高速公路隧道單側壁導坑法轉三臺階法施工方案

高新闖GAO Xin-chuang

（中鐵十四局集團第一工程發(fā)展有限公司，日照 276826）

1 工程概況

1.1 工程簡介

平安洞1 號隧道穿過丘陵地貌區(qū)，為雙洞八車道分離式隧道，本標段左線起迄里程ZK48+961～ZK49+919，長958m，坡度1.96%，最大埋深215.4m；右線起迄里程K48+930～K49+895，長965m，坡度1.96%，最大埋深205.3m。

1.2 地質概況

平安洞1 號公路隧道主要由Ⅴ級圍巖、Ⅳ級圍巖及Ⅲ級圍巖組成。Ⅴ級圍巖：主要由全～強風化砂巖組成，巖石節(jié)理裂隙發(fā)育，巖體極破碎，強度低，遇水易軟化；Ⅳ級圍巖：主要由中～微風化砂巖組成，中微風化巖強度高，巖石節(jié)理裂隙較發(fā)育，巖體較破碎，局部破碎；Ⅲ級圍巖：主要由微風化砂巖組成，局部夾中風化巖，微風化巖強度高，巖石節(jié)理裂隙稍發(fā)育，巖體較完整。其圍巖分布與比例見表1。

表1 平安洞1 號隧道圍巖分級與比例統計

1.3 技術標準

①建筑限界凈寬：19.25m，凈高：5.0m；②隧道內輪廓寬度：20.25m，高度：12.30m，內輪廓面積：197.2m2；③隧道開挖輪廓寬度：22.07m，高度：14.02m，開挖輪廓面積：243.0m2。

1.4 施工控制要點

①地質超前預報，圍巖監(jiān)控測量以及貫穿控制測量技術；②地址災害與應急處理措施；③環(huán)境保護與水土保持技術與措施。

2 超前預報及總體監(jiān)測工作

2.1 超前預報

本次預報范圍為K49+738～K49+713 段（先行右導洞），推斷結果為：探測范圍內其余部分圍巖情況與掌子面揭露所見基本相似，大面主要為灰色微風化砂巖，局部夾雜中風化砂巖，巖體較破碎，主要呈碎塊狀結構，局部夾雜層狀結構，節(jié)理裂隙較發(fā)育，感觀強度較高，掌子面未見明顯滲水點。K49+738～K49+713 段原設計為Ⅳ級圍巖，采用S-Ⅳd 襯砌類型；預報初步判定為Ⅳ級（好）圍巖，與原設計圍巖級別基本一致。三臺階法施工適用于Ⅳ級圍巖較好段或Ⅲ級圍巖較破碎段，根據超前預報情況，平安洞1 號隧道右洞出口具備了三臺階法施工的地質條件。

2.2 監(jiān)控量測情況

①K49+756 斷面監(jiān)控量測情況。此斷面距掌子面約1倍洞徑，對監(jiān)控量測數據進行線性回歸分析如圖1、圖2。

圖1 平安洞1 號隧道K49+756 周邊位移與時間關系圖

圖2 平安洞1 號隧道K49+756 拱頂下沉與時間關系圖

K49+756 斷面周邊位移累計值為10mm，平均速率為0.38mm/d；拱頂下沉累計值為11mm，平均速率為0.42mm/d；該斷面累計位移值遠小于設計預留變形量，監(jiān)測過程中未出現急劇變形，近期呈緩慢變化趨勢，可正常施工。

②總體監(jiān)控量測情況。對總沉降量和總收斂值對應的隧道進尺（埋深），以及總沉降和收斂時間對應的隧道進尺（埋深）進行曲線分析如圖3、圖4。通過分析，可得出結論為：監(jiān)控量測總變形量隨入巖深度的增加和圍巖級別的提高呈減小趨勢，最終趨于穩(wěn)定，不再變化；目前掌子面為Ⅳ級較好圍巖，埋深隨進尺極具增加，推斷掌子面前方監(jiān)控量測的變形情況會得到有效控制，綜合考慮安全、進度等因素，在K49+738 處由單側壁導坑法改為三臺階法施工。

圖3 平安洞1 號隧道右洞出口總沉降-時間關系曲線圖

圖4 平安洞1 號隧道右洞出口總收斂-時間關系曲線圖

3 單側壁導坑法轉為三臺階法方案實施步驟

單側壁導坑法轉為三臺階法。將單側壁導坑法的兩個上導坑洞室開挖齊平，中、下導坑洞室及時跟進，與上導坑形成微臺階后暫停施工，上下導坑距離≤5m，掛網噴射混凝土封閉掌子面，拆除側導坑初期支護臨時鋼拱架，上臺階整體開挖掘進，中下臺階跟進，按三臺階法施工。工法轉換過程中，注意預留中部的斜坡道，利于行車和出渣。

3.1 步驟一

首先將單側壁導坑法的兩個上導坑洞室跟進齊平，即先行上導坑掌子面暫停施工，噴射C25 混凝土封閉，中下導坑跟進形成微臺階，上下導坑距離≤5m；后行上導坑掘進至先行上導坑掌子面里程，完成上導坑兩個洞室向一個洞室的轉變。

