環(huán)保、震區(qū)隧道“零開挖”進洞施工技術探討

賈海龍，　張文新

(1.中鐵隧道集團三處有限公司,廣東 深圳 518000；2.中鐵隧道集團技術中心,河南 洛陽 471009)

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環(huán)保、震區(qū)隧道“零開挖”進洞施工技術探討

賈海龍1，張文新2

(1.中鐵隧道集團三處有限公司,廣東 深圳 518000；2.中鐵隧道集團技術中心,河南 洛陽 471009)

摘要：受環(huán)境保護因素影響，在環(huán)保、震區(qū)進行隧道洞口施工是首要難題。成蘭鐵路某隧道采用“零開挖”進行隧道進洞施工，通過隧道進洞被動防護、超前支護、減震爆破開挖，支護及時封閉成環(huán)等措施的應用，有效保證了隧道進洞施工的安全，提高進洞施工效率，有效保護洞口周邊的環(huán)境，并推廣到其它隧道進洞施工中，對后續(xù)類似工程條件下隧道進洞施工積累了一定經驗。

關鍵詞：環(huán)保震區(qū)隧道;零開挖;進洞施工

隧道施工期間的安全問題已成為當今工程界關注的重點，尤其在環(huán)境保護區(qū)，受環(huán)境、地質條件限制增加了施工難度，這就要求隧道施工中樹立施工與環(huán)境保護全面協(xié)調發(fā)展的全新思維方式，工程應盡可能繞避穿越不良地質，減少對工程帶來的次生災害影響，以最大力度保護自然生態(tài)環(huán)境，實現(xiàn)可持續(xù)性發(fā)展。

隧道進洞施工是隧道施工的首要關鍵環(huán)節(jié)，也是隧道施工的難題。隧道進洞的設計與施工深受地形、地質、氣象及隧道周邊環(huán)境等因素影響。通常隧道洞口段覆蓋較薄，常年受到風雨冷熱等風化侵蝕作用，地質軟弱，不易形成壓力拱抵抗圍巖壓力；而且施工時邊坡與隧道的不穩(wěn)定現(xiàn)象相互影響，惡化施工條件加大施工難度。隨著隧道施工技術的發(fā)展，為了降低隧道進洞開挖時對圍巖的擾動，隧道進洞施工出現(xiàn)多種支護方式：文獻[1]提出了加強超前支護護拱與初期支護間連接，并加強洞口段初期支護鋼拱架之間連接的淺埋隧道聯(lián)合支護進洞方式；文獻[2]和文獻[3]介紹了超前雙層小導管支護隧道進洞的具體施工工藝及施工中的注意事項；文獻[4]提出了淺埋偏壓、復雜地質條件下采用明拱暗墻法進洞施工技術，施工過程中采用超前長管棚注漿預加固、鋼拱架和噴混凝土作初期支護、分部開挖等技術措施，從而確保了隧道施工的安全；文獻[5]對隧道洞口采取的地表抗滑樁加固、地表注漿、偏壓處理、超前管棚支護、洞身開挖、初期支護及相應的施工措施進行了論述。

為了有效地控制隧道進洞施工對周邊圍巖影響及洞口支護的沉降變形，本文結合成蘭鐵路某隧道洞口段工程實際，提出了“零開挖”進洞方式，確保了隧道安全進洞、快速達到施工條件。

1 工程概況

新建成蘭鐵路某隧道全長28.45 km，設置5個輔助施工坑道，隧道穿越岷山山系，是大熊貓等珍稀保護動、植物重要分布區(qū)域和自然保護區(qū)的緩沖區(qū)及實驗區(qū)，環(huán)境敏感點多，環(huán)保要求極高。洞口狀況見圖1。地質條件復雜，工程風險高，施工難度大。工程地質上呈現(xiàn)出典型的“四極三高”(即地形切割極為強烈、構造條件極為復雜活躍、巖性條件極為軟弱破碎、汶川地震效應極為顯著；高地殼應力、高地震烈度和高地質災害風險)特征。

圖1 洞口原始地貌

1.1 地層巖性

隧址區(qū)主要穿越通過泥盆系危關群下組(Dwg(1))千枚巖、炭質千枚巖。受構造影響,段內節(jié)理發(fā)育,巖體破碎,圍巖穩(wěn)定性差。橫洞出口邊坡較陡,坡表巖體軟硬相間,風化強烈。受隧區(qū)內區(qū)域性大斷裂影響,巖石變質作用復雜,段內變質巖較多，部分巖體中可能會存在放射性較高的問題。

