隧道進口淺埋段開挖施工技術

李 鵬

1 工程概況

青銀國道主干線山西離石—軍渡段高速公路八盤山隧道,左線全長:4.097km(LK34+163～LK38+260),隧道右線長4.122km(RK34+150～RK38+272),隧道平均開挖面積:97 m2,設計為雙向四車道高速公路,單幅路基寬度為12.25 m;計算車速為80km/h;設計車輛荷載:公路Ⅰ級;地震烈度:6級。隧道位于呂梁山脈中段西側,屬晉陜黃土高原區。區內溝壑縱橫,溝谷多由東向西,黃土沖溝多呈南北羽狀分布排列。通過主要地層有:三疊系下統劉家溝組中～細粒砂巖夾不穩定薄層泥巖,弱～微風化,層間結合稍差,節理較發育,巖體完整性稍差,呈塊(石)碎(石)狀鑲嵌結構。地下水呈線狀、點狀分布,為砂巖裂隙水及上覆巖土體松散巖類孔隙水。其中淺埋段穿越地層有:上覆上更新統馬蘭組黃土、第四系中更新統離石組黃土、第三系上新統保德組黏土及半固結礫巖,穩定性較好～稍差。

2 施工方案及技術措施

2.1 洞口施工

洞口段施工包括洞外地表防排水、邊仰坡開挖和防護、明洞、進洞和洞門施工。

1)進洞前采取的措施。對洞門段30 m范圍內地表進行小導管注漿加固,采用φ 50鋼管,間距1 m×1 m,長度4 m～6 m,梅花形布置。2)洞口開挖。在洞頂按設計要求人工開挖并施作洞頂截水天溝和洞口地表排水溝。形成完整的排水系統,以防地表水沖刷仰坡,危及隧道和施工。在完成洞口截、排水設施后進行洞口段施工。洞口段土方施工用挖掘機開挖,石方采用松動或預裂爆破,挖掘機分層挖裝,自卸汽車運輸,人工輔助修坡。洞口邊仰坡防護采用掛網、噴錨防護。洞口段分層由上向下開挖時,控制邊仰坡開挖高度,施工過程中加強對仰坡的觀察。邊仰坡支護完成后,測設隧道洞口位置,并畫出開挖輪廓線,之后在拱部范圍內設超前小導管注漿加固,并緊靠巖壁架設1榀鋼架支撐并與小導管或錨桿尾部焊接成整體,保證進洞施工時的安全。3)進洞及洞口段的技術措施。在進洞施工中實行長管棚和小導管超前注漿支護,嚴格按環狀開挖,預留核心土,短進尺、臺階法開挖,遵循“管超前、嚴注漿、短進尺、強支護、快封閉、勤量測、緊襯砌”的施工原則,及時施作初期支護,盡量減少圍巖暴露時間,確保洞口施工安全。加強圍巖量測,并通過量測數據的分析和判斷,及時反饋指導施工,修改支護參數,確保圍巖結構的穩定。施工順序為:上臺階開挖15 m(RK34+166～RK34+181)→掌子面封閉處理→下臺階開挖 13 m(RK34+163～RK34+176),逐榀開挖;待初期支護強度整體提升、開挖段變形趨于穩定后逐榀封閉→仰拱及仰拱回填;分段施工→繼續進行上臺階開挖,緊跟仰拱。

