淺埋小凈距及大斷面隧道施工方案

（中建交通建設集團有限公司，北京 100040）

1 工程概況

1.1 項目簡介 1.1.1 總體概述

本項目隧道標準段為分離式雙洞單向二車道行駛的長隧道，進口端100 m范圍內為三車道加寬段以及過渡段，左線起止里程為SZK+181.46～SZK2+091.46，右線起止里程SZK+183～SZK2+098，左線長度為1 910 m，右線長度為1 915 m。本隧道進、出口洞門設計分別為端墻式、削竹式結構。進口端兩洞相距14.92 m，隧道開挖洞寬16.22 m，出口端兩洞相距23.5 m。隧道開挖洞寬12.48 m，高9.7 m，全隧道共設4個人行橫通道、3個車行橫通道、3對緊急停車帶。

1.1.2 地形地貌

隧道橫穿大梁山，大梁山地貌屬構造剝蝕脊狀低山地貌，山脈兩側地勢陡峻，山脊高程380～634.7 m，最高峰背斜頂部的大梁山，高程為634.7 m。隧道洞身平面呈直線形，洞軸線走向約250°，隧道頂板最大埋深約207.34 m。隧道進口段至SK0+780呈喇叭形，南北兩側均為山脊，中間為沖溝，出口段為較陡斜坡。

1.1.3 項目周邊情況

隧道洞口左側與既有眾力汽修廠距離約70 m，與南涪公路相距約為170 m，左、右線洞口位于一小溝槽邊的坡地上，地表為第四系坡殘積物。

進口端淺埋及小凈距隧道平面圖如圖1所示。

圖1 進口端淺埋及小凈距隧道平面圖

隧道出口位于大梁山西翼，出洞口位于山脊緩坡上，整體地形起伏較小。山脊左側各發育有小型沖溝，周圍地形空曠，在300 m范圍內均無既有民房。

出口端淺埋隧道平面圖如圖2所示。

圖2 出口端淺埋隧道平面圖（單位：m）

隧道進口淺埋及小凈距段隧道左洞進口、右洞進口縱斷面布置如圖3、圖4所示。

圖3 左洞進口端隧道立面圖（單位：m）

圖4 右洞進口端隧道立面圖（單位：m）

1.2 氣象及水文地質條件

1.2.1 氣象條件

擬建隧址區屬亞熱帶濕潤季風氣候，四季分明、雨量充沛、濕度大。

多年平均降雨量為1 072 mm，5～9月降雨量約占全年雨量的65%，且多為大雨、暴雨，最大日降雨量可達127 mm。濕度：多年平均相對濕度79%左右，最大風速為26.7 m/s。

1.2.2 工程地質

左、右線洞口位于小溝槽內，地表為第四系坡殘積粉質黏土覆蓋，厚度0.5～1.1 m，為粉質黏土夾碎塊石組成；下伏雷口坡組中薄層狀鈣質頁巖、泥灰巖地層，表層巖體風化強烈，強風化層厚2.0～3.0 m。巖層產狀46°∠28°，巖層走向與線路夾角28°，洞口存在仰坡順層。

主要發育有兩組裂隙，一組218°∠55°，裂面平直，微張，無充填，結合差；另一組107°∠84°，裂面較平直，閉合，無充填，結合差。進口處附近為一滑坡，主滑方向與線路走向斜交，目前處于穩定狀態，施工中擾動易產生滑移。斜坡坡角約22°，巖層產狀46°∠28°，巖層傾向與地面坡傾向基本一致，為順向坡，洞口存在仰坡順層，經地面調查，斜坡其他地段未見有變形、開裂現象，現狀穩定。

1.2.3 水文地質條件

（1）本次勘察對隧址區出露的井泉點進行了復查。井泉點主要分布在雷口坡組灰巖、泥灰巖地層中，據調查該段隧道僅1個泉點發育，其余基本處于干枯狀態，但暴雨季節會受地表降水影響較大。（2）隧址區可劃分為碳酸鹽巖巖溶水含水層、砂巖孔隙裂隙含水層。碳酸鹽巖巖溶水含水層：主要由嘉陵江組、雷口坡組灰巖、白云質灰巖、白云巖、巖溶角礫巖等組成，厚度大，屬中等富水性弱透水性巖溶裂隙含水層。在隧址區內出露里程樁號：SZK0+182～SZK1+554（左線），總寬度774 m，占隧道總長的40.8%，為隧址區主要含水層。砂巖孔隙裂隙含水層：主要由須家河組二、四段為中～厚層砂巖及侏羅系地層中的砂巖地層，呈條帶狀布設于陡崖及陡傾的斜坡地帶。不易接受大氣降水補給，富水性中等。砂巖含水層屬中等富水性弱透水性砂巖裂隙含水層。在隧址區內出露里程樁號：SZK0+554～SZK1+830（左線），寬度276 m，占線路總長的14.6%，為隧址區次要含水層。

