某特長(zhǎng)隧道施工工藝提升技術(shù)研究

潘向偉,申鐵軍

（1.山西路橋第四工程有限公司,山西 大同 037006; 2.山西路橋建設(shè)集團(tuán)有限公司,山西 太原 030006）

0 引言

云南省香格里拉至貴州都勻高速公路樂(lè)紅特長(zhǎng)隧道位于云南省昭通市魯?shù)榭h，屬云南省目前第二長(zhǎng)分離式高速公路隧道。主要工程量包含特長(zhǎng)隧道1 座及3 座斜井。其中3#斜井全長(zhǎng)565 m，主要作為后期右幅出口段通風(fēng)使用，其聯(lián)絡(luò)風(fēng)道排風(fēng)道設(shè)計(jì)長(zhǎng)度為187.95 m，其縱坡設(shè)計(jì)為4%縱坡（18.25 m）接7.537%縱坡（118.6 m）接17.49%縱坡（46.1 m）接4%（5 m）縱坡。3#斜井排風(fēng)聯(lián)絡(luò)風(fēng)道底部與左線(xiàn)主洞頂部相交部位距離最近處不足10m，施工難點(diǎn)極大，該文深度分析該隧道的施工難點(diǎn)[1]，提出了若干項(xiàng)新的施工技術(shù)，通過(guò)理論數(shù)值模擬，各項(xiàng)技術(shù)相輔相成、相互聯(lián)系，該技術(shù)經(jīng)樂(lè)紅隧道尤其是3#斜井排風(fēng)聯(lián)絡(luò)道實(shí)踐應(yīng)用，效果良好[2]。

1 樂(lè)紅特長(zhǎng)隧道地質(zhì)分析

隧道洞頂?shù)貙訛樗靥钔?、含碎石粉質(zhì)黏土、強(qiáng)風(fēng)化輝綠巖、中風(fēng)化輝綠巖、中風(fēng)化白云巖[3]。暗挖隧道洞室圍巖為中風(fēng)化白云巖，巖體節(jié)理裂隙較發(fā)育，巖體破碎～較破碎[4]，節(jié)理面張開(kāi)狀，裂隙間有方解石充填[5]。中風(fēng)化白云巖單軸天然抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值60 MPa、中風(fēng)化輝綠巖單軸天然抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值60 MPa[6]，經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)取樣檢測(cè)，硅質(zhì)白云巖抗壓強(qiáng)度80~120 MPa。

1.1 第四系上更新統(tǒng)沖積層（Q3pla）

（1）含角礫黏土[地層編號(hào)（3-2）]?；襼褐灰色，厚度1.8~25 m 不等，飽和，可塑~硬塑狀態(tài)，中壓縮性，局部含角礫，含量占5%~10%，角礫粒徑一般1~3 cm，最大6 cm。分布在堆積平原區(qū)[7]。

（2）粉質(zhì)黏土[地層編號(hào)（3-1）]。硬塑狀態(tài)，中壓縮性，含氧化鐵，無(wú)搖振反應(yīng)，干強(qiáng)度高，韌性高[8]。

1.2 第四系更新統(tǒng)殘坡積層（Q2eld）

含碎石黏土[地層編號(hào)（4-1）]。棕紅色~褐紅色，層厚1.5~7.5 m，一般10%~30%，粒徑一般在0.5~3 cm 間，個(gè)別大于6 cm。分布在丘陵區(qū)斜坡、緩坡地帶和瓏崗區(qū)基巖頂部[4]。

