小凈距隧道進口淺埋偏壓段施工技術(shù)

摘 要：文章通過工程實例，對小凈距淺埋偏壓隧道的地表加固，反壓護拱，超前錨桿支護、中間巖柱加固、洞身開挖、監(jiān)控量測等關(guān)鍵工序的施工方法和技術(shù)措施進行了探討和總結(jié)。

關(guān)鍵詞：小凈距；淺埋偏壓；施工技術(shù)

1 概述

1.1 工程概況

聞垣高速公路位于山西省運城市東北部，東接河南濟源至邵源高速公路，進而連接二廣高速，西連大運高速，是晉南地區(qū)又一條重要的出省通道。該公路的建設(shè)，對于完善山西省公路網(wǎng)、緩解連霍高速公路開封、洛陽、三門峽間的交通壓力和運城市挺進中原，走向沿海，促進沿線地區(qū)的經(jīng)濟和旅游事業(yè)發(fā)展具有重要意義。

1.2 隧道總體概況

大虎峪1#隧道位于山西省絳縣大虎峪村，隧道聞喜端臨涑水河，接寨子2號特大橋，垣曲端臨殷家溝，接大虎峪2#隧道。該隧道所處地貌屬于構(gòu)造剝蝕作用形成的中低山地貌，隧道沿線地形起伏較大，山高坡陡，山頂覆蓋薄層黃土狀亞粘土，斜坡上基巖大多裸露，沿線植被不發(fā)育，僅有極少量灌木叢。隧道雙洞軸線凈距聞喜端為16.0m，濟源端為19.5m，整個隧道按小凈距隧道考慮。該隧道左線長1333m，右線長1330m。設(shè)計為雙向四車道，單洞凈寬10.25m，單洞凈高5.0m，左洞進口明洞長10m，右洞進口明洞長5m。

1.3 進口淺埋偏壓段隧道情況

大虎峪1#隧道進口端左線K24+403-K24+375段和右線YK24+405-YK24+380段均為Ⅴ級圍巖偏壓隧道，其中左線處于淺埋段，該段洞身埋深淺，僅有0.5m的覆蓋層，并且洞頂左側(cè)山體自然坡度較陡，最陡處55°，洞身處于嚴重淺埋偏壓狀態(tài)，屬于典型的隧道貼坡進洞情形。文章將重點介紹大虎峪1#隧道左洞進口淺埋偏壓段施工技術(shù)。

大虎峪1#隧道左洞進口淺埋偏壓段圍巖為Ⅴ級強風(fēng)化混合花崗片麻巖，局部為弱風(fēng)化，粗粒變晶結(jié)構(gòu)，片麻狀結(jié)構(gòu)，巖質(zhì)軟，節(jié)理裂隙發(fā)育，巖體主要呈碎（石）狀鑲嵌結(jié)構(gòu)，圍巖穩(wěn)定性很差，施工易坍塌，處理不當容易出現(xiàn)大塌方。

2 進洞前施工技術(shù)措施

2.1 明洞挖掘施工

為保障工程安全，避免工程設(shè)施遭受地下水和降水浸潤影響，在挖掘作業(yè)開始前，施工人員要先做好洞口附近的防水處理。防水措施包括在在洞口上方邊仰坡外設(shè)置的截水溝和在洞口周邊布置的排水溝，這些設(shè)施可以有效降低山坡水流對土層的沖刷及落石、邊坡失穩(wěn)等現(xiàn)象的發(fā)生。明挖法是明洞挖掘作業(yè)的主要方法。施工時必須嚴格遵循設(shè)計坡率，并做好相關(guān)支護措施，以提高邊坡穩(wěn)定性。

2.2 進洞前洞口長管棚預(yù)支護

明洞開挖及邊仰坡噴錨支護完成后，進洞前先施工長管棚。大虎峪1#隧道左洞聞喜端K24+403-K24+375段淺埋偏壓嚴重，為了保證進洞安全，設(shè)計了30m長大管棚，管棚采用外徑為108mm，壁厚6mm熱軋無縫鋼管制作，鋼管環(huán)向間距50cm，大管棚由28根鋼管自拱頂均勻布置；注漿采用水泥水玻璃漿液；定位和導(dǎo)向采用18工字鋼混凝土套拱，套拱要求在襯砌輪廓線外施作；套拱采用預(yù)留核心土掏槽開挖，在長管棚施工完成并達到設(shè)計強度后，在其保護下再進洞開挖。

進洞前通過注漿后的大管棚具有較高水平的機械強度、剛性表現(xiàn)良好，除了對縱向方向的不均勻應(yīng)力有著較好的耐受性外，還與周邊巖體有機地結(jié)為一體，構(gòu)成一個承載拱，各個承載體都是這個環(huán)狀結(jié)構(gòu)的一部分，其承受的壓力沿環(huán)狀結(jié)構(gòu)均勻分散，從而大幅提高了隧道結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，為施工安全奠定了基礎(chǔ)。

2.3 反壓護拱施工

由于大虎峪1#隧道左洞進口段處于嚴重淺埋偏壓狀態(tài)，且Ⅴ級圍巖風(fēng)化破碎，管棚施工時卡鉆嚴重，為保證管棚施工順利進行，將拱頂右側(cè)淺埋段地表土清除，管棚采用明挖法施工，管棚施工完畢后再施工反壓護拱，以保證隧道在施工和運營期間的安全和穩(wěn)定。

