弱圍巖淺埋偏壓四車道公路隧道安全施工技術分析

滕志平

（中交二公局鐵路建設有限公司，陜西 西安 710000）

0 引言

四車道公路隧道跨度較寬，開挖斷面較大，遇到軟弱圍巖、淺埋偏壓時施工風險較高。軟弱圍巖力學效應復雜，關系到整個工程作業的安全。施工安全是工程建設中大事，我國政府歷來重視生產安全、人民生命和財產安全。因此，對于軟弱圍巖淺埋偏壓四車道公路隧道安全施工問題，工程建設各方都會放在工程管理的首位。本文結合案例工程，對弱圍巖淺埋偏壓四車道公路隧道安全施工技術進行分析，為工程建設各方提供參考。

1 工程概況

一四車道公路隧道項目（K105+212~K110+935）總里程5.723km，設計速度80km/h，設計行車視距110m，一般最小半徑1020m，豎曲線最小半徑為700m，豎曲線最小長度為30m，最大縱坡3.5%，最小坡長438m。工程變速車道寬度為3.5m，選擇直接式減速+并行式加速行駛，長度分別為110m、180m，變速車道外側硬路肩與主線方向相同。工程隧道工程量為4969m/2 座，占項目線路長度87%，隧道挖方量為147.7m，具體見表1 所示。由表1 可知，項目特長隧道（超出3000m）為2 座，具有技術標準高、隧道比例高、投資規模大、建設難度大、棄渣方量大的特點，特別是②隧道，存在較大下穿漏斗區風險。工程計劃建設期為35.5 個月，工期控制壓力較大，工程要求作業期間無一般及以上生產安全責任事故，無一般及以上職業病危害責任事故，無一般及以上突發環境事件，風險源識別率100%，風險源預案覆蓋率100%，隱患整改率達100%，安全教育培訓覆蓋率達100%。

表1 四車道公路隧道項目工程量

工程所在地為“兩山夾一溝攜一漏斗形式”，地形地質條件十分復雜，沿線地形起伏劇烈、巖溶發育、溝壑縱橫、山高坡陡。①隧道穿越煤層、巖溶區；②隧道穿越富水區，地下水為松散巖類孔隙水、碳酸鹽巖類裂隙溶洞水、碎屑巖類孔隙裂隙水。工程所在地為亞熱帶濕潤季風氣候，年最高溫17.3℃，最低溫15.8℃，多年平均降水量1057.2~1078.7mm，常年平均相對濕度為81%。

2 隧道安全施工方案

2.1 標段①特長隧道施工方案

標段①特長隧道施工全長2883m，出口段左洞達2890m，右洞長2876m，作業任務艱巨，是四車道公路隧道安全施工控制關鍵目標。因洞身穿越灰巖富水地段、瓦斯地段等不良地質段，加之隧道洞口位于山體坡面中間位置，與山頂旅游路、溝底距離分別達70m、50m，進洞難度較高[1]。同時隧道洞口位于2 道沖溝之間，其中一側對應薄層滑坡體（水流沖刷碎石土），自穩實現難度大，極易隨隧道開挖口而偏壓；隧道頂部為狹窄旅游路，原地貌被嚴重破壞，開挖邊坡裸露陡峭，危石掉落、滑坡、塌方等風險發生概率較高。為確保作業安全，依據最不利條件開展技術方案設計籌劃，提前安排資源，全程落實早預防、早封閉、勤觀測的原則，消除安全隱患，降低安全風險。特別是對于灰巖富水地段，綜合應用超前水平鉆、紅外線探水、地質雷達等超前地質預報方式，適時開展鉆孔引排、注漿等操作。同時持續修筑施工便道至隧道左洞口，待左洞進洞后經橫通道進入隧道右洞，期間加強隧道頂部危巖、兩側沖溝處理，確保操作安全。

2.2 標段②特長隧道施工方案

標段②特長隧道全長2086m，左線長2082m，右線長2090m，洞身圍巖為IV、V 級軟弱圍巖，洞身穿越較軟巖頁巖，自穩能力不佳且存在局部滲水、坍塌、掉塊風險。標段②特長隧道穿越灰巖富水層底部，周邊巖溶水系、巖山暗河發達，暗河出水量較大。隧道進口K110+300~800 段地表為碗狀漏斗形盆地，地表匯水量較大，加之穿越車盤向斜及接龍場正斷層，突水、涌水風險進一步提高。而在標段②特長隧道上方K110+820 右側192m 位置存在溶洞暗河，作業過程中暗河減小或中斷風險較大[2]。因此，技術人員應依據最不利條件開展技術指導，縝密籌劃，剔鑿做好超前地質預報，在貫徹落實早預防、勤觀測、早封閉方針的基礎上，根據車盤向斜軸段地質勘測資料，開展超前支護、超前預注漿，并控制進口段極小凈距隧道處理參數，最大限度減少開挖進尺與炸藥用量，確保作業過程安全。

