巖溶地區(qū)無(wú)中隔墻連拱隧道施工關(guān)鍵技術(shù)

摘要：無(wú)中隔墻連拱隧道中巖層厚度較小，施工難度較大，相應(yīng)的施工參考案例不多。結(jié)合眼井隧道無(wú)中隔墻連拱隧道施工項(xiàng)目實(shí)際情況，介紹了三眼井連拱隧道初支施工的關(guān)鍵技術(shù)措施，尤其連拱隧道薄弱處的中巖層保護(hù)和基地加固措施進(jìn)行了詳細(xì)的闡述。同時(shí)結(jié)合三眼井隧道地處巖溶發(fā)育區(qū)的特點(diǎn)，提出了不同條件下的溶洞回填等處置方案，以保證巖溶區(qū)隧道安全快速施工。

關(guān)鍵詞：巖溶地區(qū);連拱隧道;中隔墻;施工

0" "引言

連拱隧道在公路施工中較為常見，在我國(guó)高速公路的建設(shè)施工過(guò)程中較為常見[1]。多數(shù)的連拱隧道都是通過(guò)采用中導(dǎo)洞的辦法來(lái)進(jìn)行中隔墻施工[2]，但施工中導(dǎo)洞的連拱隧道較少，相應(yīng)的施工參數(shù)也較為缺乏。但大量的連拱隧道施工和分析案例，也為無(wú)中隔墻的連拱隧道施工提供了豐富的參考。

王炎[3]對(duì)上隴眉連拱隧道中隔墻受力進(jìn)行分析，認(rèn)為連拱隧道中隔墻偏壓的出現(xiàn)和消失對(duì)結(jié)構(gòu)受力影響較大，不建議采用單跨狀態(tài)修建連拱隧道。陳貴紅[4]等通過(guò)數(shù)值模擬分析得出，在一定程度上中隔墻的應(yīng)力隨著墻厚的增加而出現(xiàn)減小的趨勢(shì)，但是當(dāng)隔墻厚度超過(guò)2m時(shí)，應(yīng)力減小不明顯，所以通過(guò)增大中隔墻的厚度來(lái)保證安全是不經(jīng)濟(jì)的。楊果林等[5]根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，劃分了連拱隧道中隔墻鋼筋軸力的發(fā)展階段并對(duì)其發(fā)展規(guī)律進(jìn)行了分析，歸納了中隔墻承載模式及演變過(guò)程，得出了其有可能發(fā)生的失穩(wěn)類型。鄒興林[6]利用數(shù)值模型，分析了受限條件下采用1.2m厚度中隔墻方案的合理性和安全性。劉建波[7]采用有限元軟件分析了連拱隧道8種中洞法施工方案，認(rèn)為采用分臺(tái)階法在縮短工期和節(jié)約成本方面更優(yōu)。梁緘鑫[8]結(jié)合轉(zhuǎn)角塘隧道施工案例，分析了中導(dǎo)洞法和三導(dǎo)洞法的適用條件。錢正富等[9]通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)對(duì)楚姚高速陳家沖隧道爆破施工參數(shù)進(jìn)行修正，保證了無(wú)中導(dǎo)洞連拱隧道的順利施工和二襯施工質(zhì)量。

上述文獻(xiàn)大多數(shù)是對(duì)中導(dǎo)洞連拱隧道的中隔墻進(jìn)行分析，關(guān)于無(wú)中隔墻連拱隧道的涉及較少。為總結(jié)無(wú)中隔墻連拱隧道施工關(guān)鍵措施，本文結(jié)合三眼井隧道施工案例，對(duì)連拱隧道薄弱處的中巖層保護(hù)和基地加固措施進(jìn)行了詳細(xì)的闡述，以方便同類項(xiàng)目施工參考。

1" "工程概況

1.1" "隧道整體情況

云南丘硯高速公路 3 標(biāo)位于云南省文山州壯族苗族自治州硯山縣境內(nèi)，標(biāo)段內(nèi)的三眼井隧道位于硯山糯邑村北約 1.5km 處。隧道按連拱隧道設(shè)計(jì)，隧道起止里程 K49+760～K50+140，長(zhǎng)度 380m，為短隧道，隧道最大埋深約為64m，線路縱坡-0.8%，全部位于直線段上。

隧道屬構(gòu)造溶蝕低中山峰叢地貌， 隧道區(qū)地形變化大，隧道整體坡度較陡。隧道區(qū)海拔高程1529～1603m之間，相對(duì)高差 74m，入口段坡腳為熔巖溝槽，坡面較陡，自然坡度 20°～30°，石芽叢生。出口段為熔巖溝槽，地形稍緩，自然坡度 15°～25°。