反壓護拱采用C25混凝土進行施工，施工平均厚度為1.2m，護拱內(nèi)設(shè)置I18工字鋼，以將上方山體偏壓力傳遞至下方完整的基巖上，工字鋼縱向間距50cm，環(huán)向間距50cm，護拱施工時要分段開挖，分段立模澆注，防止基礎(chǔ)開挖影響淺埋偏壓陡坡的穩(wěn)定。

3 洞身挖掘作業(yè)

小凈距隧道洞口Ⅴ級圍巖淺埋偏壓段具有圍巖級別不高、施工影響因素較多的特點，所以在具體施工時，就必須科學(xué)選擇挖掘施工技術(shù)，合理安排施工工序，以保障工程質(zhì)量安全。鑒于左右暗洞洞身設(shè)計進洞里程差距超過40m，該項工程采用依次施工的方式，首先進行右側(cè)洞洞身的挖掘施工，其中，靠前的25m洞身使用短臺階法進行挖掘施工，前后兩級臺階間的距離一般設(shè)定為10m。右洞進口淺埋偏壓段洞身開挖采用單側(cè)壁導(dǎo)坑法施工，側(cè)導(dǎo)洞設(shè)置在偏壓洞身斷面左側(cè)，并使用中空灌漿錨桿進行加固處理。在此基礎(chǔ)上進行該洞上下斷面的挖掘施工及支護處理。洞口Ⅴ級圍巖淺埋偏壓段施工工序詳見圖1。

4 初期支護施工

本隧道采用新奧法施工，復(fù)合式襯砌，淺埋偏壓段初期支護參數(shù)見表1。

施工中針對隧道淺埋偏壓段自身特點和小凈距隧道施工難點，在初期支護方面采取了如下針對性的施工措施和對策。

4.1 洞身圍巖及小凈距隧道中間巖柱加固

小凈距隧道淺埋偏壓段Ⅴ級強風(fēng)化圍巖穩(wěn)定性差，為保障工程質(zhì)量安全，必須對輸送巖體進行加固處理，提高圍巖受力性能和整體水平。為此，首先要在徑向方向上采用Φ25中空注漿錨桿作為系統(tǒng)錨桿，按照梅花形布置，相對于普通錨桿，該種錨桿注漿效果更好。需要注意的是，左右洞中間巖柱的注漿錨桿長度一般控制在4.5m，以實現(xiàn)淺埋偏壓小凈距隧道穩(wěn)定性的最優(yōu)化。

4.2 鋼拱架噴射混凝土初期支護

鋼拱架噴射混凝土具有硬化速度快，機械性能好等優(yōu)點，適合淺埋偏壓Ⅴ級圍巖的受力需求。使用該工藝，不但有利于初期支護強度、剛度等性能的提高，還能夠盡早滿足早期圍巖的支護需求。提高作業(yè)面周圍巖體的穩(wěn)定性，保障施工安全。鋼拱架用18普通工字鋼按照0.8m的間隔加工制作。該道工序使用噴射發(fā)進行混凝土施工，可以有效減少粉塵產(chǎn)生，控制回彈率。施工時要嚴格按照設(shè)計配置混凝土，確保施工質(zhì)量。

5 二次襯砌

小凈距隧道進口淺埋偏壓段二次襯砌作業(yè)以厚度45cm的C25鋼筋混凝土為施工材料，根據(jù)工程施工具體進度及時實施，以確保施工安全。二次襯砌和掌子面間的距離不能超過50m。為保障具有足以滿足淺埋偏壓段軟弱圍巖狀態(tài)下的受力抗裂性能，二次襯砌以鋼筋混凝土為主材，按照先墻后拱法進行施工。矮邊墻要在仰拱回填完后立即施工，之后使用自行式液壓全斷面二襯臺車進行二襯澆筑。

6 施工監(jiān)控量測

本工程小凈距隧道洞口Ⅴ級圍巖淺埋偏壓段按照技術(shù)要求和現(xiàn)場實際條件分別開展了地質(zhì)觀察、地表下沉、圍巖周邊收斂、拱頂下沉相關(guān)監(jiān)控量測工作，以此對作業(yè)面圍巖和支護的受力情況和安全穩(wěn)定進行全面的摸底、排查，為后續(xù)作業(yè)提供充分的數(shù)據(jù)參考支持。

監(jiān)控測量結(jié)果顯示，該工程位移、收斂、沉降等各項指標均達到設(shè)計標準。建筑結(jié)構(gòu)在整個施工過程中保持穩(wěn)定，未見異常，說明采取的相關(guān)技術(shù)措施是科學(xué)有效的。

7 結(jié)束語

綜上所述，小凈距淺埋偏壓隧道工程施工條件復(fù)雜，對施工安全提出了較高要求，工程施工難度較大。從改善工程建筑力學(xué)結(jié)構(gòu)著手，采取科學(xué)的技術(shù)措施，可以大幅提高結(jié)構(gòu)力學(xué)性能，保障施工安全，為工程的順利實施奠定基礎(chǔ)。