滇黔隧道專項施工方案設(shè)計研究

田發(fā)全

(貴州橋梁建設(shè)集團有限責(zé)任公司，貴州 貴陽 550001)

1 工程概況與總體施工方案

鎮(zhèn)雄(滇黔界)至赫章高速公路位于貴州省西部地區(qū)，是宜賓至六盤水高速公路的重要組成部分。本項目實施是對西南三省高速公路網(wǎng)有益的補充和完善，為促進烏蒙山和滇桂黔石漠化區(qū)扶貧開發(fā)創(chuàng)造良好的條件。滇黔隧道起點位于云南省昭通市鎮(zhèn)雄縣中屯鎮(zhèn)，終點位于貴州省畢節(jié)市赫章縣哲莊鎮(zhèn)，呈近東西向展布，為雙幅分離式單行曲線隧道。左線全長4 903 m，其中貴州境內(nèi)起訖樁號ZK0+000～ZK3+708，洞身長3 708 m；右線全長4 903.95 m，其中貴州境內(nèi)起訖樁號K0+000～K3+718，洞身長3 718 m。隧道進口端洞門均為端墻式洞門。

滇黔隧道專項施工采用新奧法原理組織施工，以機械化作業(yè)為主要施工工序，在隧道出渣方面應(yīng)用無軌運輸方式，在二次襯砌澆筑方面應(yīng)用模板臺車。滇黔隧道擬采用出口段單向進洞、進口端由中鐵二十四局施工、洞內(nèi)貫通施工的原則。隧道中主要有Ⅲ、IV、V級圍巖，隧道開挖時應(yīng)通過超前地質(zhì)預(yù)報隨時掌握圍巖的實際變化情況，嚴格施工方案進行作業(yè)。清理場地后展開滇黔隧道的明挖段開挖工程，隨后對隧道出口邊仰坡、偏壓擋墻、管棚支護進行加固處理，按照監(jiān)控系統(tǒng)提供的信息埋設(shè)觀測點。接著，施作隧道洞門套拱，打入大管棚并注漿。5～10 d后基于管棚預(yù)支護的作用進行洞身開挖，擬采用鉆爆法開挖硬質(zhì)圍巖，采用機械開挖方法對隧道中的軟弱圍巖與斷層破碎帶開挖。開挖的同時做好監(jiān)控與測量工作，以便及時發(fā)現(xiàn)問題并調(diào)整隧道支護參數(shù)。

2 滇黔隧道專項施工方案設(shè)計研究

2.1 洞口與明洞工程

滇黔隧道出口洞門位于哲莊鎮(zhèn)新益村，滇黔隧道左洞洞門樁號為ZK3+708，右洞洞門樁號為K3+718。隧道端墻式洞門的正上方有民房建筑，施工之前應(yīng)與當(dāng)?shù)鼐用駞f(xié)調(diào)后拆除民房，確保施工安全。對于洞口與明洞施工工程，施工工序為隧道洞頂截水溝施作→隧道洞口邊仰坡開挖支護→大管棚套拱施工→大管棚施工→進入暗洞施工(約50 m)→明洞基礎(chǔ)及洞身施工→明洞防排水施工→明洞回填。具體施工技術(shù)如下：

(1)截水溝施工。洞口邊仰坡開挖線5 m以外設(shè)置截水溝，根據(jù)設(shè)計要求完成地形勘查與測量放線，確定截水溝平面位置，開挖時應(yīng)用機械與人工相配合的方式，盡可能避免對植被損壞。按照截水溝周圍地質(zhì)情況夯實截水溝基底與溝壁，清除周圍虛碴，對底部采用未風(fēng)化的片石進行填筑或換填，使用碎石填補縫隙與孔洞，填筑后夯實基礎(chǔ)，砌筑時應(yīng)用M7.5漿砌片石。