1.2" "不良地質(zhì)情況

地勘報(bào)告顯示ZK54+260～ZK54+340段、K54+260～K54+340段，地層巖性為灰?guī)r，巖體較破碎且?guī)r溶發(fā)育，地表發(fā)育巖溶漏斗，鉆孔 XSDZK5-5A 驗(yàn)證顯示為51.4～85.9m巖體較破碎，巖芯表面有溶蝕斷面。由于物探為體反應(yīng)，鉆孔周邊仍可能存在溶洞，施工過(guò)程中極易存在冒頂、突泥涌水的風(fēng)險(xiǎn) 。

2" "連拱隧道初支施工及中巖層保護(hù)關(guān)鍵技術(shù)

2.1" "洞身開挖

三眼井隧道所處位置的圍巖級(jí)別涵蓋了Ⅲ～Ⅴ級(jí)，考慮施工安全和先行洞與后行洞之間的相互干擾關(guān)系，對(duì)不同級(jí)別的圍巖先行洞采用不同的施工方案。其中先行洞Ⅲ級(jí)圍巖采用全斷面開挖，Ⅳ級(jí)圍巖采用兩臺(tái)階開挖，Ⅴ級(jí)圍巖段三臺(tái)階預(yù)留核心土法開挖，后行洞均采用三臺(tái)階預(yù)留核心土法開挖。

對(duì)開挖進(jìn)尺要嚴(yán)格控制，Ⅲ級(jí)圍巖不能超過(guò)3m，Ⅳ級(jí)圍巖不能大于2榀鋼架間距，Ⅴ級(jí)圍巖不得大于 1 榀拱架間距。為確保施工過(guò)程中的質(zhì)量和安全，施工時(shí)下臺(tái)階左右兩側(cè)開挖錯(cuò)距進(jìn)行，前后間隔3～5m為宜，同時(shí)保證下臺(tái)階單側(cè)拉槽長(zhǎng)度不宜過(guò)長(zhǎng)，且保證同一榀鋼架的兩側(cè)最多只能有一側(cè)懸空。Ⅴ級(jí)圍巖段落施工程序如圖1所示。

2.2" "超前小導(dǎo)管和系統(tǒng)錨桿

超前小導(dǎo)管采用常規(guī)施工技術(shù)，小導(dǎo)管參數(shù)為壁厚4mm、外徑42mm，統(tǒng)一采用無(wú)縫熱軋鋼管制作。小導(dǎo)管前端設(shè)置有間距75mm、直徑8mm的梅花形布置的注漿孔。為確保小導(dǎo)管打設(shè)方便，小導(dǎo)管頂端設(shè)置成錐形，同時(shí)尾部留設(shè)一段不設(shè)注漿孔，以保證注漿效果和方便止?jié){。超前小導(dǎo)管加工如圖2所示。系統(tǒng)錨桿根據(jù)圍巖情況進(jìn)行了不同類型設(shè)計(jì)，其中除Ⅲ級(jí)圍巖采用C22 砂漿錨桿錨桿外，其他均采用Φ 25中空注漿錨桿。不同圍巖系統(tǒng)錨桿參數(shù)如表1所示。

2.3" "中巖層保護(hù)及基底加固

三眼井隧道為連拱隧道，中巖層為薄弱環(huán)節(jié)，在施工過(guò)程中存在多次擾動(dòng)。在施工過(guò)程中，對(duì)中巖層進(jìn)行有效保護(hù)和及時(shí)加固是施工過(guò)程中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。由于中間側(cè)墻的受力較為復(fù)雜，必須對(duì)其承載力進(jìn)行驗(yàn)算。如果驗(yàn)算承載力不能滿足要求，應(yīng)該對(duì)中隔墻的基地進(jìn)行加固處理。常規(guī)處理時(shí)采用Φ76鋼花管對(duì)基底進(jìn)行注漿加固，鋼花管每根長(zhǎng)度為4.5m，縱橫向間距分別為1m、0.8m，同時(shí)采用1：1的水泥漿注漿。漿液凝固后再檢測(cè)承載力，確?；壮休d力滿足要求。

對(duì)中間側(cè)墻上方三角區(qū)域中夾層進(jìn)保護(hù)和加固，具體如下：先行洞采用Φ76鋼花管作為橫向中管棚，SL5a圍巖段鋼花管每根長(zhǎng)度為9.0m，縱向間距為1.0m;SL4a圍巖段鋼花管每根長(zhǎng)度為9.0m，縱向間距為1.6m;SL4b 圍巖段鋼花管每根長(zhǎng)度為9.0m，縱向間距為2.0m;SL3圍巖段鋼花管采用 6.0長(zhǎng)縱向間距為2.4m。管棚施工完成后，采用 1：1水泥漿對(duì)管棚進(jìn)行注漿，以保證中夾層巖層的穩(wěn)定性。