1.2.4 不良地質

不良地質主要包括洞身涌水、巖溶、巖溶涌水及突泥、斷層、煤層等。

2 施工方案

2.1 技術參數

2.1.1 開挖進尺、支護參數

（1）進口加寬、淺埋、小凈距段采用CRD法分左、右、上、下四部分開挖，其中左、上部開挖每循環進尺為加寬段1榀鋼架間距0.6 m（加寬漸變段0.8 m）；右、下部開挖每循環進尺為加寬段2榀鋼架間距1.2 m（加寬漸變段1.6 m）。（2）進口淺埋段采用臺階法分上下兩部開挖，上部開挖每循環進尺為1榀鋼架間距1 m；下部開挖每循環進尺為2榀鋼架間距2 m。

2.1.2 隧道通風參數

隧道進尺接近100 m開始設置通風換氣裝置，采用軸流式通風機進行壓入式送風，風機為20 kW，供風量為2 232～4 632 m3/min，可滿足通風要求。風管直徑120 cm，風機安裝在距離洞口30 m處，采用型鋼支架進行架空設置，設置獨立的開關箱控制，設置在靠近隧道右上方，每隔5 m左右設置吊鉤懸掛風帶，風口距掌子面距離不超過15 m。

2.1.3 高壓送風、水管參數

（1）隧道進出口各設置4臺26 m3壓縮空壓機，用于隧道開挖氣動設備的高壓送風，主風管采用150 mm×6 mm無縫鋼管，通過法蘭盤加膠墊進行接長，節長約6 m。掌子面處設置分支風管，采用軟管接至氣動工具。（2）高壓水管主管從隧道頂上的高位水池接出，主水管采用108 mm×5 mm無縫水管，通過法蘭盤加膠墊進行接長，節長6 m左右。

高壓風、水管設置在隧道外側底部，高于仰拱填充面60～80 cm，與通風管同側[1]。管線布置如圖5所示。

圖5 管線布置示意圖（單位：mm）

2.2 施工工藝流程

（1）洞口施工工藝流程如圖6所示。

圖6 洞口施工工藝流程圖

（2）CRD法施工工藝流程如圖7所示。

圖7 CRD法施工工藝流程圖

3 施工方法

3.1 淺埋段隧道施工

進出口淺埋段圍巖級別為Ⅴ級圍巖，進口段頂部覆蓋層巖體破碎，成洞條件較差，易產生洞頂坍塌，開挖進程中及時對軟弱巖體進行初期支護開挖過程加強圍巖變形控制。根據超前探測圍巖狀況確定采用適宜的開挖方法，適度調整開挖進尺，后續仰拱及時跟進，二次襯砌在規范允許距離內跟進，使襯砌及時成環、形成封閉結構，保證隧道穩定、施工安全。

對隧道開挖掌子面前方的局部破碎地段采用提前預注漿方法加固圍巖，提高掌子面圍巖自穩能力。施工過程中必須全階段控制，適時同步開展監控量測工作，及時向項目技術部門上報監控量測結果，經分析整理，及時合理調整設計支護參數和開挖及支護施工方法。

在隧道洞口淺埋段，須按照“先支護頂、后開挖”的原則開展施工，在進出洞門采用打設超長大管棚超前固頂，管棚預注漿加固洞頂圍巖，施工時嚴格執行“管超前、嚴注漿、短開挖、強支護、快封閉、勤測量”的施工管理理念。

（1）淺埋段洞口加固段：洞口段上方覆蓋層預支護主要采用長大管棚超前注漿預加固。洞內采用超前小導管和徑向中空錨桿注漿相結合的加固手段，洞口拱頂上方超前大管棚采用Φ108 mm×6 mm鋼花管，按照設計圖紙長度一次性打入左洞49 m（右洞50 m），形成穩定殼罩情況下，再安全進洞。

