山區(qū)公路改線隧道開挖及支護(hù)技術(shù)

摘要：四川雅礱江卡拉至楊房溝水電站交通專用公路面上灣段（K37+312～K37+685）受2012年強(qiáng)降雨影響，路基部位出現(xiàn)嚴(yán)重沉降，經(jīng)方案比選與論證采用隧道繞行避開崩坡積體，新增加隧道與已施工完成的面上灣隧道和上苦苦隧道在洞內(nèi)切線相接。項(xiàng)目施工中采用合理的施工工藝，加強(qiáng)圍巖監(jiān)控量測(cè)技術(shù)，安全、快速地完成施工任務(wù)，即保證了工期，又節(jié)約成本。該技術(shù)對(duì)其他類似工程具有借鑒作用。

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1673-1816(2015)03-0001-05

收稿日期：2015-04-18

作者簡(jiǎn)介：張秋瑩（1963-），男，天津?qū)氎嫒?，學(xué)士，研究方向隧道施工。

1 工程概況

雅礱江卡拉、楊房溝水電站交通專用公路面上灣段（K37+312～K37+685）為斜坡地貌，地表主要以第四系崩坡積混合土碎石覆蓋，結(jié)構(gòu)松散，疊合架空現(xiàn)象明顯，后壁為陡壁，坡度近直立，基巖裸露。原設(shè)計(jì)該路段采用明線的形式通過(guò)，兩端分別與面上灣隧道和上苦苦隧道相連。路基施工完成后受2012年強(qiáng)降雨影響，出現(xiàn)3～8 m不同程度的沉降，高擋墻出現(xiàn)下沉及外移現(xiàn)象，主線上下方崩坡積體內(nèi)出現(xiàn)多處裂縫，斷續(xù)延伸。為保證施工及運(yùn)營(yíng)安全，經(jīng)方案比選與論證采用隧道繞行避開崩坡積體，將已施工完成的面上灣隧道和上苦苦隧道連通。新增隧道起點(diǎn)位于面上灣隧道進(jìn)口27 m位置，終點(diǎn)位于上苦苦隧道進(jìn)口進(jìn)口165 m位置。為保證工期及方便施工，原設(shè)計(jì)在既有隧道內(nèi)增設(shè)兩條施工支洞，施工支洞斷面形式為墻拱式結(jié)構(gòu)，墻體高度為6 m，拱部為半圓形，直徑為4 m。新增隧道及原來(lái)隧道斷面采用統(tǒng)一形式，即凈寬為8.5 m，凈高為5.0 m，雙向2車道。線型布置圖見圖1。

新增隧道為弱風(fēng)化二云石英片巖及石英巖，巖體破碎，圍巖穩(wěn)定性差，圍巖級(jí)別為Ⅴ級(jí)。支護(hù)形式為φ42超前小導(dǎo)管，長(zhǎng)度為4.5 m，環(huán)向間距為40 cm；φ22系統(tǒng)錨桿，長(zhǎng)度為3.0 m，間距為1.0 ×1.0 m；φ6.5鋼筋網(wǎng)，間距為20×20 m； I16型鋼拱架，間距為1.0 m；C25噴射混凝土，厚度為20 cm；C25混凝土二次襯砌，厚度為45 cm。

2 進(jìn)洞方案比選

新增隧道長(zhǎng)度為726 m，根據(jù)施工現(xiàn)場(chǎng)條件，新增隧道施工可采用以下兩種施工方案：其一：按照原設(shè)計(jì)施工方案，分別在面上灣隧道和上苦苦隧道開挖1 #支洞和2 #支洞，到新增隧道主線位置，分別向中間施工，主洞完成后，再施工兩端交叉段。其二：由1 #支洞或者2 #支洞單頭施工到另一端出洞，然后再施工另一個(gè)交叉段。

2.1 雙支洞相向施工方案

新增隧道起點(diǎn)到1 #支洞的距離為102.4 m，隧道之間凈距由1 #支洞位置的15.2 m逐漸變?yōu)閮蓷l隧道匯交在一起；新增隧道終點(diǎn)到2 #支洞位置為152 m，隧道之間凈距由2 #支洞位置的16.7 m逐漸變?yōu)閮蓷l隧道匯交在一起。1 #支洞和2 #支洞之間距離為471.7 m。此方案需要兩套作業(yè)班組，每個(gè)班組施工363 m。按照該隧道圍巖情況及正常施工水平，5個(gè)月可施工完畢。優(yōu)點(diǎn)是施工任務(wù)平均分解，施工時(shí)間短；缺點(diǎn)是需要布置兩套施工人員、設(shè)備及相應(yīng)的風(fēng)水管路、供電設(shè)施，施工成本增加。

