洞口滑坡體下超大跨徑隧道進(jìn)洞關(guān)鍵施工技術(shù)分析

李 震

（保利長大工程有限公司，廣東 廣州 510000）

1 工程概況

長嶺居隧道位于廣州市黃埔區(qū)境內(nèi)，是廣州增城至佛山高速公路（增城至天河段）控制性重難點(diǎn)工程之一。隧道下穿黃埔區(qū)油麻山，該地區(qū)屬于丘陵地貌，左洞全長1944m，右洞全長1923m，Ⅴ級(jí)圍巖分級(jí)比例15.1%，Ⅳ級(jí)圍巖分級(jí)比例15.4%，Ⅲ級(jí)圍巖分級(jí)比例32.5%，Ⅱ級(jí)圍巖分級(jí)比例36.6%。長嶺居隧道為雙洞分離式、洞口小凈距、淺埋偏壓及超大跨徑隧道，設(shè)計(jì)為雙洞六車道，設(shè)計(jì)速度為100km/h，建筑限界凈寬為18.0m，建筑限界凈高5.0m，其中右洞進(jìn)口端洞門采用端墻式，明洞長度46m，進(jìn)洞時(shí)洞身為Ⅴ級(jí)軟弱圍巖，且洞口處存在滑坡體，進(jìn)洞安全系數(shù)要求較高、施工難度較大，為整個(gè)隧道進(jìn)洞的施工重點(diǎn)，其工程施工條件及其重難點(diǎn)如下：

1.1 工程地質(zhì)條件

1.1.1 地形地貌

隧道穿過丘陵山區(qū)，地面標(biāo)高70.5～432.6m，相對(duì)高差約362.1m，山體植被發(fā)育，地形陡峻。山體植被茂密，主要為松樹、柏樹、桉樹、竹林、荔枝林、龍眼林及低矮灌木。

1.1.2 地質(zhì)構(gòu)造及地層巖性

根據(jù)本區(qū)域地質(zhì)資料，結(jié)合地質(zhì)調(diào)繪成果，隧址未見斷裂構(gòu)造形跡，屬穩(wěn)定地塊。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)踏勘的地表情況來看，覆蓋層主要組成部分為粉質(zhì)黏土、耕植土、全強(qiáng)風(fēng)化混合花崗巖，右線隧道區(qū)間覆蓋層厚度在7～41m 之間，勘察資料顯示縱波波速在550～1000m/s 之間，屬于穩(wěn)定性較差。根據(jù)鉆孔及地質(zhì)調(diào)繪成果，隧道區(qū)間地層巖性為坡殘積粉質(zhì)黏土和晚志留世混合花崗巖（包括其風(fēng)化層）。

1.1.3 水文地質(zhì)

隧道所處地形為丘陵地形，地表水主要為大氣降雨形成的沿山谷匯流，屬于季節(jié)性地表水。地下水是存在于坡殘積層、基巖巖層中的第四系松散層孔隙水及基巖裂隙水，水位標(biāo)高會(huì)隨著季節(jié)變化，水量則受巖石裂隙影響，局部破碎帶可能富集。地下水的主要補(bǔ)給方式為降水，排泄方式主要為蒸發(fā)和側(cè)向徑流。

1.2 工程重難點(diǎn)

1.2.1 洞口小凈距

隧道進(jìn)洞段左右洞均為Ⅴ級(jí)圍巖，中夾巖厚度為32～48m，屬于小凈距隧道。

1.2.2 淺埋偏壓

隧道右洞增城端洞口埋深約1.6m，屬淺埋地段，同時(shí)洞口地勢(shì)為一左高右低斜坡，存在明顯偏壓段。

1.2.3 滑坡體

在右洞進(jìn)口端明洞左側(cè)上部自然山體處，發(fā)生有2 處淺層滑塌。第一處滑塌寬30m，高56m，深5m，滑動(dòng)方向與線路走向斜交。第二處滑塌寬10m，高20m，深2～3m，滑動(dòng)方向與線路正交。邊坡位于2 處滑塌體前緣?；w上部主要為塊石、碎石堆積體，厚度約5m，下部為中～微風(fēng)化混合花崗巖，該滑塌體對(duì)隧道進(jìn)口端邊仰坡穩(wěn)定性及洞口圍巖穩(wěn)定性有較大影響。

1.2.4 超大跨徑

本隧道設(shè)計(jì)為單洞三車道，進(jìn)洞時(shí)開挖跨度達(dá)到21.39m，開挖高度達(dá)到13.85m，洞身斷面面積達(dá)到231.8m2，該結(jié)構(gòu)屬于超大跨徑隧道，目前我國國內(nèi)并不多見。這種超大跨徑公路隧道結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)是大跨度、形狀扁平、拱圈較薄，這種結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的圍巖受力和支護(hù)特性變化較大，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性不利因素多，特別是在施工過程當(dāng)中各種工序之間的相互影響，導(dǎo)致圍巖多次受到擾動(dòng)，支護(hù)結(jié)構(gòu)受力多變，特別容易出現(xiàn)圍巖的失穩(wěn)，還有后期隧道二襯開裂等問題。

