淺埋偏壓復(fù)雜地質(zhì)隧道貫通施工技術(shù)

羅憲

(中交四航局江門航通船業(yè)有限公司，廣東 江門 529000)

1 工程概述

瞿溪1#隧道屬于甌海大道三期(瞿溪環(huán)島至澤雅大道)工程，設(shè)計(jì)為公路分離式隧道，雙向六車道，設(shè)計(jì)速度60km/h。隧道分左、右主洞和供人員和非機(jī)動車通行的輔洞，主洞凈寬13.25m，輔洞凈寬6.5m。鑒于隧道類型的特點(diǎn)，隧道主洞和輔洞都是采用了能夠抵御山體縱向推力的洞門，而且在主洞中還有專門的可供行人穿越的洞口。

隧道左線和右線分別長為571.0m、529.0m，最大埋深分別是89.2m、85.5m，最小埋深分別是3.9m、12m。隧道輔洞長545.0m，最大埋深89.9m，最小埋深7m。

輔洞隧道與左洞隧道洞口段凈距最小，進(jìn)口段凈距16.2m，出口段凈距12.17m，中間最大凈距24.2m；談及凈距最小的地方，當(dāng)屬隧道左線與右線隧道洞口段，其數(shù)值分別是進(jìn)口段凈距18.7m，出口段凈距12.17m，中間最大凈距23.9m。

1.1 工程地質(zhì)條件

瞿溪1 號隧道進(jìn)洞口段位于低山剝蝕殘丘東側(cè)，自然坡度約15～25°，表部植被發(fā)育。右洞進(jìn)口右側(cè)位置存在一定的淺埋偏壓，洞頂上部覆蓋土層為含黏性土角礫且最小覆蓋層厚度約為0.7m,覆土深度極薄。這一工程地質(zhì)條件極為特殊，主要是位于風(fēng)力腐蝕極強(qiáng)的地帶：主要為含黏性土角礫及強(qiáng)風(fēng)化凝灰?guī)r,局部地段中風(fēng)化基巖直接出露。

1.2 施工情況

瞿溪1 號隧道主洞、輔洞均采用出口端掘進(jìn)，右洞進(jìn)口端已完成邊仰坡刷坡、噴錨防護(hù)，已完成導(dǎo)向墻設(shè)置，已完成管棚鉆孔作業(yè)，截水溝完成，目前正準(zhǔn)備進(jìn)行管棚注漿施工。左洞進(jìn)口端的進(jìn)程相對比較快，主要是進(jìn)行導(dǎo)向墻的設(shè)置工作，通過刷坡行動以及防護(hù)行動，對墻體進(jìn)行加固，已完成截水溝，目前正進(jìn)行管棚鉆孔作業(yè)，暫未注漿。輔洞洞口工程暫未施工，待主洞進(jìn)口端工程完成后即進(jìn)行輔洞進(jìn)口邊仰坡、導(dǎo)向墻、管棚的施工。

2 貫通方法

隧道施工要遵循既定的規(guī)范和要求，由于隧道工程需要涉及到兩大工程同時開發(fā)，所以要嚴(yán)格按照要求執(zhí)行，需要對兩端的工程進(jìn)行指揮，同時為了穩(wěn)定地面，不允許有同時的引爆行為發(fā)生。土質(zhì)和軟巖隧道，兩開挖工作面距離達(dá)到3.5 隧道跨度時改為單向開挖；圍巖條件較好地段，兩開挖面間距達(dá)到2.5 倍隧道跨度時應(yīng)改為單向開挖。本項(xiàng)目主洞3.5 倍隧道跨度=3.5*16=56m；輔洞3.5 倍隧道跨度=3.5*9=31.5m。在隧道出口段施工過程中，根據(jù)掘進(jìn)深度、圍巖級別，可以適當(dāng)優(yōu)化隧道貫通位置。