（2）洞內超前支護段：除洞門管棚段的Ⅴ級圍巖采用I20a型鋼拱架支撐外，徑向打設超前小導管（長5 m），并注漿，確保施工安全，防止塌方。

（3）短進尺開挖：采用中隔壁（CRD）法開挖，開挖進尺控制在一榀工字鋼間距0.6 m（加寬漸變段0.8 m）。

（4）強化初支：初支采用型鋼拱架、拱墻范圍打設徑向中空注漿錨桿、再掛鋼筋網片、噴射混凝土聯合支護，防止開挖過程圍巖坍塌。

（5）加固掌子面：在圍巖軟弱時可采用噴射混凝土封閉掌子面，加強掌子面穩定性。

（6）早成環，快襯砌：拱頂及墻身初支形成后，及時施作仰拱，使初期支護盡早成環閉合，并適時跟進二次襯砌施工。

（7）監測：加強洞口上方地表沉降監控量測，設兩個或兩個以上監測斷面，如有異情，快速處理[1]。

3.2 進口段小凈距隧道施工

結合本隧道地形地貌及地質條件，施工時選取進口右洞為先行洞，左洞為后行洞。先行洞、后行洞隧道Ⅴ級圍加寬段均采用設計要求的CRD法開挖。

（1）小凈距隧道先行洞與后行洞掌子面縱向距離控制在25～50 m，并大于2倍隧道開挖寬度，降低小凈距隧道開挖爆破震動造成的相互影響，避免中巖墻受到多次擾動。

（2）在開挖掌子面前、后15 m范圍內，加強監控量測，在掌子面前、后30 m范圍內，注意監控量測，超過此距離，監控量測頻率為正常位置的2倍。

（3）小凈距隧道施工中，初期支護及時跟進并封閉，適時二次襯砌及時澆筑[2]。

3.3 進口段三車道隧道施工

由于進口段100 m范圍內為加寬段（三車道），均處在洞口淺埋段，頂部為崩塌形成的軟土，覆蓋層厚度較大，巖體破碎，易產生洞頂坍塌，開挖過程中應及時對軟弱巖體進行支護。

（1）按設計的CRD法開挖，每斷面按四分部進行開挖，左上導開挖每循環進尺一榀，及時進行錨、網、噴施工及臨時支撐。

（2）在經過管棚結束段落及時進行超前支護后方可進行開挖。

（3）左上導坑與左下導坑距離5～15 m，施工過程中嚴格按設計要求的安全步距進行控制。

（4）初支及時封閉成環，仰拱距離掌子面的距離嚴格控制在40 m范圍內，二次襯砌及時施工，嚴格控制在70 m左右，形成襯砌封閉結構，保證隧道內施工作業安全。

（5）施工過程須同步開展監控量測工作，及時向技術部或總工辦上報監控量測結果，經分析整理合理調整設計支護參數和開挖及支護施工方法[1]。

3.4 洞身開挖施工

本隧道進口淺埋隧道Ⅴ級圍巖加寬段（三車道）及過渡段采用CRD法開挖方法，出口淺埋隧道Ⅴ級圍巖采用CD法。

CRD法即沿隧道兩側對稱設置兩處導坑，每處導坑分上下兩部分進行開挖、臨時支護，并進行臨時中隔支撐及水平支撐，再施工仰拱，澆筑填充混凝土、二襯拱墻混凝土。

（1）左上半斷面開挖；

（2）左上半斷面支護及臨時支護；

（3）左下半斷面開挖；

（4）左下半斷面支護及臨時支護；

（5）右上半斷面開挖；

（6）右上半斷面支護；

（7）右下半斷面開挖；

（8）右下半斷面支護及臨時支護；

（9）仰拱及仰拱填充混凝土澆筑；

（10）拱、墻二襯澆筑。

CRD法施工方案的橫斷圖如圖8所示，施工工序如圖9所示。

圖8 CRD法施工方案橫斷圖示意圖

圖9 CRD法施工工序示意圖

4 超前預報措施

為確保本隧道施工安全，開挖施工各階段過程中，嚴格按照《公路隧道施工技術規范》（JTG F60—2009）、《公路隧道施工技術細則》（JTG/T F60—2009）要求執行。

開挖前制定超前預報專項方案，并經審批后實施，采用綜合物探+超前鉆探的多種地質預報方法相結合，對掌子面前方及左右洞身采用地震波法+地質雷達+紅外線探測等手段結合進行超前地質預報，對洞內底板下方采用地質雷達+紅外線探測等手段結合進行超前地質預報，為后續采取正確的開挖及支護方式提供理論支撐。

