務川至正安高速公路分離式隧道開挖施工關鍵技術

林 興

（貴州路橋集團有限公司，貴州 貴陽550000）

0 引言

貴州省務川至正安高速公路第3 施工段（WZTJ3）穿越務川、正安兩縣。起點樁號為K60+600.000，與第二施工段終點樁號為K60+600.000相接。起點位于務川境涪洋鎮的柏香林，路線向西設分離式跨省道S303 后，在前進村設涪洋互通，隧道下穿陳家灣后沿魚田溪北岸布線進入洪渡河及芙蓉江的分水嶺，此后連設隧道經過平地園、河壩、山虎廟、蹬嶺崗。本施工段終點位于蹬嶺崗隧道中間。終點樁號為K75+270.00，與第4 施工段起點樁號K75+270.000 相接，全長14.67km。

1 工程地形、氣象及地質條件

項目位于貴州中部黔北山地高原，芙蓉江、洪渡河流域的正安縣、務川縣境內，項目區屬武陵山脈西南部，山脈大致走向呈南北向，山勢雄偉、陡峭、險峻，水系為烏江水系，芙蓉江、洪渡河以河壩為分水嶺。務川段為趙家河、涪洋河，正安段為馬河、芙蓉江，全線水系發育，地表水較豐富。

項目所在區域夏無酷暑，冬無嚴寒，氣候宜人，四季分明，氣候溫和，陽光充足，雨量充沛，無霜期長，屬典型的中亞熱帶季風濕潤氣候。全年平均氣溫在13～17℃之間，無霜期達287d，全年最冷月（1 月）平均氣溫5℃左右，最熱月（7 月）平均氣溫23℃左右。年降雨量900～1 500mm，一般5 月至7 月和10 月雨量較多。相對濕度為38.7mb，平均干燥度0.7，全年日照時數為1 115.4h，年均降雨量1 180mm，氣候特點是熱量豐富、雨量充沛、水熱同季。

根據區內地下水富存的地層巖性、含水介質特征和地下水動力條件，可將地下水劃分為碳酸鹽巖巖溶水、基巖裂隙水、松散巖類空隙水三類。其中，碳酸鹽巖溶水可根據巖性組合和地下水類型，分為兩個含水巖組類型：鹽酸鹽巖溶溶洞水及孔隙水次之，水質為HCO3-Ca.Mg 型。區內地下水總體礦化度少于0.1g/L，總礦化度一般為4.2德國度，pH值為6～7.2，屬低礦化度弱酸～中性軟水。沿線穿越地層年代較多，巖性和地形也較復雜。存在的不良地段類型和段落也較多，以橋隧形勢穿越或線位避讓，主要形式為軟土路基、崩塌堆積體、壓覆礦產。

2 隧道Ⅳ級圍巖開挖施工技術及方法

工程5 座隧道均為分離式隧道，隧道穿越Ⅴ、Ⅳ、Ⅲ級圍巖，工程地質和水文地質條件復雜，根據圍巖級別和洞室埋深條件擬定相應的支護參數，施工時根據實際情況采取處置措施。

隧道Ⅳ級圍巖采用上下臺階法開挖。施工時，先開挖上半斷面，待開挖到一定長度后再同時開挖下半斷面，形成上、下斷面同時并進的施工方法。

2.1 施工方法

上臺階開挖采用多功能作業臺架風鉆鉆眼，楔型掏槽；下臺階采用風鉆鉆眼；圍巖周邊采取光面爆破。上臺階用挖掘機翻渣，下臺階用裝載機裝渣，自卸汽車運渣。形成挖→裝→運作業線。施工中合理調整工序，實行“鉆爆、裝渣、運輸”機械化一條龍作業。開挖進尺上下臺階一般3m左右，臺階長度4m左右，隧道開挖后及時施作初期支護，下半斷面開挖后初期支護需盡快完成，盡早閉合，仰拱緊跟。正臺階開挖示意圖見圖1，工藝流程見圖2。

圖2 正臺階開挖工藝流程

2.2 爆破設計

爆破器材選用2號巖石乳化炸藥、導爆索、塑料導爆管非電起爆系統。毫秒微差有序起爆。上臺階周邊眼采用Φ25mm 小直徑藥卷與導爆索組合裝藥結構，光面爆破，其他炮眼采用Φ32mm 藥卷，連續裝藥；下臺階周邊眼采用Φ25mm 藥卷，預裂爆破，其他炮眼采用Φ32mm 藥卷，連續裝藥，每循環進尺3.0m。藥量分配與主要經濟技術指標見表1。