先行洞及后行洞均采用采用Φ42徑向注漿小導(dǎo)管，對(duì)中夾層進(jìn)行保護(hù)和加固。注漿小導(dǎo)管每根長(zhǎng)度為3.0m，小導(dǎo)管呈梅花形布置。SL5a圍巖段小導(dǎo)管間距為100cm×50cm，SL4a圍巖段小導(dǎo)管縱向間距為100cm×80cm，SL4b圍巖段小導(dǎo)管縱向間距為 100cm×100cm，SL3圍巖段縱向間距為 100cm×120cm。小導(dǎo)管施工完后，采用1：1水泥漿進(jìn)行注漿，以保證中夾層巖層的穩(wěn)定性，同時(shí)減少中夾層巖層對(duì)中墻初支及二襯的壓力。中夾層的保護(hù)和基底加固如圖3所示。

2.4" "施工注意事項(xiàng)

隧道先行洞按照正常開挖順序施工，后行洞必須采用三臺(tái)階開挖，且必須先開挖支護(hù)遠(yuǎn)離先行洞的那一側(cè)（核心在于預(yù)留臨空面）。左右洞的中夾巖往往被多次擾動(dòng)，圍巖穩(wěn)定性較差，施工過(guò)程中應(yīng)采用Φ76橫向中管棚注漿及Φ42徑向小導(dǎo)管注漿對(duì)其加固處理。

三角區(qū)域基底受力較大，須在施工過(guò)程中將基底虛渣徹底清除，并采用Φ76鋼管注漿，保證其地基承載力滿足要求。為避免后行洞施作過(guò)程中先行洞二襯出現(xiàn)開裂情況，可在先行洞靠近中間一側(cè)的二襯表層設(shè)置一層Φ16鋼筋網(wǎng)作為防裂鋼筋。先行洞初期支護(hù)與二襯之間必須按設(shè)計(jì)要求鋪設(shè)減震層。施工過(guò)程中應(yīng)加強(qiáng)監(jiān)控量測(cè)，尤其是三角區(qū)域中夾巖層及基底的穩(wěn)定性監(jiān)測(cè)，并將爆破震動(dòng)作為必測(cè)項(xiàng)目。

3" "隧道遇溶洞處置方案

3.1" "總體原則

隧道穿越溶洞發(fā)育區(qū)，對(duì)可能遇到的溶洞提前設(shè)定預(yù)案很有必要，按照規(guī)范要求，穿過(guò)溶洞區(qū)需要嚴(yán)格執(zhí)行動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)和施工原則，根據(jù)施工經(jīng)驗(yàn)，本項(xiàng)目遇到溶洞采用如下處理措施。

3.2" "溶洞發(fā)育深度較小地段

根據(jù)溶洞發(fā)育所處的位置，處理方式有一定的不同，具體情況如下：

溶洞發(fā)育出現(xiàn)在隧道拱腰以上時(shí)，處理溶洞以填實(shí)加固為主，通常回填C15混凝土，并在回填后施作鋼筋網(wǎng)和噴射混凝土，確保加固的整體效果。

溶洞發(fā)育出現(xiàn)在邊墻時(shí)，根據(jù)該處的受力情況，以不小于1.5m厚的片石混凝土進(jìn)行回頭，并間隔一定距離設(shè)定透水管與排水溝相通，以防邊墻處積水影響隧道安全。

溶洞發(fā)育出現(xiàn)在隧道基礎(chǔ)及路面以下時(shí)，處理方法與在側(cè)墻時(shí)基本相通，但是對(duì)基礎(chǔ)底部的充填物必須全部挖出，以免影響基底整體的承載力。

3.2" "溶洞發(fā)育深度較大地段

溶洞充填物可清除或者無(wú)充填物時(shí)，先采用強(qiáng)度不低于C25的混凝土施做厚度不小于1m的護(hù)拱。為保證護(hù)拱的整體受力效果和穩(wěn)定性，要求護(hù)拱兩側(cè)嵌入穩(wěn)定巖石不小于0.5m。同時(shí)施工錨桿加固，錨桿長(zhǎng)度不小于10m，間距不大于1m，深入穩(wěn)定巖層的長(zhǎng)度不小于1.5m。并在護(hù)拱施作結(jié)束后吹入不小于 1m厚度的細(xì)砂保護(hù)層。

溶洞內(nèi)充填物充填較多且很難清除時(shí)，先采用小導(dǎo)管超前支護(hù)，然后爆破后施工I18工字鋼，間距不大于0.5m。為保證鋼架的基礎(chǔ)牢固，鋼架基腳處進(jìn)行適當(dāng)擴(kuò)挖并加固回填，按要求打設(shè)鎖腳錨桿。

4" "結(jié)語(yǔ)

三眼井隧道屬于無(wú)中隔墻連拱隧道， 施工難度較大，相應(yīng)的施工案例也較少，本文結(jié)合三眼井隧道無(wú)中隔墻連拱隧道施工實(shí)際，總結(jié)了無(wú)中隔墻連拱隧道初支施工的關(guān)鍵技術(shù)措施及中巖層的施工保護(hù)方案，具有一定參考意義。同時(shí)考慮到三眼井隧道地處溶洞地區(qū)，提出了不同條件下的溶洞處理方案，為巖溶地區(qū)隧道施工和溶洞處置提供了參考。

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