2.2 單支洞獨(dú)頭施工方案

根據(jù)施工現(xiàn)場(chǎng)情況分析，面上灣隧道出口位置工作面狹窄，不便于布置施工場(chǎng)地；由于明線路基下沉造成施工便道遭到嚴(yán)重破壞，整修困難，并且便道位于滑坡體上面存在安全隱患。

在上苦苦隧道進(jìn)口開闊位置布置拌和站、空壓供風(fēng)站、高壓水池等設(shè)施，在2 #支洞設(shè)計(jì)位置附近選擇圍巖較為穩(wěn)定的部位作為進(jìn)洞地點(diǎn)。此方案需要一套作業(yè)班組，施工長(zhǎng)度為726 m。按照該隧道圍巖情況及正常施工水平，10個(gè)月可施工完畢。優(yōu)點(diǎn)是需要布置一套施工人員、設(shè)備及相應(yīng)的風(fēng)水管路、供電設(shè)施就可以完成施工任務(wù)，降低施工成本，缺點(diǎn)是施工作業(yè)時(shí)間較長(zhǎng)。

綜合考慮新增隧道長(zhǎng)度、可利用施工工期及不同圍巖施工強(qiáng)度，決定采用從上苦苦隧道開挖2 #支洞進(jìn)洞，單頭施工。

3 施工難點(diǎn)分析

由于新增隧道圍巖穩(wěn)定性差，原上苦苦隧道全部有鋼拱架支護(hù)；支洞位置到隧道兩端新老隧道之間間距小，爆破時(shí)會(huì)影響原有隧道穩(wěn)定；支洞開口需要割除原有拱架，施工前首先需要對(duì)原有拱架進(jìn)行加固；新舊隧道匯交處臨空面大，需要割除原有鋼拱架，故支洞到兩條隧道交匯點(diǎn)為本工程難點(diǎn)。

4 開挖與支護(hù)施工

4.1 支洞施工

首先對(duì)支洞開口輪廓線位置鋼拱架進(jìn)行加固。剝離支洞開挖輪廓線范圍內(nèi)鋼拱架噴射混凝土，在支洞頂部開挖輪廓線以上30 cm位置的拱架兩側(cè)鉆孔，施工φ22砂漿錨桿，長(zhǎng)度為3.0 m，將錨桿端頭與鋼拱架焊接牢固，并將拱架兩側(cè)錨桿焊接為一體。在支洞頂部沿開口輪廓線布設(shè)3道φ22鋼筋，間距為10 cm，與鋼拱架焊接牢固，以增加支洞拱架的整體性。然后采用C25噴射混凝土將支洞輪廓范圍以外的鋼拱架補(bǔ)噴。

由于支洞口位置巖體臨空面大，支護(hù)結(jié)構(gòu)受力復(fù)雜，處理不當(dāng)容易發(fā)生坍塌事故，在割除支洞輪廓范圍內(nèi)鋼拱架后，及時(shí)支立支洞鎖口拱架。鎖口拱架與原拱架焊接，形成整體，以提高拱架的整體穩(wěn)定性。

由于支洞斷面不大，采用全斷面開挖，每循環(huán)進(jìn)尺為1～1.5 m，按照設(shè)計(jì)及時(shí)施工系統(tǒng)錨桿、鋼筋網(wǎng)、型鋼拱架，噴射混凝土，封閉成環(huán)。

開挖到新增隧道位置后按照支洞進(jìn)口方法施工鎖口拱架，以保持支洞穩(wěn)定，支洞施工完畢，為正洞施工創(chuàng)造了條件。支洞具體施工方法參照正洞施工。

