淺談鉆爆法隧道淺埋偏壓段施工技術

徐少紅　章志華　劉智峰

（中交第二航務工程局有限公司）

淺談鉆爆法隧道淺埋偏壓段施工技術

徐少紅章志華劉智峰

（中交第二航務工程局有限公司）

本文以沈海復線仙游至金淘高速公路A3合同段獅山隧道淺埋偏壓段施工為實例，重點對井點降水、大管棚超前支護、開挖、支護和超前地質預報等方面施工技術進行闡述，集中體現隧道淺埋偏壓段施工應遵循“強支護、短進尺、弱爆破、隨挖隨支護、先噴后錨”的施工原則，為類似工程提供經驗和借鑒。

淺埋偏壓；超前地質預報；井點降水；大管棚

1　工程概況

獅山隧道位于福建省南安市羅東鎮境內，隧道全長1075.5m，左右洞呈分離布置。本合同段承建獅山隧道進口段部分，長度為539.8m（起止樁號：ZK129+652～ZK130+189.6，YK129+ 645～YK130+187）。

隧道進洞口自然山坡坡度約25～30°，自然山坡穩定；上部有厚約1～4m坡殘積粉質粘土，下為花崗巖及其風化層。左洞進口覆蓋層厚度約10.5m，開挖以土砂土狀-碎塊狀強風化巖為主；右洞進口處覆蓋層厚度約5～17m，開挖以砂土狀強風化巖為主。左、右洞口邊坡高約8～15m，坡體主要為強風化巖，結構松散，開挖后穩定性較差，且地形上有偏壓現象。

本隧道進口埋深小、地形偏壓、施工難度大，易發生變形及涌水等現象，故本隧道的淺埋段偏壓施工段是關鍵控制點。

2　超前地質預報

隧道施工中，通過有效的超前地質預報手段，預測開挖工作面前方幾米至幾十米的圍巖工程地質和水文地質條件，結合掘進中地質條件的變化，及時提出預報，以便有準備的做好各種預防和施工措施，保證隧道施工的順利進行。在隧道施工前采用GPR地質雷達探測技術，對該淺埋偏壓段圍巖進行超前地質預報工作。

經探測發現，該淺埋段圍巖巖性主要為全強風化花崗巖，呈松散狀結構，為極軟巖，局部巖體呈強風化狀，呈碎裂塊狀結構，圍巖穩定性差，該段隧道施工時應按照Ⅴ級圍巖進行開挖支護。洞口附近地下水較發育，且地下水水位較高，隧道施工前需做好降排水工作。

通過對超前地質預報的地質資料分析研究后，決定對該淺埋偏壓段采用雙側壁導坑法開挖施工，超前大管棚配合鋼架、錨桿、鋼筋網等工藝進行圍巖支護，降水井點進行施工前降排水，以確保施工人員及機械安全，防止冒頂事故發生。

3　井點降水

隧道淺埋偏壓地段地下水較發育，主要為風化基巖中網狀裂隙-孔隙水，以及基巖裂隙水，雨季局部呈淋雨狀-股流狀出水。風化基巖中的裂隙-裂隙水賦存于第四系破殘層底部及碎塊狀強風化巖層中，富水性及導水性較強，接收大氣降水的補給；基巖裂隙水，主要受裂隙、節理等的控制，受大氣降水的補給和基巖風化裂隙水的補給，透水性較好，富水性一般。經勘測，隧道洞口段地下水水位高于仰拱底部。為了減小地下水對開挖及支護的影響，確保隧道施工的安全、質量，采取降水井點進行降排水。降水井點采用3排井點，井點布置離隧道側壁外2m，且平行于隧道側壁，井點間距15～20m。為達到降水目標，井點深度超過隧道仰拱底部以下6m，并保證降水穩定后穩定水位在仰拱底部以下不小于0.5m。降水井點采用鉆探設備成孔，并及時安裝井管和過濾材料，井管內徑10cm，抽水設備采用深井潛水泵，水泵置于設計深度。井點降水施工見圖1。

圖1　井點降水

4　大管棚施工

隧道左右洞進口成洞面洞頂覆土厚度分別為1.5m、3m，為使開挖后不發生拱頂面沉降變形、頂部掉塊、坍塌等現象，保證施工安全，開挖前采用大管棚進行超前支護。

管棚采用外徑108mm、壁厚6mm的熱軋無縫鋼管，長度為30m，環向間距50cm。每根鋼管長分別為4m和6m，管壁上每隔15cm交錯鉆直徑15mm的注漿孔，鋼管接頭采用外徑114mm、壁厚5mm絲扣連接，絲扣長15cm。管棚加工圖見圖2。