2.2 開挖施工

1)測量放線。a.隧道中線測樁之間距,不超過 5 m,每 10 m設一水準點,并在每循環開鉆前準確放出開挖輪廓線和格柵鋼架的位置。b.每次測量放線時,對上一循環斷面進行檢查。2)超前支護。本隧道RK34+163～RK34+192段圍巖類別為Ⅱ類淺埋,進洞口設計采用φ 108mm超前長管棚和φ 42mm超前小導管注漿支護。超前長管棚和小導管設計采用無縫鋼管加工,布置在隧道拱部范圍內。長管棚的施工工序為:洞口上半斷面開挖→測量定位→施作套拱和套管→搭設作業平臺→鉆孔→掃孔→安裝管棚→管棚注漿。小導管施工前對掌子面的巖層噴射混凝土封面作為止漿墻。導管采用風動鑿巖機鉆孔,施工前先測設開挖輪廓線,在開挖線外按設計間距布置導管,鉆孔完成后用高壓風清孔,導管采用錘擊或鉆機頂入,并與鋼架焊接成整體。孔深應保證導管插入管長的90%。鉆孔時保持5°～10°的外插角,以確保導管支撐效果。3)洞身開挖。Ⅱ類淺埋及Ⅱ類圍巖采用臺階法開挖,人工持小型機具開挖,遇巖石較好時采用預裂爆破施工,并嚴格控制裝藥量。臺階長度為3 m～5 m,開挖循環進尺為0.5 m～0.75 m,上臺階采用環形開挖留核心土法施工,初期支護完成后開挖核心土;下臺階先開挖中槽,然后跳段開挖邊墻馬口,完成支護結構。開挖前先施工超前小導管或超前錨桿支護,開挖成洞后,盡早進行仰拱封閉,以便形成封閉受力結構。初期支護后,待各測試項目所顯示的位移率明顯緩慢并已基本穩定后,及時施作二次襯砌。4)洞身支護。a.砂漿錨桿。采用風動鑿巖機按設計要求鉆孔,錨桿孔位與巖面垂直,要求與設計孔位偏差不大于100mm,鉆孔偏差不大于±50mm。鉆孔后用高壓風清除孔內石屑,然后安裝錨桿,插入長度不小于設計長度的95%。成孔后用高壓風清孔,先將內徑4mm～5mm、壁厚1mm～1.5mm的軟塑料排氣管同錨桿一起送入鉆孔至孔底,并在孔外留0.5 m左右的富余長度,然后將注漿管固定在孔口位置,并將錨桿孔口堵塞,在確認排氣管暢通后,采用雙管排氣法注漿,直到排氣管不排氣或溢出稀漿時停止,拔出排氣管,待砂漿達到強度后安裝墊板擰緊螺帽,并與拱架焊成整體。b.鋼筋網。本隧道鋼筋網采用φ 8mm鋼筋,間距15mm×15mm,預先在加工場制作成2 m×2 m的網片,運至工作面安裝。鋼筋網在初噴混凝土之后鋪設,鋼筋網與巖面或初噴混凝土面的間隙不小于3cm～5cm,鋼筋網保護層厚度不小于3cm,鋼筋使用前應清除污銹,采用雙層鋼筋網時,第二層鋼筋網應在第一層鋼筋網被混凝土覆蓋后鋪設,鋪設時與錨桿和鋼支撐焊接成整體。c.型鋼拱架。型鋼拱架嚴格按照設計要求在洞外加工場分單元加工,汽車運至洞內分段拼裝。拱架安裝前先初噴一層混凝土,按照設計間距固定在穩固的地基上,當基底強度不足時,采用加設槽鋼的辦法增強基腳的承載力。采用短進尺,每75cm架立Ⅰ20a鋼拱架一榀,每循環進尺控制在80cm以內,拱架安裝后在拱腳處打設鎖腳錨桿。鋼拱架平面應垂直于隧道中線,其傾斜度不大于2°,鋼拱架的任何部位偏離鉛垂面不應大于±5cm。型鋼拱架與系統錨桿焊接成整體,拱架間設縱向連接筋。采用分部開挖時,應及時將拱架連接成整體,以提高鋼拱架受力的整體性能。架立型鋼拱架后盡快進行復噴混凝土至設計厚度。d.噴射混凝土。噴射混凝土嚴格按設計配合比拌和,配合比及攪拌的均勻性每班檢查不少于兩次。噴射混凝土前,認真檢查隧道斷面尺寸,對欠挖部分及所有開裂、破碎、崩解的破損巖石進行清理和處理。并埋設噴層厚度控制標志釘,每1 m～2 m設一根。混凝土在混凝土拌合站集中拌和。噴射混凝土作業采用分段、分塊、先墻后拱、自下而上螺旋形噴射方式分層噴射,噴射時要嚴格控制風壓、水壓,同時保證噴射速度適當,使噴嘴與受噴面保持適當距離(0.8 m～1.2 m),噴射角度盡量接近90°,不使角隅處及鋼筋背面出現蜂窩或砂襄,若出現時,及時清除,重新噴射。隧道噴射混凝土厚度大于5cm時,分兩層作業。第二次噴射混凝土如在第一層混凝土終凝1 h后進行,需沖洗第一層混凝土面。兩次噴射注意找平巖面,以便于鋪設防水層。噴射混凝土開挖時,下次爆破距噴射混凝土完成時間的間隔,不得小于4 h。5)仰拱施工。依據噴錨構筑法,仰拱混凝土應及時施作,支護盡早閉合成環,整體受力,確保支護結構穩定。

3 結語

1)鑒于黃土高原地區的特殊地貌,區內溝壑縱橫,隧道設計、施工時應加強對地形的測量精度,特別是施工過程中應根據設計圖紙,針對進口淺埋段進行地表復測,詳細論證進洞開挖施工技術。2)對于隧道洞口的軟弱破碎圍巖地段、淺埋地段、黃土等不良地質,可采用邊仰坡掛網噴錨和小導管加固、進洞口長管棚和小導管注漿支護,提前發揮超前支護作用,減少地表沉降和防止圍巖坍塌,保證隧道施工安全。3)施工過程中應當自始至終堅持“勤量測”和“動態設計,動態施工”的原則,準確掌握圍巖沉降、收斂規律以及支護壓力,結合實際圍巖情況,采用合理的開挖方法,并及時調整有關的支護參數。4)經過設計、施工方案的優化調整,順利通過了該淺埋段,施工中未發生任何安全質量事故,截止目前該隧道已安全通車運營兩年之久。施工方案的成功充分說明:針對隧道不良地質段的施工,必須對現場情況進行認真分析,根據具體情況采取靈活有效的設計施工措施,才會取得最好的效果和最佳的效益。

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