長明洞連拱隧道通道縱挖快速進(jìn)洞技術(shù)

李超杰

（保利長大工程有限公司，廣東 廣州 510410）

1 工程概況及地質(zhì)情況

1.1 工程概況

S10 卓合高速一期工程位于甘肅省甘南州卓尼縣，是甘肅省省級高速公路網(wǎng)兩橫中S10 線的重要組成部分，其控制性工程為捏業(yè)隧道。捏業(yè)隧道位于卓尼縣柳林鎮(zhèn)捏業(yè)村東北，隧道進(jìn)口樁號L2K2+353，出口樁號L2K2+585，全長232m，屬連拱式短隧道，其中進(jìn)口端設(shè)計(jì)27m明洞，出口端設(shè)計(jì)95m明洞，且進(jìn)出口端均存在淺埋偏壓情況。隧址區(qū)高程2 650.00m，屬高原高寒氣候，冬季嚴(yán)寒漫長，有效施工時間短，工期緊張。

1.2 地質(zhì)情況

1.2.1 地層巖性

根據(jù)工程地質(zhì)調(diào)繪、鉆探及工程物探等成果，隧址區(qū)上覆第四系全新統(tǒng)坡洪積（Q3dl+pl）地層和三疊系下統(tǒng)（T1）板巖地層等。其巖性特征依層序分述如下：

（1）（Q4dl+pl）碎石：灰色，稍濕，密實(shí)，母巖為砂巖，呈次棱角狀，粒徑3～6cm，含量約60%，余為粉土充填。層厚為3.60～20.50m，承載力基本容許值[fa0]=550kPa，摩阻力標(biāo)準(zhǔn)值qik=120kPa。工程性質(zhì)較差。

（2）（Q4dl+pl）粉質(zhì)黏土：褐黃色，硬塑，局部含少量碎石。層厚為8.00～12.30m，承載力基本容許值[fa0]=160kPa，摩阻力標(biāo)準(zhǔn)值qik=40kPa。工程性質(zhì)較差。

1.2.2 特殊地質(zhì)構(gòu)造

根據(jù)設(shè)計(jì)勘查成果，隧址區(qū)未見特殊地質(zhì)構(gòu)造通過。

1.2.3 洞口邊坡穩(wěn)定性分析

（1）進(jìn)口。進(jìn)洞段位于山體斜坡上，無不良地質(zhì)現(xiàn)象。坡體較平緩，草被較發(fā)育，自然坡度約20°，坡體地層為坡洪積物，巖性主要為粉質(zhì)黏土，可-硬塑狀態(tài)。下伏強(qiáng)風(fēng)化板巖，巖體節(jié)理裂隙發(fā)育，巖體較破碎。坡體匯水條件較好，斜坡現(xiàn)狀穩(wěn)定。

（2）出口。出洞段位于山體斜坡上，無不良地質(zhì)現(xiàn)象。坡體較陡，草被較發(fā)育，自然坡度約50°，坡體地層為坡洪積物，巖性主要為粉質(zhì)黏土，可-硬塑狀態(tài)。下伏強(qiáng)風(fēng)化板巖，巖體節(jié)理裂隙發(fā)育，巖體較破碎。斜坡現(xiàn)狀基本穩(wěn)定。坡體具有較好的匯水條件。

2 工程特點(diǎn)

該工程具有明洞長、洞口工程量大、工期緊3 個特點(diǎn)。

（1）明洞長。捏業(yè)隧道進(jìn)出口均存在淺埋情況，進(jìn)口端明洞長27m，出口端明洞長95m。

（2）洞口工程量大。捏業(yè)隧道進(jìn)口右側(cè)設(shè)計(jì)為6 級邊坡，第1 級為噴錨防護(hù)，第2～5 級為錨索框格梁防護(hù)，第6 級為拱形骨架防護(hù)且坡腳設(shè)計(jì)6 根抗滑樁，進(jìn)口明洞開挖土石方1.65萬m3。出口右側(cè)設(shè)計(jì)為5級邊坡，第1～2 級為噴錨防護(hù)，第3～4 級為錨桿框格梁防護(hù)，第5 級為拱形骨架防護(hù)，出口明洞開挖土石方9.58 萬m3，工程量大。

（3）工期緊。隧址區(qū)位于甘南州卓尼縣，屬高原高寒氣候，極寒溫度-27℃且冬季嚴(yán)寒漫長，有效施工周期僅8 個月/年，該工程總工期24 個月，工期極其緊張。