圖2　管棚加工圖

4.1工藝流程

大管棚施工工藝流程見圖3所示。

4.2套拱施工

套拱采用立拱架、支模板，并灌注C25混凝土形成，套拱起管棚導向墻作用。為保證長管棚施工精度，套拱內埋設3榀I18工字鋼，鋼架外設φ127壁厚4mm導向鋼管，鋼管與鋼架焊接。鋼架各單元由連接板焊接成型，單元間由螺栓連接，接頭處焊縫高度為：腹板hf=9mm，翼板hf=12mm。

圖3　管棚施工工藝流程圖

4.3鉆孔及鋼管頂進

采用電動油壓鉆機，用以鉆孔及推進鋼管。開孔前以孔口導管為準調正鉆機，套管從導管中穿過，依導管的方位角為準。鋼管軸線外插角為1～3°。鉆孔及鋼管頂進順序為自上而下。

由于套拱頂覆蓋層較薄，大管棚鉆孔成孔較困難，施工時采取跟管技術，邊鉆孔邊打入鋼管，保證大管棚施工過程中不塌孔。頂進鋼管時，逐節使用聯接套接長，直至鋼管長度達設計要求。鋼管安裝到位后，外露于套拱5cm，并于外露的鋼管上焊接環向φ32鋼筋作為接地母線樁。

4.4放置鋼筋籠

原設計大管棚未設置鋼筋籠，經過對實際的水文地質情況分析研究后認為，需在管棚內增設鋼筋籠，提高鋼管的剛度和強度，以保障管棚對圍巖加固和支護效果。在管棚拱頂90°范圍，鋼管內設置由4根φ20鋼筋和固定環組成的鋼筋籠，固定環為外徑50mm、壁厚5mm鋼花管，φ20鋼筋與固定環焊接連接。管棚內置鋼筋籠布置見圖4。

圖4　管棚內置鋼筋籠設計圖

4.5管棚注漿

管棚注漿前，需對巖層進行壓水實驗，以測定巖層吸水性，核實圍巖滲透性，為選擇泵壓、漿液配合比作參考，同時檢查管路及止漿塞效果。經過壓水試驗，確定本隧道管棚水泥漿的水灰比為0.5。

管棚采用鉆機頂入，其頂入長度不小于設計管長的95%；注漿壓力控制在0.5～1.0MPa，注漿壓力逐步升高，達到終壓并繼續注漿15min以上；注漿過程中嚴格控制注漿壓力，防止引起地面隆起，注漿順序由拱腳向拱部逐管注漿。

5　鉆爆開挖

該淺埋偏壓段采用雙側壁導坑法進行開挖作業，圍巖開挖采用光面爆破。

5.1爆破作業

炮眼鑿孔采用鑿巖臺車，炮眼布置應符合下列規定：

（1）根據圍巖特點合理選擇周邊眼間距及周邊眼的最小抵抗線，輔助炮眼交錯均勻布置，周邊炮眼與輔助炮眼眼底在同一垂直面上，掏槽眼加深20cm。

（2）嚴格控制周邊眼裝藥量，間隔裝藥，使藥量沿炮眼全長均勻分布。

（3）同類炮眼鉆孔深度達到鉆爆設計要求，眼底保持在一個鉛垂面上。

（4）裝藥作業采取定人、定位、定段別，做到裝藥按順序進行；裝藥前，所有炮眼全部用高壓風吹洗；嚴格按爆破設計的裝藥結構和藥量施作；嚴格按設計的聯接網絡實施，控制導爆索的連接方向和連接點的牢固性。

（5）巖石隧道爆破作業，采用光面爆破或預裂爆破。光面爆破和預裂爆破參數參照表1、表2選用。

表1　光面爆破參數

表2　預裂爆破參數

5.2雙側壁導坑法

雙側壁導坑法是分部開挖隧道兩側的導坑，并進行初期支護，再分部開挖剩余部分的方法。施工時將隧道斷面分成四塊：左、右側壁導坑、上部核心土、下臺階。側壁導坑開挖后，應及時施工初期支護并盡早形成封閉環；側壁導坑形狀近于橢圓形，導坑跨度宜為整個隧道跨度的1/3；左右導坑施工時，前后拉開距離不宜小于15m；導坑與中間土體同時施工時，導坑應超前30～50m。

雙側壁導坑法施工順序為：①左（右）導坑開挖；②左（右）導坑初期支護；③右（左）導坑開挖；④右（左）導坑初期支護；⑤上臺階開挖；⑥上臺階初期支護、導坑隔壁拆除；⑦下臺階開挖；⑧仰拱初期支護；⑨仰拱超前澆筑；⑩全斷面二次襯砌。具體的施工步驟示意圖參見圖5。

