改擴建隧道拱頂空腔段施工方法的探討

陳克大 王少朋 李占江

【摘 要】東長峪隧道位于北京市平谷區(qū)熊東路上，東長峪隧道改擴建工程是將原有隧道改建加寬，筆者親身參與了隧道施工的全過程。在隧道修建過程中，由于原有隧道拱頂存在長約30米的空洞，在隧道施工中處理好此段空洞的回填工作尤為重要，經(jīng)過筆者和各位專家的論證探討，采取了一套安全、行之有效地的施工方法，確保了隧道在安全施工的全體下保質(zhì)、保量的完成施工生產(chǎn)任務。

【關(guān)鍵詞】隧道施工；拱頂空腔；方案；回填；爆破

引言

熊東路位于平谷北部山區(qū)，道路起于平程路熊兒寨路口，經(jīng)東溝村、南岔村，止于東長峪，是沿線村莊出行的唯一道路，也是進入東長峪世外桃源景區(qū)的唯一道路，原幸福隧道位于東長峪村附近，全長420米，為公路短隧道。本次改擴建設計范圍：東長峪隧道全長468米，其中改擴建段全長約345米，分叉段約30米，新建段長93米；道路全長932米，其中主線長642米，支線1長170米，支線2長120米。這里針對隧道的拱頂空腔段施工工法進行了描述，此段隧道施工最終安全保質(zhì)、保量的完成。

一、隧道的結(jié)構(gòu)類型、形式

1、隧道的凈寬、凈高及結(jié)構(gòu)類型

隧道內(nèi)輪廓設計建筑限界寬10m，高5.0m。內(nèi)輪廓同明洞一樣采用曲墻式襯砌斷面，曲墻半徑為5.25m，拱半徑為14m，內(nèi)輪廓面積為59.48m2。

2、隧道結(jié)構(gòu)

隧道按新奧法設計，施工采用復合式襯砌，初期支護以型鋼架、噴射混凝土、錨桿、鋼筋網(wǎng)為主要支護手段。在圍巖弱的地方采用超前注漿小導管等作為初期的穩(wěn)定措施，二次襯砌采用鋼筋混凝土及混凝土。

圍巖段襯砌支護參數(shù)：VB，拱部超前小導管，環(huán)向間距0.4m，L=3.5m，縱向每兩榀拱架搭設一次，拱墻噴混凝土26cm；拱墻鋼筋網(wǎng)Φ6.5， 20×20cm；拱墻I20a鋼架3榀/2m。

二、工程地質(zhì)情況

K3+545-K3+594段：

石英砂巖夾頁巖，有破碎帶分部；受地質(zhì)構(gòu)造作用影響，巖體破碎，塌方或掉塊、滴水；為Ⅴ級圍巖，BQ值為200-250，此段為拱頂空腔段所在范圍。根據(jù)調(diào)查，K3+557-K3+586段為29米空腔段，空腔寬2.5-6m，高2.7-5.5m，空腔頂部至山頂高程大于20米。觀察踏腔尺寸和其它描述與設計大體一致。

隧道圍巖分段說明：

三、拱頂空腔擴建段施工方案

K3+557～K3+586段既有隧道拱頂為一塌方引起的空洞，空洞長29m，寬2.5～6m，高2.7～5.5m，空洞頂部已超出改建隧道拱頂開挖輪廓線。根據(jù)勘察報告，既有隧道拱頂襯砌約30～50cm，側(cè)墻約50～100cm。洞身段開挖：Ⅴ級圍巖采用三臺階法施工。

1、隧道開挖施工前，首先對K3+557～K3+586段既有隧道襯砌用工14型鋼臨時加固，工字鋼間距1m，工字鋼兩側(cè)用1～2根錨桿及鎖腳錨桿與圍巖固定并沿隧道縱向連接，確保臨時支付結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定。

2、空洞待開挖揭露后，主洞停止開挖，由空腔由最高點處泵送C20混凝土，混凝土高度2米，分兩層澆筑，每層設Φ20鋼筋網(wǎng)，網(wǎng)格尺寸50*50cm，每層鋼筋網(wǎng)設在距底面三分之一層厚處，每層鋼筋網(wǎng)側(cè)面有150cm錨桿，錨桿入側(cè)壁100cm，伸出筋每隔1米設置一道，鋼筋網(wǎng)與錨桿緊密連接，待回填混凝土強度達到70%以上后，混凝土上面噴砂，噴砂高度50-100cm，噴砂采用混凝土噴射機，噴砂之后，分段拆除臨時加固鋼架，再由進口向出口方向進行開挖及支護?；炷翝仓吞钌皯侄?，分段長度6米，回填泵送混凝土時應留好排氣孔。

