論低丘陵區(qū)不良地質(zhì)條件隧道開(kāi)挖技術(shù)

蘭俊剛

（中交四公局第九工程有限公司， 北京 朝陽(yáng) 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(shè)計(jì)為整體式隧道，左線長(zhǎng)度分別為：415m，起訖樁號(hào)為ZK65+855～ZK66+270；進(jìn)洞口處圖紙?jiān)O(shè)計(jì)標(biāo)高+462.523m，出洞口處圖紙?jiān)O(shè)計(jì)標(biāo)高+451.730m;隧道最大埋深約68m，屬短隧道。隧道施工現(xiàn)場(chǎng)見(jiàn)下圖1.1.

2 工程地質(zhì)及水文地質(zhì)條件

2.1 工程地質(zhì)

2.1.1 地層巖性

溪里沖隧址處巖層為鈣質(zhì)含量較高的紫紅色泥質(zhì)粉砂巖夾粉（細(xì)）砂巖，主要薄弱結(jié)構(gòu)面呈塊石狀鑲嵌結(jié)構(gòu)，原巖結(jié)構(gòu)已經(jīng)大部分被破壞；溪里沖隧道巖石風(fēng)化裂隙，巖石埋深較淺，巖體表部被剝蝕卸荷，卸荷裂隙發(fā)育，結(jié)構(gòu)面的分布分規(guī)律受到破壞，錯(cuò)呈張開(kāi)狀，這些巖層結(jié)構(gòu)面多呈散體結(jié)構(gòu)或碎裂結(jié)構(gòu)。溪里沖隧道左邊洞口左側(cè)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(zhì)構(gòu)造及地震

該隧道區(qū)域地址構(gòu)造部位處于湘黔構(gòu)造變形區(qū)西南緣，構(gòu)造單元為四級(jí)，其主要的構(gòu)造形跡、展布方向?yàn)橄虮焙捅睎|方向之間的方向延伸-東北向。

2.1.3 巖土體工程地質(zhì)特征及隧道圍巖級(jí)別劃分

根據(jù)隧道圍巖分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)《公路隧道設(shè)計(jì)規(guī)范 JTJ 026-90》，綜合鉆探資料及地調(diào)成果綜合判斷，本隧道圍巖可劃分為Ⅳ、Ⅴ級(jí)。

2.2 水文地質(zhì)條件

2.2.1 地表水

山嶺地區(qū)為縮短歷程，設(shè)置溪里沖越嶺隧道，山嶺地區(qū)內(nèi)地表水系發(fā)育不好，地表水體不能常年性流動(dòng)，僅發(fā)現(xiàn)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(fēng)化帶內(nèi)的裂隙水和巖溶水，水量大小受到的影響來(lái)源于季節(jié)變化與基巖風(fēng)化帶內(nèi)裂隙發(fā)育程度，匯水面積0.24km。

2.3 不良地質(zhì)分析

隧道區(qū)內(nèi)凝灰?guī)r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(fā)生崩塌，必須在施工工程中及時(shí)采取支護(hù)措施，確保施工安全。本隧道90%為Ⅳ級(jí)圍巖，10%為Ⅴ級(jí)圍巖，洞身整體地質(zhì)狀況較好，但洞口及淺埋段的巖體地質(zhì)情況相對(duì)比較差。隧道穿過(guò)山體的地表及地下水分邊界部位，地表水育不發(fā)達(dá)，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(kāi)挖方案

3.1 隧道設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)

隧道內(nèi)采用100km/h 四車道高速公路標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行設(shè)計(jì)，主要技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)如下：

1.公路等級(jí)：一級(jí)；

2.洞內(nèi)計(jì)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(cè)向?qū)挾?.5m+行車道寬度4*3.65m+側(cè)向?qū)挾?.5m+檢修道寬度0.75m=9.8m 、限界凈高：5.0m。

4.設(shè)計(jì)荷載：公路—I 級(jí)。

3.2 開(kāi)挖方案的選擇

3.2.1 開(kāi)挖方案分析及比選

根據(jù)溪里沖隧道所處的地質(zhì)條件、地形條件、隧道長(zhǎng)度、跨度、埋深考慮，施工技術(shù)難度以及施工機(jī)械設(shè)備的要求，施工對(duì)環(huán)境的影響以及是否經(jīng)濟(jì)合理等方面進(jìn)行綜合比較，擬定適合該隧道的開(kāi)挖方案。

