關(guān)于大跨徑小凈距隧道施工的幾點(diǎn)體會(huì)

楊曉光

(黑龍江省漠北公路工程建設(shè)指揮部)

鶴上隧道位于福建省福州市長(zhǎng)樂國(guó)際機(jī)場(chǎng)高速公路K6+250～K6+700段，全長(zhǎng)為450 m，半徑為1 710 m的平曲線內(nèi)，縱坡均為-0.25%，進(jìn)出口高差為11.24 m，此隧道為雙向六車道即3.75 m×3+3.75 m×3，兩側(cè)路緣帶寬0.75 m，余寬為0.5 m，單側(cè)設(shè)維修道寬0.75 m的大跨徑隧道，最大開挖寬度為16.5 m。設(shè)計(jì)行車時(shí)速為100 km，左右兩洞之間的中間巖(中夾巖)凈距只有5.8 m，是全國(guó)第二例，福建省首例大跨徑小徑距公路隧道，該隧道地質(zhì)包括坡積亞粘性土，坡積碎石，坡積砂質(zhì)粘性土(軟塑，硬塑)砂土狀強(qiáng)風(fēng)化凝灰熔巖，弱風(fēng)化凝灰熔巖，微風(fēng)化熔巖，軟弱的Ⅱ類圍巖占36%。施工難度較大，小凈距隧道的雙洞中夾巖，采取了小導(dǎo)管注漿加固，425脹殼式預(yù)應(yīng)力中空錨護(hù)加固，進(jìn)口段又采取了大管棚加固，此外，還采取了諸多的加固措施，使施工的難度不斷加大，現(xiàn)將施工中的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)做一下總結(jié)。

1 施工前的準(zhǔn)備工作

(1)確定總體施工方案。采取由出口向進(jìn)口進(jìn)行施工的方案有以下幾個(gè)原因，首先，出口洞地段地質(zhì)條件較好，進(jìn)洞安全、便于施工。第二，出口段的設(shè)計(jì)高程較進(jìn)口低，由下坡向上坡進(jìn)行施工，利于排水、便于棄渣，經(jīng)濟(jì)效益好。第三，出口段施工場(chǎng)地條件較好，便于安置施工設(shè)備，安排施工駐地。不利方面是施工中排煙困難、初襯，二襯混凝土車，進(jìn)洞后重車上坡?？傮w比較，采取從出口段開始施工的方案利大于弊。

(2)征用臨時(shí)施工用地，修筑便道，確保施工機(jī)具、材料順利進(jìn)場(chǎng)，施工中盡量利用永久用地，做到永臨結(jié)合。

(3)建立臨時(shí)變電站。引入施工用電。采用永久用電與臨時(shí)用電相結(jié)合的永臨結(jié)合方式，鶴上隧道出口段變壓器容量為1 000 kV·A，進(jìn)口段變壓器容量為400 kV·A，電力完全滿足施工要求。

(4)建立臨時(shí)混凝土拌合站。該隧道建立了兩座混凝土臨時(shí)拌合站，一座為兩臺(tái)400 kL強(qiáng)制式拌合站，配備自動(dòng)計(jì)量裝置，做為二混凝土的拌合站，另一座為一臺(tái)500 kL強(qiáng)制式拌和站，做初初襯拌和站，能滿足施工要求，如果施工順序能得好很的協(xié)調(diào)，可采用一座拌合站。

(5)建立臨時(shí)壓風(fēng)站。為保證開挖掘進(jìn)用高壓風(fēng)，建立了臨時(shí)壓風(fēng)機(jī)站，鶴上隧道出口段采用了6臺(tái)電動(dòng)20 m3空壓機(jī)，進(jìn)口段采用二臺(tái)20 m3電動(dòng)空壓機(jī)，風(fēng)量充足。壓風(fēng)站，有空氣壓縮機(jī)，并配儲(chǔ)風(fēng)缸，連接儲(chǔ)風(fēng)管，并有冷卻用的循環(huán)水池。為保證用風(fēng)，鋪設(shè)1 100 m高壓風(fēng)管，臨時(shí)用風(fēng)處設(shè)分風(fēng)器。噴射混凝土的接混凝土噴射機(jī)(分干噴與濕噴兩種，看設(shè)計(jì)要求再購(gòu)置)并購(gòu)置高壓軟管和噴槍頭。

