大斷面公路隧道施工方案的比選與應用

孫澤民

(山西路橋第一工程有限責任公司)

大斷面公路隧道施工方案的比選與應用

孫澤民

(山西路橋第一工程有限責任公司)

目前我國高速公路特長隧道均設置了緊急停車帶，但緊急停車帶施工難度較大，安全風險較高。結合ZH高速公路花石崖隧道緊急停車帶施工，通過三個施工方案的比選、論證，確定了在本隧道地質圍巖等條件下，采用三臺階七步法開挖，并對方案實施情況進行闡述，期望對同類隧道緊急停車帶施工提供借鑒。

隧道;緊急停車帶;施工方案

1 工程概述

1.1 工程概況

ZH高速公路隧道tl起點位于A市至D村，終點位SI縣某村，分為左、右線，為曲線型特長隧道，洞口形式為削竹式，左右洞間距約為40～50 m，軸線總體走向近南北。隧道左線長3 875 m，右線長3 815 m。隧道圍巖主要為Ⅳ、Ⅴ級圍巖，緊急停車帶設于Ⅳ級圍巖處，圍巖以砂巖為主，砂巖與泥巖層狀混夾，巖層整體呈水平狀分布。隧址處地表水主要為山川河流，水流較緩，流量小，地下水以基巖裂隙水為主。隧道按雙向六車道設計，設計行車速度100 km/h。

1.2 隧道緊急停車帶設計參數

緊急停車帶設計長度為40 m，襯砌斷面內輪廓線采用三心圓設計，襯砌結構形式采用復合式襯砌。超前支護設計為ф50×4雙層注漿小導管，初期支護設計為Ⅰ22b工字鋼，間距60 cm，系統錨桿采用6 m長RD25N中空注漿錨桿與3.5 m長早強砂漿錨桿交錯布置，鎖腳采用ф50×4注漿鎖腳錨管。連接鋼筋間距1 m內外緣交錯布置，混凝土噴射厚度為28 cm。襯砌混凝土厚度為90 cm，。

2 施工方案選擇

花石崖隧道設計為三車道，緊急停車帶設計建筑限界凈寬為17 m，開挖界限寬20.7 m、高14.48 m，開挖斷面大，施工難度及安全風險高是本隧道施工的重難點。而在隧道施工中如此大斷面開挖鮮有可供借鑒的資料，施工經驗有限，為此施工中多次組織相關技術人員對圖紙進行研究，會同設計研討提出三種施工方案，即環形開挖預留核心土法、先通過后擴挖法、三臺階開挖法進行比選。

三種施工方案的原理分別為:(1)環形開挖預留核心土法是以弧形導坑開挖留核心土為基本模式，分上、中、下三個臺階開挖，各部位的開挖與支護待超前小導管施工完畢后沿隧道縱向平行推進的隧道施工方法;(2)先通過后擴挖法是在緊急停車帶施工的時候，先按正常斷面施工方法通過緊急停車帶部位，當二次襯砌施工至緊急停車帶處時，跳過緊急停車帶繼續向前施工，然后對緊急停車帶進行擴挖處理并施作二次襯砌;(3)采用三臺階七步法開挖法時，先行上臺階開挖(高度6.7 m)，進行5 m過渡段開挖施工。開挖結束后及時安裝臨時拱架，并施作初期支護。待過渡段施工完成以后，反向對過渡段進行拆除臨時拱架，擴挖換拱施工，換拱完成后及時施作初期支護，再進行緊急停車帶其它工序的施工。

根據地質雷達掃描情況，經項目部、監理、業主及設計溝通后，確定緊急停車帶于 ZK139+871～ZK139+910、YK139+960～YK140+000段設置。施工中，左右線二襯距離掌子面的安全距離保持在90～120 m之間。二襯施工速度平均每2 d施工一板(11.8 m)，二襯施工至緊急停車帶處至少需20 d，正常斷面的開挖每循環耗時基本在19 h左右，考慮到加寬段上臺階開挖及支護難度較正常斷面大，預期每循環時間為24 h，每循環進尺控制在2.4 m(4榀拱架間距)，這樣緊急停車帶的開挖需17 d。

