七線并行小間距淺埋特大斷面隧道群施工技術(shù)

吳發(fā)展

(中鐵隧道集團(tuán)二處有限公司，河北 三河 065201)

大斷面隧道施工采用分部開挖方法將大的斷面化成小斷面施工，使小斷面施工開挖輪廓盡可能快地形成封閉式承載結(jié)構(gòu)，方法主要有三臺(tái)階七步開挖法、交叉中隔壁法(CRD法)、中隔壁法(CD法)、雙側(cè)壁導(dǎo)洞法等[1]，如西塬大斷面隧道Ⅴ級(jí)黃土地段采用分部開挖法[2]。小間距并行隧道施工順序應(yīng)合理。李友強(qiáng)等[3]介紹地鐵區(qū)間超小凈距三洞并行隧道施工技術(shù)，先開挖左右兩條隧道至一定位置后，再開挖中間的隧道，并行隧道群“群洞效應(yīng)”非常明顯，為減小并行隧道間的相互影響，后施工的隧道進(jìn)度滯后于先施工的隧道15 m～50 m。馬軍秋[4]結(jié)合隧道設(shè)計(jì)規(guī)范，考慮三線并行小凈距大斷面隧道開挖順序?qū)鷰r壓力的相互作用，研究隧道施工技術(shù)和力學(xué)特性，重視后行隧道開挖對(duì)先行隧道的應(yīng)力影響，提出三線并行隧道圍巖壓力與荷載的分析模式。五線平行小間距淺埋特大斷面隧道洞群施工技術(shù)是分階段依次啟動(dòng)挖掘5條隧道[5]，盡可能縮小了5條隧道之間的間距和掩埋深度，確保了施工過程的安全，有效降低了山體坡面沉降和隧道塌方風(fēng)險(xiǎn)。七線并行小間距淺埋大斷面隧道群尚不多見，以西南山體數(shù)據(jù)中心隧道群實(shí)例介紹七線并行小間距淺埋大斷面隧道群施工技術(shù)。

1 工程概況

七線并行小間距淺埋特大斷面隧道群為在西南山體中橫向布置5條平行的主隧道B1～B5，隧道線間距46 m，B1隧道長(zhǎng)232.5 m，洞身開挖尺寸為16.7 m(寬)×12.7 m(高)，斷面積227 m2；B2～B5隧道長(zhǎng)276.4 m，洞身開挖尺寸為19.5 m(寬)×13.4 m(高)，斷面積262 m2，隧道斷面規(guī)模大于225 m2為特大斷面[6]。另有油庫(kù)洞和B6洞。為滿足主體隧道通風(fēng)要求，總計(jì)設(shè)置11處排風(fēng)矩形豎井，豎井深度24 m～49 m，內(nèi)凈空尺寸寬度為4.4 m。5條主隧道拱頂埋深0～63m，暗挖法施工，隧道縱向?yàn)?.0%～2.1%的單坡。隧道巖體為強(qiáng)風(fēng)化層，巖體破碎，節(jié)理裂隙發(fā)育，結(jié)構(gòu)面結(jié)合性差。B1～B5這5條并行隧道斷面大且淺埋，為了防止隧道開挖中的塌方和仰坡變形，采用輔助措施有超前大管棚和超前預(yù)注漿、超前小導(dǎo)管措施。

2 施工順序

七線平行隧道施工方案為在隧道軸線方向間隔一定距離錯(cuò)開步距同步推進(jìn)(見圖1)：當(dāng)B2隧道縱深施工到Z1時(shí)，B1隧道開始施工，B1隧道縱深施工至Z3時(shí)，油庫(kù)隧道開始施工；當(dāng)B4隧道縱深施工到Z2時(shí)，B5隧道開始施工，B5隧道縱深施工至Z5時(shí)，B6隧道開始施工；當(dāng)B2、B4隧道縱深均施工到Z1、Z2時(shí)，B3隧道開始施工；最后油庫(kù)、B1～B6七條并行隧道在軸線方向間隔一定距離同步施工，達(dá)到“平面多工序”的施工效果，同步推進(jìn)。