4.2 正洞施工

正洞Ⅴ級(jí)圍巖、Ⅳ級(jí)圍巖采用拱部環(huán)形開挖留核心土法，Ⅲ級(jí)圍巖采用全斷面光面爆破開挖。4.2.1 測(cè)量放線

鉆孔前測(cè)量放樣，準(zhǔn)確繪出開挖輪廓線及周邊眼、掏槽眼和輔助眼的位置，用激光鉛直儀控制邊線。距開挖面50 m處埋設(shè)中線樁，每100 m設(shè)置臨時(shí)水準(zhǔn)點(diǎn)。每次測(cè)量放線的同時(shí)，要對(duì)上次爆破斷面進(jìn)行檢查，利用隧道開挖斷面量測(cè)系統(tǒng)對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，及時(shí)調(diào)整爆破參數(shù)，以達(dá)最佳爆破效果。

4.2.2 鉆孔作業(yè)

鉆眼前，鉆工要熟悉炮眼布置圖，嚴(yán)格按鉆爆設(shè)計(jì)實(shí)施，定人定位，周邊眼、掏槽眼由經(jīng)驗(yàn)豐富的司鉆工司鉆。

4.2.3 裝藥及起爆

嚴(yán)格控制周邊眼裝藥量，采用合理的裝藥結(jié)構(gòu)，盡量使炸藥沿孔深均勻分布。施工時(shí)采用不偶合裝藥結(jié)構(gòu)，不偶合裝藥系數(shù)一般控制在1.4～2.0范圍內(nèi)。

4.2.4 超前小導(dǎo)管注漿

超前小導(dǎo)管預(yù)注漿采用外徑φ42 mm，壁厚4 mm的熱軋無(wú)縫鋼管加工制成，長(zhǎng)4.5 m，在前部鉆注漿孔，孔徑6 mm，孔間距15 cm，梅花形布置。鋼管前端加工成錐形，尾部焊接鋼筋加筋箍，并預(yù)留15 cm作為不鉆孔的止?jié){段。

現(xiàn)場(chǎng)加工小導(dǎo)管，噴射混凝土封閉巖面，風(fēng)動(dòng)鑿巖機(jī)鉆孔，并用風(fēng)動(dòng)鑿巖機(jī)的頂推力將小導(dǎo)管推送入孔，測(cè)斜儀控制鉆孔角度，注漿泵壓注水泥漿。

4.2.5 砂漿錨桿

測(cè)量放樣，按設(shè)計(jì)要求準(zhǔn)確放出錨桿孔位，采用風(fēng)動(dòng)鑿巖機(jī)鉆孔。利用高壓風(fēng)清孔，清孔完成后進(jìn)行孔道檢查，檢查開孔孔徑、孔深、孔道傾斜度。

采用單管注漿工藝，直接將注漿管插入錨桿孔底，開始注漿后反復(fù)將注漿管向孔底送，使砂漿將孔內(nèi)多余的水?dāng)D壓出孔外，隨后邊注漿邊拔出注漿管。注漿后應(yīng)及時(shí)放置錨桿。

錨桿孔內(nèi)砂漿達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度80 %以上時(shí)，進(jìn)行墊板安裝。

4.2.6 鋼筋網(wǎng)

按設(shè)計(jì)要求加工鋼筋網(wǎng)，在加工棚分塊預(yù)制成鋼筋網(wǎng)片，長(zhǎng)寬尺寸為100 cm～200 cm，洞內(nèi)鋪掛，鋼筋網(wǎng)在初噴2 cm厚混凝土后設(shè)置，同系統(tǒng)錨桿固定牢固。鋼筋網(wǎng)與受噴面的間隙為3 cm左右，其保護(hù)層大于2 cm。搭接長(zhǎng)度為1～2個(gè)網(wǎng)格。

在開始噴射時(shí)，適當(dāng)縮短噴頭至受噴面的距離，并適當(dāng)調(diào)整噴射角度，使鋼筋網(wǎng)背面混凝土達(dá)到密實(shí)。

4.2.7 鋼拱架安裝

鋼拱架用冷彎?rùn)C(jī)在鋼材加工廠彎制，機(jī)械運(yùn)至安裝現(xiàn)場(chǎng)，人工配合裝載機(jī)安裝。

鋼拱架用縱向鋼筋聯(lián)結(jié)，拱腳必須放在牢固的基礎(chǔ)上。拱腳標(biāo)高不足時(shí)，不允許用塊石、碎石砌墊，應(yīng)設(shè)置鋼板進(jìn)行調(diào)整，或用混凝土澆筑，混凝土強(qiáng)度不低于C20。

