淺埋偏壓復雜地質隧道貫通施工技術

羅憲

(中交四航局江門航通船業有限公司，廣東 江門 529000)

1 工程概述

瞿溪1#隧道屬于甌海大道三期(瞿溪環島至澤雅大道)工程，設計為公路分離式隧道，雙向六車道，設計速度60km/h。隧道分左、右主洞和供人員和非機動車通行的輔洞，主洞凈寬13.25m，輔洞凈寬6.5m。鑒于隧道類型的特點，隧道主洞和輔洞都是采用了能夠抵御山體縱向推力的洞門，而且在主洞中還有專門的可供行人穿越的洞口。

隧道左線和右線分別長為571.0m、529.0m，最大埋深分別是89.2m、85.5m，最小埋深分別是3.9m、12m。隧道輔洞長545.0m，最大埋深89.9m，最小埋深7m。

輔洞隧道與左洞隧道洞口段凈距最小，進口段凈距16.2m，出口段凈距12.17m，中間最大凈距24.2m；談及凈距最小的地方，當屬隧道左線與右線隧道洞口段，其數值分別是進口段凈距18.7m，出口段凈距12.17m，中間最大凈距23.9m。

1.1 工程地質條件

瞿溪1 號隧道進洞口段位于低山剝蝕殘丘東側，自然坡度約15～25°，表部植被發育。右洞進口右側位置存在一定的淺埋偏壓，洞頂上部覆蓋土層為含黏性土角礫且最小覆蓋層厚度約為0.7m,覆土深度極薄。這一工程地質條件極為特殊，主要是位于風力腐蝕極強的地帶：主要為含黏性土角礫及強風化凝灰巖,局部地段中風化基巖直接出露。

1.2 施工情況

瞿溪1 號隧道主洞、輔洞均采用出口端掘進，右洞進口端已完成邊仰坡刷坡、噴錨防護，已完成導向墻設置，已完成管棚鉆孔作業，截水溝完成，目前正準備進行管棚注漿施工。左洞進口端的進程相對比較快，主要是進行導向墻的設置工作，通過刷坡行動以及防護行動，對墻體進行加固，已完成截水溝，目前正進行管棚鉆孔作業，暫未注漿。輔洞洞口工程暫未施工，待主洞進口端工程完成后即進行輔洞進口邊仰坡、導向墻、管棚的施工。

2 貫通方法

隧道施工要遵循既定的規范和要求，由于隧道工程需要涉及到兩大工程同時開發，所以要嚴格按照要求執行，需要對兩端的工程進行指揮，同時為了穩定地面，不允許有同時的引爆行為發生。土質和軟巖隧道，兩開挖工作面距離達到3.5 隧道跨度時改為單向開挖；圍巖條件較好地段，兩開挖面間距達到2.5 倍隧道跨度時應改為單向開挖。本項目主洞3.5 倍隧道跨度=3.5*16=56m；輔洞3.5 倍隧道跨度=3.5*9=31.5m。在隧道出口段施工過程中，根據掘進深度、圍巖級別，可以適當優化隧道貫通位置。

貫通順序：先瞿溪1 號隧道右洞、再左洞(待右洞YK0+630～YK0+660 段二襯施工完成后施工)、再進行輔洞的貫通，采用傳統的洞內貫通方式，更加保險和穩固。

2.1 總體施工工藝流程

洞頂截水溝施工→邊仰坡噴錨→洞口管棚安裝及注漿→暗洞施工→仰拱跟進后等待洞內貫通。

2.2 邊仰坡噴錨

遵循施工工藝流程，施工隊伍逐步完成水溝的建設、邊仰坡的開發以及相關的防護工作。支護參數為：洞口邊坡開挖坡率1:0.75；洞口仰坡開挖坡率1:1.5。采用20×20cm 的φ8 鋼筋材質的網絡，采用噴灌法澆灌10cm 厚的C25 混凝土材料。

補強措施：采用φ42*4mm 注漿小導管進行增強，長度3.5m/根，間距1.2*1.2m 梅花形布置。

2.3 洞口管棚施工

瞿溪1 號隧道進口主洞套拱已施工完成。為了保證主洞的質量，使主洞的導向墻厚均為0.7m，長均為2m。導向管兩端封堵，以防進漿,導向墻采用C30 混凝土進行澆筑。

瞿溪1#隧道進口端主洞洞口已施工完成，大管棚采用φ108mm，壁厚6mm 的熱軋無縫鋼管，環向間距40cm，單根長度40m，共43 根。輔洞管棚采用φ108mm，壁厚6mm 的熱軋無縫鋼管，環向間距40cm，單根長度40m，共24 根，見圖1-2。