貫通順序：先瞿溪1 號隧道右洞、再左洞(待右洞YK0+630～YK0+660 段二襯施工完成后施工)、再進(jìn)行輔洞的貫通，采用傳統(tǒng)的洞內(nèi)貫通方式，更加保險(xiǎn)和穩(wěn)固。

2.1 總體施工工藝流程

洞頂截水溝施工→邊仰坡噴錨→洞口管棚安裝及注漿→暗洞施工→仰拱跟進(jìn)后等待洞內(nèi)貫通。

2.2 邊仰坡噴錨

遵循施工工藝流程，施工隊(duì)伍逐步完成水溝的建設(shè)、邊仰坡的開發(fā)以及相關(guān)的防護(hù)工作。支護(hù)參數(shù)為：洞口邊坡開挖坡率1:0.75；洞口仰坡開挖坡率1:1.5。采用20×20cm 的φ8 鋼筋材質(zhì)的網(wǎng)絡(luò)，采用噴灌法澆灌10cm 厚的C25 混凝土材料。

補(bǔ)強(qiáng)措施：采用φ42*4mm 注漿小導(dǎo)管進(jìn)行增強(qiáng)，長度3.5m/根，間距1.2*1.2m 梅花形布置。

2.3 洞口管棚施工

瞿溪1 號隧道進(jìn)口主洞套拱已施工完成。為了保證主洞的質(zhì)量，使主洞的導(dǎo)向墻厚均為0.7m，長均為2m。導(dǎo)向管兩端封堵，以防進(jìn)漿,導(dǎo)向墻采用C30 混凝土進(jìn)行澆筑。

瞿溪1#隧道進(jìn)口端主洞洞口已施工完成，大管棚采用φ108mm，壁厚6mm 的熱軋無縫鋼管，環(huán)向間距40cm，單根長度40m，共43 根。輔洞管棚采用φ108mm，壁厚6mm 的熱軋無縫鋼管，環(huán)向間距40cm，單根長度40m，共24 根，見圖1-2。

圖1 隧道導(dǎo)向墻立面圖

圖2 隧道導(dǎo)向墻縱斷面圖

2.4 偏壓擋墻設(shè)置

右洞進(jìn)口存在淺埋偏壓，為平衡土壓力，考慮在明暗交接位置至截水溝位置設(shè)置偏壓式擋墻，墻內(nèi)回填土體并注漿固結(jié)，擋墻設(shè)置位置YK0+630～YK0+638,總長度8m，采用C25 混凝土澆筑, 擋墻基礎(chǔ)采用間距1.0m 長7.0m 的Φ108 鋼管柱加固。

YK0+630～YK0+638 基坑坡面防護(hù)采用錨桿+鋼筋網(wǎng)+10cm 噴射混凝土的防護(hù)形式。

右洞按要求施工完成擋墻并反壓回填級配碎石、注漿加固處理后方可進(jìn)行進(jìn)口端進(jìn)洞作業(yè)，見圖3。

圖3 增加偏壓擋墻及墻內(nèi)填土示意圖

2.5 暗洞開挖工法

的鋼架需要設(shè)置相應(yīng)的鎖腳錨管，并給予注漿處理，以此來使鋼拱架的穩(wěn)定性得到保障。(5)在施工中，如若需要調(diào)整先行開挖導(dǎo)坑孔徑、臺階高度時，需要查看洞身主體鋼拱架與側(cè)壁導(dǎo)坑臨時鋼架之間的連接情況，確保連接穩(wěn)固。側(cè)壁導(dǎo)坑具有一定的便捷性、穩(wěn)定性，在橫向鋼支撐時，可以結(jié)合實(shí)際的監(jiān)測數(shù)據(jù)調(diào)整相應(yīng)的位置。(6)對于鋼架之間縱向連接的鋼筋而言，應(yīng)確保其焊接的穩(wěn)固性。(7)在洞身主體結(jié)構(gòu)初期支護(hù)施工結(jié)束后，可以拆除施工中設(shè)置的臨時鋼架，在拆除之后，需要同步開展二襯施工作業(yè)。(8)施工中，按隧道監(jiān)控量測專項(xiàng)施工方案和設(shè)計(jì)圖紙要求進(jìn)行監(jiān)控量測，及時向技術(shù)負(fù)責(zé)人反饋結(jié)果，并了解洞身結(jié)構(gòu)是否存在問題，在確保結(jié)構(gòu)穩(wěn)固的基礎(chǔ)上可以結(jié)合實(shí)際施工情況將支護(hù)參數(shù)進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整。(9)輔洞斷面較小，出渣采用挖掘機(jī)裝渣，自卸汽車進(jìn)洞出渣，直接運(yùn)往指定的填筑路段或棄渣場棄置，對于棄渣場而言，應(yīng)該設(shè)置一定的排水、擋護(hù)措施，這樣可以在施工中保護(hù)生態(tài)環(huán)境。