1.2 地質構造

隧道位于穿越石大關斷層和以大店子倒轉向斜、水溝子弧形倒轉背斜、洗澡堂弧形倒轉向斜、團結反“S”形同斜倒轉背斜、平橋溝S形倒轉背斜等褶皺組成的復式褶皺構造。受區(qū)域構造影響，地層擠壓嚴重,節(jié)理發(fā)育,巖體破碎。山體陡峭，層理產狀為N60°W/75°NE,局部節(jié)理較發(fā)育密集,可達20～50 cm/條,裂隙為張開,半填充或無填充,風化嚴重,局部巖體可能會發(fā)生崩落形成危巖落石。

1.3 地震動參數

隧道穿越岷江斷裂帶下盤，“5·12”大地震已將多數山體表層震松，大地震后至今，余震活動頻率高，復發(fā)期短，標段內地震動峰值加速度為0.3g，強度大的余震將影響施工安全。

2 隧道進洞被動防護

隧道洞口處(其縱斷面圖見圖2)山體受“5·12”地震影響，地表松散，再加上地震較多，容易發(fā)生滾石等現(xiàn)象，危及洞口施工的安全，因此在地震區(qū)隧道施工洞口實施被動防護是隧道進洞施工的首要工序。因此，隧道被動防護施工質量直接影響后續(xù)隧道進洞施工的安全和進度，應嚴格按照設計的施工步驟(圖3)進行施工。在隧道被動防護施工過程中應注意以下幾點：

(1)防護網規(guī)格應符合國家有關規(guī)定，經檢測合格后方可用于工程實體。

(2)施工前先清除坡面上浮土及浮石，避免滾石引起人員安全、設備等財產損失。

(3)被動防護網布置應沿等高線走向、根據地勢進行鋪設。

(4)錨桿孔必須按照設計位置、長度進行施鉆，灌漿飽滿，外露長度滿足設計或規(guī)范要求。

3 隧道進洞超前支護

隧道進洞超前支護采用大管棚進行，超前管棚支護的施工質量直接影響隧道進洞的順利與安全，因此，嚴格按照設計進行施工(圖4)，保證施工質量。

洞口段設置一環(huán)大管棚,采用?89 mm無縫鋼管,壁厚6 mm,共23根,每根長35 m。大管棚設置于拱部120°范圍內,環(huán)向間距40 cm,外插角1.5°,孔口管采用熱軋無縫鋼管,外徑114 mm，壁厚5 mm。超前管棚施工中應注意以下幾點：

圖2 洞口縱斷面圖

圖3 隧道洞口被動防護工藝流程圖

圖4　大管棚施工工藝流程圖

(1)考慮到隧道的圍巖情況，在洞口安裝3榀I20導向墻型鋼拱架，間距50 cm，焊接牢固，用L=4.0 m的鎖腳錨管鎖定錨固。

(2)1.0 m長的?114 mm×5 mm導向管按照1.5°的外插角精確定位，并用?22 mm連接鋼筋與I20型鋼拱架牢固焊接為一整體。

(3)導向墻澆筑完成，噴射15 cm厚C25砼封閉周圍仰坡面,作為注漿時的止?jié){墻。

(4)為了保證注漿效果，注漿時“單”“雙”號孔間隔注漿。

4 隧道暗洞施工

4.1 隧道開挖

洞口管棚施作完畢并達到強度后，才能進行進洞作業(yè)。暗洞開挖采用兩臺階法施工。考慮到圍巖破碎，采用減震爆破施工，降低對周邊圍巖的影響，具體爆破參數設計如圖5所示。

圖5　洞口段爆破開挖設計圖(單位：cm) 隧道開挖中要做到以下幾點：

(1)采用上下臺階法開挖，縮小開挖斷面和爆破進尺，減少爆破擾動。

(2)采用微差爆破，嚴格控制總裝藥量和單段最大起爆裝藥，減小爆破擾動。

(3)采用光面爆破技術，確保開挖輪廓線光滑平整，減少應力集中，利于開挖面周邊的初期支護穩(wěn)定、可靠。

(4)合理控制炮眼間距、裝藥量及起爆時間間隔，并且加強炮眼堵塞，使爆破后巖碴塊度均勻，達到快速出碴和初期支護盡早封閉的效果。

4.2 隧道支護

考慮到洞口圍巖破碎的特點，在隧道洞口進行超前大管棚加固后，加強隧道初期支護參數并及時施作二次襯砌，使隧道初支與圍巖形成整體結構，保證隧道的安全。隧道洞口段支護參數如表1所示。