(6)建立施工用水水池并鋪設(shè)高壓水管道和臨時(shí)生活用水管道，建立抽水站，施工時(shí)要根據(jù)供水長(zhǎng)度，高度造成的水頭損失，確定水池的高度和容量，鶴上隧道水池建在山頂，進(jìn)出口水池標(biāo)高分別為85 m和78 m;水池容量為30 m3，鋪設(shè)用管道約2 000 m，較好的保證了施工用水。

(7)設(shè)立初襯鋼支撐加工廠，設(shè)冷彎減速機(jī)，建立了20×40 m的加工廠一座，按1∶1比例加工初襯鋼支撐的加工，確保了鋼支撐的加工。

(8)建立施工臨時(shí)用房。電工值班室30 m3，材料場(chǎng)地200 m3，炸藥庫(kù)20 m3，粉煤灰?guī)?50 m3，袋裝水泥庫(kù)200 m3，洞口看守房15 m3×2，風(fēng)槍修理房25 m3。平整料場(chǎng)，砂石料場(chǎng)230 m3，機(jī)械停放場(chǎng)300 m3。

(9)加工二襯臺(tái)車兩臺(tái)，混凝土輸送泵一臺(tái)，反鏟小松200挖掘機(jī)兩臺(tái)，側(cè)翻式50型裝載機(jī)兩臺(tái)，出渣用自卸式翻斗車(10 t)8臺(tái)，混凝土噴射機(jī)(GSP-A河南三門峽生產(chǎn))13臺(tái)，雙液注漿機(jī)(GZJB)四臺(tái)，雅特28風(fēng)槍38臺(tái)，風(fēng)鎬6臺(tái)，防水布焊接機(jī)6臺(tái)，電焊機(jī)6臺(tái)，混凝土攪拌輸送車3臺(tái)，高壓泵3臺(tái)，指揮、生活車4臺(tái)。

2 開挖與初期支護(hù)

2.1 Ⅱ類圍巖的開挖與支護(hù)

基本上采取雙側(cè)壁導(dǎo)坑方案進(jìn)行施工。一般不用爆破法施工。具體做法是先施做左右洞超前小導(dǎo)管段，中夾巖分別超前加固，再進(jìn)行左右洞內(nèi)側(cè)導(dǎo)洞開挖，三是左右洞內(nèi)側(cè)壁導(dǎo)洞分別做初期支護(hù)(架立工字鋼支撐和噴射混凝土)及側(cè)壁墻，四是左右洞分別做外側(cè)的小導(dǎo)管注漿，分別開挖外側(cè)壁導(dǎo)洞，分別架立鋼支撐和錨噴及側(cè)壁墻。五是左右洞分別施做各自的上斷面導(dǎo)洞的超前小導(dǎo)管，開挖各自的弧形上導(dǎo)坑，它是分別支立上半斷面的初期支護(hù)，(架立鋼支撐和錨噴)。六是分別開挖，左右洞的下半斷面，聯(lián)接洞外側(cè)壁導(dǎo)坑的仰拱支撐，使整個(gè)導(dǎo)洞形成一個(gè)整體愛力的環(huán)，此種方法施做，難度在于上半斷面導(dǎo)坑開挖時(shí)安全度較小，開挖進(jìn)尺一般不超過1.0 m，一般內(nèi)外側(cè)壁導(dǎo)坑施工步距為5 m左右，上半斷面與外側(cè)壁導(dǎo)坑步距一般為5～8 m，不宜過大，否則會(huì)造成內(nèi)側(cè)壁導(dǎo)坑形成偏壓，極不安全。下半斷面開挖一般控制在10 m以內(nèi)均可保證安全，但有一點(diǎn)這里的內(nèi)外側(cè)導(dǎo)坑的支立鋼支撐需要引起充分注意，必須要保證在同一立面的施工難度較大，同時(shí)也會(huì)使初襯支護(hù)的受力受到較大影響，一般初支形成后，必須在一個(gè)月內(nèi)施做二襯混凝土，這樣能確保施工安全。

2.2 Ⅲ類圍巖開挖與初期支護(hù)

