軟弱圍巖區(qū)小凈距隧道施工技術探討

張周平+吳旭+祝河清

摘 要：結合湖北麻城至竹溪高速公路宜城至?？刀蜯ZTJ-4標二分部軟弱圍巖區(qū)小凈距隧道施工實例，總結分析了其施工方法、中夾巖加固措施、雙洞的合理間距、監(jiān)控量測等內容，旨在提高施工技術人員對小凈距隧道的認識，提高軟弱圍巖區(qū)小凈距隧道施工的技術水平，保證施工質量和安全，為日后的相關工程提供參考。

關鍵詞：軟弱圍巖；小凈距隧道；掌子面間距；中夾巖

中圖分類號：U455.4 文獻標識碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2016.04.128

1 小凈距隧道

近年來，我國高速公路建設不斷向中西部多山地區(qū)發(fā)展，山區(qū)高速則成為了高速公路建設的主題。高速公路建設主要強調的是環(huán)境保護和土地利用率，但是，受地形限制，隧道左、右洞間距過大，不能滿足設計要求，因此，小凈距隧道便應運而生了，而且非常受歡迎。小凈距隧道既能解決接線難、土地利用率低等問題，又比連拱隧道施工造價低、難度小。

湖北麻城至竹溪高速公路宜城至?？刀蜯ZTJ-4標二分部共有隧道7座，其中，4座為小凈距隧道。黃堡隧道長621 m，Ⅴ級占53.3%，中夾巖距15.8 m；香山隧道長431 m，Ⅴ級占40.8%，中夾巖距8.7 m；張弓隧道長757 m，Ⅴ級占22.7%，中夾巖距12.4 m；羅漢關隧道長957 m，Ⅴ級占31.7%，中夾巖距14.5 m。

2 水文地質

該項目位于湖北省西北部襄陽市?？悼h，路線呈東西走向。該地處于剝蝕低中山區(qū)，山戀重疊，溝壑縱橫，河谷兩側斜坡陡峭，出露地層為寒武系、奧陶系、志留系的碎屑巖、碳酸鹽巖，主要為頁巖。該地區(qū)屬亞熱帶季風氣候，氣候溫和，四季分明，降雨主要集中在5—9月，夏季災害性天氣比較多，常有暴雨-強降雨出現(xiàn)。頁巖遇水容易滲漏、軟化，給隧道施工造成不利的影響。

3 小凈距隧道的特點

小凈距隧道的并行雙洞間距比較小，而夾巖厚度介于連拱隧道與分離式隧道之間。因此，在隧道設計和施工過程中，必須要考慮雙洞的相互影響，不能按照獨立雙洞考慮隧道結構，而且軟弱圍巖區(qū)小凈距隧道的圍巖穩(wěn)定性和支護結構受力狀況遠比分離式隧道復雜。該項目的4座小凈距隧道雙洞間距為8.7～15.8 m。由具體的施工情況可知，軟弱圍巖區(qū)小凈距隧道的特點是：①圍巖強度低。一般將單軸飽和抗壓強度低于25 MPa的巖石稱為軟巖，而典型的軟巖有泥巖、頁巖和千枚巖等。該項目隧道軟弱圍巖區(qū)均為頁巖。②巖體破碎。受地質構造影響嚴重的堅硬巖石又被稱為軟弱圍巖，其節(jié)理、裂隙、斷層等結構面發(fā)育，圍巖強度低，自穩(wěn)性差。③賦存環(huán)境差。隧道圍巖一旦賦存于富水、高地應力等不良的地質環(huán)境中，就會引發(fā)涌水、塌方等地質災害。④在小凈距隧道的施工過程中，受雙洞的相互影響，當洞身處于軟弱圍巖地段時，這種影響更加顯著。⑤中夾巖受力比較集中。洞身開挖打破了圍巖原有的應力平衡，重新分布應力，特別是受到后行洞開挖的再次擾動，二次應力場在中夾巖處疊加，出現(xiàn)了應力集中的情況。⑥中夾巖容易開裂失穩(wěn)。施工爆破工作對中夾巖的影響比較大，再加上雨季和地下水的影響，頁巖極速軟化下沉、開裂，出現(xiàn)了失穩(wěn)的情況，形成流變。

近幾年，小凈距隧道被廣泛應用，但是，施工人員對其施工特性的認識不足，仍采用分離式隧道的施工方法進行小凈距隧道施工，再加上施工工藝不到位、現(xiàn)場管理薄弱等，在施工過程中，發(fā)生了初支大變形、坍方和二襯開裂等事故。