3 施工方案

3.1 常規(guī)放坡明挖法

（1）施工方案。洞口采用常規(guī)放坡明挖法，即同步施工進(jìn)出口洞口工程，逐級進(jìn)行邊仰坡開挖防護(hù)，施工抗滑樁，施工至設(shè)計(jì)高程后，從出口端單向掘進(jìn)至進(jìn)口端。

（2）施工工藝流程。施工放樣→施工洞頂截水溝→逐級進(jìn)行邊仰坡開挖防護(hù)及排水施工→施工坡腳處抗滑樁→施工至隧道設(shè)計(jì)高程→施工套拱及管棚→中導(dǎo)洞開挖支護(hù)→中隔墻→正洞開挖支護(hù)及二襯→明洞工程。

（3）工期分析。采用放坡明挖法，先完成洞口工程后進(jìn)洞施工，進(jìn)出口端邊仰坡土石方開挖、邊坡防護(hù)及抗滑樁等洞口工程是影響該隧道工程的關(guān)鍵點(diǎn)，按該方案測算（結(jié)果見表1），隧道工期23.4 個月，工期極其緊張。

表1 常規(guī)放坡明挖法工期測算

表1（續(xù)）

3.2 通道縱挖快速進(jìn)洞

3.2.1 施工方案

從出口端采用通道縱挖法按照坡率1∶0.75“拉槽”至中導(dǎo)洞，做好臨時邊坡防護(hù)、排水和防落石措施，拉通中導(dǎo)洞開挖作業(yè)通道。拉通中導(dǎo)洞作業(yè)通道后，中導(dǎo)洞進(jìn)洞施工與洞口邊仰坡開挖防護(hù)同步施工，節(jié)約工期[1]。

3.2.2 施工工藝流程

施工工藝流程具體如圖1所示。

圖1 中導(dǎo)洞“拉槽”施工區(qū)域劃分

（1）洞頂及邊坡頂截水溝施工。

（2）①～④區(qū)域土方逐部開挖、邊坡臨時噴混凝土支護(hù)及臨時排水設(shè)施施工。

（3）中導(dǎo)洞開挖支護(hù)、中隔墻與⑥～⑩區(qū)域土方開挖、邊坡防護(hù)及排水設(shè)施施工。

（4）完成中導(dǎo)洞及洞口工程。

（5）正洞開挖支護(hù)。

3.2.3 操作要點(diǎn)

（1）施工前做好便道規(guī)劃，保證施工通道安全、通暢。

（2）通道開挖前根據(jù)實(shí)際地形、地貌在適當(dāng)位置先行設(shè)置截水溝。截水溝應(yīng)與排水系統(tǒng)順接，確保排水通暢。

（3）放樣時首先放出隧道明暗交界面、中導(dǎo)洞軸線、通道邊坡開口線并用白灰線進(jìn)行標(biāo)識。測量放樣過程中發(fā)現(xiàn)異常情況及時查明，進(jìn)行處理。

（4）通道分級下挖按照8m 一級，坡率1∶0.75，自上而下進(jìn)行開挖，嚴(yán)禁掏底開挖。

（5）嚴(yán)格按照開挖一級防護(hù)一級進(jìn)行施工。對已開挖形成的邊坡采用8cm噴射混凝土臨時防護(hù)。開挖時保證坡面平順，無凸懸危石、浮石、碴堆、雜物。

（6）分級下挖時注意觀測邊坡穩(wěn)定性，若出現(xiàn)異常情況應(yīng)立即停止作業(yè)，撤離人員機(jī)械并加強(qiáng)觀測。根據(jù)量測位移速率判斷：當(dāng)速率＞1.0mm/d 時，邊坡處理極具變形狀態(tài)，應(yīng)加強(qiáng)邊坡防護(hù)，必要時撤離機(jī)械人員，停止施工；當(dāng)速率在0.2～1.0mm/d 時應(yīng)加強(qiáng)觀測，做好邊坡加固準(zhǔn)備；當(dāng)速率＜0.2mm/d 時，邊坡基本穩(wěn)定，可正常施工。

（7）邊坡平臺應(yīng)開挖臨時平臺排水溝，宜使用水泥砂漿封閉溝底溝壁或內(nèi)襯不透水土工布，防止匯水下滲。同時將平臺開挖成內(nèi)傾4%斜坡形式，保證平臺匯水至平臺排水溝同時作為碎落臺。

（8）通道開挖完成后，沿通道全長設(shè)置防護(hù)棚，防止墜物。

3.2.4 工期分析

采用通道縱挖法，只需先開挖中導(dǎo)洞施工通道部分，然后對臨時邊坡快速進(jìn)行噴混凝土防護(hù)，中導(dǎo)洞可提早4個月進(jìn)洞施工，同步施工洞口土石方及防護(hù)排水工程，有效節(jié)省工期4個月。