1.3 二疊系中統(tǒng)茅口組（P2m）

（1）強(qiáng)風(fēng)化灰?guī)r[地層編號(hào)（5-1）]。巖體破碎，巖芯呈短柱狀，頂面高程1.6~1.8 m，厚度2~3 m[9]。

（2）弱風(fēng)化灰?guī)r[地層編號(hào)（5-2）]。青灰色，溶蝕裂隙不發(fā)育。取芯率約80%~95%，屬堅(jiān)硬巖[10]。

1.4 志留系中統(tǒng)墳組（S2f）

（1）強(qiáng)風(fēng)化粉砂質(zhì)泥巖[地層編號(hào)（6-1）]。

（2）灰~草黃色，厚度3~5 m，泥質(zhì)結(jié)構(gòu)。

2 斜撐+橫梁+弧形導(dǎo)坑挑頂施工+樹(shù)脂錨索托梁固定

采用弧形導(dǎo)坑法進(jìn)行挑頂開(kāi)挖，能夠減少?lài)鷰r擾動(dòng)，大大降低安全風(fēng)險(xiǎn)[11]；利用樹(shù)脂錨索固定托梁的中部，代替?zhèn)鹘y(tǒng)挑頂施工中豎向施工的錨管[12]，解決了傳統(tǒng)施工工藝中由于錨管注漿后強(qiáng)度增長(zhǎng)緩慢[13]，影響主洞交叉口拱頂拱架施工進(jìn)度，導(dǎo)致拱頂支護(hù)不及時(shí)而發(fā)生坍塌、掉塊等安全問(wèn)題[14]。

針對(duì)斜撐+橫梁+樹(shù)脂錨索進(jìn)行門(mén)架及托梁固定的方法進(jìn)行推廣；針對(duì)弧形導(dǎo)坑法從斜井過(guò)渡到正洞上臺(tái)階，實(shí)現(xiàn)一次性完成挑頂段拱頂開(kāi)挖的效果進(jìn)行推廣[15]。采用斜撐+橫梁+樹(shù)脂錨索進(jìn)行托梁固定，由于樹(shù)脂錨索施工完成后約7 min 即可承載[16]，無(wú)需長(zhǎng)時(shí)間養(yǎng)護(hù)，節(jié)約施工時(shí)間14 d，節(jié)約施工材料費(fèi)用8.6 萬(wàn)元，節(jié)約人工、機(jī)械費(fèi)用11.4 萬(wàn)元。見(jiàn)表1~2。

表1 材料費(fèi)用表

3 硬巖隧道非爆破超前導(dǎo)洞擴(kuò)挖施工技術(shù)

根據(jù)方案對(duì)隧道不同圍巖特性分別采用了半CD 法、CD法、臺(tái)階法、超前導(dǎo)洞擴(kuò)挖法，施工效率分別為28 m/月、40 m/月、45 m/月、54 m/月，采用超前導(dǎo)洞擴(kuò)挖法可實(shí)現(xiàn)掘進(jìn)機(jī)和破碎錘同時(shí)平行作業(yè)[17]，施工進(jìn)度較CD 法、半CD 法、臺(tái)階法分別提高了92.8%、35%、20%，有效節(jié)約成本949.4 萬(wàn)元。實(shí)施此技術(shù)后較原方案工期提前了95 d，對(duì)項(xiàng)目按時(shí)履約起到良好的保障；同時(shí)在隧道硬巖非爆施工領(lǐng)域開(kāi)辟了新的途徑[18]，受到了央視各大媒體的廣泛宣傳和群眾的一致好評(píng)。經(jīng)過(guò)推廣介紹其周邊隧道銑挖施工項(xiàng)目先后來(lái)現(xiàn)場(chǎng)借鑒交流施工經(jīng)驗(yàn)。見(jiàn)圖1。

圖1 非爆破超前導(dǎo)洞擴(kuò)挖

4 超前導(dǎo)洞擴(kuò)挖法技術(shù)

不同的施工順序可能會(huì)使建成后的圍巖應(yīng)力存在差異從而影響穩(wěn)定性。

首先，掌子面左側(cè)小導(dǎo)洞30 m2進(jìn)行銑挖施工，導(dǎo)洞長(zhǎng)度控制在20 m 左右[19]；其次，掌子面右側(cè)30 m2先采用三臂鑿巖機(jī)鉆孔（孔距0.5 cm，孔深4 m，孔徑110 mm）[20]；再次，采用短臂挖掘機(jī)+塔式破碎錘開(kāi)挖[21]；最后，右側(cè)破碎錘開(kāi)挖后再用銑挖機(jī)修整輪廓線(xiàn)；臺(tái)階、仰拱、二襯施工與臺(tái)階法一致，不再贅述。見(jiàn)圖2。

圖2 超前導(dǎo)洞擴(kuò)挖法施工步距圖

5 軟弱圍巖的預(yù)加固三臺(tái)階施工技術(shù)

