超大斷面隧道進洞技術的探討

劉 紅 軻

(山東高速工程咨詢有限公司，山東 濟南 250002)

0 引言

隧道洞口段一般埋深淺，圍巖破碎，加之超大斷面隧道高跨比小的扁平結構，使洞口段具有更差的承載能力，因此，超大斷面隧道進洞施工方案的選擇尤為重要。文章綜合考慮了超前支護、洞內開挖及洞內支護三方面的因素，首先簡要介紹了超前支護設計參數、洞內開挖工法、洞內支護參數，然后通過對現場監控量測的數據分析，驗證了進洞技術的可行性。

1 工程概述

港溝隧道采用上、下行分離的獨立雙洞，內輪廓采用三心圓形式，凈高為8.961 m，凈寬為17.608 m，為雙向八車道的超大斷面隧道；洞口段圍巖為白云質灰巖，強風化狀態，軟化性弱，產狀緩傾，層間結合差，巖體很破碎，巖芯多呈塊狀、碎塊狀，節理裂隙很發育，裂隙面泥質充填；港溝隧道左洞洞口段隧道頂板埋深3 m～8 m，[BQ]=113，為Ⅴ級圍巖，長度為40 m，具體段落為K11+535～K11+495。

2 超前支護

2.1 超前支護施工前應具備的條件

1)修筑洞頂截水溝，形成完整的防排水系統，保護洞口免受地面水的沖刷，確保洞頂土體穩定，為管棚施工創造有利條件；

2)邊仰坡防護已完成，且趨于穩定；

3)洞口開挖并預留核心土，為管棚套拱支撐體系提供施工、操作平臺。

2.2 超前支護的設計參數

1)超前小導管采用外徑50 mm、壁厚5 mm熱軋無縫鋼管，長度為3 m，環向間距40 cm，搭接長度不小于1.0 m；注漿采用1∶1的水泥漿，注漿壓力為0.5 MPa～1.0 MPa，外插角為15°；

2)管棚的設計參數主要分為材料參數、布置參數、注漿參數及鋼筋籠四個方面。主要內容如下：

管棚采用外徑108 mm，壁厚6 mm的熱軋無縫鋼管，鋼管前端呈尖錐狀，管壁四周2排φ12 mm壓漿孔，管棚長度為30 m；管棚設置于襯砌拱部，管心與襯砌設計外輪廓線間距大于20 cm，平行路面中線布置，環向布設間距為40 cm，上仰角度在3°～5°之間；注漿采用1∶1的水泥漿，注漿壓力初壓為0.5 MPa～1.0 MPa，終壓為2.0 MPa；鋼筋籠由φ42×4 mm的鋼管外圍焊接4根20鋼筋焊接而成，如圖1所示。

3 洞口開挖工法及洞內支護參數

3.1 洞口開挖工法

港溝隧道為超大斷面隧道，且洞口段為Ⅴ級淺埋偏壓段，采用雙側壁導坑法進行開挖，如圖2所示，具體施工步驟如下：

第一步，打設1部超前小導管，注漿加固圍巖；開挖先行導坑上臺階1部，循環進尺一榀拱架間距0.6 m，施作初期支護Ⅰ及側隔壁及中隔板Ⅱ(上部)；

第二步，落后1部3 m后開挖先行導坑下臺階2部，循環進尺一榀拱架0.6 m，施作初期支護Ⅰ及側隔壁、中隔板Ⅱ(下部)，對仰拱初期支護進行封閉；

第三步，打設3部拱部超前小導管，注漿加固圍巖；落后1部15 m后開挖后行導坑上臺階3部，循環進尺一榀拱架間距0.6 m，施作初期支護Ⅲ，Ⅳ(上部)、中隔板和側隔壁；

第四步，落后3部3 m后開挖后行導坑下臺階4部，循環進尺一榀拱架間距0.6 m，施作初期支護及中隔板、中隔壁Ⅳ，仰拱初期支護封閉；

第五步，打設5部拱頂超前小導管，注漿加固圍巖；落后3部3 m～5 m后開挖5部，循環進尺一榀拱架間距0.6 m，施作拱部初期支護；

第六步，落后1部30 m后開挖6部、7部，循環進尺一榀拱架間距0.6 m，施作底部初期支護及仰拱模筑、填充Ⅵ；

第七步，圍巖和初支變形穩定，且Ⅴ級圍巖距離掌子面50 m后可以逐段拆除側隔壁和中隔板，逐段鋪掛防水板，綁扎二襯鋼筋，澆筑二襯混凝土。

3.2 洞內支護參數

洞內襯砌形式以錨噴混凝土作為初期支護，以模筑防水混凝土作為二次襯砌的復合襯砌結構，兩層襯砌之間設置防水層。

1)初期支護采用C25噴射混凝土封閉巖面裂隙，厚度為30 cm；噴射混凝土內布設φ8(20 cm×20 cm)的鋼筋網，提高噴射混凝土抗剪和抗彎強度；系統錨桿采用φ25中空注漿錨桿，長度為5 m，按縱向間距60處，環向間距100 cm設置；鋼拱架為H20×20的型鋼，間距為60 cm；

