高山巖隧道施工方法及技術控制要點探討

詹禎祥

(泉州臺商投資區城市建設發展有限公司 福建泉州 362122)

1 工程概況

高山巖隧道地處泉州臺商投資區，為南北主干道二期工程的組成部分。隧道呈南北走向穿越高山巖山區，主線隧道采用上下行分離式、雙向8車道布置，同時在路線東西兩側各設一輔線隧道，4條隧道形成小凈距隧道。本隧道全線處于大半徑(≥1000m)圓曲線段，最大圓曲線半徑3744.000m。隧道全洞段為小凈距隧道，最小凈距約12m。隧道進出口兩端受相交道路瑯經三路、秀經三路的控制，隧道長度較短，設計車速較高，隧道段設置“一”字坡。該隧道洞身圍巖主要為中－微風化花崗巖，圍巖級別以Ⅱ、Ⅲ級為主，巖體多呈鑲嵌結構－塊狀結構。

1.1 地形地貌及地質概況

隧道址區屬丘陵地貌，地形起伏較大，山坡較陡，自然坡度呈30～50°。進出口處地面高程9.50～22.90m，洞身最高處高程63.60m，隧道最大埋深約為45.60m，地表植被稀少，為雜草及少量雜木。區域整體位于閩東南沿海斷隆帶。燕山期至喜馬拉雅期的構造運動奠定了本區構造基礎，現地殼相對穩定，未見影響場地穩定性的活動性斷裂。圍巖為燕山晚期侵入的花崗巖，巖性為中粗粒花崗巖。第四系覆蓋層薄或無。

北端洞口位于坡腳，洞口側自然山坡坡度約30～40°，圍巖為中等風化花崗巖和砂土狀強風化花崗巖，圍巖級別為Ⅳ～Ⅴ類，洞頂覆蓋層為強風化花崗巖，且處于地下水位下，現狀基本穩定，但開挖時穩定性較差。洞身圍巖主要為微風化花崗巖，洞頂頂板厚度大，也以微風化花崗巖為主，圍巖級別以Ⅱ級為主，勘察時未見斷裂破碎帶，裂隙局部發育，地下水不豐富。洞身地下水位高于路面設計標高，水量較小。

南端洞口位于坡腳，自然山坡坡度約 35～45°，圍巖和洞頂均以中等風化花崗巖為主，圍巖級別為Ⅳ類，洞頂中等風化花崗巖厚度10m以上，穩定性較好。但隧道出口段位于早期開采的花崗巖石料場，采坑高度約30.0m，坡度65～80°，因受爆破影響，表層裂縫較多，局部較松散，易發生崩塌、掉塊。

1.2 水文地質條件

隧道區地表水不發育，地下水主要為基巖風化裂隙－孔隙水，鉆孔顯示地下水位埋深 12.90～24.20m，標高32.00～40.00m，水量總體較貧乏，受大氣降水的補給，往兩側谷中排泄。根據鉆孔簡易水位恢復觀測試驗成果及取樣分析，經估算滲透系數K=3.4×10－5cm/s，場地環境類型為Ⅲ類環境，屬弱透水巖土層。依據《公路工程地質勘察規范》(JTGC20－2011)附錄D及《巖土工程勘察規范》(GB50021－2001)2009年版第12.2.4判定，該場地的地下水對混凝土結構和鋼筋混凝土結構中鋼筋在干濕交替條件下和在長期浸水條件下均具微腐蝕性。地表水對混凝土結構具中腐蝕性，對鋼筋混凝土結構中的鋼筋在長期浸水條件下具弱腐蝕性，在干濕交替條件下具強腐蝕性。地基土對混凝土結構和鋼筋混凝土結構中鋼筋均具微腐蝕性，對鋼結構具弱腐蝕性。