本項目較好地執行了超前預報制度，預報時采取多種超前探測方法相結合，為開挖支護安全可靠推進提供了切實保障[3]。

5 監控量測

5.1 監控量測目的

為動態掌握隧道圍巖穩定狀況、初支應力、應變情況，嚴格執行第三方單位監控量測制度，為指導下階段施工、設計修正初期支護參數、二次襯砌形式提供科學的信息依據。

5.2 監控量測工作內容

嚴格按公路隧道施工技術規范及技術細則要求開展監控量測項目，拱頂下沉、凈空變化、隧道淺埋段地表沉降等監控量測，并對洞內、外定期進行巡檢、拍照觀察。鋼支撐、錨桿應力監測，必要時再進行二次襯砌應力及裂縫的觀測。

5.2.1 監測點布設

淺埋隧道在實施洞內圍巖開挖前，嚴格按監測方案布置各觀測點，首先在洞頂地表合適位置布設沉降觀測點，再隨著隧道開挖進程的展開，在隧道內及時布設沉降測點，并與地表布設的觀測點的斷面、洞內外監測斷面對應在同一里程樁號。地表沉降測點布設根據隧道埋深與開挖寬度相應進行監測點的布置，隧道埋深H0、隧道最大開挖寬度B，頂地表觀測點橫距布置關系如表1所示。

表1 隧道頂地表沉降觀測點縱向間距 單位：m

隧道軸線上方監測點可適當加密，隧道軸線上方監測范圍≥H0+B，當洞頂上方無法避開既有建（構）筑物時，適度加大監測寬度范圍。監測點位布設如圖10所示。

圖10 地表沉降橫向測點布置示意圖

隧道上方拱頂下沉和洞身凈空變化監測點布置在洞內同斷面，拱頂下沉觀測點設置在拱頂中線上方附近，若施工隧道寬度較大，拱頂上方必須布設三個觀測點。

必測項目監測斷面間距如表2所示。

表2 必測項目監測斷面間距

5.2.2 監測頻率

必測項目的監測頻率根據監測斷面距開挖面距離及位移速度如表3、表4所示。

表3 距開挖面距離確定的監測頻次

表4 位移速度確定的監測頻次

若施工發生異常情況或遇到不良地質，應增加監測頻率。由位移速度決定監測頻率、由距開挖面的距離決定監測頻率，兩者原則上均采用較高的監測頻率值。

5.3 監控量測方法

（1）洞身收斂測設：采用收斂計測量隧道凈空收斂，測點與型鋼拱架采用焊接或預埋方式。

（2）拱頂下頂量測設：采用全站儀進行拱頂下沉量測，一般采用在隧道拱頂軸線附近通過焊接預埋反射片，形成觀測點，利用隧道外測量基準點進行聯測。

（3）地表沉降量測設：采用精密水準儀、銦鋼水準尺進行地表沉降監測。基點不得設置在地表沉降影響范圍內。在地表鉆孔埋設測點，用M7.5水泥砂漿或C20細石混凝土固定測點四周。當不便采用水準測量時，采用全站儀量測。

（4）爆破振動波測設：采用振動速度傳感器和相應的數據采集設備監測爆破振動速度。傳感器固定在洞身側面預埋件上，通過爆破振動儀自動采集振動速度數據，分析振動波形和振動衰減規律，為后續改進施工提供科學依據。

（5）洞內孔隙水壓力測設：采用孔隙水壓計進行孔隙水壓監測，水壓計埋入帶刻槽的測點位置，水壓計必須直接與水接觸。通過采集各測點讀數，換算得出孔隙水壓力值。

（6）洞內滲水量測設：采用三角堰、流量計進行滲漏水量監測，為采取合適的引排水提供翔實的數據。

5.4 量測數據分析應用

每次觀測的原始數據必須及時復核、計算、整理、繪制成各種圖表，及時錄入監測管理系統，并上報項目技術負責人進行分析，以便發出相應工作指令。監控量測信息反饋方法采用經驗類比法或理論分析法。本工程以經驗類比法為主，綜合應用以上兩類方法，確保施工安全順利完成[4]。

6 結語

由于該隧道在本地區具有典型的區域特征，本次隧道的順利實施可為本地區后續同類型隧道建設提供參考。