小凈距淺埋偏壓隧道施工技術要點

王懿杰

（福建省高速公路集團有限公司龍巖管理分公司，龍巖 364000）

福建高速公路山嶺隧道建設環(huán)境復雜， 地質條件為主要影響因素，常遇到淺埋、偏壓、巖溶發(fā)育等不良地質條件。伴隨行業(yè)技術水平的逐步提高，在單一的不良地質環(huán)境中已經(jīng)形成較好的解決方式， 但在多種不良地質的情況下，隧道施工技術仍表現(xiàn)出不適用的問題。鑒于小凈距淺埋偏壓隧道的特殊性， 筆者認為有必要探討相適應的施工方法。

1 工程概況

海西高速公路古武線永定至上杭段A2標段松樹坪隧道為分離式結構形式，設計時速80 km/h。 現(xiàn)場施工環(huán)境苛刻，含小凈距、淺埋、偏壓等多種不良條件，不利于施工作業(yè)。左線、右線明洞分別為27 m、15 m，暗洞口縱向間距52 m，具體情況見圖1。山體伴有明顯傾斜現(xiàn)象，最大高差23.04 m，可見洞口段存在極明顯的偏壓現(xiàn)象，具體情況見圖2。 左右線隧道洞口段開挖邊線距離8.31 m，開挖寬16.2 m、高11.65 m。

圖1 隧道洞口平面圖(m)

圖2 洞口橫斷面(m)

2 施工方案

鑒于小凈距淺埋偏壓隧道地質環(huán)境的特殊性， 需選擇與施工條件相適應的施工方法， 現(xiàn)階段的可選方式主要有如下3種.

（1）CD法：既中隔壁法，主要適用于地層較差和不穩(wěn)定巖體、且地面沉降要求嚴格的地下工程。呈塊狀但裂隙填充物少的硬質Ⅳ級圍巖，不適合采用中隔壁法，這類圍巖一般采用弱爆破效果差， 采用常規(guī)爆破則破壞臨時支護，中隔壁無法失去作用，反而形成施工安全隱患。 該法要求考慮時空效應，每一步開挖必須快速施工，及時步步成環(huán)，采用噴射砼封閉，消除由于工作面應力松弛而增大沉降值的現(xiàn)象。

（2）臺階分部法：此法的優(yōu)勢在于開挖分部少，現(xiàn)場作業(yè)條件良好，可配置大型機械設備以便高效出渣；不足之處在于上臺階開挖高度大，包含大量的支護作業(yè)，難以做到及時封閉成環(huán)，有較明顯的安全隱患。

（3）三臺階法：此法的優(yōu)勢在于頂部開挖面積小，可在短時間內完成初期支護作業(yè)，施工現(xiàn)場較安全；不足之處在于開挖工序多，存在較明顯的擾動現(xiàn)象，導致拱腳失穩(wěn)，且出渣效率偏低。

結合該隧道實際施工條件， 洞口段以三臺階開挖法較為合適，能保障施工安全，伴隨施工作業(yè)的持續(xù)推進，進洞40 m后則轉變?yōu)榕_階分部法， 期間加強監(jiān)控量測和地質預報，及時評價現(xiàn)場施工情況。

3 施工方法及技術措施

3.1 破口進洞施工方案

3.1.1 左線隧道洞口加固措施

本工程中， 左線隧道洞口表現(xiàn)出極為明顯的偏壓現(xiàn)象，為保證施工作業(yè)的安全性，進洞前應采取邊仰坡噴錨支護措施（錨桿L=4 m、每1.2 m長/寬布設一根錨桿，選擇C20混凝土， 經(jīng)過噴射施工后形成厚度約10 cm的結構層），并設置超前小導管（φ42、L=3.5 m、間隔每40 cm一根），完成注漿作業(yè)。 明洞左側施工中，設抗偏壓擋墻，并反壓回填混凝土。做好進洞前的全面防護，于暗洞口處設置套拱，尺寸要求為長12 m、厚50 cm。

3.1.2 右線隧道洞口加固措施

加強洞口邊仰坡的防護，于該處采取噴錨支護措施，并分別在拱部左側90°、右側55°設超前小導管（φ42、L=4 m、間隔每40 cm一根），采取雙排布設的形式，并完成注漿作業(yè)。 暗洞口的防護選擇的是2榀I22工字鋼套拱，通過焊接手段使其與小導管端部穩(wěn)定連接， 從而構成完整的結構。拱部覆蓋層偏薄，必須在完成洞口加固作業(yè)后才可正式破口。 需注意的是，破口第1環(huán)時需要注重對拱部巖體的防護，因而周邊眼鉆孔后不裝藥。