表3 .1 施工方法比較

3.2.2 開(kāi)挖方案的確定

由于溪里沖隧道的圍巖等級(jí)主要為Ⅳ和Ⅴ級(jí)，以中風(fēng)化凝灰?guī)r夾強(qiáng)～中風(fēng)化粉砂質(zhì)板巖為主，溪里沖隧道的長(zhǎng)度較短且埋深較淺。因此結(jié)合各種施工方法的特點(diǎn)、技術(shù)難度及綜合各種方案的工程造價(jià)，溪里沖隧道的開(kāi)挖方式將采用方案CD 法比較合適。溪里沖隧道在進(jìn)洞口及隧道出洞口Ⅴ級(jí)較軟圍巖處將采取分部（環(huán)形）留核心土開(kāi)挖方法施工。

施工順序說(shuō)明：（1）上弧形導(dǎo)坑開(kāi)挖；（2）拱部初期支護(hù)；（3）預(yù)留核心土開(kāi)挖；(4)下臺(tái)階左部開(kāi)挖；（5）下臺(tái)階右部開(kāi)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(jí)圍巖后，將采用臺(tái)階發(fā)開(kāi)挖施工。

4 支護(hù)方案

4.1 初期支護(hù)及輔助施工措施

4.1.1 初期支護(hù)的一般要求

隧道開(kāi)挖后，為增加結(jié)構(gòu)安全和便于施工，控制圍巖應(yīng)力釋放和邊線，開(kāi)挖后施工制作剛度不大并能永久承載一部分結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)層。

4.1.2 初期支護(hù)施工具體要求

開(kāi)挖后應(yīng)立即對(duì)巖面采用濕噴工藝施工，噴射混凝土，支護(hù)應(yīng)與圍巖粘結(jié)，不能有空洞，用以防止巖體發(fā)生松動(dòng)。噴射作業(yè)采用分段及分片進(jìn)行施工，由下而上噴射，每次作業(yè)區(qū)段的縱長(zhǎng)度最好小于6m。斷面開(kāi)挖后必須及時(shí)進(jìn)行噴射混凝土作業(yè)，如采取全斷面方式開(kāi)挖，則4h 之內(nèi)不應(yīng)進(jìn)行下次爆破距噴射混凝土作業(yè)。應(yīng)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(shí)根據(jù)圖紙?jiān)O(shè)計(jì)厚度及噴射的部位確定一次噴射的噴射厚度。復(fù)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(jìn)行混凝土噴射時(shí)，需將小的凹坑噴圓順。如墻壁巖面有嚴(yán)重的坑洼，施工時(shí)將處采取錨桿吊模模噴砼方式進(jìn)行作業(yè)。混凝土噴射施工時(shí)應(yīng)以適當(dāng)厚度分層進(jìn)行，后一層噴射時(shí)，必須在前一層混凝土終凝后進(jìn)行施工作業(yè)。若混凝土終凝后時(shí)間間隔大于1.5h 且初噴表面已落上粉塵時(shí)，受噴面應(yīng)采用高壓風(fēng)水進(jìn)行清洗。進(jìn)行噴射混凝土施工時(shí)噴嘴應(yīng)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(shí)最佳。噴射過(guò)程中，噴射料束以螺旋形式運(yùn)動(dòng)，噴射機(jī)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(shí)，間隙填充必須密實(shí)。噴射混凝土?xí)r應(yīng)從兩側(cè)拱腳處向上均勻?qū)ΨQ噴射，同時(shí)將鋼架覆蓋其中，確保將其背面噴射填滿，粘結(jié)良好。拱腳基礎(chǔ)噴射混凝土?xí)r需噴射密實(shí)，嚴(yán)禁噴射后存在懸空現(xiàn)象。噴混凝土終凝2h 后，應(yīng)及時(shí)進(jìn)行噴水養(yǎng)護(hù)，且養(yǎng)護(hù)時(shí)間不得少于8d。當(dāng)隧道內(nèi)環(huán)境溫度低于+6℃時(shí)，停止噴水養(yǎng)護(hù)。

4.1.3 輔助施工措施

本段隧道設(shè)計(jì)采用的施工輔助措施主要有超前大管棚、超前小導(dǎo)管、超前注漿等。超前大管棚正常設(shè)置在洞口兩側(cè)，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(fā)生破壞變形；超前小導(dǎo)管對(duì)穩(wěn)定開(kāi)挖工作面有很好的作用，主要對(duì)Ⅴ、Ⅳ圍巖段適用，可預(yù)防隧道開(kāi)挖過(guò)程中發(fā)生塌方，在地下水發(fā)育不良地段、可能發(fā)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(guò)注漿方式來(lái)提高圍巖的力學(xué)指標(biāo)，以達(dá)道阻塞水流，加固圍巖的結(jié)構(gòu)受力穩(wěn)定開(kāi)挖條件。