2 洞身開挖

開挖是隧道施工的一道重要工序，開挖方法在很大程度影響隧道圍巖應力以及形變。開挖應前掌握圍巖的情況，便于采取相應的措施。施工工序按先開挖兩側輔線隧道，再開挖主線隧道的原則進行施工組織。開挖應減少小徑距隧道先行洞與后行洞間爆破影響，各隧道間開挖掌子面縱向錯距不小于2倍洞距。根據現場情況以及以往施工經驗，錯開距離需大于50m。尤其注意的是:開挖時，盡量少擾動巖體，嚴格控制超欠挖，初期支護緊跟工作面及時封閉成環，確保結構穩定。

2.1 開挖方式

根據小徑距隧道的受力特點及現場施工環境，對Ⅱ級圍巖段落，采用了三臺階開挖法施工，施工順序斷面見(圖1、圖2)，按照以下步驟施工:

(1)開挖上臺階(①部位)，施作上臺階周邊的初期支護Ⅰ，即噴射4cm厚混凝土，鋪設鋼筋網，鉆設徑向錨桿后復噴混凝土至設計厚度;

(2)距上臺階(①部位)開挖掌子面1倍洞距后，開挖中臺階(②部位)，施作中臺階(②部位)周邊的初期支護Ⅱ，即噴射4cm厚混凝土，鋪設鋼筋網，復噴混凝土至設計厚度;

(3)開挖下臺階(③部位)重復第二步。

圖1 三臺階法施工工序橫斷面圖

圖2 三臺階法施工工序縱斷面圖

對Ⅲ級圍巖段落，采用了中隔壁(CD)法開挖施工，施工順序斷面見(圖3、圖4)，按照以下步驟施工:

(1)開挖左側壁導坑(①部位)，施作左側壁導坑周邊的初期支護Ⅰ和Ⅱ，即噴射4cm厚混凝土，鋪設鋼筋網，架設拱架鉆設徑向錨桿后復噴混凝土至設計厚度;

(2)距左側壁導坑(①部位)開挖掌子面1倍洞距后，開挖右側壁導坑(②部位)，施作右側壁導坑周邊的初期支護Ⅲ，即噴射4cm厚混凝土，鋪設鋼筋網，架設拱架，復噴混凝土至設計厚度;

(3)拆除臨時支護Ⅱ，施作仰拱Ⅳ及仰拱回填混凝土。

圖3 CD法施工工序橫斷面圖

因隧道開挖時極易造成圍巖擾動，施工時應堅持“弱爆破、短進尺、強支護、早封閉、勤量測”的原則進行。開挖爆破時，Ⅱ級圍巖每部循環進尺按2.0m控制，Ⅲ級圍巖每部循環進尺按1.0m控制，爆破震動波速應控制在3cm/s以下。應及時進行監控量測，并根據結果進行分析，及時調整支護參數。

圖4 CD法施工工序平面圖(系統錨桿未示出)

2.2 爆破作業控制

鉆爆作業是隧道施工控制工期、保證開挖輪廓的關鍵。為了充分發揮圍巖的自稱能力，減輕對圍巖的振動破壞，高山巖隧道采用微振動控制爆破技術，實施光面爆破，并根據圍巖情況及時修正爆破參數，達到最佳爆破效果，形成整齊圓順的開挖斷面，減少超欠挖。

Ⅱ級圍巖施工采用光面爆破作業，Ⅲ級圍巖施工采用預裂爆破作業。光面爆破作業和預裂爆破作業應根據作業面巖層情況、同類工程經驗或施工規范，合理選擇周邊眼的眼距、不偶合系數、最小抵抗線等技術參數。

周邊眼是沿邊緣輪郭線布置的炮眼。炮眼間距50cm，必須采用小直徑藥卷，嚴格控制裝藥量，并使藥量沿炮眼合理分布，采用毫秒微差爆破，可使周邊爆破時產生臨空面。掏槽眼布置于開挖斷面中央偏下位置，先掏出開挖面上的部分巖石，增大其它炮眼爆破時的臨空面。采用復式楔形掏槽。輔助眼用以擴大掏槽的體積，為周邊眼爆破創造條件。輔助眼交錯均勻地布置在周邊孔和掏槽眼之間，并垂直于開挖面打眼，力求爆渣塊體大小適合裝渣要求。