表1 隧道支護參數

4.3 隧道洞門施作

在暗洞開挖掘進20 m后進行洞門施工,避免因爆破使洞頂圍巖松動發(fā)生滾石引起安全問題。洞門施工后如圖6所示。

圖6　洞門“零開挖”施作后

5 進洞施工效果

隧道洞口段地表下沉是進洞施工過程是否安全的判定依據。通過施工過程中的監(jiān)控，隧道洞口段地表累計沉降44.3 mm，總體沉降變形較小，說明隧道洞口段施工過程對周邊圍巖的影響較小，確保了隧道洞口段施工的安全。隧道洞口段地表典型測點下沉曲線如圖7所示。

“零開挖”方法進洞施工，與傳統(tǒng)開挖方式比較，具有以下優(yōu)點：

(1)本工法將傳統(tǒng)的邊仰坡開挖防護，轉變?yōu)槔迷瓉淼匦蔚孛查L期穩(wěn)定的特點，不進行洞口大面積的開挖，減少對周邊圍巖的影響，盡可能保持原生態(tài)環(huán)境。

(2)本方法與傳統(tǒng)施工方法相比，由于工程的洞口開挖部分小，產生的土石廢方小，既降低進洞施工成本，又能確保周圍的生態(tài)環(huán)境完好無損，避免洞口大量的坍塌，降低了工程風險，確保施工安全和進度。

圖7 隧道洞口段地表下沉典型測點歷時曲線圖

(3)在“零開挖”施工過程中遵循了“少破壞、多保護，少擾動、多防治”的原則，有效保護了周邊環(huán)境。

6 結束語

在洞口段進行“零開挖”施工，減小開挖進尺，加強初期支護，及時封閉,形成穩(wěn)定的受力結構，保證了隧道進洞施工安全，并推廣到其它6座輔助坑道洞口段施工，大大加快了整體工程的施工速度，也真正做到了環(huán)境與施工相匹配、相協(xié)調。

參考文獻

[1]姜同虎，霍三勝，葉 飛，等.淺埋軟弱破碎圍巖隧道進洞施工技術研究[J].現(xiàn)代隧道技術，2011(6)：117-122

[2]楊亞孝.超前雙層小導管支護在尖峰崗隧道進洞施工中的應用[J].浙江建筑，2014(4)：33-35

[3]徐 強.探析某隧道進洞施工中超前雙層小導管支護的應用[J].門窗，2015(1)：64

[4]陳小勇，陳緒文，劉 旸，等.淺埋偏壓隧道進洞施工技術[J].現(xiàn)代隧道技術，2009(6)：89-92

[5]徐敦敏.強震區(qū)淺埋偏壓雙線大跨度鐵路隧道進洞施工技術[J].工程施工，2014(6)：79-82

An Exploration into the "Zero Excavation" Technique for the Hole-Entering Construction of a Tunnel in Environmental Protection and Seismic Regions

Jia Hailong1,Zhang Wenxin2

(1.The 3rd Department Co. Ltd. of the Tunnel Group of the Railway Building Corporation of China,Shenzhen 518000;2.Technical Centre of the Tunnel Group of the Railway Building Corporation of China,Luoyang 471009,China)

Abstract:Influenced by the factors of environmental protection,the construction for the portal of a tunnel is the most difficult in environmental protection and seismic regions.The construction of a certain tunnel of the Chengdu-Lanzhou Railway adopts the "Zero Excavation" Technique to perform the hole-entering construction to ensure the safe hole-entering construction of the tunnel by means of the passive hole-entering protection, the advanced supporting,the shock-reducing blasting excavation,the timely ring-closure-forming and other measures.With all the above-mentioned technical measures taken，the safe construction is effectively ensured and the construction efficiency is also much improved,with the environment around the tunnel well protected.The construction technique is popularized and applied to the hole-entering construction of other tunnels.The successful application of the technique helps us accumulate some useful experience in performing hole-entering construction for other following tunnel projects in similar engineering conditions.

Key words:tunnels in environmental protection and seismic regions；"zero excavation"；hole-entering construction

中圖分類號：U455.4

文獻標識碼：B

文章編號：1672-3953(2016)02-0071-04

DOI：10.13219/j.gjgyat.2016.02.020

作者簡介：賈海龍(1980—)，男，工程師，主要從事隧道與地下工程技術管理工作342501380@qq.com

收稿日期：2015-11-27