(2)邊、仰坡開挖及防護。開挖時嚴格按照開挖一級防護一級的原則進行，盡可能避免大挖大刷，仰坡坡度和臨時掌子面坡度為1∶0.1。應(yīng)用明挖法分層施工，第一段挖到臨時成洞面，結(jié)合暗洞開挖方式預(yù)留出進洞的臺階，第二段開挖其他部分，最終產(chǎn)生永久邊仰坡。噴錨防護應(yīng)按照從上至下的順序施工，注意坡頂噴混凝土防護層和原有坡面之間的有效銜接，防止水土流失。錨噴支護參數(shù)具體如下：φ22砂漿錨桿，L=3 m，按1×1 m呈梅花形布置，φ8鋼筋網(wǎng)間距20×20 cm，C25噴射混凝土厚10 cm。

(3)大管棚施工。大管棚采用37根φ108，壁厚6 mm的熱軋無縫鋼管，鋼管環(huán)向間距40 cm，超前支護長度40 m。大管棚施工時先施作套拱，埋設(shè)導(dǎo)向管以控制管棚間距與方向。管棚施工采取分區(qū)間隔施工，先鉆孔施工奇數(shù)孔位管棚，待注漿完成后再施工偶數(shù)孔位管棚，以便檢查奇數(shù)孔位注漿效果。管棚注漿采用水泥單液漿，注漿時嚴格掌握注漿結(jié)束標準：達到設(shè)計注漿量，或注漿壓力達到設(shè)計終壓不少于20 min，雖未達到設(shè)計注漿量，但壓力達到終壓要求可作為注漿結(jié)束標準。注漿后，用M30水泥砂漿緊密充填，增強管棚的剛度和強度。

(4)明洞混凝土澆筑?；炷恋臐仓?yīng)保證模板牢固可靠，防止后期出現(xiàn)爆模及漏漿情況。罐車將混凝土運輸?shù)浆F(xiàn)場，吊車配合工程完成澆筑施工。澆筑時應(yīng)按照水平分層的方法進行，澆筑厚度不應(yīng)超過插入式振搗器1.25倍長度，振搗器移動距離不宜過大，插入下層混凝土內(nèi)的深度應(yīng)保持在5 cm左右，最多不超過10 cm。

2.2 洞身開挖

滇黔隧道正洞Ⅲ級圍巖、Ⅳ級圍巖、Ⅴ級圍巖分別采用全斷面法、兩臺階法、三臺階七步開挖法開挖。隧道采用光面爆破，嚴格控制超欠挖，控制隧道施工質(zhì)量。具體施工技術(shù)如下：(1)鑿巖臺車對圍巖掘進，沒循環(huán)進尺2.7 m，挖機與裝載機裝渣，運輸車運渣。應(yīng)用光面控制爆破，防止擾動圍巖，成形后展開初期支護工作。(2)臺階法臺階開挖是先開挖上半斷面，待開挖至一定長度后同時開挖下半斷面，上、下半斷面同時并進的施工工藝。循環(huán)進尺應(yīng)結(jié)合具體地質(zhì)條件與支護情況決定，Ⅲ級圍巖循環(huán)進尺不宜超過3.0 m，Ⅳ級圍巖不得大于2榀鋼架間距，Ⅴ級圍巖不得大于1榀鋼架間距。軟質(zhì)巖初期支護段封閉成環(huán)位置距離掌子面不大于35 m。

