論低丘陵區不良地質條件隧道開挖技術

蘭俊剛

（中交四公局第九工程有限公司， 北京 朝陽 100102）

1 工程概況

溪里沖隧道位于湖南省吉懷高速公路TJ13 合同段，設計為整體式隧道，左線長度分別為：415m，起訖樁號為ZK65+855～ZK66+270；進洞口處圖紙設計標高+462.523m，出洞口處圖紙設計標高+451.730m;隧道最大埋深約68m，屬短隧道。隧道施工現場見下圖1.1.

2 工程地質及水文地質條件

2.1 工程地質

2.1.1 地層巖性

溪里沖隧址處巖層為鈣質含量較高的紫紅色泥質粉砂巖夾粉（細）砂巖，主要薄弱結構面呈塊石狀鑲嵌結構，原巖結構已經大部分被破壞；溪里沖隧道巖石風化裂隙，巖石埋深較淺，巖體表部被剝蝕卸荷，卸荷裂隙發育，結構面的分布分規律受到破壞，錯呈張開狀，這些巖層結構面多呈散體結構或碎裂結構。溪里沖隧道左邊洞口左側的山體十分陡峻，山體厚度較小，存在偏壓。洞口宜采取截流、疏排措施。

2.1.2 地質構造及地震

該隧道區域地址構造部位處于湘黔構造變形區西南緣，構造單元為四級，其主要的構造形跡、展布方向為向北和北東方向之間的方向延伸-東北向。

2.1.3 巖土體工程地質特征及隧道圍巖級別劃分

根據隧道圍巖分級標準《公路隧道設計規范 JTJ 026-90》，綜合鉆探資料及地調成果綜合判斷，本隧道圍巖可劃分為Ⅳ、Ⅴ級。

2.2 水文地質條件

2.2.1 地表水

山嶺地區為縮短歷程，設置溪里沖越嶺隧道，山嶺地區內地表水系發育不好，地表水體不能常年性流動，僅發現兩條雨季沖溝。

2.2.2 地下水

隧道地下水主要為表層殘坡積黏土、碎石土中的孔隙水、基巖風化帶內的裂隙水和巖溶水，水量大小受到的影響來源于季節變化與基巖風化帶內裂隙發育程度，匯水面積0.24km。

2.3 不良地質分析

隧道區內凝灰巖屬弱溶性巖，含水量比較豐富影響本工程施工，且該段隧道口地形較陡，邊坡及淺埋段土層容易受影響而發生崩塌，必須在施工工程中及時采取支護措施，確保施工安全。本隧道90%為Ⅳ級圍巖，10%為Ⅴ級圍巖，洞身整體地質狀況較好，但洞口及淺埋段的巖體地質情況相對比較差。隧道穿過山體的地表及地下水分邊界部位，地表水育不發達，從而便于大氣降水的徑流排泄，相反洞口適合采取截流、疏排。

3 開挖方案

3.1 隧道設計標準

隧道內采用100km/h 四車道高速公路標準進行設計，主要技術標準如下：

1.公路等級：一級；

2.洞內計算行車速度：80km/h；

3.隧道建筑界限：

限界凈寬：檢修道寬度0.75m+側向寬度0.5m+行車道寬度4*3.65m+側向寬度0.5m+檢修道寬度0.75m=9.8m 、限界凈高：5.0m。

4.設計荷載：公路—I 級。

3.2 開挖方案的選擇

3.2.1 開挖方案分析及比選

根據溪里沖隧道所處的地質條件、地形條件、隧道長度、跨度、埋深考慮，施工技術難度以及施工機械設備的要求，施工對環境的影響以及是否經濟合理等方面進行綜合比較，擬定適合該隧道的開挖方案。

表3 .1 施工方法比較

3.2.2 開挖方案的確定

由于溪里沖隧道的圍巖等級主要為Ⅳ和Ⅴ級，以中風化凝灰巖夾強～中風化粉砂質板巖為主，溪里沖隧道的長度較短且埋深較淺。因此結合各種施工方法的特點、技術難度及綜合各種方案的工程造價，溪里沖隧道的開挖方式將采用方案CD 法比較合適。溪里沖隧道在進洞口及隧道出洞口Ⅴ級較軟圍巖處將采取分部（環形）留核心土開挖方法施工。

施工順序說明：（1）上弧形導坑開挖；（2）拱部初期支護；（3）預留核心土開挖；(4)下臺階左部開挖；（5）下臺階右部開挖；（6）仰拱超前澆筑；（7）全斷面二次襯砌。