圖1 隧道導向墻立面圖

圖2 隧道導向墻縱斷面圖

2.4 偏壓擋墻設置

右洞進口存在淺埋偏壓，為平衡土壓力，考慮在明暗交接位置至截水溝位置設置偏壓式擋墻，墻內回填土體并注漿固結，擋墻設置位置YK0+630～YK0+638,總長度8m，采用C25 混凝土澆筑, 擋墻基礎采用間距1.0m 長7.0m 的Φ108 鋼管柱加固。

YK0+630～YK0+638 基坑坡面防護采用錨桿+鋼筋網+10cm 噴射混凝土的防護形式。

右洞按要求施工完成擋墻并反壓回填級配碎石、注漿加固處理后方可進行進口端進洞作業，見圖3。

圖3 增加偏壓擋墻及墻內填土示意圖

2.5 暗洞開挖工法

的鋼架需要設置相應的鎖腳錨管，并給予注漿處理，以此來使鋼拱架的穩定性得到保障。(5)在施工中，如若需要調整先行開挖導坑孔徑、臺階高度時，需要查看洞身主體鋼拱架與側壁導坑臨時鋼架之間的連接情況，確保連接穩固。側壁導坑具有一定的便捷性、穩定性，在橫向鋼支撐時，可以結合實際的監測數據調整相應的位置。(6)對于鋼架之間縱向連接的鋼筋而言，應確保其焊接的穩固性。(7)在洞身主體結構初期支護施工結束后，可以拆除施工中設置的臨時鋼架，在拆除之后，需要同步開展二襯施工作業。(8)施工中，按隧道監控量測專項施工方案和設計圖紙要求進行監控量測，及時向技術負責人反饋結果，并了解洞身結構是否存在問題，在確保結構穩固的基礎上可以結合實際施工情況將支護參數進行適當的調整。(9)輔洞斷面較小，出渣采用挖掘機裝渣，自卸汽車進洞出渣，直接運往指定的填筑路段或棄渣場棄置，對于棄渣場而言，應該設置一定的排水、擋護措施，這樣可以在施工中保護生態環境。

2.5.3 支護參數

根據相關設計圖紙，瞿溪1#隧道貫通區間范圍內時設計支護參數如下：

進口端左線ZK0+605～665 及右線YK0+630～690 段60m采用SX-Ⅴa 型復合型襯砌，按照設計圖開展施工作業，并應用CD 法進行開挖作業，可以應用I22b 鋼架，鋼架縱向間距需要控制在0.5m/榀，拱部采用φ42 超前小導管超前支護，環向間距控制在0.4m，并每2m 設一環，每環應用共計43根，長度是4m。

出口端左線ZK0+665～685 及YK0+690～730 段采用SX-Ⅴa 型復合型襯砌，按圖施做，采用的施工方法、應用的鋼架以及鋼架縱向間距等與進口端左線ZK0+605～665 及右線YK0+630～690 段60m 的施工相同。

輔洞貫通段RK0+090～250 段采用SF-Ⅴa 型復合型襯砌，按圖施做，環形預留核心土法開挖，采用I16 鋼架，鋼架縱向間距0.6m/榀，Φ42*4 鋼管，采用24 根，每根3.5m，縱向排距要控制在1.8m，環向間距控制在40cm。

2.5.1 貫通安排

在隧道對向開挖的過程中，當兩面工作的距離有4 倍隧道跨度時，施工人員需要加強指揮，并做好施工中的溝通工作；兩工作面不得同時起爆。土質和軟弱破碎圍巖，兩開挖面間距離達到3.5 倍隧道跨度時，應改為單向開挖；當施工區域的圍巖條件較好，并且兩面開挖工作的距離有2.5 倍隧道跨度時，需要轉變為單向開挖的方式。

ZK0+665、YK0+690、RK0+150 段為左、右及輔洞貫通里程，出口掘進至此里程時暫停掌子面掘進施工，及時施作貫通區間內超前支護及掌子面開裂變形段加固，剩余65m 掘進區間統一由進口單端掘進直到隧道貫通。

隧道采用洞內貫通，隧道進口工區采用機械進行開挖作業。

2.5.2 洞身開挖要求

(1)在環形開挖的過程中，進尺需要控制在0.5～1.0m 之間,在下臺階開挖時，進尺應控制在2 榀拱架間距。在預留中間核心土時，其面積應該在全斷面面積的50%以上；核心土長度為≥3m，頂面寬度≥4m，底部寬度≥10m，高度≥4.5m，核心土開挖沒循環進尺與上臺階循環進尺相一致。(2)在中隔壁臨時支護工作中，需要應用加勁拱架給予必要的支持，此時可以應用I18 工字鋼，拱架縱向間距應達到50cm，并應用Φ22 鋼筋作為連接的有效抓手，而鋼筋的環向間距應控制在100cm，針對側壁導坑，可以應用初期支護工字鋼、臨時工字鋼等開展焊接工作。在開挖工作中，遇到IV 部位巖土體時，應及時拆除相應的支護錨桿，但需保留部分內容，如噴射混凝土、型鋼拱架，這些需要在后期的施工中進行逐段拆除。(3)在施工時，需要做好監控量測工作，并依據量測結果開展后續的施工。(4)在施工中，當工序內容發生變化時，該位置

