高速公路雙向八車道隧道施工技術(shù)及控制要點

鄭濱斌

（福建省交通建設(shè)工程監(jiān)理咨詢有限公司,福建 福州 350000)

0 引言

隧道工程施工作業(yè)過程中極易遭遇山體坍塌、泥石流等一系列自然災(zāi)害。為了確保高速公路隧道施工的質(zhì)量及安全，則需全面掌握隧道施工技術(shù)，本文以翔安機(jī)場高速公路工程為例，分析高速公路隧道施工技術(shù)及質(zhì)量控制要點。

翔安機(jī)場高速公路（沈海高速—翔安南路）工程C1 標(biāo)段，全長約4.15km，雙向八車道，路基寬度41.0m，設(shè)計速度100km/h。本隧道周邊環(huán)境復(fù)雜，臨近隧道洞口有村莊、準(zhǔn)提寺、水庫及220KV 高壓電塔等民生設(shè)施，它們距離本隧道洞口比較近，尤其是K2+230 及K2+300 附近上空距離高壓線僅有50m。在施爆過程中的爆破震動波極容易影響到這些設(shè)施，必須對其進(jìn)行震動測量監(jiān)控。

1 隧道施工技術(shù)分析

1.1 隧道洞身開挖技術(shù)

本隧道屬于特大跨度隧道（B≥18m），Ⅴ級圍巖（含洞口段）設(shè)計要求采用雙側(cè)壁導(dǎo)坑法開挖，雙側(cè)壁導(dǎo)坑開挖工作面應(yīng)近于橢圓形斷面，導(dǎo)坑跨度宜為整個隧道跨度的1/3。側(cè)壁導(dǎo)坑采用上下臺階開挖，兩側(cè)壁之間的主洞主體采用三臺階法開挖，每次開挖循壞進(jìn)尺均控制在60cm 內(nèi)；左右導(dǎo)坑超前開挖，超前主洞中間土體的距離不小于30m，左右導(dǎo)坑開挖工作面的縱向距離不小于15m。下臺階應(yīng)在上臺階噴射砼強度達(dá)到設(shè)計強度的70%后開挖，且應(yīng)注意控制上下臺階交界處支護(hù)的變形及下沉[1]。

1.2 洞身開挖鉆爆設(shè)計

隧道施工運用光面爆破的方式，避免超前開挖，防止開挖不到位，盡可能降低對圍巖的不良影響，提升開挖品質(zhì)，保證施工安全。項目地質(zhì)情況會在一定程度上影響光面爆破的成效，在隧道建設(shè)期間，深入探究項目地質(zhì)狀況，科學(xué)設(shè)定爆破參數(shù)，且依據(jù)真實狀況，持續(xù)進(jìn)行優(yōu)化。光爆藥卷有水區(qū)域使用型號為Φ25mm 光爆專用藥卷。需要注意的是，掏槽布設(shè)主要采用直眼掏槽方式。單位炸藥耗費數(shù)量的設(shè)定以炮眼運率、減小大塊概率、利用機(jī)器裝卸為準(zhǔn)則。使用非電導(dǎo)爆管起爆，通暢起爆時間要間隔50～75ms。

1.3 隧道襯砌防水技術(shù)

對于防水措施，隧道暗洞段在第二層初期支護(hù)和三次襯砌間敷設(shè)1.5mm 厚EVA 防水卷材和400g/m2無紡布（布設(shè)于靠圍巖一側(cè)）作為第二道防水措施，防水板敷設(shè)范圍為隧道拱頂至邊墻下部排水管。另外隧道Ⅴ級圍巖段三次襯砌混凝土的抗?jié)B等級為P8，作為隧道防水最后一道防線，必須滿足規(guī)定的強度、密實性、耐久性、防裂抗?jié)B要求，且具有較好的和易性。在第二層初期支護(hù)和三次襯砌（Ⅴ級圍巖段）間設(shè)置環(huán)向Φ50mm 彈簧軟式透水管（按10m 一道計量）將水引至縱向Φ100mmHDPE 雙壁打孔波紋管內(nèi)（位于設(shè)計標(biāo)高以下50/80cm處），隧道邊墻底部采用橫向Φ100PVC 管將水引排至兩側(cè)排水暗溝后排出洞外。

2 高速公路隧道施工控制關(guān)鍵點分析

2.1 中隔壁臨時支護(hù)拆除

雙側(cè)壁導(dǎo)坑法各部挖掘支護(hù)完成后，初期支護(hù)形成環(huán)狀，初期支護(hù)機(jī)制能夠承載圍巖的所有壓力。這種情況下臨時鋼架、臨時搭設(shè)的仰拱便能夠卸除了。為保證安全，洞口段中臨時支撐鋼架、臨時仰拱的拆卸通常在隧道仰拱填充作業(yè)完成后開展。仰拱填充完畢之后，測量拱頂沉降程度，觀察封閉之后隧道初期支護(hù)機(jī)制形狀改變狀況，確定形狀改變幅度在允許范圍，才能夠?qū)⑴R時鋼架拆下[2]。