2.3 不良地質(zhì)和特殊地段施工處治

隧道出口部位頂板和側(cè)壁均為二疊系上統(tǒng)宜威群長興組與龍?zhí)督M泥巖，山體淺層強風(fēng)化泥巖，節(jié)理裂隙極發(fā)育且隧道頂板埋深較淺。施工開挖時，易造成拱頂崩塌，掌子面失穩(wěn)，初期支護嚴重變形。首先，明洞軟弱地基加固施工。滇黔隧道出口右洞頂板和側(cè)壁地層應(yīng)采用φ42×4 m注漿鋼花管進行加固處理，對于地基軟弱黏土層厚度不大(≤2.0 m)的情況下，仰拱底部換填厚度為1.0 m，采用C15片石混凝土進行基底換填。其次，軟弱圍巖段注漿施工。超前小導(dǎo)管注漿，在軟弱及破碎巖層，超前小導(dǎo)管對松散巖層起到加固作用，注漿后增強了松散、軟弱圍巖的穩(wěn)定性，有利于完成開挖后與完成初支時間內(nèi)圍巖的穩(wěn)定，不至于圍巖失穩(wěn)破壞直至崩塌。最后，對于拱腰以上發(fā)育大型有填充物的溶洞，沿溶洞周圍打設(shè)超前小導(dǎo)管或大管棚作內(nèi)超前支枦，隧道開挖后初噴10 cm厚混凝土然后施工I20b型鋼拱架，鋼筋網(wǎng)20×20 cm(雙層)及噴射50 cm厚混凝土作為護拱，并設(shè)置長3.0 mφ20藥卷錨桿，在護拱保護下再施工初期支護及二次襯砌。

科學(xué)編制監(jiān)測監(jiān)控施工方案。監(jiān)測系統(tǒng)與手機網(wǎng)絡(luò)相連，通過軟件對數(shù)據(jù)進行分析與處理，軟件可自動生成時態(tài)曲線進行回歸分析，預(yù)測可能出現(xiàn)的最大值，并與位移管理等級進行比較。按照位移速率情況，對圍巖與支護穩(wěn)定性進行判定。如果位移的每天相對凈空變化超過10 mm，應(yīng)重點觀測此處，重視支護結(jié)構(gòu)的變化情況。如果時間曲線有反彎點出現(xiàn)，且隧道支護結(jié)構(gòu)出現(xiàn)了開裂與掉塊現(xiàn)象，建議施工人員在有效時間內(nèi)采取補強措施，防止隧道出現(xiàn)塌方危險。當(dāng)位移、周邊收斂、拱頂下沉達到預(yù)測最終值的80～90%，收斂速度、拱頂下沉速率分別小于小于0.2 mm/d、0.15 mm/d時，則判定圍巖基本穩(wěn)定，可進行二次襯砌施工。

2.4 超前地質(zhì)預(yù)報

超前地質(zhì)預(yù)報可以為隧道工程查明地質(zhì)條件，對可能存在的風(fēng)險進行預(yù)測。結(jié)合項目施工要求和業(yè)主安排，本工程超前地質(zhì)預(yù)報由第三方組織負責(zé)。隧道施工位置為川滇南北構(gòu)造帶之東，南嶺東西向構(gòu)造帶之北，即赫章縣東北部，該區(qū)域有著45°方向平行斜列皺曲和沖斷層。區(qū)域內(nèi)沒有斷裂情況，擁有泥巖、灰?guī)r、玄武巖，地質(zhì)構(gòu)造相對簡單。按照隧道掌子面的地質(zhì)情況，應(yīng)用地質(zhì)調(diào)查法、物探法、地質(zhì)雷達、瞬變電磁法展開超前地質(zhì)預(yù)報。超前鉆探法加深炮眼至5 m；水平鉆孔超前探測，即拱部、拱腰三孔水平超前鉆孔，一孔取芯，30 m一個循環(huán)，5 m搭接。

3 總 結(jié)

總而言之，通過對滇黔隧道施工工程的研究與分析，結(jié)合施工地質(zhì)情況與土壤條件，分析隧道巖石構(gòu)造，采用有效的施工技術(shù)確保隧道結(jié)構(gòu)穩(wěn)定。采用洞口與明洞工程、超前地質(zhì)預(yù)報、洞身開挖、大管棚施工工藝等施工技術(shù)，有效保障了隧道工程的穩(wěn)定性與安全性。