表1 Ⅳ級圍巖段臺階法開挖周邊眼光面爆破參數表

臺階法爆破設計，如表2所示。Ⅳ級圍巖上臺階炮眼布置如圖3所示。

表2 Ⅳ級圍巖上臺階鉆爆參數表（進尺2.5m）

表2（續）

圖3 Ⅳ級圍巖上臺階炮眼布置圖（單位：cm）

Ⅳ級圍巖下臺階裝藥參數如表3所示。

表3 Ⅳ級圍巖下臺階裝藥參數表

3 施工方法及施工順序

隧道采用環形開挖預留核心土法施工，施工中先按環形順序開挖上斷面，而后作初期支護。然后開挖上斷面核心土IV，下斷面V、VI采用跳槽開挖，開挖后及時施作相應的初期支護。之后，全斷面開挖完成后及時施作仰拱及架設仰拱型鋼支撐并及時施作仰拱混凝土、填充混凝土，及早封閉成環然后整體模筑二次襯砌。

施工過程中應加強監控測量，根據測量信息指導隧道施工，若圍巖級別與設計不符，應立即調整施工方案。

3.1 隧道的初期支護施工

隧道錨桿設計類型有Φ25 中空注漿錨桿。注漿錨桿打設后立即進行注漿，注漿材料采用純水泥漿，水灰比為0.35～0.45，注漿壓力為0.3～0.5MPa 之間，設計中可根據實際情況調整優化注漿壓力以取得最佳注漿效果。

3.1.1 施工方法

（1）畫眼：開挖斷面檢查合格后，按設計要求在巖面上畫出錨桿孔位。

（2）鉆孔：采用人工手持風鉆造孔。鉆孔技術要求：開口偏差小于5cm；方向偏差小于2%；孔深比錨桿插入部分長3～5cm。

（3）將錨桿慢慢頂入距孔底3～5cm處。桿體插入后，及時將孔口用水泥砂漿或其他堵塞物堵塞嚴密，并設置排氣孔。

（4）錨桿注漿：注漿材料采用純水泥漿，水灰比為0.35～0.45，注漿壓力為0.3～0.5MPa，可根據實際情況調整優化注漿壓力以取得最佳注漿效果。注漿時應使漿液慢慢注入，當排氣孔有漿液流出時，關閉排氣孔，穩壓注入3～5min 后停止注漿。

（5）承壓墊板及螺帽安裝，注漿完畢止漿后在錨桿尾部加上墊板、螺帽，不緊固。注漿24h后，對螺帽進行緊固。

3.1.2 施工技術措施

（1）開挖后，立即檢查圍巖面和初噴混凝土，及時施作錨桿。

（2）錨桿原材料規格、長度、直徑符合設計要求，錨桿桿體不能有油污或其他不符合規范要求的缺陷。錨桿孔位、孔深及布置形式符合設計要求，注漿漿液配合比嚴格按設計要求施作，確保其強度達到設計要求。

（3）錨桿鉆孔嚴格按設計要求定出孔口位置，孔位偏差不大于50mm，鉆孔與巖面垂直，鉆孔深度及直徑與桿體相匹配。

（4）錨桿桿體插入錨桿孔時，保持位置居中，桿體露出的長度不應大于噴層厚度，錨桿墊板與孔口混凝土密貼，隨時檢查錨桿頭的變形情況。

錨桿長度、入孔深度及尾部外露長度必須符合有關規范要求，錨桿安設前必須除油、除銹、調直，錨桿成孔及安放應盡可能垂直巖面，錨桿的錨固力不得小于設計和規范規定的抗拔力，并按規定進行錨桿抗拔力試驗。

鋼筋須經試驗檢驗合格，使用前除銹，在洞外分片制作，安裝時搭接長度不小于10cm。人工鋪設，必要時利用風鉆氣腿頂撐，以便貼近巖面，與錨桿和鋼架綁扎連接（或點焊焊接）牢固。鋼筋網和鋼架綁扎時，應綁在靠近巖面一側，受力較好。噴混凝土時，減小噴頭至受噴面距離和風壓，以減少鋼筋網振動，降低回彈。鋼筋網噴混凝土保護層厚度不小于2cm。

4 結語

分離式隧道是目前深埋長的高速公路隧道施工的主要方式，鑒于兩洞的施工進度不同，利用先開挖洞的巖爆發生情況，對后開挖洞的巖爆發生情況進行預測，并采用有限元數值模擬進行計算分析。做好隧道施工除要掌握隧道施工的關鍵技術外，還要做好工程管理，以保證工程的質量。

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