4.2 確定隧道襯砌結(jié)構(gòu)

用新奧法原理作為溪里沖隧道洞身襯砌設(shè)計(jì)指導(dǎo)，使用初期支護(hù)與二次支護(hù)的復(fù)合式襯砌。初期支護(hù)以系統(tǒng)錨桿、噴射混凝土、工字型鋼架、鋼筋網(wǎng)作為，依據(jù)不同的圍巖級(jí)別輔助超前大管棚、超前小導(dǎo)管的超前支護(hù)措施，采用模筑鋼筋混凝土的除塵器，在初期支護(hù)與二次支護(hù)之間防水層敷設(shè)厚為1.2mm 防水板及無(wú)紡?fù)凉げ?50g/m2。

4.3 仰拱與鋪底

4.3.1 仰拱的一般要求

1、在隧道的進(jìn)口和出口，隧道圍巖的自我穩(wěn)定能力弱，為改善上部支護(hù)結(jié)構(gòu)受力條件，在隧道底部設(shè)置仰拱。在建有仰拱的時(shí)候，應(yīng)按時(shí)施工，用以早閉合支護(hù)結(jié)構(gòu)，改善圍巖受力抵抗隧道下部上傳的反力、增加結(jié)構(gòu)穩(wěn)定。

2、在拱墻混凝土及二襯施工前應(yīng)完成仰拱頂上的填充層及鋪底，為利于襯砌臺(tái)車模筑混凝土施工，襯砌循環(huán)作業(yè)長(zhǎng)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(guò)60m

3、仰拱施工時(shí)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(jìn)行半幅澆筑施工。

4、按已經(jīng)審批經(jīng)過(guò)的開(kāi)挖方案結(jié)合拱墻施工嚴(yán)格進(jìn)行仰拱開(kāi)挖工作，并及時(shí)進(jìn)行仰拱模筑混凝土施工及仰拱初期支護(hù)，實(shí)現(xiàn)支護(hù)結(jié)構(gòu)早閉合。

5 工程質(zhì)量及安全保障體系

5.1 工程質(zhì)量保證措施

1、嚴(yán)格進(jìn)行安全技術(shù)交底制度，加強(qiáng)人員崗位培訓(xùn)；

2、工程施工實(shí)行現(xiàn)場(chǎng)標(biāo)牌管理；

3、組織強(qiáng)有力的測(cè)量人員進(jìn)行測(cè)量控制。嚴(yán)格執(zhí)行復(fù)核制度、交底制度，確保工程測(cè)量萬(wàn)無(wú)一失；

4、加強(qiáng)過(guò)程控制，嚴(yán)格要求工程質(zhì)量，加強(qiáng)施工過(guò)程的試驗(yàn)和檢驗(yàn)；

5、做好施工材料的質(zhì)量控制。

5.2 安全保證措施

隧道施工安全是項(xiàng)目重中之重，為確保安全生產(chǎn)，針對(duì)本隧道特點(diǎn)，制定切實(shí)可行的安全措施。原則“安全第一，綜合治理”。

6 小結(jié)

（1）AC-8 目標(biāo)配合比為粗集料（5～10mm 碎石）：細(xì)集料（0～5mm 機(jī)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(gòu)造深度，當(dāng)濕度保持不變時(shí)，隨著溫度的升高，試件的構(gòu)造深度均值逐漸降低，當(dāng)溫度保持不變時(shí)，隨著濕度的增大，試件的構(gòu)造深度均值逐步變大，但變化幅度較小，濕度變化相對(duì)于溫度變化對(duì)試件的構(gòu)造深度影響較小。

（3）濕熱環(huán)境導(dǎo)致瀝青路面油石比不穩(wěn)定，從而造成瀝青路面構(gòu)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(diào)整最佳油石比、采用高品質(zhì)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(gòu)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(gòu)造深度殘留率達(dá)到規(guī)定要求。

（5）車轍試驗(yàn)時(shí)間影響了試件的構(gòu)造深度殘留率，車轍時(shí)間增大，試件的構(gòu)造深度殘留率減少。車轍試驗(yàn)中應(yīng)確保車轍時(shí)間的一致，避免由于車轍時(shí)間不一致造成試驗(yàn)結(jié)果誤差。