軟弱圍巖小凈距公路隧道貫通施工技術(shù)初探

周志強

摘要：隨著我國國民經(jīng)濟的持續(xù)快速增長，交通運輸尤其是公路為了滿足乘客的安全、舒適、快速、方便的乘車需求，在山地和丘陵地區(qū)的交通線路中，大量采用造價較低、施工簡單的小凈距隧道。本文介紹了軟弱圍巖小凈距公路隧道施工難點，并以實際工程為例探討了CD法在小凈距公路隧道貫通施工中的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：軟弱圍巖；小凈距；貫通；CD

一、軟弱圍巖小凈距公路隧道技術(shù)

小凈距隧道施工難度、工期和造價略高于分離式隧道，一般低于連拱隧道。在地形條件受制約時，小凈距隧道是一種較好的隧道結(jié)構(gòu)形式。小凈距隧道在軟弱圍巖地質(zhì)層中施工的難點、重點是合理選取開挖順序、控制爆破作業(yè)，確保隧道開挖過程圍巖的穩(wěn)定，減小兩隧道之間由于凈距較小引起的圍巖變形、爆破震動等不利因素。對于低類別圍巖、軟弱、破碎圍巖來說，重在確定合理的開挖順序，減少對圍巖的擾動；對于高類別圍巖、堅硬、完整圍巖，重在控制爆破振動對圍巖穩(wěn)定性的影響。

為確保開挖過程中圍巖的穩(wěn)定性，減小因隧道間距小引起的圍巖變形、爆破震動等不利因素，滿足小凈距隧道中央巖特有的加固要求，一般情況下，I、II類圍巖采用正向單側(cè)壁導(dǎo)坑法的開挖方法，Ⅲ類圍巖采用反向單側(cè)壁導(dǎo)坑的開挖方法，IV、V、VI類圍巖采用超前導(dǎo)坑預(yù)留光面層的開挖方法。）對于I、II類圍巖，宜采用正向單側(cè)壁導(dǎo)坑法，該法有利于及早對中夾巖柱進(jìn)行加固，及早對中夾巖柱進(jìn)行監(jiān)控量測，為開挖后存在的風(fēng)險提供超前預(yù)報，以便及時處理。當(dāng)遇隧道斷面較大、圍巖條件較差、隧道淺埋、地下水豐富時，圍巖難以自穩(wěn)，應(yīng)對圍巖進(jìn)行超前預(yù)加固、地表加固或?qū)蝹?cè)側(cè)壁的上、下臺階進(jìn)—步采用分步開挖。當(dāng)圍巖狀況較好，掌子面穩(wěn)定性好，為發(fā)揮大型設(shè)備的優(yōu)勢，加快施工進(jìn)度，也可以將單側(cè)側(cè)壁的上、下臺階合為一步開挖或采用上下臺階與正向單側(cè)壁導(dǎo)坑組合法，但應(yīng)控制開挖進(jìn)尺。除此之外施工過程中，應(yīng)加強防排水措施，并且在后行洞施作過程中盡快使初期支護(hù)落地封閉，仰拱及仰拱回填及時跟進(jìn)，確保及早封閉成環(huán)。小凈距隧道施工工序控制很重要，通過正確安排雙洞的開挖、支護(hù)的間隔和順序，可以有效控制兩隧道之間由于凈距較小引起的圍巖變形，保證隧道結(jié)構(gòu)。

二、軟弱圍巖小凈距公路隧道貫通施工技術(shù)應(yīng)用

（一）工程概況

某隧道為三車道小凈距公路隧道，該隧道圍巖類別為Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ類三種，其中，Ⅱ類圍巖段主要分布為砂土狀強風(fēng)化巖，局部見節(jié)理發(fā)育帶，呈角礫碎石狀松散結(jié)構(gòu)，圍巖易坍塌，處理不當(dāng)會出現(xiàn)大坍塌，淺埋時易出現(xiàn)地表沉降甚至冒頂。

（二）施工技術(shù)

1、開挖技術(shù)

貫通段剩余30m時，進(jìn)出口兩側(cè)同時采用四臺階CD法，兩側(cè)對稱開挖，以保證貫通時臨時中隔壁順接。先開挖隧道一側(cè)，施做徑向錨桿、超前注漿小導(dǎo)管、鎖腳錨管，以及臨時中隔壁，然后施做另一側(cè)。鑒于隧道圍巖較差，將整個斷面分為四臺階、8塊，先進(jìn)行右側(cè)1、2、3部開挖、支護(hù)，再進(jìn)行左側(cè)4、5、6部開挖、支護(hù)（隧道另一側(cè)先開挖左側(cè)），為保證拱架落腳處牢固、穩(wěn)定，打設(shè)鎖腳錨管，并將型鋼拱架根部加工為擴大拱腳的形式，這樣能有效的限制拱頂沉降變形。待上部三臺階完成后，拆除臨時中隔壁，分左、右幅進(jìn)行仰拱部位的開挖、支護(hù)。具體施工步驟如圖1所示。

貫通段剩余15m時，單向施工，并施做I部臨時橫撐，封閉I部初支，并抵御側(cè)壓引起的收斂。1部（最先貫通的部位）增設(shè)I20型鋼拱架臨時橫撐，噴混20cm，使1部初支拱架封閉成環(huán)，拱腳增設(shè)鎖腳錨管，并完成注漿，如圖2所示。