如果按環形開挖預留核心土的方案施工，則拖延了后續施工任務的順利進行，加之左右洞使用同一大斷面襯砌臺車，重復使用時存在多次拆卸及拼裝，對工期影響非常大;如果采用先通過后擴挖的方案施工，先行按正常斷面施工過緊急停車帶，待正常斷面的二襯臺車過了緊急停車帶以后再對緊急停車帶進行擴挖換拱施工。雖對工期影響小，但一方面擴挖換拱會產生巨大的材料浪費，而且換拱存在多次爆破開挖，對圍巖擾動大，安全風險高。

采用臺階法開挖，施工效率高，過渡段設置距離短，材料浪費小，而且原有正常斷面鉆爆臺車可用于緊急停車帶上臺階開挖，施工成本低，該施工方案不但避免了環形開挖預留核心土法對工期的影響，也避免了先通過后擴挖的巨大材料浪費及高風險施工，經過方案比選及多次會議論證，決定采用該方案作為隧道緊急停車帶的施工方案。

3 方案實施

3.1 過渡段加強

采用三臺階七步開挖方法，在對緊急停車帶擴挖施工前，需對正常段Ⅳ級圍巖的5 m范圍內的初期支護進行加強處理:在環向間距40 cm插打超前小導管的同時，將拱架間距由80 cm調整為60 cm，噴射混凝土厚度由24 cm加厚至26 cm，上導及下導拱腳處在原有系統錨桿的基礎上加2根5 m長Φ25鎖腳錨桿。開挖采用弱爆破，并做好端頭的圍巖監控量測。

3.2 洞身開挖

過渡段施工完成以后，利用現有臨空面，對緊急停車帶端頭6 m范圍內分多個循環進行開挖，上、中、下三臺階各保持3～5 m安全距離。在拱頂及兩側拱墻布設監控測量點，每天進行觀測和記錄分析，若圍巖松弛變化，及時調整支護參數，確保加寬段施工安全。每個循環最多進尺兩榀鋼拱架，將上臺階開挖出6 m的范圍以方便開挖臺車安放位置，并作為上臺階的初始長度。每一循環開挖采用弱爆破開挖，利用正常段開挖臺車經過簡單改裝后進行擴挖，第一個循環需要分多次將斷面開挖到設計寬度，將上臺階開挖至緊急停車帶設計部位處，并及時施作鋼拱拱及噴錨支護，上臺階開挖完畢。上臺階開挖15 m左右時，中臺階開始開挖。中導開挖左右交錯進行。開挖完成后，及時支護，仰拱盡早成環、二襯及時跟進。

擴挖護拱時，須采用機械配合弱爆破開挖，減輕對圍巖的擾動，保證開挖面的安全。臺階開挖時，一方面須嚴格控制每循環進尺，同時須控制好臺階高度，保證開挖輪廓符合設計要求的同時，滿足現有鉆爆臺車的正常施工。

3.3 初期支護

在開挖結束后，首先噴射5 cm厚混凝土對圍巖進行封閉，設立鋼架、錨桿及鋼筋網片，然后分層復噴混凝土28 cm，完成一個開挖循環。錨桿設計采用長度為3.5 m的Φ22砂漿錨桿和長度為6 m的 RD25N中空注漿錨桿，環向間距100 cm，縱向間距60 cm，呈梅花形布置。鎖腳采用6 m長Φ50×4注漿鎖腳錨管。施工中，應嚴格控制錨桿數量及注漿情況，確保系統錨桿與拱架連接成整體，使圍巖壓力能均勻施加在拱架上，并通過拱架傳遞到拱腳圍巖上。

上臺階開挖需要加強鎖腳錨桿的施工，可采用6 m長Φ50 ×4注漿鎖腳錨管，并將拱架落于堅硬巖面上，拱腳不得懸空。

3.4 監控量測

施工中，應加強對緊急停車帶圍巖的觀測記錄，尤其對拱頂下沉、凈空變化等參數須加大量測頻率，及時反饋量測數據，根據數據、分析洞身的穩定性，并及時調整支護參數。

［1］ 中建標公路委員會.公路工程技術標準(JTG B01－2003)［S］.北京:人民交通出版社，2006.

［2］ 中交第一公路工程局有限公司.公路隧道施工技術規(JTG F60－2009)［S］.北京:人民交通出版社，2009.

［3］ 重慶交通科研設計院.公路隧道設計規范(JTG D70－2004)［S］.北京:人民交通出版社，2007.

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2015－02－18