2.5.4 輔助施工措施

(1)洞內抽排水。出口段屬反坡段，停止開挖后，若出口段掌子面積水，應安排專人采用水泵將洞內積水抽排至洞外沉淀池內。(2)逃生管道部置。開挖過程中，洞內應設置逃生管道，由洞口接至掌子面20m 以內。鋼管是逃生通道的主要材料組成，對于鋼管的尺寸也是有一定的要求的，一般來說是所用管材直徑應不小于80cm，管節長度5～6m，壁厚不小于10mm。(3)進口段三管二路布置。進口段開挖進尺僅60m，不設置通風管和排水管。進口段采用非爆破法開挖，不需設置高壓風水管。施工用電由變壓器通過電箱接至隧道口即可。若采用鉆眼的輔助開挖措施，采用租用空壓機配合的方式。(4)封閉施工管理。根據現場實際施工條件，隧道進口工區與白門垟終點形成整體圍蔽。

2.5.5 貫通誤差測量和調整

導線測量是一種比較常見的測量方法，選擇好臨時測量點之后，發揮導線的作用，對測量點的相關數據進行測量。計算出在該里程處法向及里程方向上的投影值，得到洞內縱向及橫向的貫通誤差。隧道設計要遵循建筑物限界的要求，誤差的存在是不可避免的，但是如果誤差控制在合理的范圍內將對整個隧道工程產生無關緊要的影響，如果誤差超出合理的范圍，將要及時的對線路進行調整，使其滿足建筑物限界的要求，見表1。

表1 隧道貫通誤差的限值

3 監控量測及超前地質預報

測量軟弱圍巖地質情況，搜集相關的數據十分重要，要有專門的工作人員專門負責相關的工作，不僅要選擇好儀器的布置地點，還要做好儀器的維修和保養工作，這樣才能確保儀器的準確度。將各個階段搜集的數據信息進行對比和分析，并且參照有關的標準，一旦出現出入，要將具體的情況匯報給管理人員，確定好下一步的計劃和安排。

ZK0+665、YK0+690、RK0+150 貫通段為V 級圍巖，該段洞內監控量測點每5m 埋設一個斷面。監測頻率為每日至少監測兩次，數據變化大時還須增加頻次甚至持續監測，以真實數據反饋指導施工。

瞿溪1 號隧道左洞，右洞，輔洞洞口地表依據設計圖要求布設地表沉降觀測點進行地表監測，每10 米布設1 個橫斷面。

施工要求指出，如果檢測儀器測量出拱頂出現下沉的跡象，或者達到了一定的警戒標準，就需要及時停止施工活動，分析此現象出現的原因以及如何做好下一步的計劃和任務，確保施工安全。當拱頂沉降速率達3mm/d 時立即上報指揮部，達到4mm/d 時馬上停止掌子面的掘進，達到5mm/d 時立即撤出作業區域內的人員和設備。確保隧道施工安全。

3.1 量測項目及量測方法

3.1.1 必測項目：觀察洞口情況、看是否存在移動現象、觀察地表的變化、隧道基石是否出現不規則的下沉。

3.1.2 選測項目：中間巖柱彈性波測試、圍巖內部位移、圍巖和初期支護接觸壓力、支護、襯砌內應力量測、鋼支撐內力和外力、錨桿軸力、圍巖彈性波測試。

3.2 量測結果管理分析

發揮現代科學技術和大數據技術的作用和價值，在收集完數據信息之后，由相關人員對量測結果進行分析和整理，部門之間要做好信息資源的共享工作，確保信息的及時補充和完善。整個施工過程中要不斷量測，堅持做好施工活動的信息化，力求提高整個施工活動的質量和準確度。

提高量測準確度的方式戰略：觀測點設置在穩定地段，減小施工干擾；在預埋的觀測點周用紅色油漆標記，提醒作業工人避免觸碰觀測點；對損毀的觀測點及時進行補充。

3.3 隧道進口擋墻監測

在隧道開挖期間每日對偏壓擋墻進行沉降和位移監測，以了解圍巖側向位移情況。

4 結論

通過對圍巖進行穩定性分析計算后確定洞內貫通點，貫通階段出口端開挖貫通點后暫停，再由進口端單向開挖。洞口利用增加擋墻等措施減少洞口的偏壓力，選擇CD 法和環形開挖預留核心土法進行進口端洞身開挖，做好監控量測和超前地質預報，確保了開挖工法的安全可靠，最大限度的增加了爆破范圍，同時保證了貫通點位置的安全，貫通前進出口可同步進行施工，縮短了整體工期，可為類似地質情況的隧道貫通工程施工提供技術參考。