超偏壓碎石土連拱隧道施工關鍵技術

李超杰

(保利長大工程有限公司，廣東 廣州 510410)

0 前 言

連拱隧道因其占地面積少、土地利用率高、線形優美流暢，在用地緊張、地形地貌受限、環保要求高的生態敏感區適用能力強，連拱隧道已成為目前公路隧道中的重要結構形式[1]。但是連拱隧道因雙洞緊鄰、施工步序繁瑣、作業空間狹小等原因，施工過程中左右洞、單洞不同工序相互影響大，受力體系頻繁轉化，圍巖應力和襯砌荷載始終處于動態變化過程中。尤其在超偏壓、自穩成拱能力差的軟弱圍巖隧道施工過程中，若不能有效掌握施工要點，很有可能出現變形甚至坍塌、襯砌破損等安全、質量問題。本文以卓合高速公路捏業隧道為依托，對超偏壓碎石土連拱隧道施工的各種技術措施進行總結。

1 工程概況

捏業隧道位于甘肅省卓尼縣柳林鎮捏業村東北，隧道進口樁號L2K2+353，出口L2K2+585，全長232 m，屬連拱式短隧道。隧道全部是V級圍巖，主要由粉質黏土、碎石土互層組成，洞身圍巖松散、易失穩，隧底圍巖易沉降變形。隧道最大埋深41.38 m，最小埋深5.65 m，開挖跨徑13.08 m，存在淺埋情況；隧道進口右洞右側存在高53.43 m六級邊坡，出口右洞右側存在高41.36 m五級高邊坡，隧道洞身處于超偏壓環境。隧道施工存在位移、沉降大、掉塊甚至坍塌、支護變形開裂等施工風險。

2 關鍵技術

2.1 超前地質預報及監控量測

目前，隧道施工常用的超前地質預報方法主要是在前期地勘的基礎上進行鉆探、物探。為了更直觀地反映前方地質情況，對地質災害產生的可能性及災害程度進行準確預報，常以施工前期長物探及超前水平鉆探預報結果為基礎，利用地質素描、短超前導洞及錨桿鉆孔等方法對隧道地層巖性、地質構造及地下水情況進行“物鉆結合、長短結合”的全過程、多角度的超前地質預報。

按照規范和設計要求進行監控量測，重點進行洞內外觀察、地表沉降和洞身位移和收斂監控量測，當發現地表有裂縫、地表沉降速率>規范要求時，應立即停止施工，通知現場管理人員并向上級領導匯報，同時加密監測頻率。掌握圍巖動態，對圍巖穩定性作出評價，并據此合理調整施工工法、支護參數。

2.2 施工工法

目前連拱隧道施工以“管超前、嚴注漿、短進尺、強支護、早封閉、勤量測”18字方針為原則[2]，主要的工法有中導洞法、三導洞法、單洞全斷面法和雙洞全斷面法。考慮到捏業隧道全部由粉質黏土、碎石土組成，圍巖松散、力學性質差，自穩成拱能力差，采用三導洞法減少開挖跨度，盡早封閉成環，控制開挖進尺在1～2榀鋼拱架間距，控制先后行洞距離在30～40 m內，保證施工安全。捏業隧道出口洞門圖如圖1所示。

1-中導洞超前小導管注漿預支護；2-中導洞開挖及中導洞初期支護(安裝鋼支撐、掛鋼筋網、安裝錨桿、噴射混凝土)；3-澆筑中墻；4-左(右)導洞超前及該范圍主洞的超前小導管注漿預支護；5-左(右)導洞開挖(上下分臺階)及左(右)導洞初期支護(安裝鋼支撐、掛鋼筋網、安裝錨桿、噴射混凝土)；6-左(右)主洞超前小導管(管棚)注漿預支護；7-左(右)主洞上部開挖及左(右)主洞拱部初期支護(安裝鋼支撐、掛鋼筋網、安裝錨桿、噴射混凝土)；8-左(右)主洞先中部后下部開挖；9-左(右)洞仰拱初支(安裝鋼支撐、噴射混凝土)；10-澆筑左(右)洞主洞仰拱襯砌；11-全斷面模注左(右)洞主洞二次襯砌。