4 施工方法

隧道施工可以分為洞口施工和暗洞施工兩部分。結合小凈距隧道施工的具體情況，簡要探討了軟弱圍巖區(qū)小凈距隧道施工技術的相關內容。

4.1 洞口施工

洞口施工是隧道施工的開始，洞口的穩(wěn)定性直接影響著進洞開挖等后續(xù)工程的順利進行。對于小凈距隧道，由于兩洞距離比較近，洞身開挖會對洞口邊仰坡、中夾巖柱造成疊加性的影響，所以，小凈距隧道對邊仰坡、成洞面中夾巖穩(wěn)定性的要求比較高。洞口施工應盡量避開雨季，因為雨水沖刷極易導致邊仰坡滑塌。修建施工便道時，盡量不要破壞隧道洞口的山體坡腳，以免影響洞口山體的穩(wěn)定性。

在洞口施工時，要先根據(jù)設計設置截水溝，埋設地表監(jiān)測點，盡量減少洞口邊仰坡的開挖，及時施作超前長管棚并注漿，提前做好洞口中夾巖的加固處理，而且2個洞口工程應一次性施作完畢后再開挖先行洞。

在進洞開挖前，要先加固成洞面中夾巖，預先固結距離比較長的中夾巖，防止后期暗洞開挖過程中其過度松弛而變形。加固工作可采用類似長管棚的形式，利用管棚設備打設長導管注漿加固距離較長的中夾巖。

4.2 暗洞施工

在軟弱圍巖區(qū)小凈距隧道暗洞的施工過程中，應選擇恰當?shù)氖┕し椒ǎ瑴p少對軟弱圍巖的擾動。同時，要讓中夾巖變形收斂，及時對其進行加固，合理設置兩洞掌子面的間距，以減小雙洞的相互干擾。另外，還要適時施作二次襯砌，并保證其施工質量。在暗洞施工時，中夾巖處理是否得當是控制施工質量和安全的關鍵。

4.2.1 選擇施工方法

軟弱圍巖區(qū)小凈距隧道開挖工法主要包括三臺階預留核心土法、CD法、CRD法和雙側壁導坑法等。在選擇開挖工法時，在保證安全的前提下，選用的施工方法越簡單越好。施工時，主要采用的是三臺階預留核心土法，洞口處則采用CD法配合。選擇這種方法的原因有3點：①滿足小凈距隧道施工的要求；②與雙側壁導坑法、CRD法等相比，這種方法操作簡單，易于控制；③三臺階預留核心土法相對經濟合理，能保證施工安全。

在開挖過程中，對于軟弱圍巖區(qū)小凈距隧道，首選的是機

械開挖，可采用預裂爆破的方法，使用空氣間隔裝藥，以減小爆破對圍巖的擾動。每循環(huán)進尺要控制為1～2榀鋼架的間距，嚴禁單側拉槽過長，每班爆破后均應檢查爆破效果，及時修正爆破參數(shù)，控制用藥量。在中、下臺階的施工過程中，宜先開挖支護靠近中夾巖柱的一側，使薄弱部位先形成支承。

4.2.2 暗洞中夾巖加固

在施工過程中，洞身開挖會對薄弱的中夾巖柱產生擾動，靠近中夾巖一側的初支極易變形、開裂，甚至會導致二襯開裂，因此，中夾巖加固工作非常重要。

中夾巖加固主要采用的是小導管注漿的形式，超前導管注漿結合系統(tǒng)導管注漿對中夾巖加固有較好的效果。系統(tǒng)導管在靠近中夾巖一側可適當增加打設長度，加強中夾巖的加固效果。中夾巖超前導管注漿加固是在中、下臺階靠近中夾巖一側斜向前方約45°打設超前導管注漿。

4.2.3 兩洞掌子面間距設置

施工時，后行洞、先行洞之間相互影響，情況十分復雜。由于對其認識不足，施工人員沒有考慮到先行洞、后行洞的施工間距，而且后行洞開挖后，應力會再次釋放。由于兩洞間距小，牽引先行洞圍巖會出現(xiàn)二次應力釋放疊加的情況，因此，在實際施工過程中，后行洞開挖掌子面極易導致對應的先行洞初支下沉、開裂，甚至還會導致二襯開裂等。通過對項目小凈距隧道施工過程的監(jiān)控和分析，及時調整了施工間距。比較理想的兩洞施工間距如圖1所示。

兩洞掌子面間距要控制在15～20 m，先行洞掌子面、仰拱均超前后行洞掌子面，后行洞掌子面對應先行洞初支成環(huán)、二襯未施工段落，使得先行洞已成環(huán)初支有較強的承受能力抵抗因后行洞爆破引起的二次應力釋放，同時，還能避免爆破時的瞬時振動對先行洞二襯的影響。因為先行洞已成環(huán)初支抵抗圍巖的變形能力大大增強，所以，可在一定程度上降低初支開裂掉塊情況發(fā)生的概率，而預留變形量的存在也使得初支不至于被侵限。先行洞二襯滯后于后行洞仰拱是較為理想的狀態(tài)，如此能在一定程度上減小后行洞開挖對先行洞二襯造成的影響。