1.2.5 軟弱圍巖

隧道進(jìn)口段主要由坡殘積土，全～中風(fēng)化混合花崗巖組成，巖石節(jié)理裂隙發(fā)育，巖體極破碎，強(qiáng)度較低，遇水易軟化，設(shè)計(jì)定義為Ⅴ級(jí)軟弱圍巖。

2 關(guān)鍵施工工藝

2.1 截排水系統(tǒng)合理規(guī)劃

為了保證洞口施工安全，必須首先施作截水溝[1]，根據(jù)長嶺居隧道洞口地形條件，在洞口開挖線5m 處設(shè)置截水溝，溝體截面為矩形，內(nèi)底寬度為80cm，高度為80cm，厚度為25cm 的C20 混凝土和10cm 砂礫墊層，并且截水溝與附近洞外排水溝自然順接，防止地表水倒流入洞內(nèi)和洞口積水。

2.2 滑坡體加固處理

為減少洞內(nèi)開挖對(duì)滑坡體的影響，預(yù)防洞口左側(cè)滑坡體滑移，確保右洞進(jìn)洞具備完好的安全條件，采用鋼花管注漿+錨索冠梁工藝對(duì)滑坡體進(jìn)行加固穩(wěn)定。注漿鋼花管采用直徑89mm無縫鋼管制作，鋼管壁厚不小于4mm，長度為10m，間距為1m，按照梅花形布置，共設(shè)置3 排。注漿材料采用水泥漿，一次注漿水灰比為0.5，二次劈裂注漿水灰比為0.7，注漿采用分段分次進(jìn)行。頂部設(shè)置錨索+C25 鋼筋混凝土冠梁，冠梁背部緊靠山體。每道錨索由6 束直徑15.2mm 鋼絞線組成，長度為20m，其中錨固長度10m，設(shè)計(jì)抗拔力為600kN，張拉時(shí)進(jìn)行超張拉，超張拉力為650kN。

為對(duì)加固處理后滑坡體整體穩(wěn)定性進(jìn)行監(jiān)控量測(cè)，根據(jù)上邊坡滑坡體特征，在冠梁施工時(shí)合理埋設(shè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)。冠梁長度46m，監(jiān)測(cè)點(diǎn)布置間距要求不少于5m，沿冠梁方向布置，必要時(shí)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)滑坡體實(shí)際情況，適當(dāng)加密監(jiān)測(cè)點(diǎn)。

2.3 長管棚超前支護(hù)

隧道洞口段落為Ⅴ級(jí)軟弱圍巖，為了控制開挖斷面，盡量減少對(duì)圍巖的擾動(dòng)，保證其穩(wěn)定性，施作超前長管棚與支護(hù)鋼拱架及洞外套拱連成一體，保證了整個(gè)開挖斷面的受力均勻性，增加了開挖的安全系數(shù)，避免因受力不均造成的坍塌。在隧道右洞明暗交界線外緣施作超前長管棚，主要參數(shù)如下。

管棚固定端采用C30 混凝土套拱，套拱在明洞外輪廓線以外，緊貼掌子面施作，套拱厚度80cm，長200cm。套拱基底由人工開挖修整，開挖完畢后對(duì)基地進(jìn)行夯實(shí)，地基承載力要求不小于300kPa。

管棚采用φ127×6mm 無縫鋼管，共設(shè)置65 根，每根長30m，間距為40cm，外插角為1～3°，方向與路線中線平行。管棚注漿遵循著“先外后內(nèi)、跳孔注漿、由稀到濃”的原則，跳孔進(jìn)行注漿施工。管內(nèi)采用壓注水泥-水玻璃雙液漿，注漿壓力1.5～2MPa，注漿結(jié)束后采用M30 水泥砂漿填充鋼管，以增強(qiáng)管棚的剛度和強(qiáng)度，形成管棚支護(hù)體系。

2.4 大邊墻+明洞施工及回填反壓

當(dāng)右洞滑坡體及邊仰坡加固處理完畢后，及時(shí)施作大邊墻和明洞。在混凝土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度要求后，采用碎石土分層回填、分層壓實(shí)，頂層回填材料采用黏土以利于隔水?；靥罘磯汉笥欣谠鰪?qiáng)邊仰坡整體穩(wěn)定性，最大程度地減輕進(jìn)洞開挖對(duì)滑坡體的擾動(dòng)，大大提高了進(jìn)洞安全系數(shù)。