鋼拱架在初噴C25混凝土約4 cm后進(jìn)行架設(shè)，焊接好縱向連接筋后，復(fù)噴至設(shè)計(jì)厚度。

4.2.8 噴混凝土

噴射混凝土混合料由拌和站攪拌均勻后，運(yùn)至工作面，再經(jīng)濕噴機(jī)二次拌和，以高壓風(fēng)為動(dòng)力，經(jīng)噴頭射至受噴面。采用濕噴機(jī)噴混凝土分二次進(jìn)行，第一次噴射厚度應(yīng)不少于5 cm，按設(shè)計(jì)要求施作錨桿等，再進(jìn)行第二次噴射至設(shè)計(jì)厚度。

4.3 支洞到交匯口段施工

隧道支洞到交匯口分四部分施工：新老隧道水平凈距大于6 m段、新老隧道水平凈距小于6 m大于0 m段、新老隧道水平凈距小于0 m到重合三分之二、新老隧道重合三分之二到兩隧道完全重合。

4.3.1 水平凈距大于6 m段

根據(jù)隧道圍巖分級(jí)，按照正洞施工方法正常施工。施工過(guò)程中短進(jìn)尺開挖，并及時(shí)支護(hù)。同時(shí)加強(qiáng)監(jiān)控量測(cè)，及時(shí)對(duì)量測(cè)資料進(jìn)行整理分析，指導(dǎo)開挖施工。根據(jù)實(shí)際爆破參數(shù)效果及時(shí)對(duì)爆破參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，嚴(yán)格控制爆破參數(shù)，最大幅度地減小對(duì)圍巖的擾動(dòng)，嚴(yán)格控制超挖。

4.3.2 水平凈距6 m～0 m段

隧道上部山體覆蓋層厚，中間巖柱承受壓力大。為保證中間巖柱永久穩(wěn)定，在原有隧道內(nèi)靠近新增隧道一側(cè)增設(shè)1.5 m厚C25混凝土立柱，并且分別在原有隧道拱肩及立柱底部設(shè)置φ22砂漿錨桿，將混凝土立柱與兩隧道之間巖柱連接為整體，最后將原有隧道剩余空間用洞渣回填，即增加了巖柱剛度，又可以增強(qiáng)隧洞整體穩(wěn)定性。

原有隧道拱肩及立柱底部錨桿為φ22砂漿錨桿，長(zhǎng)度為4.5 m，間距為0.8（橫向）×1.2 m（縱向），錨桿端部外露50 cm，預(yù)埋至模筑立柱混凝土中。錨桿施工時(shí)垂直巖面打設(shè)，角度可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況調(diào)整。立柱澆筑之前，首先鑿除原隧道已施作的噴射混凝土，立柱澆筑后，盡快在其頂部進(jìn)行水泥漿注漿回填，確保立柱與開挖基巖密貼，然后對(duì)既有洞室全段進(jìn)行洞渣回填。

原有隧道加固完成后，開始新增隧道開挖，根據(jù)隧道圍巖分級(jí)，按照正洞施工方法正常施工。

4.3.3 水平凈距等于0 m到新老隧道重合三分之二段

本段落原有隧道加固形式與水平凈距為6 m～0 m段落基本相同，區(qū)別在于混凝土立柱位置隨著施工里程變化而變化，由開始的緊貼原有隧道一側(cè)逐漸變?yōu)樵兴淼赖娜种恢?。另一點(diǎn)不同之處是在新增隧道開挖過(guò)程中，需要割除原有隧道鋼拱架。新增隧道開挖采用短進(jìn)尺、弱爆破施工工藝，嚴(yán)格控制裝藥量，開挖后及時(shí)支護(hù)。割除原有隧道拱架后及時(shí)支立鋼拱架，封閉成環(huán)。

4.3.4 新老隧道重合三分之二到完全重合段

本段落施工取消了C25混凝土立柱，將洞渣回填改為M7.5漿砌片石回填，其余施工項(xiàng)目與水平凈距等于0 m到新老隧道重合三分之二段落相同。

5 施工監(jiān)控量測(cè)