鉆爆作業中應加強監測爆破擾動深度、爆破震動對周邊環境及中夾巖的破壞程度，確保中夾巖的穩定。根據實際施工情況，先開挖隧道初期支護處引起的震動應控制在3m/s以內。

3 初期支護

小凈距隧道的初期支護較之普通的隧道尤為重要，初期支護總的原則是隨開挖隨支護。高山巖隧道初期支護以系統錨桿、噴射混凝土、鋼筋網、鋼拱架為組成。

系統錨桿支護:系統錨桿支護主要采用Φ25長6m普通砂漿錨桿及Φ25長6m預應力錨桿。普通砂漿錨桿主要施工過程是:錨桿孔位放樣→鉆孔→清孔→錨桿孔驗收→錨桿加工制作→安插錨桿→安裝墊板、墊圈和螺帽→水泥砂漿灌注封孔。Φ25長5m預應力中空注漿錨桿施工過程是:錨桿孔位放樣→鉆孔→清孔→錨桿孔驗收→錨桿加工制作→安插錨桿→安裝墊板、墊圈和螺帽→錨桿張拉→水泥砂漿灌注封孔。

噴射混凝土:圍巖開挖后立即進行噴射混凝土施工，混凝土噴射分層進行，第一層厚度控制在3cm左右，保證開挖圍巖的穩定，為后續的拱架、鋼筋網施工提供保障，第二層噴射混凝土的施工在第一層鋼筋網片和拱架安裝完畢后實施，噴至設計厚度為止。噴射混凝土順序由下而上進行，圍巖巖面有較大凹洼時，應先用砼填平。每臺噴錨機配置專人添加速凝劑，速凝劑添加均勻，既保證了初支的強度又減少了回彈量。

鋼拱架:鋼拱架均在加工場地試拼裝之后用裝載機運至施工現場。鋼拱架在拼裝時做到與初噴混凝土面相接觸，拱架施做中，主要控制鎖腳錨桿的打設。

鋼筋網支護:掛雙層 Φ8鋼筋網，鋼筋網間距20cm×20 cm。第一層鋼筋網根據被支護巖面的實際起伏狀鋪設，并在初噴3～5cm厚C25噴射混凝土后進行，第二層鋼筋網和第一層鋼筋網之間支撐采用焊接，保證層之間的牢固，鋼筋網與鋼筋網、錨桿、鋼架連接筋點焊在一起，使鋼筋網在噴射時不晃動。

4 中夾巖加固施工

隧道全線皆為小凈距段，施工中的重點為保證中夾巖的穩定。為確保開挖過程中圍巖穩定，減少因隧道間距小導致圍巖變形、爆破震動等不利情況，洞身中央巖柱Ⅱ級圍巖段主要是通過Φ25長6m，@150×150普通砂漿錨桿來完成;Ⅲ級圍巖段主要是通過Φ25長6m，@200×100預應力錨桿來完成。錨桿施工工藝控制要點如下:

(1)鉆孔前做好準確放樣測量工作，嚴格按設計圖紙要求布孔并做好標記，孔位偏差控制在±50mm;孔軸方向滿足施工圖紙的要求，操作時，將鑿巖機鉆桿的位置擺好并穩固地頂在巖面上。

(2)錨桿孔深、孔徑、間距和錨桿長度、數量均符合設計及規范要求。孔深偏差值控制±50mm，孔徑偏差控制在0～+20mm之間。錨桿安設后不得任意敲擊觸碰，其端部3日內不得懸掛重物。