3 安全施工技術控制要點

3.1 修建便道

根據四車道公路隧道工地建設標準，結合項目結構物分布山大、坡陡、溝深的特點，貫徹經濟性、安全性、實用性、便于維護的原則，進行便道修建，路面為20cm 水泥穩定碎石+5cm 瀝青混凝土路面，設計時速20km/h，設計縱坡<10%（困難地段極限<12%），連續縱坡<400m，為沿線材料運輸以及開挖運渣作業開展提供依據[3]。工程主便道借用旅游路改擴建（如圖1 所示），其中一個支便道為426.3m 新建便道+地方道路（含錯車道，如圖2 所示）。旅游路到標段②特長隧道及棄土場支便道總長1326.3m；另外一個支便道為695.7m 新建便道+480m 地方道路，總長1175.7m，剩余便道形式分別為600m 借用地方道路、580m 借用地方道路，總長分別為600m、580m。圖2 中，支便道錯車道路面寬度為6.5m，長度超出30m。

圖1 改擴建便道斷面結構

圖2 支便道錯車道布置

3.2 隧道開挖與支護

3.2.1 標段①特長隧道施作

鑒于標段①特長隧道地形特殊、洞口距離溝底高差大，避開雨季，以隧道左洞進洞為主要模式。

第一步：開展左洞明暗交界（ZK108+112）施工，前期施作坡面防護、排水天溝，借助超前大管棚注漿加固進洞。

第二步：進洞80m 后，將一車型橫通道增設到ZK108+032 位置，準備穿越右洞。期間借助通道、主洞棄渣進行右洞洞口場地分層填筑擴寬，并施作管棚、偏壓墻、洞口抗滑樁以及邊坡仰坡防護[4]。管棚為預制鋼支撐（已設計加工成型），中間設縱向連接筋，在管棚安裝時，技術人員可以先將其放置在牢固基礎，再沿著垂直隧道中線調整，必要時設置混凝土墊塊縮小管棚、圍巖間隙。調整完畢后，借助噴射機（含噴頭速凝劑）濕噴操作，自下而上、自左而右填平管棚、偏壓墻、邊坡仰拱，期間旋轉半徑為15cm，每次蛇形長度為3.5m±0.5m。

第三步：由右洞K108+032 位置橫通道面向大里程組織掘進貫通，掘進方式為臺階法（如圖3所示），臺階長10~15m，上半斷面超前15~20m。進而左洞、右洞向小里程方向正常掘進。

圖3 隧道臺階開挖示意圖

3.2.2 標段②特長隧道施作

根據標段②特長隧道進口整體地形條件佳的特點，選擇右洞滯后左洞30m的開挖方式。

第一步：在開挖進洞前，施作洞頂截水溝，配合多級泵站移動式潛水泵接力排水，阻斷地表水滲入開挖面渠道，保證明洞邊坡、成洞面穩定。

第二步：開挖方式為環形開孔預留核心土法，在開挖期間進行邊坡防護。二次襯砌緊跟開挖面，初期支護落底后進行仰拱回填以及二次襯砌（滯后開挖面20~30m），直到成洞面周邊，并預留核心土體。在仰拱操作前，清除底部虛渣、積水，借助防水砂漿找平表面，并沖洗濕潤[5]。濕潤后，借助整體弧形模板，由仰拱中心向兩側對稱澆筑前期配置混凝土，并密實搗固仰拱與邊墻銜接位置，指導仰拱混凝土設計強度達70%；二次襯砌緊跟初期支護，借助自行式全液壓整體模板襯砌臺車，由兩側拱腳至拱頂對稱連續澆筑混凝土至拱頂，密實填充拱頂全部空間后養護7d及以上。

第三步：根據洞口地質特點，開展洞口長管棚施工，施工后開挖核心土體進洞，配合明洞襯砌及時回填洞口，反壓明洞開挖后方、仰坡高度超15m位置。

4 安全施工效果量測分析

在四車道公路隧道施工期間，以圍巖內部位移、圍巖壓力、支護及襯砌內力為監測對象，每個斷面設置4個測點，相鄰斷面間隔10m，在監測點預埋位移計、全站儀反射片、壓力盒（振弦式土壓力），統計各測點的量測結果[6]，并按下式進行計算分析：

式中：P——土壓力，MPa；

K——儀器標定系數，MPa/Hz2；

fi——荷載頻率；

f0——初始頻率。

根據（1）式計算的監測結果（平均值）見表2所示。

由表2可知，②隧道圍巖內部位移偏大，但從總體來看，圍巖內部位移均處于安全范圍內，表明工程安全作業目標順利達成，對隧道圍巖擾動較小。在支護及襯砌施工7d內，圍巖壓力較大，支護及襯砌內力處于不穩定波動狀態，而在支護及襯砌完成后，二次襯砌混凝土逐步硬化，促使隧道結構應力重新分布，圍巖壓力穩定在0.35~0.70MPa，支護及襯砌內力穩定在-20.5MPa 內，表明襯砌效果良好，可以為四車道公路隧道施工安全提供保障。

5 結束語

綜上所述，在有序推進洞口工程、正洞開挖及支護、正洞襯砌（仰拱+二次襯砌）、附屬工程施工等環節的基礎上，應用超前地質預報技術，縝密觀察、勘測四車道公路隧道周邊軟弱圍巖淺埋偏壓情況，在進入灰巖富水段時采取鉆孔引排與預注漿襯砌支護操作，有效地降低了突水、涌水、危石掉落、滑坡、塌方等風險發生概率，確保了該項目公路隧道施工過程的安全。