2.3 中隔墻處理

中隔墻是連拱隧道特有的結構，也是連拱隧道的主要傳力、承力部位，是維系洞室穩定的樞紐[3]，中隔墻處理效果的好壞直接影響到隧道的安全及質量。捏業隧道采用三導洞法施工，存在先行洞與后行洞初期初支不對稱的情況，中隔墻一側受推加上隧道處于的超偏壓環境，隧底圍巖圍巖軟弱易沉陷，中隔墻受推更加明顯，中隔墻的加固處理尤為重要。在應對捏業隧道中隔墻偏移、沉降問題，主要采用“上下加固，臨時支撐”的技術措施。

1)在中隔墻底部打設注漿小導管，通過水泥注漿固結土體并利用小導管“樁體”提高隧底承載力；同時將中導洞頂部及底部預留錨桿(管)澆筑在中隔墻，使中隔墻與圍巖成為整體，增加其抗推、抗沉陷能力。

2)在中隔墻底部以上2.5 m范圍內，用0.5 m碎石土和0.5 m C15混凝土回填夯實，在中隔墻2.5～4.5 m增設Φ108 mm×6 mm鋼花管作為臨時支撐，防止因受力體系轉換及偏壓環境造成中隔墻偏斜或產生大變形(如圖2所示)。

圖2 中隔墻處理示意圖(單位：cm)

3 輔助措施

3.1 超前支護

1)長管棚。針對捏業隧道洞口淺埋偏壓情況、洞身圍巖情況，洞口段選擇40 m長管棚輔助進洞。長管棚沿開挖輪廓線外揚1°～3°安設并注漿，通過注漿在開挖輪廓線外形成“固結小塊”，無數“固結小塊”相互嵌擠粘結在開挖輪廓線外形成硬殼，起到固結圍巖的作用；其次管棚通過注漿、增設鋼筋籠大大提高了自身抗彎能力，“梁”效應也顯著增加[4]。在軟弱圍巖偏壓洞口段，長管棚防坍抗偏壓效果顯而易見。

2)在粉質黏土、碎石土互層等軟弱圍巖管棚施工過程中，因塌孔、擴孔、偏斜造成的侵限、漏漿等問題也應引起重視，本項目主要通過控制導向管安裝精度、采用跟管法鉆進、控制鉆管軸向、鉆速等措施保證管棚施工質量。

3)超前小導管。與長管棚作用效果類似，主要利用注漿加固形成硬殼層、利用自身剛度抗彎防坍。綜合適用性、可操作性、經濟性，洞內超前支護多采用注漿小導管，在特別松散、易失穩軟弱段落，可采用雙層小導管提高超前支護質量。

3.2 注漿技術

常用的注漿技術主要有超前注漿、徑向注漿、地表注漿[3]。超前注漿在超前支護中已提及，此處不做贅述；地表注漿適用于淺埋段，其目的在于加固圍巖，在洞頂形成硬殼；徑向注漿適用于偏壓隧道，當隧道發生明顯收斂時徑向注漿可以很好地抑制圍巖收斂。

隧道施工過程中，注漿技術的主要控制點有漿液配比、注漿量和注漿壓力，隧道注漿常用水泥凈-水玻璃雙液漿，一般注漿量≥設計注漿量，注漿終壓在0.8～1.0 MPa，具體參數要進行現場注漿試驗，根據漿液擴散度和圍巖加固效果等綜合選定最佳注漿參數。

3.3 反壓支擋

隧道偏壓問題是隧道施工過程中的常見問題也是棘手問題，如若處理不好輕則出現小位移、小裂縫，重則出現洞身推移、坍塌。

鑒于捏業隧道隧道進口右洞右側存在高53.43 m六級邊坡，出口右洞右側存在高41.36 m五級高邊坡，屬超偏壓且進口端有潛在滑塌的風險。所以，在進行偏壓處理時綜合考慮各種技術措施：采用錨索框格梁對邊坡進行錨固加固；高陡邊坡坡腳設置6根22 m長，截面尺寸為3 m×2 m抗滑樁；在偏壓側明洞段設置偏壓擋墻；明洞施工完成后及時填土反壓；及時封閉初支鋼架，嚴格控制開挖步距等施工技術措施。經監控量測數據反饋，捏業隧道位移速率穩定保持在0.2 mm/d，隧道圍巖處于穩定狀態。

4 結束語

超偏壓碎石土連拱隧道施工嚴格遵循“管超前、嚴注漿、短進尺、強支護、早封閉、勤量測”18字原則，做好前期地質勘察，結合工程現場實際地質情況和相關類似工程施工經驗，同時抓住連拱隧道結構特點、薄弱點，強化管理、精細施工，保證了工程的整體質量。

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