不良地質條件下大型隧道安全施工措施研究

任 俊， 李 闖， 鄭 道 明

(中國水利水電第十工程局有限公司，四川 成都 610072)

1 概 述

楊柳埡隧道位于達州經濟開發區和達川區境內，隧道起點位于國道210線旁禾林汽車城，與南北1號干道及已通車的中青路平交，進口毗鄰“好一新五金機電市場”“強升藥業”及“水上樂園”。隧道出口位于南外鎮火烽山村，洞頂為村民聚居區，其所居住的房屋結構形式簡易，大多為單層磚墻，抗震強度低。隧道為分離式隧道，隧道左洞長710 m，右洞長690 m。進口為削竹式洞口，出口端為端墻式洞門，隧道凈寬14.45 m，凈高9.81 m，隧道開挖斷面面積為164.06 m2，隧道襯砌成型后面積為113.203 m2。

楊柳埡隧道開挖穿越的地層主要為砂巖、泥巖，圍巖較差，以Ⅴ類及Ⅳ類圍巖為主，巖層為單向傾斜，隧道區域內的巖體為塊石碎石、層狀結構～塊狀結構，局部巨塊狀整體結構。出露的地層:人工填土層(Q4ml)、第四系全新統崩坡積層(Q4c+dl)、侏羅系中統沙溪廟組(J2s)等。洞內地下水較富集，單洞涌水量達470 m3/d，反坡開挖時排水難度較大。隧道開挖期的安全成為施工中的重點和難點。

2 隧道開挖期的安全措施

2.1 洞口的安全施工

(1)超前管棚支護。洞口處于砂巖與泥質砂巖分界面范圍內，巖體較為破碎，開挖后易發生坍塌。施工中采用超前管棚支護以提高圍巖的穩定性及承載力。邊坡開挖后，應及時清除表面松動的危巖塊體并施做錨桿框格梁進行防護。

(2)洞口周邊排水。洞口邊坡削坡前，應在洞口頂部與左、右邊坡設置截水溝，用以截流洞口上方的雨水，避免雨水對洞口邊坡的沖刷造成坍塌。

(3)洞口周邊安全。施工中考慮到洞口附近的居民區與施工營地的安全，在隧道洞口段爆破時采用隔段雷管、控制一次起爆炮孔或藥量的方法，將爆破質點震動速度控制在2 cm/s內，以減少爆破對巖體的擾動，確保周邊居民與建筑物的安全。

2.2 隧道特殊地質條件洞段施工采取的安全措施

(1)施工原則。在隧道破碎帶施工時，采取了管棚、小導管與灌漿聯合的方式進行預支護。施工過程中，采用“多臺階、短進尺、弱爆破、快封閉、勤量測、強支護”的施工原則以保證施工期的安全[1]。

(2)初期支護。隧道為Ⅳ、Ⅴ類圍巖時其支護應緊跟開挖面，在出渣完成后及時進行支護作業，支護方法為先噴5 cm厚的混凝土，然后施工錨桿、掛鋼筋網、架立鋼拱架、鋼拱架之間采用鋼筋聯接，上述工序完成后補噴混凝土至設計厚度[2]。

(3)隧道下部的開挖要求。在軟巖及斷層破碎帶段仰拱施工中，其下半斷面開挖時會造成上半斷面拱架懸空，容易造成上部支護結構失穩。為確保安全，隧道下部采用半邊開挖并對拱腳處的鋼拱架增設鎖腳錨桿。開挖時，盡量減少對圍巖的擾動，采用弱爆破或機械開挖相結合的開挖方法。

(4)隧道下穿民房段的安全施工。在隧道爆破開挖過程中，對周邊居民有較大影響。施工過程中采取了以下措施:①施工前，邀請地方政府、業主、監理和項目部共同對隧道影響帶沿線民房現狀進行查看、照像及評估;②根據民房的實際狀況，隧道采用短進尺、弱爆破、控制爆破振動波速的措施滿足建筑物要求;③隧道穿過民房時的爆破作業均安排在上午與下午時段進行，晚上和深夜不進行爆破作業[3]。

(5)斷層破碎帶施工時設置應急救生管道。在隧道爆破開挖過程中，為預防可能出現的齊頭突發性塌方對施工人員的隔斷與傷害，施工時在距掌子面4 m處的邊墻腳設置了一根長25～30 m的鋼管，管徑為80 cm并進行了適當的固定，當出現塌方險情時做為施工人員的逃生通道。

3 隧道安全施工采取的技術處理措施

3.1 隧道洞臉部位的施工

洞臉邊坡圍巖破碎，裂隙發育，施工從坡頂開始自上而下采用機械分層開挖，隨挖隨支護，在邊坡開挖至進洞樁號前，鑒于分段開挖形成的臨時仰坡裸露的時間一般不長，故暫不考慮臨時支護，施工時根據實際開挖后的地質情況適當調整放坡坡度，以保證臨時仰坡的安全。

3.2 洞口超前大管棚施工

由于隧道進口與出口段的圍巖為Ⅴ類，開挖后圍巖自穩能力極差，為防止隧道進出口施工過程中出現坍塌，施工中采用φ108鋼管作管棚支護并配合Ⅰ18工字鋼作拱架的進洞方案，大管棚尾部采用小管棚銜接，管棚的技術參數為:

(1)管棚的直徑與長度:超前大管棚采用φ108無縫鋼管，單根鋼管的長度為10 m。

(2)鋼管的連接方式:鋼管之間的接頭采用絲扣鏈接，絲扣螺紋段的長度應大于15 cm，相鄰鋼管接頭應錯開1 m以上，隧道縱向同一截面內的接頭數不大于50%。

(3)在管棚鋼管上鉆注漿孔:在鋼管上鉆孔徑為10～16 mm的注漿孔，孔與孔的間距為25 cm，呈梅花型布置。管棚尾部1.5 m不鉆孔，作為止漿段。

(4)施工要求:管棚施工時其環向間距為40 cm，管棚與隧道中線平行，其仰角為1°～3°(不含路線縱坡度)，施工中根據實際情況進行調整，采用YYG150液壓鑿巖機鉆孔。

(5)注漿材料:水灰比為1∶1。向管棚內注漿時先里后外，全管采用一次性注漿，注漿的初始壓力為0.8～1 MPa，終始壓力為1.5～2 MPa。為避免注漿時發生串孔，原則上鉆成一孔、注漿一孔。

3.3 隧道施工采取的安全技術處理措施

分離式隧道按新奧法原理組織施工，采用分臺階開挖、光面爆破技術、鋼拱架與噴錨支護、量測技術、仰拱超前施工、邊頂拱跟進襯砌的施工流程，形成掘進、噴錨、襯砌三條作業線有序施工。

3.3.1 爆破參數的選擇

爆破參數的確定采取理論計算、工程類比與現場試爆相結合，以保證爆破振動速度在符合安全規定的前提下提高隧道開挖成型質量和施工進度[4]。

(1)炮孔設計參數。所設計的炮孔深度受爆破震動強度、施工進度與安全要求控制，結合鋼拱架的安裝間距(Ⅳ類圍巖使用Ⅰ18型鋼拱架，榀與榀的間距為1 m，Ⅴ類圍巖采用Ⅰ20型鋼拱架，榀與榀的間距為0.6～0.7 m)，炮孔設計參數見表1。

(2)爆破器材。炸藥選用2#乳化炸藥，藥卷直徑為32 mm，單根藥卷長20 cm。雷管選用非電毫秒雷管，起爆雷管采用電雷管[5]。

(3)爆破網路。由于施工中雷管段數較多，為提高雷管延遲時間的精度，采用孔內控制的微差爆破。起爆順序為由內向外、逐層起爆，同層炮孔必須同時起爆，以確保同層炮孔的共同作用與效果。

3.3.2 開挖施工工藝

鑒于楊柳埡隧道長度較短，最終決定采用從出口端單頭掘進的方式并嚴格遵循新奧法施工原理，在隧道開挖施工中堅持按“短進尺、弱爆破、勤量測、早支護、襯砌跟進”的施工原則施工。由于隧道地質條件較差，施工中應控制好各道工序，根據現場圍巖變化情況及時修改爆破進尺、爆破參數與支護方式。

表1 楊柳埡隧道炮孔設計參數表

(1)孔位放線。鉆孔前使用全站儀進行測量并放出孔位，用紅油漆準確標出炮孔位置，每個炮孔的誤差不得超過5 cm。在隧道每次測量放線的同時，使用收斂儀對上一次爆破的斷面進行變形檢查，利用檢查結果對爆破和支護參數進行修正。

(2)鉆孔要求。由于隧道圍巖較差，施工時采用分層開挖的方式，鉆孔采用YT-28風鉆進行。鉆工施工前應熟悉炮孔布置圖，對于精度高的掏槽孔與周邊孔須將其開孔誤差控制在3 cm以內，并由經驗豐富的鉆工鉆孔，確保各炮孔孔底在同一鉛垂面上。

(3)孔位檢查與清孔。鉆孔完成后，及時對炮孔進行檢查，做好炮孔檢查實際情況的記錄，如炮孔偏差較大時，應調整裝藥量或重新鉆孔并采用高壓風吹出孔內的余水和石粉。

(4)裝 藥。炮孔經檢查合格后裝藥，裝藥方式為分區分組，裝藥順序應自上而下進行，每孔的裝藥量嚴格按設計圖確定的藥量進行。起爆體裝入孔內前，應對雷管進行檢查與核實，裝藥作業采取定人、定位、定雷管段別的方式進行。

(5)堵塞炮孔。每孔裝藥完成后，立即進行堵塞，堵塞炮孔用的黃泥條采用黃泥和沙混合而成，泥條要放在棚內陰干部分水分。堵塞長度20 cm，在孔口處再堵塞20 cm長，堵塞一定要密實。

(6)網路的聯接和起爆。網路按照爆破的要求聯接好后應由專人進行檢查，待檢查無問題后聯接起爆雷管和起爆器進行起爆。

(7)防塵措施。隧道鉆孔作業時，除進行濕式打孔外，現場施工人員均應佩戴防塵口罩并加強隧道內的通風，同時采用“W”型水幕降塵器噴霧水降塵，確保作業面的粉塵含量達到國家標準。

4 結 語

達州市楊柳埡大型隧道穿越的地層為砂巖、泥巖，圍巖以Ⅴ、Ⅳ類為主，洞內地下水較富集。施工過程中采用大管棚超前支護加固地層，小管棚與鋼拱架配合系統錨桿、噴混凝土聯合支護，有效解決了不良地質段的施工難題，施工中堅持按“短進尺、弱爆破、勤量測、早支護、襯砌跟進”的施工原則進行。施工過程中嚴控各道工序，堅持勤測量，隨時發現失控點，及時采取補救措施，根據現場圍巖變化情況及時修改爆破進尺、爆破參數與支護方式。在保證隧道施工進度與施工安全的情況下，隧道于2017年4月安全貫通。