于先行洞的二次襯砌。為避免雙連拱隧道后期施工中發(fā)生二次開裂問題，后行洞的掌子面要超過先行洞側(cè)二次襯砌40 m以上[5]。

3.5 加強(qiáng)施工沉降控制

為解決雙連拱隧道中導(dǎo)洞施工中的沉降問題，本工程在施工中，選擇了柔性初期支護(hù)，按照測量結(jié)果及時(shí)調(diào)整開挖方法和柔性支護(hù)的參數(shù)，保證施工質(zhì)量。本工程施工中為提升檢測效率，在相同的斷面上同時(shí)進(jìn)行拱頂沉降量測和凈空變化量測[6]，得到的檢測結(jié)果(見表1)。 凈空變化量測基線在橫斷面上的布置見圖5。按照?qǐng)D5所示，三角形布置凈空收斂點(diǎn)位，形成三條測量基線。

表1 相同斷面上內(nèi)拱頂沉降量測和凈空變化量測表

圖5 凈空量測測點(diǎn)布置圖

在量測過程中，地表沉降量測縱向間距情況見表2。為最大限度保證量測的準(zhǔn)確性，本工程施工中將凈空變位儀固定在隧道施工中量測的巖體中，同時(shí)按照圍巖結(jié)構(gòu)的變化情況，合理調(diào)整測量的間距[7]，變位量較小時(shí)量測精度為0.1 mm，變位量較大時(shí)為1 mm。為取得開挖全程數(shù)據(jù)，地表沉降監(jiān)測和拱頂下沉量測需在隧道明洞洞口段開挖前進(jìn)行。

表2 地表沉降量測縱向間距表

地表沉降量測一般布置在4B～6B范圍內(nèi)，中線附近適當(dāng)加密，外側(cè)漸稀。根據(jù)北羊街隧道明洞洞口地質(zhì)勘測結(jié)果可知，結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性并非由單一因素來決定，而是由拱頂?shù)拇怪蔽恢梦灰?、地表沉降量共同決定的[8]。為保證施工質(zhì)量，在具體施工建設(shè)中，需要結(jié)合特點(diǎn)，開展全方位、有針對(duì)性的地質(zhì)勘測和量測，如果發(fā)現(xiàn)沉降量超標(biāo)，必須停止施工，進(jìn)行加固處理，以保證施工的安全性。經(jīng)采用中導(dǎo)洞施工，地表及拱頂下沉速率符合規(guī)定要求，在初期支護(hù)后下沉速率明顯下降，速率小于0.1 mm/d開始最終支護(hù)，最終支護(hù)后其接近于0。

4 結(jié) 語

綜上所述，雙連拱隧道進(jìn)洞施工難度比較大，影響施工質(zhì)量和安全的因素比較多，只要某個(gè)細(xì)節(jié)控制不當(dāng)，都會(huì)對(duì)圍巖結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性、安全性造成嚴(yán)重影響。采用中導(dǎo)洞施工工藝可有效滿足雙連拱隧道進(jìn)洞施工要求，而且對(duì)周圍圍巖造成的擾動(dòng)和破壞比較小，非常契合雙連拱隧道進(jìn)洞施工。但在具體施工中，需要結(jié)合雙連拱隧道進(jìn)洞的實(shí)際情況，嚴(yán)格把控中導(dǎo)洞施工工藝每道工序的質(zhì)量，才能發(fā)揮出應(yīng)有作用和價(jià)值，更好地保證雙連拱隧道進(jìn)洞施工質(zhì)量，促使我國隧道施工事業(yè)穩(wěn)健發(fā)展。