圖1 7條平行隧道施工順序示意

3 分部開挖

特大斷面隧道開挖將橫斷面劃分為6個(gè)部分導(dǎo)坑，沿隧道中線將左右兩側(cè)各劃分為3個(gè)部分導(dǎo)坑，依次進(jìn)行開挖和安裝支護(hù)(見圖2)：當(dāng)左側(cè)1步導(dǎo)坑施工5 m時(shí)，開始施工2步導(dǎo)坑；當(dāng)2步導(dǎo)坑施工3 m時(shí)，開始施工3步導(dǎo)坑；左側(cè)1步、2步、3步導(dǎo)坑超前右側(cè)平行施工，當(dāng)1步導(dǎo)坑施工50 m時(shí)，開始施工4步導(dǎo)坑；當(dāng)4步導(dǎo)坑施工5 m時(shí)，開始施工5步導(dǎo)坑；當(dāng)5步導(dǎo)坑施工3 m時(shí)，開始施工6步導(dǎo)坑；最后隧道橫斷面6個(gè)部分在依次錯(cuò)開距離情況下進(jìn)入同時(shí)施工狀態(tài)，達(dá)到“立體多層次”的施工效果。

圖2 分部開挖示意

4 小間距隧道群施工

本工程為7條平行小間距隧道，且隧道之間設(shè)置通風(fēng)豎井，施工干擾大，隧道斷面較大，且爆破頻繁，對(duì)山體圍巖擾動(dòng)大，小間距鉆爆施工工序直接關(guān)系到隧道施工的成敗，因此必須對(duì)小間距隧道施工進(jìn)行嚴(yán)格的監(jiān)測(cè)和控制，開挖必須采用控制爆破，有效的控制爆破震動(dòng)對(duì)先行隧道結(jié)構(gòu)的影響[7]，施工中嚴(yán)格控制總藥量及單段最大爆破藥量，為避免爆破震動(dòng)的疊加，必須采取空間錯(cuò)位，跳一隔一爆破施工，相鄰隧道掌子面錯(cuò)開50 m以上，先行隧道初期支護(hù)穩(wěn)定性受爆破振動(dòng)影響隨著二者距離的增大呈非線性方式減小[8]，爆破設(shè)計(jì)與施工嚴(yán)禁相鄰隧道同時(shí)進(jìn)行爆破開挖作業(yè)。對(duì)豎井位置超小間距段必須采用微差控制爆破，各段起爆時(shí)間根據(jù)震動(dòng)測(cè)試試驗(yàn)確定。后行洞爆破施工中必須加強(qiáng)對(duì)先行洞襯砌結(jié)構(gòu)的震動(dòng)速度進(jìn)行監(jiān)控，要求與后行洞爆源中心同一樁號(hào)處先行洞中巖墻側(cè)的襯砌結(jié)構(gòu)震動(dòng)速度控制在10 cm/s以內(nèi)，當(dāng)隧道凈間距小于10 m，根據(jù)監(jiān)控量測(cè)數(shù)據(jù)及現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，調(diào)整開挖方法，必要時(shí)采取非爆破施工。

5 隧道輔助措施

7條并行隧道的洞口為了防止隧道開挖塌方和仰坡變形，采用超前大管棚、超前小導(dǎo)管和超前預(yù)注漿措施。

5.1 超前大管棚

結(jié)合地形、地質(zhì)情況，隧道洞口設(shè)置Φ108×6 mm熱軋無縫鋼管的大管棚，管棚長(zhǎng)度28 m～34 m，鋼管環(huán)向間距40 cm，每節(jié)鋼管兩端均預(yù)加工成外絲扣，鋼管接頭用長(zhǎng)15 cm的絲扣直接對(duì)口連接，相鄰鋼管接頭數(shù)至少須錯(cuò)開1.0 m，鋼管偏離設(shè)計(jì)位置的施工誤差不大于20 cm。為保證鉆孔方向，在明洞襯砌外設(shè)90 cm厚C30混凝土套拱，套拱縱向長(zhǎng)2.0 m，套拱內(nèi)設(shè)置Φ127×4 mm孔口管。為增強(qiáng)鋼管的剛度，注漿完成后管內(nèi)以M30號(hào)水泥砂漿填充。

5.2 超前小導(dǎo)管

超前小導(dǎo)管設(shè)置在隧道洞內(nèi)無管棚支護(hù)的圍巖地段，拱部120°范圍采用Φ42×4 mm的熱軋無縫鋼管作小導(dǎo)管超前預(yù)支護(hù)加固，環(huán)向間距0.4 m，外插角10°～15°左右，每排小導(dǎo)管縱向搭接1.0 m。超前小導(dǎo)管鋼管前端呈尖錐狀，尾端支撐于鋼架外側(cè)，尾部焊上Φ6 mm的加勁箍，管壁四周鉆6 mm壓漿孔，每打完一排鋼管后開始注P.O 42.5水泥漿，注漿壓力0.5 MPa～1.0 MPa。