3.3 方案對比

方案對比具體如表2所示。

表2 方案對比分析

通過對比，發(fā)現(xiàn)“通道縱挖快速進(jìn)洞法”比“放坡明挖法”更加適用于邊坡土質(zhì)穩(wěn)定的長明洞連拱隧道，該技術(shù)在實(shí)施過程中通過提前進(jìn)行邊坡穩(wěn)定性分析、動態(tài)監(jiān)控量測、施工質(zhì)量控制等技術(shù)手段同樣保證了施工安全，直接節(jié)省工期4 個月。經(jīng)濟(jì)效益方面，捏業(yè)隧道完工后現(xiàn)場可減少配備管理員、測量員等10名及施工工人70 名，按人均減少管理費(fèi)3 000 元/月計(jì)，提前4個月完工可節(jié)約管理費(fèi)96萬元。

4 方案可靠性分析

4.1 土層信息

為確保邊坡穩(wěn)定性，邊坡開挖施工前在出口端右側(cè)邊坡進(jìn)行地質(zhì)鉆孔，并對鉆孔典型芯樣進(jìn)行土工試驗(yàn)，土層特征及參數(shù)如表3所示。

表3 土層試驗(yàn)參數(shù)

粉質(zhì)黏土：淺黃色，土質(zhì)均勻，含角礫約40%，無明顯的層理，局部夾塊石，稍濕，中密為主。

碎石：青灰色，礫石成分主要為板巖，尖棱狀，粒徑大小不均勻，粒徑大于60mm 約占30%，20～60mm占40%，粉土填充，稍濕，密實(shí)為主。

4.2 建模分析

建模采用理正巖土6.0 版計(jì)算軟件，驗(yàn)算正常工況裸坡穩(wěn)定性。捏業(yè)隧道出口端臨時邊坡主要為碎石土，由于碎石土強(qiáng)度主要由內(nèi)摩擦角控制，且碎石土分布較多，故采用直線破裂面法進(jìn)行邊坡穩(wěn)定性分析[2]。

計(jì)算時選擇傾斜土層，不考慮地下水的作用，計(jì)算目標(biāo)設(shè)置為搜索最危險(xiǎn)滑裂面，不考慮地震作用，計(jì)算步長為1度。通過理正巖土計(jì)算軟件計(jì)算后，最不利破裂面定位高度為25m，破裂面仰角40°。安全系數(shù)計(jì)算公式為：

式（1）中：K 為安全系數(shù)；F 為抗滑力；T 為下滑力；Q 為作用在滑動體上的自重和其他荷載；α 為滑動面的傾角；?為內(nèi)摩擦角；c為黏聚力；L為滑動面長度。

代入具體數(shù)值計(jì)算得K=1.23＞1.2，因此判定施工過程中邊坡穩(wěn)定。

4.3 監(jiān)控量測

為保證施工安全，施工過程中在邊坡平臺頂按50m/道設(shè)置沉降觀測點(diǎn)，對邊坡進(jìn)行動態(tài)監(jiān)控量測，前15d 按照1d/次監(jiān)測邊沉降，后期趨于穩(wěn)定后減少頻率至2～7d/次。同步在邊坡頂部鉆孔進(jìn)行深層位移監(jiān)測[3]，孔內(nèi)每0.5m監(jiān)測一次深層位移。

通過地表沉降觀測和深層位移監(jiān)測，結(jié)果顯示該邊坡開挖后12d 趨于穩(wěn)定，最大沉降量26mm，最大位移量13mm，邊坡穩(wěn)定。

5 結(jié)語

捏業(yè)隧道通過通道縱挖打通中導(dǎo)洞施工通道，使中導(dǎo)洞與洞口邊仰坡同步施工，可提前4個月完成，直接降低了項(xiàng)目管理成本近100萬元，同時對于卓合高速公路這條“脫貧路”早日建成通車和實(shí)現(xiàn)甘南藏族自治州“普通國省干線升級改造”和“交通脫貧攻堅(jiān)”具有重大意義。該技術(shù)特別適用于長明洞連拱隧道，采用該方法時需提前做好邊坡穩(wěn)定性分析，做好臨時邊坡防護(hù)和排水工作，同時做好中導(dǎo)洞進(jìn)洞施工和邊坡施工交叉作業(yè)組織和安全圍蔽工作，做好地表和深層動態(tài)監(jiān)控量測，確保施工安全。