2.5.3 支護(hù)參數(shù)

根據(jù)相關(guān)設(shè)計(jì)圖紙，瞿溪1#隧道貫通區(qū)間范圍內(nèi)時設(shè)計(jì)支護(hù)參數(shù)如下：

進(jìn)口端左線ZK0+605～665 及右線YK0+630～690 段60m采用SX-Ⅴa 型復(fù)合型襯砌，按照設(shè)計(jì)圖開展施工作業(yè)，并應(yīng)用CD 法進(jìn)行開挖作業(yè)，可以應(yīng)用I22b 鋼架，鋼架縱向間距需要控制在0.5m/榀，拱部采用φ42 超前小導(dǎo)管超前支護(hù)，環(huán)向間距控制在0.4m，并每2m 設(shè)一環(huán)，每環(huán)應(yīng)用共計(jì)43根，長度是4m。

出口端左線ZK0+665～685 及YK0+690～730 段采用SX-Ⅴa 型復(fù)合型襯砌，按圖施做，采用的施工方法、應(yīng)用的鋼架以及鋼架縱向間距等與進(jìn)口端左線ZK0+605～665 及右線YK0+630～690 段60m 的施工相同。

輔洞貫通段RK0+090～250 段采用SF-Ⅴa 型復(fù)合型襯砌，按圖施做，環(huán)形預(yù)留核心土法開挖，采用I16 鋼架，鋼架縱向間距0.6m/榀，Φ42*4 鋼管，采用24 根，每根3.5m，縱向排距要控制在1.8m，環(huán)向間距控制在40cm。

2.5.1 貫通安排

在隧道對向開挖的過程中，當(dāng)兩面工作的距離有4 倍隧道跨度時，施工人員需要加強(qiáng)指揮，并做好施工中的溝通工作；兩工作面不得同時起爆。土質(zhì)和軟弱破碎圍巖，兩開挖面間距離達(dá)到3.5 倍隧道跨度時，應(yīng)改為單向開挖；當(dāng)施工區(qū)域的圍巖條件較好，并且兩面開挖工作的距離有2.5 倍隧道跨度時，需要轉(zhuǎn)變?yōu)閱蜗蜷_挖的方式。

ZK0+665、YK0+690、RK0+150 段為左、右及輔洞貫通里程，出口掘進(jìn)至此里程時暫停掌子面掘進(jìn)施工，及時施作貫通區(qū)間內(nèi)超前支護(hù)及掌子面開裂變形段加固，剩余65m 掘進(jìn)區(qū)間統(tǒng)一由進(jìn)口單端掘進(jìn)直到隧道貫通。

