大斷面千枚巖隧道主洞貫通施工技術(shù)探討

余東升

我國目前城市建設(shè)日新月異，城市道路多趨于高標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)，雙向六車道成為基本配置，由此形成隧道斷面跨度較大，特別是對(duì)于淺埋或地質(zhì)狀況較差的隧道，主洞貫通尤為重要，針對(duì)隧道貫通施工進(jìn)行專項(xiàng)探討和研究，為今后類似項(xiàng)目施工提供可參考的經(jīng)驗(yàn)。

一、工程概況及地質(zhì)

1.設(shè)計(jì)概況

鳳凰山隧道位于景德鎮(zhèn)市珠山區(qū)為宇路，里程樁號(hào)K0+615～K1+050，全長435米，雙洞、雙連拱設(shè)計(jì)，城市次干道標(biāo)準(zhǔn)，雙向四車道，行車時(shí)速40km/h。隧道橫向凈寬度為13.7米，最大開挖寬度為15.15米，最大開挖高度12.21米；左、右線隧道內(nèi)均設(shè)置1座城市綜合管廊。

2.地質(zhì)情況

（1）隧道進(jìn)出口圍巖主要為全～強(qiáng)風(fēng)化千枚巖。全風(fēng)化千枚巖，風(fēng)化呈硬土狀；強(qiáng)風(fēng)化千枚巖巖質(zhì)軟弱，巖體極破碎。巖體呈松散結(jié)構(gòu)，圍巖穩(wěn)定性差，開挖時(shí)易產(chǎn)生坍塌及大變形，隧道開挖過程中雨季會(huì)產(chǎn)生小股狀滲水，地下水對(duì)圍巖穩(wěn)定影響大，圍巖基本質(zhì)量指標(biāo)BQ為251～350。

（2）洞身圍巖主要為強(qiáng)風(fēng)化千枚巖，部分為中風(fēng)化千枚巖，巖質(zhì)較軟弱，巖體較破碎，節(jié)理裂隙發(fā)育，軟弱結(jié)構(gòu)面主要為節(jié)理及層面。較緩的層面與陡的節(jié)理面結(jié)合，將在隧道頂板及右側(cè)洞壁切割出最危險(xiǎn)的危巖體，可能產(chǎn)生頂板塌落或右側(cè)側(cè)墻滑塌，對(duì)此危巖體應(yīng)引起注意。隧道開挖過程中雨季會(huì)產(chǎn)生滴狀滲水，地下水對(duì)圍巖穩(wěn)定影響較大。

（3）隧道圍巖等級(jí)為Ⅲ～Ⅴ級(jí)。實(shí)際施工中，需根據(jù)中導(dǎo)洞開挖過程中收集的地質(zhì)圍巖素描情況及主洞超前TSP地質(zhì)預(yù)報(bào)情況及時(shí)、合理與各方溝通，提前確定合適的圍巖等級(jí)及支護(hù)形式調(diào)整。

二、貫通斷面選擇

隧道開挖貫通通常是選擇在埋深較大、圍巖狀況較好的路段，但由于施工工期緊張，兩端掌子面掘進(jìn)都不能停止等待貫通，在保障安全距離的情況下，確定貫通斷面位置，結(jié)合隧道開挖進(jìn)度情況，隧道貫通段落選定在K0+910～K0+930之間（Ⅳ級(jí)圍巖）實(shí)施。

三、實(shí)際圍巖狀況

由于北側(cè)進(jìn)口段主洞開挖進(jìn)洞較早，在北側(cè)段落掌子面開挖至K0+905時(shí)進(jìn)行超前地質(zhì)預(yù)報(bào)探測(cè)，結(jié)合已開挖段落圍巖情況，判定貫通段落圍巖為Ⅴ級(jí)圍巖。

四、貫通施工方案

1.基本原則

（1）隧道按新奧法組織施工，施工嚴(yán)格遵守“短進(jìn)尺、弱爆破、早噴錨、快封閉、勤量測(cè)”的原則。

（2）貫通段落均為Ⅴ級(jí)圍巖，采用三臺(tái)階九步法開挖?，F(xiàn)場(chǎng)根據(jù)實(shí)際情況，掌子面頂部開挖嚴(yán)禁爆破作業(yè)，只能采用液壓破碎頭配合風(fēng)鎬等對(duì)圍巖擾動(dòng)較小的方式進(jìn)行開挖作業(yè)，及時(shí)封閉裸露圍巖，架設(shè)鋼拱架，并在每循環(huán)開挖前鉆設(shè)超前錨桿。

（3）嚴(yán)格控制循環(huán)進(jìn)尺，控制在3榀鋼拱架以內(nèi)。

（4）嚴(yán)格控制超欠挖，減少對(duì)圍巖的擾動(dòng)，充分發(fā)揮圍巖的自穩(wěn)能力。

（5）初期支護(hù)緊跟隧道開挖面，開挖后及時(shí)施作錨噴支護(hù)，以控制圍巖變形。

2.兩端掘進(jìn)開挖方案

根據(jù)超前預(yù)報(bào)探測(cè)判斷圍巖為Ⅴ級(jí)千枚巖的特性，貫通段落均采用非爆破方式開挖，根據(jù)實(shí)測(cè)放樣，當(dāng)隧道兩端開挖掌子面距離約10m時(shí)，改為單向開挖，南側(cè)出口端打設(shè)長度6米超前小導(dǎo)管后停止掘進(jìn)，并打設(shè)一根6米長探測(cè)鋼管，以便北側(cè)開挖確認(rèn)最終貫通段落的實(shí)際長度，開挖至貫通距離2～3米時(shí)必須打設(shè)6米長度超前小導(dǎo)管，管端部在南段已完成初支頂部長度不小于1米，與南側(cè)已打設(shè)超前小導(dǎo)管并注漿，形成縱向搭橋結(jié)構(gòu)，對(duì)貫通段頂部圍巖起到抬、扛的作用，防止拱頂坍塌，為順利貫通創(chuàng)造有利條件。