采用上，下半斷面內(nèi)外側(cè)導(dǎo)坑方案施工，優(yōu)先選擇機(jī)械開挖，當(dāng)巖石堅(jiān)硬時(shí)用微震爆破。前提是在預(yù)支護(hù)超前小導(dǎo)管及注漿(含中夾巖)或超前錨護(hù)預(yù)支護(hù)并達(dá)到強(qiáng)度后施工，首先是左洞內(nèi)側(cè)上半斷面超前小導(dǎo)管或超前錨桿施工再開挖左洞內(nèi)側(cè)導(dǎo)洞上斷面，施做超前小導(dǎo)管或超前錨桿，開挖右洞外側(cè)導(dǎo)洞上半斷面，左洞外側(cè)導(dǎo)洞上斷面初期支護(hù)(架立鋼支撐和錨噴)拆除上半斷面中隔墻，使左洞內(nèi)側(cè)導(dǎo)洞下半斷面，施做超前小導(dǎo)管或超前錨桿，開挖左洞內(nèi)側(cè)導(dǎo)洞下半斷面，左洞見側(cè)導(dǎo)坑下半斷面開挖，及中夾巖加固及初期支護(hù)(架立鋼支撐和錨噴混凝土)仰供及架立鋼支撐混凝土，整個(gè)襯砌成為一個(gè)封閉的閉合環(huán)，右洞可以比照左洞的施工次序組織施工，內(nèi)外側(cè)上半斷面可一次做，也可兩次做，最好是一次形成半環(huán)盡早受力，因中隔墻的臨時(shí)支撐受力不好，極不安全，最好一次施做。下半斷面因?yàn)橐o前面的上半斷面施工留出棄碴通道，只好分兩次施工，先后施工步距可留5～8 m為宜。

2.3 Ⅳ類圍巖地質(zhì)中的開挖與初期支護(hù)

Ⅳ類圍巖地質(zhì)構(gòu)造中，巖石比較堅(jiān)硬，必須采取光面微震爆破，以確保開挖斷面的準(zhǔn)確無(wú)誤，減少超欠挖現(xiàn)象的發(fā)生，一般應(yīng)采取順幫打眼(鉆孔)。爆破的起爆順序一般為掏槽炮眼(主要是給爆破創(chuàng)造凌空面)再是輔助炮眼，后是周邊炮眼。一般要掌握，掏槽炮眼比其他炮眼深30～50 cm。周邊眼要控制好間距，以確保開挖斷面的整齊。開挖過程中，一般采取二步開挖或三步開挖，即先開挖上弧形導(dǎo)坑使之一次形成半拱，即形成拱部壓力的半環(huán)，及時(shí)支立上弧導(dǎo)坑的初期支護(hù)。按受力的要求，本可下部的下半斷面同時(shí)開挖，但為了不使上半斷面掘進(jìn)受阻，往往下半斷面分為二步開挖，半開挖內(nèi)側(cè)時(shí)及時(shí)支立初期支護(hù)，以保證上弧導(dǎo)坑的初期支護(hù)。開挖下導(dǎo)后仍有堅(jiān)實(shí)的支護(hù)，另一側(cè)做為上弧開導(dǎo)坑的通道，在內(nèi)側(cè)可以形成通道(一般用碴石墊路)再開挖外側(cè)下弧導(dǎo)坑，并及時(shí)支護(hù)初期支護(hù)，使之盡早成環(huán)，整體受力，此種方法一般稱為上，下臺(tái)階三步開挖或二步開挖。上弧形導(dǎo)坑下半斷面內(nèi)側(cè)的施工步距一般控制在5～10 m為宜。