貫通段采用超前小導(dǎo)管，在貫通體上方形成空間交叉的棚架作用，對貫通后圍巖起支撐作用，本段型鋼拱架上臺階拱腳，進(jìn)行擴大拱腳處理，在型鋼側(cè)面焊接墊板，增加拱架接地面積，減小拱架沉降變形。對于貫通體，打設(shè)超前探孔，確定貫通體實際厚度，及圍巖情況，根據(jù)貫通體實際體量及圍巖情況，進(jìn)行專項爆破設(shè)計，采用弱爆破技術(shù)進(jìn)行爆破。

2、中巖柱加固

小凈距隧道圍巖的受力、變形特征與隧道斷面型式、斷面尺寸、圍巖類別、隧道埋深、中夾巖柱體厚度、開挖方式、支護(hù)型式和參數(shù)選取等眾多因素有關(guān)。其中，小凈距隧道與普通分離式隧道的主要區(qū)別是，前者中夾巖柱體的厚度較薄，因施工過程中的多次擾動而成為受力薄弱環(huán)節(jié)。當(dāng)圍巖類別較低，巖柱較薄時，其中夾巖柱體將形成貫通的塑性區(qū)，嚴(yán)重影響圍巖的穩(wěn)定性。針對本隧道施工中左右洞室相互影響較大，尤其是出口端中夾巖柱較薄，且為V級圍巖。預(yù)應(yīng)力對拉錨桿主要用于測設(shè)線距離W=6.5 m～9.5 m范圍內(nèi)Ⅳ級圍巖地段，對拉錨桿采用φ25中空注漿錨。先行洞開挖后進(jìn)行對拉錨桿鉆孑L、桿體安裝、錨固端固定及注漿加固，后行洞開挖露出錨桿端部，再對錨桿施加預(yù)應(yīng)力。施加預(yù)應(yīng)力要求不小于100 kN，錨桿桿體拉斷荷載不小于180 kN，延伸率不小于6%；注漿壓力1 MPa～2 MPa，施工期間加強對中間巖柱的穩(wěn)定性監(jiān)測，確保施工安全。

3、超前小導(dǎo)管注漿

超前小導(dǎo)管采用φ42無縫鋼管，長度和環(huán)向間距必須滿足設(shè)計要求。其施工方法為：小導(dǎo)管制作：管壁每隔10cm～20cm交錯鉆眼，眼孔間距為φ6～8mm。鉆孔及插管：注漿管采用風(fēng)槍鉆孔插打或風(fēng)槍頂入兩種方式進(jìn)行，土質(zhì)松軟時采用風(fēng)槍直接將鋼管頂入；土質(zhì)較硬時采用風(fēng)槍鉆孔插管，即沿隧道縱向開挖輪廓線向外以10°～30°的外插角鉆孔，將小導(dǎo)管打入地層。堵塞而影響注漿效果，注漿前采用高壓風(fēng)清洗注漿管。注漿：在小導(dǎo)管前安設(shè)分漿器，一次可注入3～5根小導(dǎo)管，注漿壓力由小到大，從開始0Mpa升到終止壓力1.5Mpa，穩(wěn)壓3min，流量計顯示注漿量較小時，即可結(jié)束注漿。必要時可在孔口處設(shè)置止?jié){塞，止?jié){塞應(yīng)能承受規(guī)定的最大注漿力或水壓；注漿時由兩側(cè)對稱向中間進(jìn)行，自下而上逐孔注漿，如有竄漿或跑漿時，采用間隔注漿，最后全部完成注漿。

4、初期支護(hù)

格柵鋼架采用自制模型進(jìn)行加工成形，加工后進(jìn)行試拼。沿隧洞周邊輪廓誤差±3cm，各單元用螺栓連接的螺栓孔中心間距公差不超過±0.5mm。鋼架平放時，平面翹曲小于±2cm。

（三）監(jiān)控量測

該隧道施工監(jiān)控量測的項目有：工程地質(zhì)及現(xiàn)狀觀測，周邊收斂位移量測，拱頂下沉量測，地表下沉量測，鋼支撐、錨桿應(yīng)力及噴層表面應(yīng)力量測，二次襯砌內(nèi)應(yīng)力、表面應(yīng)力及裂縫觀測。通過量測數(shù)據(jù)的分析處理，可以判斷圍巖和支護(hù)系統(tǒng)是否穩(wěn)定，掌握圍巖穩(wěn)定性變化規(guī)律，提出改進(jìn)支護(hù)、襯砌設(shè)計的參數(shù)和施工方法，確定二次襯砌和仰拱的施作時間。施工過程中根據(jù)監(jiān)控量測數(shù)據(jù)及時調(diào)整施工方案，如嶺上隧道進(jìn)口斷面ZK101+320自2013年12月13日至2014年1月24日，通過凈空收斂觀測，發(fā)現(xiàn)水平收斂速率超出限定值，最大收斂速率為4.23mm/d，并且收斂速率有進(jìn)一步增大的跡象，水平收斂累計值已達(dá)到21.42mm；進(jìn)口斷面ZKIO1+360自2014年1月7日至1月12日，通過凈空收斂觀測，發(fā)現(xiàn)水平收斂速率超出限定值，最大收斂速率為29.09mm/d，水平收斂累計值已達(dá)到58.85mm。對此采取及時跟進(jìn)二襯，有效阻止了變形的繼續(xù)發(fā)展。

參考文獻(xiàn)：

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