臨臨高速二狼山隧道施工組織優化設計研究

宋遠征 孔強

[摘? 要]：隨著我國經濟的飛速發展，兩車道隧道逐漸滿足不了行車要求。針對公路隧道在設計、施工和運營管理方面的不足，文章對臨臨高速二狼山隧道施工方案以及二次襯砌的相關力學信息進行了研究，采用新奧法設計原理和監控量測的方法，進行隧道的復合式襯砌設計和施工組織設計。

[關鍵詞]：新奧法; 監控量測; 復合式襯砌; 施工組織

U455.48A

近年來，我國的公路隧道建設規模逐漸增大，但是由于公路隧道工程地質條件復雜，還是對施工人員的安全造成了相當大的威脅。監控量測是伴隨著新奧法[1]的出現和發展而不斷發展的。李鵬飛等[2]通過圍巖壓力統計分析，研究了圍巖壓力分布特征;孟慶勇[3]設計了一種巷道圍巖壓力在線預警系統，實現了對煤礦巷道的頂板應力的實時監測。這些研究工作對于深入了解圍巖壓力性質、特點及與襯砌結構之間的相互作用機理有重要意義，但是圍巖壓力監測的準確性卻難以得到保證。

本文所依托的二狼山隧道為雙向六車道，通過對隧道施工方案優化，采用新奧法設計原理，配合臺階法、CD法和CRD工法分段開挖，對于保證隧道建設的安全性和經濟性有著重要意義。

1 工程概況

臨淄至臨沂高速公路工程LLKCSJ-1標段二狼山隧道工程位于淄博市博山區池上鎮趙莊村西南側約500 m處，該隧道為分離式隧道，隧道左線軸線起止樁號為ZK72+688～ZK73+190，長502.0 m，隧道右線軸線起止樁號為K72+695～K73+170，長475.0 m，擬建隧道屬雙向六車道中隧道。二狼山隧道Ⅲ級、Ⅳ級、Ⅴ級圍巖段分布長度分別為235 m、465 m、267 m。二狼山隧道地質平面見圖1、圖2。

2 設計方案研究

2.1 隧道總體設計

在初步設計階段，通過對二狼山隧道路線平面線形的優化，二狼山隧道平面布置可采用分離式方案，具體為單向行車雙車道隧道（上下行分離）。進口洞門形式采用削竹式，出口洞門形式采用端墻式。

2.2 隧道界限及內輪廓的確定

根據JTG 3370.1-2018《公路隧道設計規范 第一冊 土建工程》、JTGT D70-2010《公路隧道設計細則》，擬定隧道建筑限界[4]如圖3所示。

3 復合式襯砌設計

3.1 初期支護體系設計

二狼山隧道Ⅲ級圍巖段根據“新奧法”原理，采用光面爆破[5]，具體的開挖、支護順序見圖4。

3.2 二次襯砌設計

由于二狼山隧道Ⅲ級圍巖段很少，大都為Ⅳ～Ⅴ級，較為松散破碎，故上部結構采用荷載-結構模型計算，考慮主動荷載以及彈性抗力的作用，綜合考慮使用結構力學中力法的相關知識進行計算。取左半拱分成8段，對相鄰段之間的接縫進行編號，如圖5所示。二次襯砌為現澆模筑混凝土，襯砌厚度按圍巖等級取值。

4 隧道監控量測方案概述

采用量測精度比較好的SWJ-IV隧道收斂計對隧道的凈空水平收斂進行監控量測。凈空水平收斂側線的布置要根據施工方法、地質因素和隧道埋深等條件確定，其中，Ⅲ級圍巖段采用臺階法開挖，需要在拱腰和邊墻部位各設一條水平側線。隧道開挖后及時安裝收斂樁，每次循環開挖前都要讀數。在覆蓋層厚度小于40 m的Ⅳ、Ⅴ級圍巖段應進行地表沉降量測，采用水準抄平方法，在施工過程中可能產生地表塌陷的地方設置觀測點，視線長度不得大于30 m。精度要求控制在2.0 mm以內。

5 隧道施工組織設計

5.1 確定施工方案

在本隧道施工組織設計中，其總體施工方案確定是根據二狼山隧道圍巖情況及斷面設計，結合過去的公路隧道施工經驗，確定對于Ⅲ級圍巖段采用上下臺階分部開挖法施工，Ⅲ級圍巖段施工順序采用上下臺階開挖法施工，施工方法采用鉆爆法，先開挖上半斷面，待開挖至一定長度后同時開挖下半斷面，上半斷面和下半斷面同時并進施工，施工期間嚴格遵守“短進尺、弱爆破、強支護、早成環”的原則，以降低爆破對圍巖的擾動。必要時配合超前錨桿等措施防止坍塌，開挖每循環進尺不大于5 m，開挖橫斷面和縱斷面示意見圖6。