隧道采用洞內(nèi)貫通，隧道進(jìn)口工區(qū)采用機(jī)械進(jìn)行開挖作業(yè)。

2.5.2 洞身開挖要求

(1)在環(huán)形開挖的過程中，進(jìn)尺需要控制在0.5～1.0m 之間,在下臺階開挖時，進(jìn)尺應(yīng)控制在2 榀拱架間距。在預(yù)留中間核心土?xí)r，其面積應(yīng)該在全斷面面積的50%以上；核心土長度為≥3m，頂面寬度≥4m，底部寬度≥10m，高度≥4.5m，核心土開挖沒循環(huán)進(jìn)尺與上臺階循環(huán)進(jìn)尺相一致。(2)在中隔壁臨時支護(hù)工作中，需要應(yīng)用加勁拱架給予必要的支持，此時可以應(yīng)用I18 工字鋼，拱架縱向間距應(yīng)達(dá)到50cm，并應(yīng)用Φ22 鋼筋作為連接的有效抓手，而鋼筋的環(huán)向間距應(yīng)控制在100cm，針對側(cè)壁導(dǎo)坑，可以應(yīng)用初期支護(hù)工字鋼、臨時工字鋼等開展焊接工作。在開挖工作中，遇到IV 部位巖土體時，應(yīng)及時拆除相應(yīng)的支護(hù)錨桿，但需保留部分內(nèi)容，如噴射混凝土、型鋼拱架，這些需要在后期的施工中進(jìn)行逐段拆除。(3)在施工時，需要做好監(jiān)控量測工作，并依據(jù)量測結(jié)果開展后續(xù)的施工。(4)在施工中，當(dāng)工序內(nèi)容發(fā)生變化時，該位置

2.5.4 輔助施工措施

(1)洞內(nèi)抽排水。出口段屬反坡段，停止開挖后，若出口段掌子面積水，應(yīng)安排專人采用水泵將洞內(nèi)積水抽排至洞外沉淀池內(nèi)。(2)逃生管道部置。開挖過程中，洞內(nèi)應(yīng)設(shè)置逃生管道，由洞口接至掌子面20m 以內(nèi)。鋼管是逃生通道的主要材料組成，對于鋼管的尺寸也是有一定的要求的，一般來說是所用管材直徑應(yīng)不小于80cm，管節(jié)長度5～6m，壁厚不小于10mm。(3)進(jìn)口段三管二路布置。進(jìn)口段開挖進(jìn)尺僅60m，不設(shè)置通風(fēng)管和排水管。進(jìn)口段采用非爆破法開挖，不需設(shè)置高壓風(fēng)水管。施工用電由變壓器通過電箱接至隧道口即可。若采用鉆眼的輔助開挖措施，采用租用空壓機(jī)配合的方式。(4)封閉施工管理。根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際施工條件，隧道進(jìn)口工區(qū)與白門垟終點(diǎn)形成整體圍蔽。

2.5.5 貫通誤差測量和調(diào)整

導(dǎo)線測量是一種比較常見的測量方法，選擇好臨時測量點(diǎn)之后，發(fā)揮導(dǎo)線的作用，對測量點(diǎn)的相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行測量。計(jì)算出在該里程處法向及里程方向上的投影值，得到洞內(nèi)縱向及橫向的貫通誤差。隧道設(shè)計(jì)要遵循建筑物限界的要求，誤差的存在是不可避免的，但是如果誤差控制在合理的范圍內(nèi)將對整個隧道工程產(chǎn)生無關(guān)緊要的影響，如果誤差超出合理的范圍，將要及時的對線路進(jìn)行調(diào)整，使其滿足建筑物限界的要求，見表1。

表1 隧道貫通誤差的限值

3 監(jiān)控量測及超前地質(zhì)預(yù)報(bào)

測量軟弱圍巖地質(zhì)情況，搜集相關(guān)的數(shù)據(jù)十分重要，要有專門的工作人員專門負(fù)責(zé)相關(guān)的工作，不僅要選擇好儀器的布置地點(diǎn)，還要做好儀器的維修和保養(yǎng)工作，這樣才能確保儀器的準(zhǔn)確度。將各個階段搜集的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行對比和分析，并且參照有關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)，一旦出現(xiàn)出入，要將具體的情況匯報(bào)給管理人員，確定好下一步的計(jì)劃和安排。