3 關(guān)于大管棚施工及對(duì)Ⅱ類圍巖施工方法的探討

鶴上隧道的進(jìn)口，左洞ZK6+250-310是Ⅱ類圍巖地段，頂部是11 m厚的殘坡積土和砂土狀的強(qiáng)風(fēng)化巖，呈角礫碎石松散狀態(tài)，圍巖極易坍塌，處理不當(dāng)會(huì)出現(xiàn)大坍塌。淺埋段，會(huì)出現(xiàn)地表下沉以至于坍塌透頂，因此設(shè)計(jì)采用Φ108×6 mm管棚支護(hù)，以確保進(jìn)口段施工安全，管棚入土長(zhǎng)度左洞28 m，右洞23 m。施工時(shí)管的環(huán)向間距為850 cm，仰角2°～3°，(不包括路線縱坡)方向與中線平行，要求施工誤差徑向不大于15 cm，隧道縱向同一橫斷面接頭數(shù)不大于50%，相鄰導(dǎo)管間接頭至少應(yīng)錯(cuò)開1 m。施工中采用25#混凝土套拱做成導(dǎo)向墻，套拱在洞口襯砌外輪廓線外施做，套拱用4榀Ι20型鋼并與管棚導(dǎo)管焊接成整體，管棚按設(shè)計(jì)施工，應(yīng)先打有孔鋼花管，注漿后再打無(wú)孔鋼花管，無(wú)孔鋼花管做為注漿質(zhì)量的檢查管。鉆機(jī)主軸方向必須準(zhǔn)確無(wú)誤控制，以保證孔口孔向的正確。鉆進(jìn)口應(yīng)(正常采用測(cè)斜儀量測(cè))，控制管鉆進(jìn)斜度，發(fā)現(xiàn)偏斜超過設(shè)計(jì)要求，要及時(shí)糾正。無(wú)孔管鉆孔應(yīng)在有孔管注漿凝固后進(jìn)行，鉆孔應(yīng)注意檢查壓漿質(zhì)量，在確認(rèn)壓漿質(zhì)量達(dá)到要求后，再對(duì)無(wú)孔管及管周圍注漿，如注漿達(dá)不到要求，應(yīng)在相應(yīng)位置采用有孔管補(bǔ)漿。鋼管接頭絲扣連接，長(zhǎng)度為15 cm。管棚按固結(jié)管棚存在范圍內(nèi)，土體設(shè)計(jì)，漿液護(hù)散半徑不小于0.5 m，注漿材料為30#水泥漿，其配合比應(yīng)根據(jù)地層情況和膠凝時(shí)間要求，并經(jīng)試驗(yàn)測(cè)定。如果有地下水時(shí)可采用雙液注漿，即水泥漿與水玻璃之比為1∶0.5(體積比)注漿壓力為0.5～1.2 MPa單管漿液擴(kuò)散半徑不小于0.5 m終結(jié)壓力可考慮略大些，可達(dá)1.5 MPa。注漿數(shù)量根據(jù)施工中實(shí)際情況而定，Φ25固定鋼筋，與孔口套管設(shè)Ι20工字鋼，采用雙面焊接，焊接長(zhǎng)充大于5 cm，完成管棚注漿后在管棚支護(hù)的保護(hù)下，按規(guī)定的施工步驟進(jìn)行掘進(jìn)開挖。該隧道管棚注漿效果相當(dāng)差，表現(xiàn)在一是管棚的斜度超過標(biāo)準(zhǔn)，二是注漿時(shí)因是在凝灰溶巖中注漿，經(jīng)常出現(xiàn)堵塞，孔脹的現(xiàn)象，使注漿擴(kuò)散，半徑達(dá)不到0.5 m，個(gè)別的僅有2 cm，根本形不成整體的管棚基本上處于單根鋼管受力的狀態(tài)，因而給二類圍巖施工帶來(lái)了較大的難度，施工中我們對(duì)進(jìn)口左洞采取了“雙側(cè)壁導(dǎo)坑”方案。這里經(jīng)常出現(xiàn)內(nèi)、外側(cè)壁導(dǎo)坑的初期支護(hù)不能保持在同一斷面上給頂部初期支護(hù)和仰拱初期支護(hù)造成了較大的困難，同時(shí)因施工步距過大造成側(cè)壁導(dǎo)坑偏壓對(duì)施工安全十分不利，造成工程進(jìn)展緩慢，28 m的Ⅱ類圍巖開挖達(dá)120 d之久。我們較好的吸取了左洞開挖的教訓(xùn)，與設(shè)計(jì)、監(jiān)理、業(yè)主幾家共同商議在右洞二類圍巖開挖中采取了Ⅲ類開挖Ⅱ類支護(hù)的施工方法，進(jìn)仍不十分理想，安全也不是太保險(xiǎn)，特別是上半斷面內(nèi)側(cè)開挖時(shí)所做的臨時(shí)支撐的中隔墻，在新的凌空面增加后，外側(cè)開挖時(shí)，十分不安全.我們?cè)诜磸?fù)分析觀察后，在上弧形導(dǎo)坑早成半環(huán)與山體共同受力的思想指導(dǎo)下，太膽的使用了”上下臺(tái)階三步開挖”的施工方法，具體做法是一是先開挖上弧形導(dǎo)坑(全半斷面)二是初噴第一層混凝土(有速凝劑)封閉開挖面，防止土石剝落，三是支立20工字鋼的鋼支撐，及早掛網(wǎng)，四是打徑向錨桿，并將錨桿鋼筋網(wǎng)，拱架，焊接起來(lái)，形成骨架共同受力。噴射混凝土，使其能共同受力，但這必須要掌握一條原則，即”石變我變”的原則，即對(duì)圍巖進(jìn)行觀察，如石質(zhì)整體性較好可一次開挖，1 m(即二榀拱架)如果石質(zhì)較差則每循環(huán)可開挖0.5 m，僅一榀拱架，該施工方法操作時(shí)務(wù)必掌握短進(jìn)尺，快循環(huán)的要點(diǎn)，通過此種方法，右洞施工安全度大增加，工程進(jìn)度也有較大的加快，23 m二類圍巖段僅用了一個(gè)月的時(shí)間，這種嘗試對(duì)今后的隧道開挖有較大的意義。