3.主要施工保證措施

（1）測(cè)量保證措施

①做好洞內(nèi)貫通前測(cè)量工作，對(duì)洞內(nèi)外控制點(diǎn)的進(jìn)行復(fù)核，保證控制點(diǎn)精確，確保貫通誤差滿足設(shè)計(jì)及規(guī)范要求。

②加強(qiáng)掌子面的施工放樣復(fù)核工作，控制好隧道的中線位置。

③掌子面施工放樣時(shí)，用紅油漆準(zhǔn)確標(biāo)示出開挖輪廓線和隧道中結(jié)位置，誤差控制在5cm以內(nèi)。

④加強(qiáng)掌子面拱頂下沉、周邊位移監(jiān)控量測(cè)工作，增加量測(cè)頻率，特別是快貫通前，要加密監(jiān)控布點(diǎn)，及時(shí)分析、總結(jié)、反饋，以便準(zhǔn)確指導(dǎo)施工。

（2）開挖保證措施

①鳳凰山隧道圍巖呈開挖斷面頂部風(fēng)化程度高巖體破碎，一經(jīng)擾動(dòng)圍巖破碎程度高、晶體狀，自穩(wěn)性差，易坍塌，拱腰以下部分基本為中風(fēng)化巖，強(qiáng)度較高，掌子面上臺(tái)階貫通只能采用液壓破碎頭配合風(fēng)鎬進(jìn)行開挖實(shí)施。

②兩開挖面間的距離剩最后約10m時(shí)，嚴(yán)格控制開挖進(jìn)尺在1.5m以內(nèi)，準(zhǔn)確測(cè)量出掌子面里程樁號(hào)，適時(shí)打設(shè)探測(cè)鋼管，準(zhǔn)確測(cè)定最后貫通段落長度，以便打設(shè)超前小導(dǎo)管等貫通前各項(xiàng)工作實(shí)施。

③南北兩端超前交叉搭接后進(jìn)行注漿，對(duì)貫通段頂部圍巖進(jìn)行固結(jié)處理，確保順利貫通。

（3）支護(hù)保障措施

①每循環(huán)開挖后及時(shí)施工初期支護(hù)，嚴(yán)格按圖紙施工系統(tǒng)錨桿，及時(shí)掛網(wǎng)噴漿支護(hù)。當(dāng)掌子面遇到圍巖破碎、裂隙水發(fā)育地段時(shí)加強(qiáng)支護(hù)強(qiáng)度，及時(shí)封閉裸露圍巖。必要時(shí)改用上下臺(tái)階法開挖，架設(shè)鋼拱架，并在每循環(huán)開挖前鉆設(shè)超前錨桿。

②加強(qiáng)圍巖監(jiān)控量測(cè)，及時(shí)調(diào)整支護(hù)參數(shù)。加快仰拱和二次襯砌施工。仰拱距離掌子面控制在50m之內(nèi)、二襯控制在90m之內(nèi)。

③系統(tǒng)錨桿安裝時(shí)要求砂漿必須飽滿密實(shí)，錨桿垂直巖面，墊板緊貼巖面。

④鋼筋網(wǎng)片之間的搭接長度不小于10cm，鋼筋網(wǎng)片與錨桿連接牢固，噴砼時(shí)鋼筋網(wǎng)片不晃動(dòng)。

（4）圍巖大變形的處理措施。

①加強(qiáng)施工監(jiān)測(cè)管理，根據(jù)監(jiān)控量測(cè)反饋信息，及時(shí)修正開挖支護(hù)參數(shù)。當(dāng)開挖過程中發(fā)現(xiàn)圍巖變形較大，且速度加快時(shí)，立即停止開挖，增加鋼支撐，控制圍巖變形，同時(shí)增加錨桿，穩(wěn)固圍巖；并盡快使初期支護(hù)封閉成環(huán)。

②加強(qiáng)隧道周邊注漿，同時(shí)作好隧道作業(yè)面排水。

圖1 隧道貫通示意圖

圖2 貫通后拱頂圍巖級(jí)超前支護(hù)實(shí)況

圖3 隧道貫通封閉實(shí)況

五、綜合施工評(píng)價(jià)

經(jīng)對(duì)鳳凰山隧道貫通前該地區(qū)千枚巖特性的了解，通過開挖兩端相向打設(shè)注漿錨桿，對(duì)拱頂圍巖進(jìn)行注漿固結(jié)處理，雙向錨桿對(duì)拱頂圍巖起到扛抬的作用，有效解決了拱頂易坍塌的問題，為隧道掌子面順利貫通提供了有力的保障。

六、結(jié)語

本文以景德鎮(zhèn)市陶溪川園區(qū)配套路網(wǎng)鳳凰山隧道掌子面開挖貫通施工為背景，總結(jié)在此類結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)隧道掌子面開挖貫通施工方法和施工工藝的確定，希望為之后類似項(xiàng)目的施工提供借鑒和參考。

（作者單位：中國建筑一局（集團(tuán)）有限公司華南區(qū)域公司）