3、選擇三個典型斷面，在鋼筋網(wǎng)和臨時支護鋼拱架上，分別埋設各類傳感器，監(jiān)測該空腔段掘進時爆破振動、應力應變變化，以期控制圍巖失穩(wěn)、坍空，確保隧道施工安全。爆破振動監(jiān)測點：分別布置在空腔段噴砂層上、掌子面前方既有隧道臨時加固結(jié)構(gòu)以及鄰近掌子面的初支結(jié)構(gòu)上，重點監(jiān)測空腔段、既有隧道段以及成洞段爆破振動變化規(guī)律；應力、應變與沉降變形監(jiān)測詳見監(jiān)測方案。

爆破震動監(jiān)測標準對既有隧道為8cm/s，警戒值為5cm/s，根據(jù)現(xiàn)場情況適當減小警戒值?？刂坪帽扑幜浚刂票普饎?，減少爆破對空洞的影響。

4、混凝土養(yǎng)生達到設計強度后，上臺階進行超前小導管支護，小導管長3.5m，環(huán)向間距0.4m，每兩榀打設一次。

5、臨時鋼拱架隨隧道開挖循環(huán)進尺隨挖隨拆。隧道上臺階開挖時，其施工順序：既有隧道臨時鋼拱架拆除（拆除長度與循環(huán)進尺一致）、鉆爆、出渣，上臺階初期支護。

6、隧道中臺階分左右開挖，初期支護，上臺階用工20a鋼臨時支撐。

7、下臺階開挖，施作仰拱，全斷面初支封閉，仰拱段回填。

8、隧道防水，二次襯砌及附屬工程。

四、開挖爆破設計

1、隧道爆破施工總體方案

熊東路東長峪隧道（幸福隧道）V級圍巖段采用臺階法、三臺階法施工（具體根據(jù)圍巖施工條件確定），臺階長度根據(jù)情況控制在15m左右，每次開挖進尺控制在1.0m，主要采用弱爆破掘進作業(yè)，輔以光面爆破技術(shù)控制超欠挖。Ⅴ級圍巖隧道開挖嚴格遵循“短進尺，弱爆破，勤量測，早封閉”的原則，合理確定施工開挖步驟和循環(huán)進尺，避免較大規(guī)模的爆破作業(yè)。

2、既有隧道擴建段（包括空腔段）爆破設計

既有隧道擴建段（包括空腔段）圍巖比較破碎，且在K3+557～K3+586段既有隧道拱頂上方有因空方引起的空洞，該段掘進擬采用三臺階法施工。

由于既有隧道的存在，該擴建段爆破設計，可以充分依托既有臨空面，而不需進行掏槽爆破設計。上臺階、中臺階掘進爆破以既有隧道為自由面，進行逐排毫秒延期爆破（如圖10），循環(huán)進尺控制在1m～1.5m。

對于空腔段開挖，循環(huán)進尺控制在1m左右，同時配合爆破振動、圍巖應力、隧道沉降與收斂等監(jiān)測，嚴格控制爆破振動，優(yōu)化爆破參數(shù)，確保該段施工安全。

既有隧道擴建段（包括空腔段）爆破參數(shù)中參數(shù)選擇，掏槽孔除外?，F(xiàn)場施工時，根據(jù)試爆確定。

五、結(jié)束語

東長峪隧道改擴建工程在施工過程中遇到很多困難，諸如拱頂空腔段施工、小凈距段施工、新建分離段施工等難題。筆者在這里主要針對拱頂空腔段進行施工工法的描述，希望從中獲得類似改擴建隧道工程的拱頂空腔段的施工通用方法，確保在以后的類似工程中仍夠游刃有余的應對類似施工難題。還好本次施工過程沒有出現(xiàn)任何問題，施工監(jiān)測未發(fā)現(xiàn)異常，爆破震動監(jiān)測也沒有發(fā)現(xiàn)不正常情況，本次施工確保了施工安全和施工質(zhì)量，為以后的類似工程施工提供了寶貴的經(jīng)驗基礎。

參考文獻：

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