4.2.4 二次襯砌施作時機

在二次襯砌施工過程中，除了要考慮兩洞的施工間距外，還應把握好二次襯砌的施作時機。在初支變形未基本穩(wěn)定前，即施作二次襯砌或出現(xiàn)初支大變形時，試圖通過施作二襯來抵擋變形，進而導致二襯開裂。二襯施作滯后會影響工程質量和施工安全，所以，把握二襯施作時機是非常重要的。在施工過程中，要重視監(jiān)控量測在施工中的作用，在監(jiān)控結果滿足下列條件時進行二次襯砌施工是比較合適的，即：①各測試項目所顯示的位移率明顯收斂、減緩，并已基本穩(wěn)定；②已產生的各項位移達到預計位移總量的80%～90%；③周邊位移速率小于 0.10～0.2 mm/d，或拱部下沉速率小于 0.10～0.15 mm/d。

4.3 監(jiān)控量測

在施工過程中，除了要監(jiān)測拱頂沉降、周邊收斂外，還應監(jiān)測爆破震動的情況，同時，還要加大對軟弱圍巖區(qū)的監(jiān)測頻率。當監(jiān)測結果出現(xiàn)異常時，要停止掌子面的開挖，調整爆破參數(shù)，減小擾動。對于初支變形過大的段落，要補注漿加強、施作仰拱成環(huán)或加設臨時護拱等，待初支穩(wěn)定后恢復掌子面施工。另外，施工人員還可以根據(jù)監(jiān)測結果適時調整預留變形量，初支變形未穩(wěn)定不宜進行二襯施工。例如，相鄰項目的某些隧道施工時出現(xiàn)了初支持續(xù)變形的問題，但未采取有效手段穩(wěn)定初支，而是通過施作二襯來抵擋初支大變形，致使后期工程因為二襯受力過大而開裂。因此，最終破除二襯更換了初支。

針對小凈距隧道施工過程中出現(xiàn)的問題，施工人員及時在初支中安裝了壓力盒，并在施工過程中設置了2種不同的開挖工序，以監(jiān)測圍巖的情況。當兩掌子面間距在20 m左右時，其圍巖壓力和監(jiān)控量測曲線最終收斂穩(wěn)定；當兩掌子面間距在50 m時，中夾巖變形持續(xù)增長，形成流變，導致其開裂。

5 調整細部工序

施工時，極易出現(xiàn)初期支護大變形或是二襯開裂，甚至是一些小凈距隧道在施工過程中出現(xiàn)后行洞邊開挖先行洞邊開裂的情況。出現(xiàn)上述病害，除了施工間距安排不合理外，另一個重要的原因是圍巖的加固工作不到位。在隧道施工過程中，允許圍巖有一定的變形，但是，要有效控制其變形速率，防止過度變形導致圍巖失穩(wěn)的情況發(fā)生。

目前，在隧道施工過程中，加固軟弱圍巖時經常使用導管注漿，但是，受各種因素的制約，極易出現(xiàn)以下問題：①受到工期和成本的影響，超前注漿不及時；②在打設系統(tǒng)導管時，受施工臺階空間的限制，導管打設角度不理想，加固效果差；③注漿順序不合理，注漿機壓力不夠且不安裝止?jié){閥，注漿效果差；④仰拱分幅施工，未及時成環(huán)。

為了解決上述問題，可對現(xiàn)場施工進行優(yōu)化調整：①配置三四人的注漿專班，當中、下臺階施工時，要及時對上臺階超前導管注漿。②調整施工工序。上臺階施工時，要先做好鎖腳工作，待中臺階施工完成后，將臺車作為平臺，統(tǒng)一打設上臺階、中臺階系統(tǒng)導管，避免鉆桿振動對開挖面的破壞，有效保證導管的打設角度和間距。③開工前，要準備進場隧道專用的HS-6型雙液灰漿泵，并為其配備相應的輔助工具。同時，注漿專班要進行技術交底工作，注漿要遵循“由下而上、先側墻后拱頂”的原則。④仰拱要全幅一次完成，嚴禁半幅施工，以起到早閉合，防變形、塌方的作用。經過必要的優(yōu)化調整后，在小凈距隧道施工中，軟弱圍巖加固取得了良好的效果。

6 結束語

在高速公路建設工作中，小凈距隧道被廣泛應用。而在麻竹項目小凈距隧道的后續(xù)工程中，減小爆破振動，合理布置左右洞的施工間距，抓住中夾巖注漿加固的關鍵，適時施作二襯，取得了明顯的效果。本文總結了軟弱圍巖區(qū)小凈距隧道的施工經驗，以期不斷提高小凈距隧道的施工質量，降低安全事故發(fā)生的概率，使小凈距隧道能夠健康發(fā)展。

參考文獻

[1]中交第一公路工程局有限公司.JTG F60—2009 公路隧道施工技術規(guī)范[S].北京：人民交通出版社，2009.

[2]關寶樹.軟弱圍巖隧道施工技術[M].北京：人民交通出版社，2011.

[3]張王杰.河源洞淺埋偏壓小凈距隧道進洞施工技術[J].山西建筑，2010，36（1）.

〔編輯：白潔〕