4 初期支護(hù)施工

鶴上隧道，初期支護(hù)設(shè)計(jì)原本采用U25型鋼拱架支護(hù)，因其施工比較麻煩，在監(jiān)理，設(shè)計(jì)與業(yè)主的共同支持下，我們將其改變?yōu)镮18型鋼拱架，(同于三類圍巖初期支護(hù))和I20型鋼拱架(主要用于二類圍巖初期支護(hù))，一部分也采用了鋼格柵拱架初期支護(hù)，效果也是不錯(cuò)的，經(jīng)改變?cè)O(shè)計(jì)后，既節(jié)約了鋼材87 t，又給施工帶來(lái)了較大的方便。具體施工方法是:首先按1∶1的比例對(duì)初期支護(hù)的U型放樣，二是采取冷彎方法進(jìn)行彎制成型，并焊好接頭處的法蘭盤，便于施工時(shí)的聯(lián)接。三是檢查掘進(jìn)的開挖斷面，并做到上拱腳擺放在堅(jiān)實(shí)的巖石上，如土質(zhì)松前應(yīng)在拱腳處做縱向梁進(jìn)行固定，防止拱架支立后下沉，四是按施工開挖順序支立初期支護(hù)，順序是初噴混凝土，支立聯(lián)接拱架，做超前小導(dǎo)管，超前錨桿和銷腳錨桿，五是噴射初支混凝土達(dá)設(shè)計(jì)厚度，此時(shí)施工切忌隨意向內(nèi)填各類碎石，并對(duì)初支斷面進(jìn)行斷面檢查，防止初支混凝土侵入二襯砌的檢查合格后，可以預(yù)埋塑料盲溝(按設(shè)計(jì)8 m一道)掛無(wú)紡布和防水板，鋼筋綁扎，焊接埋設(shè)縱向排水管并預(yù)留橫向進(jìn)水口，進(jìn)入二襯混凝土施工。

小凈距隧道施工應(yīng)注意，必須對(duì)其雙洞之間的中間巖層柱體進(jìn)行加固，以確保圍巖穩(wěn)定，二類圍巖段左右兩側(cè)導(dǎo)洞開挖前，必須對(duì)中夾巖進(jìn)行小導(dǎo)管注漿加固。接設(shè)計(jì)尺寸，方向，彎度打孔，并下入小導(dǎo)管后，用C30水泥漿待漿達(dá)到強(qiáng)度后，才能開挖。三類圍巖段中夾巖柱體應(yīng)采用25脹殼式預(yù)應(yīng)力中空錨桿進(jìn)行加固，在先開挖內(nèi)側(cè)導(dǎo)洞，開挖并初噴后，施做預(yù)應(yīng)力錨護(hù)，錨桿一端。錨固在巖體內(nèi)，另一端通過A3鋼型板鎖緊，后施加80 kN預(yù)應(yīng)力，并鎖定，最后注漿，中夾巖加固長(zhǎng)度以左右兩側(cè)圍巖類別較低一側(cè)的圍巖長(zhǎng)度為準(zhǔn)，詳細(xì)要按設(shè)計(jì)圖做。注意掌握左右兩洞內(nèi)側(cè)壁施工的步距，要在先行施工洞初支達(dá)強(qiáng)度后，后行洞才能開挖。

5 結(jié)束語(yǔ)

塌方屬于隧道施工中發(fā)生的嚴(yán)重威脅安全的突發(fā)性事故，但是因隧道的地質(zhì)條件和施工條件復(fù)雜，對(duì)圍巖的變形情況的監(jiān)控量測(cè)和地質(zhì)預(yù)報(bào)工作比較難，出現(xiàn)塌方現(xiàn)象是在所難免的。施工時(shí)要隨時(shí)關(guān)注圍巖易失穩(wěn)、軟弱帶、斷層地段，在其位置作出明確的標(biāo)識(shí)，根據(jù)實(shí)際的情況要作出采用合理的開挖的方法和合理的支護(hù)方法。塌方發(fā)生后，要及時(shí)的分析事故發(fā)生的原因，不僅要及時(shí)的搶救施工人員和機(jī)械設(shè)備，還要采取有效的措施來(lái)控制塌方。

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