3.2 步驟二

后行中、下導坑繼續(xù)掘進，與先行中、下導坑齊平，形成微臺階，上下導坑距離≤5m。

3.3 步驟三

施作好上、中、下導坑的鎖腳錨管，拆除側導坑初期支護臨時鋼拱架，用洞渣回填出上臺階施工平臺，進行三臺階的上臺階施工。

3.4 步驟四

上臺階繼續(xù)向前掘進，臺階長度達到一定距離（L-40m）后，開挖中、下臺階；先跳槽開挖一側中、下導坑并及時支護，再開挖另一側中、下導坑并及時支護，左右側初期支護交錯落底，避免兩側拱腳同時懸空；開挖過程中，隧道中部保留斜坡道，便于行車和出渣，并形成完整的三臺階法。

4 三臺階施工工法

三臺階法適用于Ⅳ級圍巖較好段或Ⅲ級圍巖較破碎段，襯砌類型為Ⅳc、Ⅳd 和Ⅲa、Ⅲb 的圍巖擬采用三臺階法施工，施工工序如圖5。

圖5 三臺階法施工工序示意圖

4.1 開挖、支護順序

I—拱部超前支護；2—上臺階1-1 開挖（根據圍巖情況，可預留核心土）；Ⅲ—上臺階1-1 初期支護（安裝鋼拱架、掛鋼筋網、安裝錨桿、噴混凝土）；4—中臺階2-1 開挖；V—中臺階2-1 初期支護（安裝鋼拱架、掛鋼筋網、安裝錨桿、噴混凝土）；6—下臺階2-2 開挖；Ⅶ—下臺階2-2 初期支護（安裝鋼拱架、掛鋼筋網、安裝錨桿、噴混凝土）；8—中臺階2-3 開挖；Ⅸ—中臺階2-3 初期支護（安裝鋼拱架、掛鋼筋網、安裝錨桿、噴混凝土）；10—下臺階2-4 開挖；Ⅺ—下臺階2-4 初期支護（安裝鋼拱架、掛鋼筋網、安裝錨桿、噴混凝土）；12—下臺階2-5 開挖；13—仰拱3-1 開挖；ⅩⅣ—仰拱3-1 初期支護（安裝鋼拱架、噴混凝土）；ⅩⅤ—澆注主洞仰拱；ⅩⅥ—敷設防水板，采用智能二襯臺車全斷面一次模筑二次襯砌混凝土。

4.2 施工要點

①圖中仰拱施工區(qū)域、防排水鋼筋施工區(qū)域根據現場施工局部可動態(tài)調整，但是必須滿足：初支封閉成環(huán)距掌子面距離≯86m；仰拱襯砌距掌子面距離≯118m；二次襯砌距掌子面距離≯190m。②隧道初期支護應在開挖后立即施作，二次襯砌根據監(jiān)控量測結果綜合分析，適時施作。③嚴格遵循“管超前、嚴注漿、短開挖、強支護、勤監(jiān)測、早封閉”的原則。④施工過程加強監(jiān)控量測，若發(fā)現變形較大應及時采取相應措施保證施工安全。⑤若施工過程中發(fā)現有圍巖失穩(wěn)現象，應及時噴射混凝土封閉，加設錨桿，架立鋼支撐等措施，以加強支撐。⑥上臺階長度取40m，考慮爆破堆渣長約20m，出渣車長8.8m，預留錯車掉頭空間10m，合計約40m。⑦加強對機械設備的維護與保養(yǎng)，以確保相關設備的正常運轉。⑧加強施工現場管理與人員調度，做好員工的上崗培訓工作，杜絕無證上崗。

5 應急措施與建議

5.1 加強監(jiān)控量測

施工過程中，加強監(jiān)控量測工作，轉為三臺階初期，每5m 布置一個斷面，監(jiān)測頻率2 次/天，通過監(jiān)控量測數據分析，對施工工法的可行性進行驗證。

5.2 掌子面預加固措施

施工過程中，若掌子面圍巖發(fā)生突然變化，監(jiān)控量測值發(fā)生突變或達到預警值，在保證開挖工法-三臺階法不變的情況下，加強超前預加固措施，采用9m 長Φ51×8 自進式管棚+噴射混凝土封閉掌子面+掌子面玻璃纖維錨桿進行處治。

5.3 加強鎖腳措施

三臺階法每處臺階在拱架上打設2 根Φ50 鎖腳小導管，長L-4.0m，每環(huán)12 根。

5.4 優(yōu)化系統錨桿

系統錨桿采用Φ25 漲殼式預應力錨桿，環(huán)向間距100cm，縱向間距同拱架間距。

6 小結

隧道高速工程與其他工程相比具有其隱蔽性、施工復雜性、地質條件和周圍環(huán)境的不確定性等突出特點，從而加大了施工技術難度，提高了施工風險，因此如何做好施工安全管理，是項目部工作的重點。為了有效地降低安全風險，杜絕安全事故，要牢固樹立“要我安全”到“我要安全”的施工安全觀，將安全管理的各種規(guī)章制度落到實處，做到獎罰分明，強化安全責任制。