按新奧法原理設(shè)計(jì)，隧道的開挖及支護(hù)全部在監(jiān)控量測(cè)的指導(dǎo)下進(jìn)行施工。由于本改線隧道部分段落為小間距，部分段落類似于連拱隧道，部分段落新舊隧道又交匯在一起，洞身開挖對(duì)圍巖擾動(dòng)非常大，所以必須加強(qiáng)對(duì)圍巖的監(jiān)控量測(cè)。在本隧道施工過(guò)程中，主要對(duì)地表下沉、拱頂下沉、周邊收斂、爆破振動(dòng)、錨桿內(nèi)力及洞內(nèi)圍巖觀測(cè)等項(xiàng)目進(jìn)行了監(jiān)控量測(cè)，及時(shí)反饋量測(cè)信息，保證了隧道的施工安全。

6 施工注意事項(xiàng)

（1）嚴(yán)格按照“短進(jìn)尺、弱爆破、強(qiáng)支護(hù)、緊封閉、勤量測(cè)”的原則開挖作業(yè)，減少超挖量，防止造成塌方；（2）合理用藥：用于光面爆破的炸藥采用低猛度、低爆速、傳爆性能好的炸藥，在炮眼底部，為了克服眼底巖石的夾制作用，改用高爆速炸藥；（3）采用小直徑藥卷不偶合裝藥結(jié)構(gòu)：在裝藥結(jié)構(gòu)上，采用比炮眼直徑小的小直徑藥卷連續(xù)或間隔裝藥；（4）錨噴支護(hù)或鋼拱架支撐，緊跟開挖面，每循環(huán)進(jìn)尺后及時(shí)支護(hù)；（5）噴射混凝土前，埋設(shè)標(biāo)志或利用錨桿頭外露長(zhǎng)度以控制噴射混凝土厚度。噴射混凝土施工時(shí)，達(dá)到巖面基本平順，以利于防水層鋪設(shè)，確保初支，防水、隔離層和二次襯砌盡量密貼；（6）當(dāng)巖面普遍滲水時(shí)，可先噴射砂漿，并加大速凝劑摻量，保證初噴后，再按原配比施工。當(dāng)局部出水量較大時(shí)采用埋管、鑿槽，樹枝狀排水盲溝措施，將水引導(dǎo)疏出后，再噴混凝土。

7 結(jié)語(yǔ)

面上灣改線隧道地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜，圍巖破碎，穩(wěn)定性差。新舊隧道交叉段隧道凈距逐漸變小，中間墻體應(yīng)力集中，處理不當(dāng)極易造成坍塌。采用合理的施工方案，及時(shí)對(duì)薄弱墻體進(jìn)行加強(qiáng)支護(hù)，輔以對(duì)舊隧道及時(shí)進(jìn)行洞渣回填，大大降低了開挖對(duì)圍巖的擾動(dòng)，對(duì)圍巖受力薄弱環(huán)節(jié)進(jìn)行了加強(qiáng)。嚴(yán)格控制關(guān)鍵工序：新舊隧道交叉段關(guān)鍵工序?yàn)樗淼篱_挖的鉆孔布置、裝藥量；控制超前支護(hù)的質(zhì)量；中間巖柱加固的措施等。只有關(guān)鍵工序嚴(yán)格控制，才能保證隧道施工的質(zhì)量與安全。只有通過(guò)監(jiān)控量測(cè)反饋的信息，才能確定隧道施工方案的可行性，從而更好的指導(dǎo)隧道的施工。

Excavation and support Technology of the Tunnel Diversion in Mountainous Area

ZHANG Qiu-ying

(Tunnel Engineering Corporation of China Railway 18th Bureau Group Co.Ltd., Beibei Chongqing 400700 China)

Abstract：This paper presents the excavation and support technology of a tunnel diversion constructed on the accommodation road from Kala to Yangshuifang hydropower station in Yalongjiang, Sichuan.The subgrade of the Mianshangwan section (K37+312～K37+685)of the accommodation road was settled seriously due to the heavy rain in 2012.It was determined that a tunnel diversion should be constructed to avoid the colluvial deposit and connect the existing Mianshangwan Tunnel and Shangkuku Tunnel inside.The results show that this technology is safe, quick and economical, which can provide references for similar constructions.

Key words：tunnel diversion confluence section excavation support central pile-column monitoring measurement