隧道施工至中間段挖到Ⅳ級圍巖后，將采用臺階發開挖施工。

4 支護方案

4.1 初期支護及輔助施工措施

4.1.1 初期支護的一般要求

隧道開挖后，為增加結構安全和便于施工，控制圍巖應力釋放和邊線，開挖后施工制作剛度不大并能永久承載一部分結構的結構層。

4.1.2 初期支護施工具體要求

開挖后應立即對巖面采用濕噴工藝施工，噴射混凝土，支護應與圍巖粘結，不能有空洞，用以防止巖體發生松動。噴射作業采用分段及分片進行施工，由下而上噴射，每次作業區段的縱長度最好小于6m。斷面開挖后必須及時進行噴射混凝土作業，如采取全斷面方式開挖，則4h 之內不應進行下次爆破距噴射混凝土作業。應隨拌隨噴混凝土混合料，回彈物不得重新用作噴射混凝土材料。初噴厚度不小于50mm，同時根據圖紙設計厚度及噴射的部位確定一次噴射的噴射厚度。復噴一次噴射厚度拱頂不得大于90mm、邊墻厚度不得大于130mm。首層進行混凝土噴射時，需將小的凹坑噴圓順。如墻壁巖面有嚴重的坑洼，施工時將處采取錨桿吊模模噴砼方式進行作業。混凝土噴射施工時應以適當厚度分層進行，后一層噴射時，必須在前一層混凝土終凝后進行施工作業。若混凝土終凝后時間間隔大于1.5h 且初噴表面已落上粉塵時，受噴面應采用高壓風水進行清洗。進行噴射混凝土施工時噴嘴應垂直巖面，噴嘴離巖面0.7m～1m 為宜，噴射料束與受噴面垂線的夾角成9°時最佳。噴射過程中，噴射料束以螺旋形式運動，噴射機的工作壓力保持在0.12MPa。用混凝土填充鋼架與壁面之間的間隙時，間隙填充必須密實。噴射混凝土時應從兩側拱腳處向上均勻對稱噴射，同時將鋼架覆蓋其中，確保將其背面噴射填滿，粘結良好。拱腳基礎噴射混凝土時需噴射密實，嚴禁噴射后存在懸空現象。噴混凝土終凝2h 后，應及時進行噴水養護，且養護時間不得少于8d。當隧道內環境溫度低于+6℃時，停止噴水養護。

4.1.3 輔助施工措施

本段隧道設計采用的施工輔助措施主要有超前大管棚、超前小導管、超前注漿等。超前大管棚正常設置在洞口兩側，主要起承載作用。減少了工作面的土壓力，阻止隧道施工塌方和仰坡發生破壞變形；超前小導管對穩定開挖工作面有很好的作用，主要對Ⅴ、Ⅳ圍巖段適用，可預防隧道開挖過程中發生塌方，在地下水發育不良地段、可能發生涌水地段及巖體破碎地段，提前將漿液填充圍巖裂隙中，通過注漿方式來提高圍巖的力學指標，以達道阻塞水流，加固圍巖的結構受力穩定開挖條件。

4.2 確定隧道襯砌結構

用新奧法原理作為溪里沖隧道洞身襯砌設計指導，使用初期支護與二次支護的復合式襯砌。初期支護以系統錨桿、噴射混凝土、工字型鋼架、鋼筋網作為，依據不同的圍巖級別輔助超前大管棚、超前小導管的超前支護措施，采用模筑鋼筋混凝土的除塵器，在初期支護與二次支護之間防水層敷設厚為1.2mm 防水板及無紡土工布350g/m2。

4.3 仰拱與鋪底

4.3.1 仰拱的一般要求

1、在隧道的進口和出口，隧道圍巖的自我穩定能力弱，為改善上部支護結構受力條件，在隧道底部設置仰拱。在建有仰拱的時候，應按時施工，用以早閉合支護結構，改善圍巖受力抵抗隧道下部上傳的反力、增加結構穩定。

2、在拱墻混凝土及二襯施工前應完成仰拱頂上的填充層及鋪底，為利于襯砌臺車模筑混凝土施工，襯砌循環作業長度最好保持超前3 倍以上，仰拱與鋪底施工距掌子面、鋪底與掌子面距離不超過60m

3、仰拱施工時盡量不要左右半幅分次澆筑，最好能一次澆筑成型整斷面。接縫處平順做好防水處理的情況下，鋪底的混凝土可進行半幅澆筑施工。

4、按已經審批經過的開挖方案結合拱墻施工嚴格進行仰拱開挖工作，并及時進行仰拱模筑混凝土施工及仰拱初期支護，實現支護結構早閉合。

5 工程質量及安全保障體系

5.1 工程質量保證措施

1、嚴格進行安全技術交底制度，加強人員崗位培訓；

2、工程施工實行現場標牌管理；

3、組織強有力的測量人員進行測量控制。嚴格執行復核制度、交底制度，確保工程測量萬無一失；

4、加強過程控制，嚴格要求工程質量，加強施工過程的試驗和檢驗；

5、做好施工材料的質量控制。

5.2 安全保證措施

隧道施工安全是項目重中之重，為確保安全生產，針對本隧道特點，制定切實可行的安全措施。原則“安全第一，綜合治理”。

6 小結

（1）AC-8 目標配合比為粗集料（5～10mm 碎石）：細集料（0～5mm 機制砂）：礦粉=61:30:9，最佳油石比為6.45%，最佳油石比為6.35%。

（2）溫度和濕度變化均影響了混合料的構造深度，當濕度保持不變時，隨著溫度的升高，試件的構造深度均值逐漸降低，當溫度保持不變時，隨著濕度的增大，試件的構造深度均值逐步變大，但變化幅度較小，濕度變化相對于溫度變化對試件的構造深度影響較小。

（3）濕熱環境導致瀝青路面油石比不穩定，從而造成瀝青路面構造深度衰減較快。油石比影響了瀝青路面的抗滑性能，可從調整最佳油石比、采用高品質瀝青、改善粘附性等入手提高超薄磨耗層的抗滑性能。

（4）油石比影響了試件的殘留率，隨著油石比的增大，試件的構造深度殘留率越小，并且殘留率隨著油石比增大降低顯著。本文采用的6.35%最佳油石比也保障了超薄磨耗層的構造深度殘留率達到規定要求。

（5）車轍試驗時間影響了試件的構造深度殘留率，車轍時間增大，試件的構造深度殘留率減少。車轍試驗中應確保車轍時間的一致，避免由于車轍時間不一致造成試驗結果誤差。