2)二次襯砌采用厚度70 cm的C30模筑防水混凝土，其抗滲等級不低于P8，混凝土內配置雙層鋼筋，以實現結構的自身防水并提高結構的耐久性；在初期支護與二襯襯砌間鋪設400 g/m2的無紡布+1.5 mm厚EVA防水板形成柔性防水夾層。

4 進洞技術的效果分析

4.1 監控量測測點及測線的布置

地表沉降測點布置在洞口地段，設置第一個斷面距離洞口5 m處，設置第二個觀測橫斷面，斷面間距為5 m，沿襯砌中線，每2 m一個測點，如圖3所示。拱頂下沉量測和周邊收斂量測的測點布置按5 m一個斷面，如圖4所示。

4.2 地表沉降監測數據分析

地表沉降各個觀測點沉降值變化趨勢大致相同，而靠近隧道軸線點的沉降值略大于兩側觀測點沉降值，本文選取L1-8，L1-9，L2-4三點對進洞過程中地表沉降變化進行分析。

由圖5～圖8可知：雖有超前支護的作用，但由于各導坑初期支護未全斷面封閉成環，不同觀測點的地表沉降值呈上升趨勢，在第110天時初期支護全斷面封閉成環后，地表沉降值逐漸平緩趨于穩定，各個觀測點最終累積沉降值均在30 mm左右；初期支護全斷面封閉成環前累積沉降值占最終沉降值的96%～99%，而后地表沉降速率主要集中在-0.4 mm/d～0.4 mm/d之間，到二襯施工后地表沉降才穩定。

這表明采用此超前支護、洞內開挖以及洞內支護相結合的進洞技術是可行的，且三者之間相互影響、相互作用。洞內開挖采用雙側壁導坑法，開挖工作面多，相應地也增加了對圍巖的擾動，即使有超前支護的作用，初期支護未全斷面封閉成環，其沉降速率仍較大；初期支護全斷面封閉成環及二次襯砌施工完成后，洞頂巖土體才穩定，這說明洞內支護能夠有效彌補超前支護在控制圍巖穩定方面的不足。

4.3 拱頂沉降及周邊收斂監測數據分析

采用靠近洞口段K11+530處觀測點的周邊收斂、拱頂下沉進行分析，2部、4部導坑周邊收斂速率以及5部導坑拱頂沉降速率，如圖9～圖11所示。

表1 各導坑累積收斂值 mm

結合表1，由圖9～圖11可知，進洞過程中，在超前支護、初期支護的作用下， 2部、4部導坑的周邊收斂速率波動范圍較小，集中在0 mm/d～0.4 mm/d之間，大于0.4 mm/d的分別占23.5%,26.1%，其中最大值分別為1.3 mm/d,0.8 mm/d，且僅均在觀測前期出現過一次；5部導坑拱頂沉降速率也主要集中在0 mm/d～0.4 mm/d，其中大于0.4 mm/d的速率僅占10.8%，最大值為0.8 mm/d，在觀測前期出現過2次；2部、4部導坑累積周邊收斂值中的最大值遠小于極限相對位移值U0=45.6 mm；5部導坑累積拱頂下沉值中的最大值遠小于極限相對位移值U0=48 mm。

這表明超前支護、初期支護參數設計合理，支護效果明顯，在隧道進洞過程中，周邊收斂值、拱頂沉降速率未見明顯異常現象，這也說明圍巖狀態、支護狀態均處于一個相對穩定的狀態；但進洞過程中應需進一步優化爆破參數，減少爆破對初期支護、圍巖的擾動。

5 結語

通過對進洞過程中地表沉降、拱頂下沉及周邊收斂監測數據的分析，確定超大斷面隧道采用管棚、超前小導管預支護的方式進洞，以及采用雙側壁導坑法開挖是合理的，并且證明超大斷面隧道的初期支護參數及二次襯砌參數設計相對合理有效，能為以后類似工程起到借鑒作用。

[1] 韓 劍.小康高速公路隧道進洞技術研究[D]．西安：長安大學碩士學位論文，2009:9-17.

[2] JTG D70—2009,公路隧道設計規范[S].

[3] JTG F60—2009,公路隧道施工技術規范[S].

[4] QCR 9218—2015,鐵路隧道監控量測技術規程[S]．