隧道洞身下穿軟弱圍巖淺埋段，穿越范圍地層含水率降低，起到超前止水和加固圍巖的效果，孔隙率減小，圍巖的穩(wěn)定性和承載力得到顯著改善和加強(qiáng)，土體更加密實(shí)，圍巖級(jí)別得到提高，相應(yīng)的洞內(nèi)開(kāi)挖施工方法由雙側(cè)壁導(dǎo)坑法調(diào)整為三臺(tái)階施工，實(shí)現(xiàn)軟巖硬打。隧道開(kāi)挖平均線(xiàn)性超挖控制在6~10 cm，較以往的爆破開(kāi)挖平均線(xiàn)性超挖10~15 cm 有了顯著提高，減少超挖3 m3/延米，按照極軟弱圍巖102 m 計(jì)算，按照開(kāi)挖單價(jià)75 元/m3，噴射混凝土按600 元/m3，節(jié)約直接成本約20.66 萬(wàn)元。將原設(shè)計(jì)雙側(cè)壁導(dǎo)坑法變更為三臺(tái)階九步開(kāi)挖法施工，減少了洞內(nèi)臨時(shí)支護(hù)，每延米節(jié)約I20 b 等鋼材620 kg、每延米節(jié)約噴射混凝土2.7 m3，鋼材按5.5 元/kg、噴射混凝土600 元/m3計(jì)，節(jié)約直接成本51.81 萬(wàn)元。

旋噴樁開(kāi)挖見(jiàn)圖3~4。

圖3 旋噴樁開(kāi)挖輪廓線(xiàn)外

圖4 旋噴樁開(kāi)挖輪廓線(xiàn)內(nèi)

6 斜井的聯(lián)絡(luò)風(fēng)道超小凈距跨正洞施工技術(shù)

（1）通過(guò)變更聯(lián)絡(luò)通道坡度，縮短聯(lián)絡(luò)通道7.54 m，聯(lián)絡(luò)通道每延米工程造價(jià)22 138.14 元，故降低工程造價(jià)：22 138.14×7.54=16.69 元。

（2）斜井聯(lián)絡(luò)通道二襯施工外觀質(zhì)量要求較低，項(xiàng)目結(jié)合聯(lián)絡(luò)通道斷面尺寸，決定采用木模完成斜井聯(lián)絡(luò)通道二襯施工。因此項(xiàng)目節(jié)約1 套聯(lián)絡(luò)通道二襯臺(tái)車(chē)，節(jié)約費(fèi)用：二襯臺(tái)車(chē)（60×7 400=44.4 萬(wàn)元），安裝拆卸費(fèi)用=5.56萬(wàn)元（人工費(fèi)3萬(wàn)元（2×5×10×300）+機(jī)械費(fèi)2.56萬(wàn)元（2×1 600×8））。累計(jì)節(jié)約：44.4+5.56=49.96 萬(wàn)元。

（3）變更后斜井聯(lián)絡(luò)通道減少7.54 m，按每1 d 施工2 m 計(jì)算，可減少4 d 施工時(shí)間，每天人工、機(jī)械費(fèi)用按照30 000 元計(jì)算，可節(jié)約施工費(fèi)用：30 000×4=12 萬(wàn)元。

（4）反挖段采用扒渣機(jī)進(jìn)行出渣，出渣效率較高，可節(jié)約出渣時(shí)間：21 h，減少窩工費(fèi)用6 萬(wàn)元。

綜上：該施工方法可直接節(jié)約施工成本：16.69+49.96+12+6=84.65 萬(wàn)元。

7 穿越軟硬交互地層的頂管靜爆預(yù)裂施工技術(shù)

通過(guò)靜爆預(yù)裂技術(shù)改造地層后，節(jié)省了前期刀盤(pán)優(yōu)化周期，除去進(jìn)場(chǎng)設(shè)備選型用時(shí)節(jié)省工期約20 d，避免了單一形式頂管機(jī)施工期間頻繁開(kāi)倉(cāng)維修刀盤(pán)或更換設(shè)備，節(jié)省人工費(fèi)用約30.1 萬(wàn)元，節(jié)省設(shè)備、材料二次處理費(fèi)用約62.4 萬(wàn)元。

8 結(jié)語(yǔ)

上述技術(shù)研究所形成的施工工藝、安全和質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)等技術(shù)成果可應(yīng)用到同類(lèi)隧道施工的相關(guān)領(lǐng)域，可促進(jìn)隧道挑頂施工技術(shù)的發(fā)展，提供技術(shù)支撐。該技術(shù)施工周期短，能夠有效保障施工安全及質(zhì)量，同時(shí)降低施工成本，為今后類(lèi)似結(jié)構(gòu)的建設(shè)與發(fā)展提供技術(shù)指導(dǎo)與參考。