2.2 步距步序控制

前垵隧道單洞四車道屬于大跨度隧道，施工開挖斷面大，嚴(yán)重影響隧道所在的眠虎山山體自穩(wěn)性，為保證施工的安全性，開挖前對隧道前方進(jìn)行地質(zhì)探測，根據(jù)超前地質(zhì)預(yù)報信息及時調(diào)整施工工法及支護(hù)參數(shù)，已施工的段落，監(jiān)控量測及時跟蹤測量，監(jiān)測圍巖收斂及拱頂、隧道沉降，若超出正常值，應(yīng)及時調(diào)整支護(hù)參數(shù)，采相取對應(yīng)措施。開挖過程中應(yīng)嚴(yán)格控制工序，步序、步距嚴(yán)格把控，應(yīng)滿足以下要求：

2.2.1 開挖步距要求

（1）上臺階每循環(huán)掘進(jìn)支護(hù)進(jìn)尺五級圍巖應(yīng)≤1 榀鋼架間距，三級、四級圍巖應(yīng)≤2 榀鋼筋間距。

（2）邊墻每循環(huán)掘進(jìn)支護(hù)進(jìn)尺應(yīng)≤2 榀。

（3）仰拱掘進(jìn)前一定要進(jìn)行鋼架鎖腳錨桿施工，每循環(huán)掘進(jìn)尺應(yīng)≤3m。

（4）隧道掘進(jìn)后初期支護(hù)應(yīng)當(dāng)?shù)谝粫r間進(jìn)行且保證封閉成環(huán)。

（5）隧道上臺階掘進(jìn)長度應(yīng)當(dāng)是開挖直徑的150%；

2.2.2 隧道拱底沉降與凈空變動的量測斷面間隔距離

三級圍巖間距在30～50m 之間、四級圍巖間距應(yīng)當(dāng)＜10m、五級圍巖間距應(yīng)當(dāng)＜5m。

2.2.3 隧道安全步距

（1）仰拱距掌子面：Ⅲ級圍巖不得＞90m，IV 級圍巖不得＞50m，V級圍巖不得＞40m。

（2）二襯距掌子面：IV 級圍巖不得＞90m，V 級圍巖不得＞70m。

2.3 動態(tài)調(diào)整預(yù)留變形量

前垵隧道洞口段開挖采用雙側(cè)壁導(dǎo)坑法，根據(jù)圖紙設(shè)計要求針對不同的巖層情況設(shè)置不同的預(yù)留變形量，數(shù)據(jù)見表1。

表1 預(yù)留變形量統(tǒng)計表

隧道開挖前，監(jiān)控量測與超前地質(zhì)先行，根據(jù)監(jiān)控量測的數(shù)據(jù)及時調(diào)整施工參數(shù)與施工工藝，保證隧道施工安全可靠性。

當(dāng)開挖經(jīng)過不同圍巖時，及時布置洞內(nèi)圍巖監(jiān)測點，雙側(cè)壁導(dǎo)坑法洞內(nèi)10 個點，分別為A、A’、B、B’、C、C’、E、E’、F、拱底隆起測點。其中A 和A’、B 和B’、E’和F、E 和F 為收斂測線，如圖1 所示。

圖1 雙側(cè)壁導(dǎo)坑法監(jiān)控量測布置圖

根據(jù)監(jiān)控量測數(shù)據(jù)，查看拱頂下沉值和兩側(cè)收斂值是否符合規(guī)范要求，在洞口段開挖預(yù)留變形量為20cm，對比實測拱頂下沉值是否超過20cm，分以下兩種情況：（1）實測拱頂下沉＞20cm，會造成三襯侵占隧道內(nèi)建筑界限，應(yīng)當(dāng)立即通知設(shè)計、監(jiān)理、業(yè)主、監(jiān)控量測單位，進(jìn)行現(xiàn)場會同查看變更設(shè)計，調(diào)整預(yù)留變形量；（2）實測拱頂下沉＜20cm，經(jīng)過五組以上數(shù)據(jù)進(jìn)行對比，實測拱頂下沉數(shù)據(jù)取平均值，將實測平均值作為調(diào)整預(yù)留變形量參考值，在開挖鉆爆時及時調(diào)整開挖半徑，減小開挖斷面，節(jié)約初噴濕噴料，達(dá)到優(yōu)化隧道經(jīng)濟(jì)性的目的[3]。

隧道施工時，超前地質(zhì)先行，監(jiān)控量測緊跟開挖面，針對不同圍巖情況，及時調(diào)整監(jiān)測布置方式，認(rèn)真獲取圍巖變化數(shù)據(jù)，通過分析計算，及時調(diào)整預(yù)留變形量，隧道洞內(nèi)施工形成動態(tài)調(diào)整預(yù)留變形量機(jī)制。