Ⅳ級圍巖深埋硬質巖地段采用中隔壁法施工，將隧道分為左右2個斷面進行開挖，先在隧道左側采用臺階法分成上下兩部分分別進行開挖，等左側支護完成并達到規定的支護強度之后，再采用相同的開挖方法施工隧道右側，開挖斷面如圖7所示。

Ⅴ級圍巖段采用CRD工法進行開挖施工，即把整個隧道的開挖斷面分成4個小斷面單獨進行施工。自上而下，分塊成環，隨挖隨撐。待初期支護完成并達到穩定狀態后，再拆除臨時中隔壁墻及臨時仰拱，進行后期施工，開挖斷面如圖8所示。

5.2 施工工序安排

二狼山隧道洞口及明洞工程的施工工序為：截水溝開挖、砌筑—洞口土石方開挖—邊仰坡錨噴支護—仰拱施工—超前管棚施工—明洞仰拱施工—明洞襯砌施作—明洞回填（圖9）。

二狼山隧道Ⅲ級圍巖段施工工序安排為：施工準備—上（下）臺階爆破設計—上（下）臺階測量放線—鉆孔機、臺架就位—上（下）臺階鉆眼—上（下）臺階裝藥—爆破—通風—初噴混凝土—出渣—設置錨桿、鋼筋網、鋼拱架—澆筑混凝土。

二狼山隧道Ⅳ級圍巖段施工工序安排為：施工準備—超前地質預報—左（右）側上臺階超前支護—左（右）側上臺階開挖—左（右）側上臺階支護—左（右）側中臺階開挖—左（右）側上臺階支護—左（右）側下臺階開挖—左（右）側下臺階支護—拆除中隔壁臨時支護—仰拱澆筑、回填混凝土—監控量測—下一循環施工。

二狼山隧道Ⅴ級圍巖段施工工序安排為：左側超前支護施工—左上導坑開挖—左上導坑支護—支設臨時型鋼立柱及橫撐—左下導坑開挖—左下導坑支護—完成臨時型鋼立柱—右側超前支護施工—右上臺階開挖—右上臺階支護—支設臨時型鋼橫撐—右下臺階開挖—右下臺階支護—仰拱澆筑—拆除臨時立柱和支撐—防水層施工—襯砌施工。

5.3 作業及勞動組織優化

二狼山隧道屬中隧道，工程量不大，隧道主體施工可以分為隧道開挖、初期支護、二次襯砌、隧道鋪底和開挖水溝電纜槽等幾部分，故本隧道選擇順序作業法。

隧道施工勞動組織優化首先要做好分工協作。勞動組織優化不僅要做到使分工與協作密切結合，還要使作業組織 分工落實。勞動組織優化的內容包含幾種：

（1）施工作業隊伍組織形式優化。施工作業隊分為綜合作業隊和專業作業隊兩種形式。本隧道選用的順序作業組織形式時，故選擇綜合作業隊比較合適。

（2）勞動力配置優化。勞動力配置優化要做到每個工作人員“滿負荷”工作，以加快施工進度，降低施工成本。

6 結論與討論

本課題研究的二狼山隧道為雙向六車道，雙洞單向行車，彌補了一般公路隧道的不足，為公路隧道的設計工作提供設計參數和理論依據，并對之后相似的施工過程提供經驗資料和理論指導。

（1）通過對隧道施工方案優化，采用新奧法施工原理，配合臺階法、CD法和CRD工法分段開挖，對于保證隧道建設的安全性和經濟性有著重要意義。

（2）合理確定支護結構形式、支護參數和支護時機，采用復合式襯砌設計，可以實現更安全有效地施工。

（3）監控量測配合施工使整個工程施工更安全。

參考文獻

[1] Wagner H.The New Austrian Tunneling Method[J].Technology & Potential of Tunnelling，1970.

[2] 李鵬飛，趙勇，張頂立.基于現場實測數據統計的隧道圍巖壓力分布規律研[J].巖石力學與工程學報，2013（7）：1392-1399.

[3] 孟慶勇.煤礦掘進巷道圍巖壓力在線監測預警系統[J].工礦自動化，2015（8）：6-9.

[4] 公路隧道設計規范 第二冊 交通工程與附屬設施 JTGD70/2-2014[S].

[5] 段寶福. 工程爆破[M]. 北京：北京大學出版社，2012.