圖5　雙側壁導坑法施工步驟橫斷面及縱斷面示意圖

6　初期支護

6.1鋼拱架

鋼拱架由工22b鋼、連接鋼板、縱向聯接筋及螺栓螺母共同連接成整體，在隧道開挖及初噴后進行安裝。鋼拱架加工制作時，應根據工藝要求預留焊接收縮余量及切割、刨邊的加工余量，確保加工尺寸準確，弧形圓順。鋼拱架加工好后要進行試拼裝，做到尺寸準確，連接板結合緊密，連接孔不發生錯位現象，方可運往掌子面進行拱架架設工作。鋼拱架安裝應保持鉛直，在環向用C25混凝土楔形塊頂緊，確保鋼架與圍巖的密貼。鋼架安裝好后，用鎖腳錨管鎖固固定，防止其發生移位。

6.2錨桿

錨桿采用φ25中空注漿錨桿，長度4m，環向間距1m，縱向間距1m，呈梅花型布置。中空注漿錨桿由中空錨桿體、硬質塑料錨頭、隔離架、封水套、凸形托盤等部分組成。其施工內容主要包括鉆孔、安裝中空錨桿、注漿，注漿采用正反循環注漿，注漿壓力0.5～1.0MPa。

6.3鋼筋網

隧道拱墻設置φ6鋼筋網，網格20cm×20cm。鋼筋網在加工場內集中加工，鋼筋網掛設時，盡可能利用錨桿，與錨桿焊接固定，鋼筋網片隨初噴面的起伏鋪設，與受噴面的間隙一般不大于3cm，鋼筋網片搭接尺寸滿足設計規范要求，不小于1個網格。

6.4噴射混凝土

噴射混凝土采用濕噴工藝，選用焦作市泰鑫機械制造有限公司生產的HS-900型濕噴機進行噴漿作業。隧道初期支護噴射混凝土分兩次進行，即開挖完成后進行的初噴和鋼拱架、錨桿、鋼筋網安裝完成后噴射混凝土。初噴厚度4cm，用以封閉混凝土巖面。第二次噴射時，先將鋼架與巖面間的空隙噴射密實，然后噴射鋼拱架腹部至設計厚度。

7　仰拱及仰拱回填

開挖成形后盡早施做仰拱，不僅能起到及時封閉圍巖防止基底軟化的作用，同時保證了洞內整潔，車輛暢通。為減少仰拱與出碴運輸的干擾，采用仰拱棧橋跨過施工地段，以保證隧道底部的施工質量，確保結構穩定。

仰拱開挖后，及時進行仰拱初期支護。先施作混凝土墊層，再打錨桿，安裝鋼架，然后澆筑30cm厚C25模筑混凝土，施做混凝土墊層前，必須將基底清除干凈，達到無虛碴、無積水。仰拱初期支護完成后，依次施做60cm厚C30仰拱鋼筋混凝土和C15片石混凝土仰拱回填。仰拱混凝土達到設計強度的100%后方可允許車輛通行。

8　二次襯砌

隧道二次襯砌施工采用全液壓自動行走的整體襯砌臺車，圖6為襯砌臺車。二次襯砌主要施工工序如下：

（1）鋼筋安裝：用操作臺車作腳手架和控制鋼筋內輪廓的控制器。鋼筋安裝時，重點控制焊接質量。

（2）臺車就位：臺車模板就位后，先將板面清理干凈，局部進行打磨處理，并涂刷脫模劑。模板處理完成，加固臺車并安裝端部的當頭模板。

（3）混凝土澆筑：混凝土采用輸送泵輸送，澆筑時由下而上對稱灌注，每層灌注高度不大于1m，且兩側高差不大于0.5m。

（4）混凝土養護：混凝土帶模養護24h，拆模后派專人配合簡易臺車和噴灑器養護13d。

圖6　全液壓自動行走整體式襯砌臺車

9　總結

獅山隧道淺埋偏壓段施工，以超前地質預報信息為依據，及時準確掌握其地質、水文情況后，對原設計施工方案進行了一定的修正和補充。①針對地下水水位較高，增加了井點降水措施，杜絕了可能產生的涌水現象，保證開挖及支護順利；②大管棚施工中增設管棚內鋼筋籠，加強管棚剛性，提高其對圍巖加固及支護效果。

施工過程中，嚴格遵循短進尺、弱爆破、隨挖隨支護、先噴后錨的施工原則，較好的保證了施工安全質量，沒有發生一起質量或安全事故，為同類工程提供了經驗和借鑒。

[1]福建省高速公路施工標準化管理指南（隧道）[S].北京：人民交通出版社，2010.

[2]《公路隧道施工技術規范》（JTGF60-2009）[S].北京：人民交通出版社，2009.

[3]王夢恕.地下工程淺埋暗挖技術通論[M].合肥：安徽教育出版社，2004. [4]董新平.管棚工法的計算原理及應用[M].上海：同濟大學出版社，2007.

U445.4

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1673-0038（2015）12-0186-03

2015-3-6