3 隧道施工技術(shù)方案

根據(jù)現(xiàn)場實地考察，結(jié)合現(xiàn)場地形情況，隧道開挖從出口端雙洞單向掘進(jìn)，軟弱圍巖采用人工配合機(jī)械開挖；中硬圍巖采用鉆爆施工，光面爆破、微震爆破、預(yù)裂爆破等控制爆破技術(shù)。隧道出碴采用機(jī)械化無軌運輸；采用濕噴混凝土技術(shù)；防水板鋪設(shè)采用無釘敷設(shè)方法；仰拱及鋪底超前施作，襯砌采用整體式液壓鋼模襯砌臺車施工，混凝土采用商混拌合站集中預(yù)制，混凝土運輸車運輸，泵送混凝土[4]。

（1）洞口明洞段，依據(jù)地質(zhì)狀況、地形狀況使用明挖形式，暗洞都依照奧法實行，核心工序是運用機(jī)械化施工，施工期間所產(chǎn)生的廢渣使用無軌運送模式。

（2）隧道施工：在四級、五級圍巖施工掘進(jìn)過程中應(yīng)當(dāng)高度重視增強超前支護(hù)，第一時間進(jìn)行初期支護(hù)。具體而言，先行洞和后行洞掌子面間隔距離不可比開挖洞徑的兩倍小；二次襯砌和掌子面的間距：四級圍巖應(yīng)當(dāng)在90m 以下、五級圍巖應(yīng)當(dāng)在70m 以下。

（3）Ⅴ級圍巖段，仰拱距掌子面的距離不得＞40m；Ⅳ級圍巖段，二次襯砌距掌子面的距離不得＞50m；Ⅳ級圍巖段二次襯砌距掌子面的距離不得＞90m。

（4）隧道開挖遵循“強支護(hù)、短進(jìn)尺、弱爆破、快封閉、勤量測”的原則，開挖采用光面爆破及預(yù)裂爆破，分部開挖時采用預(yù)留光面層光面爆破，最大能力保護(hù)周邊巖體的完整性，同時減少超挖量，改善初期支護(hù)結(jié)構(gòu)受力性能。

（5）因為隧道項目水文、地質(zhì)和架構(gòu)比較繁雜，在施工期間所有環(huán)節(jié)采用超前地質(zhì)預(yù)報方式，使用動態(tài)作業(yè)方式。超前地質(zhì)預(yù)報措施具體包括超前水平鉆孔、地質(zhì)雷達(dá)TSP、地震反射、水平導(dǎo)坑等。

（6）對于隧道洞身位于斷裂帶、淺埋段落，施工中加強監(jiān)控量測，及時反饋施工，并確定安全合理的可靠措施，確保施工安全[5]。

（7）三次襯砌主筋為HRB400Φ25 鋼筋，分布筋為HRB400Φ12鋼筋，間距12.5cm（環(huán)）×25cm（縱），C35 防水鋼筋混凝土70cm。導(dǎo)洞支護(hù)采用Φ22 超前藥卷錨桿，L-4m/根，每環(huán)14 根；I20a 工字鋼架，間距50cm；Φ42 鎖腳導(dǎo)管4m/根，每環(huán)4 根；Φ22 連接鋼筋環(huán)向間距1m；鋪掛6.5 鋼筋網(wǎng)片，規(guī)格20×20cm，噴射C25 混凝土22cm。

（8）三襯采用防水混凝土，移動式液壓模板臺車和泵送整體澆筑；仰拱按設(shè)計圖紙及規(guī)范要求施工，且盡快形成閉環(huán)；洞身拱部、邊墻、仰拱超挖部分采用與三襯同標(biāo)號混凝土回填。

4 隧道施工注意事項

施工過程中需關(guān)注的問題：第一，深入掌握施工完成后初期支護(hù)區(qū)域圍巖的狀況，尤其是應(yīng)當(dāng)關(guān)注圍巖形狀改變狀況，認(rèn)真測量，便于之后在施工期間留出恰當(dāng)?shù)淖冃瘟浚坏诙┕み^程中增強監(jiān)測，依據(jù)真實的監(jiān)測信息設(shè)定科學(xué)的預(yù)留變形量，保證作業(yè)活動平穩(wěn)進(jìn)行；第三，增強地質(zhì)預(yù)先報告，事先確定科學(xué)的施工計劃；第四，增強施工過程中的測量監(jiān)控與質(zhì)量管控，防止人為因素導(dǎo)致侵限的出現(xiàn)。施工計劃遵照“短進(jìn)尺、勤測量、弱爆破、管超前、早封閉、預(yù)注漿、強支護(hù)”的準(zhǔn)則。

5 結(jié)束語

綜上所述，隧道工程施工具有技術(shù)要求高、安全標(biāo)準(zhǔn)高、流程繁瑣等特點，極易受到各種因素影響，產(chǎn)生一定的風(fēng)險性。所以，合理調(diào)控施工技術(shù)，提高工程整體質(zhì)量及效率，確保工程能夠順利運作。