5.3 超前預(yù)注漿

初期支護(hù)施工時(shí)在拱墻范圍預(yù)埋Φ42注漿鋼花管，在初期支護(hù)完成3 m～5 m后及時(shí)壓注水泥漿，以確保初期支護(hù)后密實(shí)。注漿參數(shù)：鋼管長(zhǎng)為初期支護(hù)厚度加0.5 m，壁厚4 mm，注漿管間距1.5 m×2.0 m(環(huán)×縱)，梅花形布置，注漿水灰比0.5∶1～1∶1，壓力0.5 MPa～1.0 MPa。施工過程中出露的地下水，及時(shí)進(jìn)行注漿封堵，以確保初支表面干燥、無滲漏水，達(dá)到施作防水層及二次襯砌自防水混凝土澆筑的無水條件。

6 豎井施工

豎井井口設(shè)置鋼筋混凝土鎖口，鎖口圈梁施作，開挖至圈梁底部設(shè)計(jì)高程時(shí)，視圈梁基底地質(zhì)情況采用注漿加固的處理措施，鎖口圈梁為C30現(xiàn)澆混凝土。

豎井采用倒掛井壁法施作，豎井連接通道采用臺(tái)階法施作，施工時(shí)應(yīng)嚴(yán)格按照“管超前、嚴(yán)注漿、短進(jìn)尺、強(qiáng)支護(hù)、快封閉、勤量測(cè)”執(zhí)行，豎井開挖后及時(shí)支護(hù)。為確保施工安全，豎井施工到連接通道拱部時(shí)，及時(shí)施工拱部處腰梁，待腰梁混凝土達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后，分段分層開挖連接通道拱部并及時(shí)完成初期支護(hù)確保初期鋼架與豎井腰梁底部預(yù)埋鋼板連接牢固。豎井地面以下3m巖層較破碎，采用人工開挖，其余采用控制爆破開挖。

豎井襯砌采用滑模整體施工技術(shù)[9]，滑模系統(tǒng)由模板、液壓操作、提升系統(tǒng)組成?；Ｆ脚_(tái)上設(shè)置防水板作業(yè)臺(tái)架，以滿足防水層施工，分段鋪設(shè)結(jié)構(gòu)防水層與鋼筋制作綁扎，按30 cm分層澆筑結(jié)構(gòu)混凝土，每層不間斷循環(huán)施工，井壁四周采取對(duì)稱同步澆筑，以防止混凝土偏壓產(chǎn)生的模板變形、移位。為提高混凝土的自密性，提高混凝土防水質(zhì)量，混凝土采用“雙摻技術(shù)”，在混凝土中加入優(yōu)質(zhì)粉煤灰及 DMA 抗裂防水劑等抗裂外加劑。Φ20鋼管+噴霧嘴組成的混凝土養(yǎng)護(hù)噴淋系統(tǒng)沿滑模四周布設(shè)，確保混凝土表面在養(yǎng)護(hù)期內(nèi)濕潤(rùn)?；Ｕw施工技術(shù)在豎井的應(yīng)用，避免了組合模板所產(chǎn)生的施工縫，減少了因施工縫產(chǎn)生的滲水薄弱點(diǎn)，減小因分次組裝模板產(chǎn)生錯(cuò)臺(tái)，提高了混凝土的外觀質(zhì)量。

7 結(jié)論

七線平行隧道群“群洞效應(yīng)”非常明顯，相鄰隧道的施工時(shí)影響大，確定的施工方案要在技術(shù)上安全可靠，并行隧道采用不同的開挖順序，后行隧道施工盡量減小對(duì)先行施工隧道的擾動(dòng)，有效控制地表沉降和結(jié)構(gòu)變形。

分階段錯(cuò)開步距依次啟動(dòng)挖掘7條平行隧道，在同一隧道施工時(shí)分步挖掘、同時(shí)安裝支護(hù)，節(jié)省了工期；盡可能地縮小7條隧道之間的間距和掩埋深度，節(jié)省了空間。隧道群施工達(dá)到“平面多工序、立體多層次”的施工效果，確保施工過程的安全、快捷、經(jīng)濟(jì)。

七線平行隧道群施工干擾大，隧道斷面較大，且爆破頻繁，對(duì)山體圍巖擾動(dòng)大，開挖必須采用控制爆破，有效控制爆破震動(dòng)對(duì)先行隧道結(jié)構(gòu)的影響。

滑模整體施工技術(shù)在隧道群豎井的應(yīng)用，提高了混凝土的外觀質(zhì)量；混凝土養(yǎng)護(hù)噴淋系統(tǒng)使混凝土表面在養(yǎng)護(hù)期內(nèi)濕潤(rùn)，保證了混凝土強(qiáng)度。