(3)用高壓風沖洗、清掃錨桿孔，確保孔內不留石粉，不得用水沖洗鉆孔。

(4)預應力錨桿在進行張拉和鎖定時，臺座的承壓面應平整，并與錨桿的軸線方向垂直。

5 二次襯砌及其他工程

隧道二次襯砌嚴格遵循“仰拱超前、拱墻整體襯砌”的原則，在初期支護施工完畢后，為控制隧道圍巖變形，仰拱將緊跟開挖面施工，仰拱填充利用棧橋平臺解決洞內運輸問題，施工時全幅一次性完成。仰拱完成后，利用多功能作業平臺人工及機械配合鋪設防水板，鋼筋綁扎及預埋件無誤后，使用液壓整體式襯砌臺車進行二次襯砌施工，拱墻一次性整體灌注施工，最后完成整體道床施作。混凝土在洞外拌和站集中拌和，采用自防水混凝土，抗滲等級不低于P8，拱墻砼摻加防水劑，仰拱砼摻加高效抗裂防水膨脹劑。混凝土攪拌運輸車運至洞內，泵送混凝土澆筑，插入式搗固棒配合附著式振搗器搗固。施工工藝見(圖5)。

圖5 隧道二次襯砌施工示意圖

防排水、路面、洞內裝飾、欄桿、供配電及照明、消防等工程的施工方法與普通雙線雙洞隧道的施工方法相同，此處不再詳述。

6 監控量測

現場監控量測是本隧道實施性施工組織設計的一項重要內容，認真做好監控量測目的有:可以了解各施工階段底層與支護結構的動態變化;判斷圍巖的穩定性、支護、襯砌的可靠性;可以彌補理論分析過程中存在的不足，并把檢測結果反饋設計，指導施工，為修改施工方法，調整圍巖級別，變更設計支護參數提供依據;對施工中可能出現的事故和險情進行預報，以便及時采取措施，防患于未然;可以判斷初期支護的穩定性，確定二次襯砌合理的施作時間;可以了解該工程條件下所表現、反映出來的地下工程規律和特點，為今后類似工程或該施工方法本身的發展提供借鑒、依據和指導作用。

該隧道施工進行監控量測的項目有:地質及支護狀況觀察、周邊收斂位移、拱頂下沉、地表下沉、錨桿拉拔力、圍巖體內位移、圍巖壓力及兩層支護間壓力、鋼支撐內力及外力、支護襯砌內應力、表面應力及裂縫量測、圍巖彈性波測試、爆破震動，其中前四個項目為必測項目。通過這些量測以反饋信息，保證洞內施工安全。

為更好的指導隧道的施工，我們將監控量測作為重要工作落實，特委托湖南科大工程檢測中心負責隧道全程監控量測工作，包括測點的埋設、日常量測和數據處理工作，并及時的信息反饋。根據2～3月份量測匯總結果顯示，隧道內周邊位移累計最大值為－3.27mm，拱頂沉降最大值為－11.15mm，地表沉降最大值為－4.27，各項變形監測數據基本無明顯異常。隧道圍巖節理裂隙不發育，巖體較完整，自穩能力較強;目前洞內開挖段拱頂沉降、周邊位移及地表沉降處于正常變形狀態;隧道整體結構較穩定。從而表明我們在高山巖隧道的開挖、支護、二次襯砌等施工所采取的施工方法是成功的。

7 結語

高山巖隧洞是典型的小凈距隧道，在施工過程中，堅持施工原則.在施工質量上取得良好效果，施工安全及隧道的結構安全得到保障。通過隧道施工過程，可得出以下結論:

(1)小凈距隧道開挖必須采用預裂爆破或光面爆破技術，減少因爆破震動對隧道圍巖特別是中夾巖的擾動。

(2)合理安排四隧道間的開挖、支護的間隔距離和順序，減少兩兩隧道間凈距較小引起的隧道圍巖變形，保證隧道結構安全。

(3)加強圍巖的監控量測。監控量測工作在小徑距隧道施工中起著至關重要作用，可以通過該工作找出二次襯砌施工的最佳時間，使隧道整體結構合為一體，保證安全使用。

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[2]JTGD70－2004，公路隧道設計規范[S].

[3]馮偉明，小凈距隧道特點、施工方法及注意要點[J].中國新技術新產品.2010(09).

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