大邊墻及明洞地基承載力要求不小于250kPa，否則進(jìn)行地基換填處治。大邊墻采用C25 混凝土，豎向鋼筋直徑22mm，縱向鋼筋直徑12mm，間距均為25cm。內(nèi)外兩層鋼筋設(shè)置直徑8mm 構(gòu)造拉筋，間距為50×50cm，按照梅花形布置。明洞采用C40 模筑混凝土，縱向鋼筋直徑14mm，間距25cm，環(huán)向鋼筋直徑25mm，間距16.67cm。同時(shí)設(shè)置直徑8mm 箍筋，提高鋼筋骨架整體結(jié)構(gòu)受力，環(huán)向間距50cm，縱向間距16.67cm。

2.5 雙側(cè)壁導(dǎo)坑工法開挖及初支

在上述工程特點(diǎn)下，隧道進(jìn)洞采取了雙側(cè)壁導(dǎo)坑分部分節(jié)段開挖的工法，開挖的順序?yàn)棰瘛?→Ⅲ→4→Ⅴ→6→Ⅶ→8→9→Ⅸ→10→Ⅺ→12→13→ⅩⅣ→ⅩⅤ→ⅩⅥ（阿拉伯?dāng)?shù)字代表開挖步序，羅馬數(shù)字代表支護(hù)施工順序，詳見圖1），一次開挖長度控制在50cm；側(cè)導(dǎo)洞開挖時(shí)超前中槽10～15m[2]，如采用上下臺(tái)階開挖，側(cè)導(dǎo)洞上、下掌子面間距不大于5m；側(cè)導(dǎo)洞初期支護(hù)臨時(shí)鋼拱架應(yīng)在主洞初期支護(hù)鋼拱架閉合且變形穩(wěn)定之后方可拆除，一次最大拆除長度不大于15m。施工過程中按照仰拱開挖長度，調(diào)整導(dǎo)洞初期支護(hù)臨時(shí)鋼拱架拆除長度，降低施工安全風(fēng)險(xiǎn)。

圖1 雙側(cè)壁導(dǎo)坑法施工工序示意圖

初期支護(hù)：開挖后施作中空注漿錨桿，直徑25mm，長度5m，環(huán)向間距1m，縱向間距50cm，梅花形布置，設(shè)置第一層鋼筋網(wǎng)，鋼筋直徑8mm，網(wǎng)孔尺寸20cm。鋼支撐在掛網(wǎng)初噴后架設(shè)并設(shè)置第二層鋼筋網(wǎng)，靠圍巖側(cè)凈保護(hù)層厚度為6cm，靠二襯側(cè)凈保護(hù)層厚度為4cm，噴射混凝土厚度達(dá)30cm，標(biāo)號(hào)為C25。

鋼支撐：采用HW200*200 型鋼，一榀間距為50cm。

縱向聯(lián)結(jié)筋：鋼支撐之間采用直徑22mm 鋼筋連接，環(huán)向間距1m。

預(yù)留沉降量：開挖預(yù)留變形量20cm，施工中應(yīng)根據(jù)圍巖監(jiān)控量測(cè)結(jié)果及時(shí)調(diào)整預(yù)留變形量、開挖方式和修正支護(hù)參數(shù)，確保安全。尤其在洞口開挖時(shí)，需適當(dāng)考慮預(yù)留變形量，避免二襯施工前拱架變形侵線。

2.6 現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控量測(cè)

隧道洞口淺埋段進(jìn)洞前主要量測(cè)項(xiàng)目為地表下沉，地表下沉量測(cè)應(yīng)從開挖工作面前方，距離為隧道埋深與開挖高度之和處布置測(cè)點(diǎn)并開始測(cè)量[3]，隧道右洞開挖工作面埋置深度約15.2m，共設(shè)置測(cè)點(diǎn)17 個(gè)。地表下沉量測(cè)時(shí)間直到襯砌結(jié)構(gòu)封閉，下沉基本停止時(shí)為止。通過量測(cè)，判斷隧道開挖對(duì)洞口邊仰坡、淺埋地面是否產(chǎn)生顯著影響，分析該影響的范圍、程度及其與隧道施工的時(shí)空關(guān)系，進(jìn)而判斷隧道施工的安全性和隧道施工對(duì)地面邊仰坡穩(wěn)定性的影響。

3 結(jié)語

通過分析長嶺居隧道在洞口小凈距、淺埋偏壓、滑坡體、超大跨徑及軟弱圍巖的條件下，采用噴錨支護(hù)邊仰坡、鋼花管+錨索冠梁加固滑坡體、長管棚超前支護(hù)、大邊墻+明洞施工及回填反壓和雙側(cè)壁導(dǎo)坑開挖工法等關(guān)鍵技術(shù)，為隧道安全進(jìn)洞創(chuàng)造有利條件。同時(shí)，在各道工序施工過程中，必須加強(qiáng)地表下沉、滑坡體位移等監(jiān)控量測(cè)，嚴(yán)格按照監(jiān)控量測(cè)數(shù)據(jù)指導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)施工，堅(jiān)持“安全第一、預(yù)防為主、綜合治理”方針，采取“事前預(yù)防、事中控制、事后總結(jié)”全過程管理措施，保障隧道進(jìn)洞安全。