ZK0+665、YK0+690、RK0+150 貫通段為V 級圍巖，該段洞內(nèi)監(jiān)控量測點(diǎn)每5m 埋設(shè)一個斷面。監(jiān)測頻率為每日至少監(jiān)測兩次，數(shù)據(jù)變化大時還須增加頻次甚至持續(xù)監(jiān)測，以真實(shí)數(shù)據(jù)反饋指導(dǎo)施工。

瞿溪1 號隧道左洞，右洞，輔洞洞口地表依據(jù)設(shè)計(jì)圖要求布設(shè)地表沉降觀測點(diǎn)進(jìn)行地表監(jiān)測，每10 米布設(shè)1 個橫斷面。

施工要求指出，如果檢測儀器測量出拱頂出現(xiàn)下沉的跡象，或者達(dá)到了一定的警戒標(biāo)準(zhǔn)，就需要及時停止施工活動，分析此現(xiàn)象出現(xiàn)的原因以及如何做好下一步的計(jì)劃和任務(wù)，確保施工安全。當(dāng)拱頂沉降速率達(dá)3mm/d 時立即上報(bào)指揮部，達(dá)到4mm/d 時馬上停止掌子面的掘進(jìn)，達(dá)到5mm/d 時立即撤出作業(yè)區(qū)域內(nèi)的人員和設(shè)備。確保隧道施工安全。

3.1 量測項(xiàng)目及量測方法

3.1.1 必測項(xiàng)目：觀察洞口情況、看是否存在移動現(xiàn)象、觀察地表的變化、隧道基石是否出現(xiàn)不規(guī)則的下沉。

3.1.2 選測項(xiàng)目：中間巖柱彈性波測試、圍巖內(nèi)部位移、圍巖和初期支護(hù)接觸壓力、支護(hù)、襯砌內(nèi)應(yīng)力量測、鋼支撐內(nèi)力和外力、錨桿軸力、圍巖彈性波測試。

3.2 量測結(jié)果管理分析

發(fā)揮現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)和大數(shù)據(jù)技術(shù)的作用和價(jià)值，在收集完數(shù)據(jù)信息之后，由相關(guān)人員對量測結(jié)果進(jìn)行分析和整理，部門之間要做好信息資源的共享工作，確保信息的及時補(bǔ)充和完善。整個施工過程中要不斷量測，堅(jiān)持做好施工活動的信息化，力求提高整個施工活動的質(zhì)量和準(zhǔn)確度。

提高量測準(zhǔn)確度的方式戰(zhàn)略：觀測點(diǎn)設(shè)置在穩(wěn)定地段，減小施工干擾；在預(yù)埋的觀測點(diǎn)周用紅色油漆標(biāo)記，提醒作業(yè)工人避免觸碰觀測點(diǎn)；對損毀的觀測點(diǎn)及時進(jìn)行補(bǔ)充。

3.3 隧道進(jìn)口擋墻監(jiān)測

在隧道開挖期間每日對偏壓擋墻進(jìn)行沉降和位移監(jiān)測，以了解圍巖側(cè)向位移情況。

4 結(jié)論

通過對圍巖進(jìn)行穩(wěn)定性分析計(jì)算后確定洞內(nèi)貫通點(diǎn)，貫通階段出口端開挖貫通點(diǎn)后暫停，再由進(jìn)口端單向開挖。洞口利用增加擋墻等措施減少洞口的偏壓力，選擇CD 法和環(huán)形開挖預(yù)留核心土法進(jìn)行進(jìn)口端洞身開挖，做好監(jiān)控量測和超前地質(zhì)預(yù)報(bào)，確保了開挖工法的安全可靠，最大限度的增加了爆破范圍，同時保證了貫通點(diǎn)位置的安全，貫通前進(jìn)出口可同步進(jìn)行施工，縮短了整體工期，可為類似地質(zhì)情況的隧道貫通工程施工提供技術(shù)參考。