3.2 偏壓小凈距段施工

本隧道工程的洞口段偏壓嚴重， 在此條件下明顯增加了洞口加固工作量，右線隧道先開挖進洞，將實際施工進度與左線暗洞口對比分析， 超過30 m且同時滿足支護穩(wěn)定的要求后方可安排人員組織左隧的施工作業(yè)。 開挖作業(yè)按照"短進尺、弱爆破"的理念完成，循環(huán)進尺設為50 cm。 分塊開挖過程中要在最短的時間內封閉成環(huán)，做好施工現(xiàn)場的監(jiān)測工作，根據(jù)監(jiān)測結果分析實際情況，靈活調整分塊開挖縱向間距。 監(jiān)測斷面分別設置在洞口段地表和洞內，按照4 m的間距依次布設，采取每天監(jiān)測2次的方式，若現(xiàn)場各結構穩(wěn)定性較好，則變更為每日1次。

4 施工技術要點

4.1 開挖

根據(jù)隧道拱部的施工條件，開挖循環(huán)進尺設為50 cm，按照50 cm的間距依次布設適量的周邊眼，使用巖石乳化炸藥，通過電雷管起爆。①步開挖過程中必須預留核心土；②步開挖遵循的是持續(xù)性原則，即一次開挖到位，期間加強對各項工作參數(shù)的控制，具體要求見表1。開挖結合了多種方法，左線63 m和右線43 m統(tǒng)一選擇的是三臺階法（圖3）， 后續(xù)遇到Ⅳ級圍巖則在原基礎上轉變?yōu)榕_階分部法。偏壓小凈距段施工過程中，①步開挖10 m后進入中臺階開挖環(huán)節(jié)，經(jīng)過12 m開挖作業(yè)若質量達標，則組織下臺階開挖作業(yè)，及時觀測現(xiàn)場施工數(shù)據(jù)，根據(jù)所得結果調整臺階長度。 左右隧道分別設置有掌子面，檢測兩者所形成的縱向間距，超過30 m則優(yōu)先選擇光面爆破方式。 開挖進洞達到6 m后通過現(xiàn)場監(jiān)測可以得知拱部左側伴有明顯的夾泥地層，于該處加密支護，并針對拱背處采取徑向注漿措施，全程并未發(fā)生失穩(wěn)現(xiàn)象，初期支護與圍巖無任何異常。

表1 隧道洞口段開挖參數(shù)

圖3 三臺階法開挖示意圖

4.2 洞身開挖施工

左右暗洞洞身的布設特點在于兩者進洞里程錯開量達到25 m，經(jīng)分析后選擇先行開挖左洞的方式，最初的25 m采取側導洞法，后續(xù)轉變?yōu)樯舷屡_階法。 大管棚及孔口鋼套管分別采用φ108 mm×6 mm與φ127 mm×4 mm的熱軋無縫鋼管，大管棚平均長度為30.5 m(其中入土長度25 m)，雙洞共兩環(huán)，環(huán)向間距50 cm，每環(huán)32根，按有孔和無孔交替布置。右洞進口淺埋偏壓段選擇的是側導洞法，加固中間巖柱， 先對中夾巖柱部分進行小導管注漿預支護， 待注漿達到強度后， 再開挖和對導洞初噴一層混凝土，然后對中夾巖施加預應力錨桿，錨桿一端通過鋼墊板鎖緊，另一端錨固在巖體內，后施加預應力，并鎖定，最后注漿， 中夾巖加固長度以中夾巖兩側圍巖類別較低一側的圍巖長度為控制設計。 對于小凈距隧道先行修建隧道初期支護的及時跟進對改善隧道的變形和受力條件極為有利，使后行修建隧道對中巖墻的影響明顯降低，位移顯著降低，塑性區(qū)范圍減小，能有效地保證巖墻的穩(wěn)定。 于該處設置中空注漿錨桿，再組織上、下斷面的開挖作業(yè)，期間及時采取支護措施。洞身開挖易發(fā)生失穩(wěn)現(xiàn)象，每循環(huán)進尺1.0 m便要組織一次鋼拱架支護作業(yè)。

5 監(jiān)控量測分析

以施工時間節(jié)點為基準，提前1個月在現(xiàn)場設地表沉降監(jiān)測點， 在安裝工字鋼時要同時完成拱頂沉降和水平收斂測點的布設，在尚未噴射混凝土前便組織一次測量，將所得結果作為初始值。整理監(jiān)控量測結果，以此為依據(jù)分析圍巖偏壓情況，視實際情況合理調整工藝方法。

5.1 拱頂沉降

各段拱頂?shù)某两荡嬖诓町悾?最大為YK33+756處，達到17 mm，后續(xù)在開挖進尺逐步增加的條件下，拱頂覆蓋層厚度隨之加大，從而表現(xiàn)出拱頂沉降下降的變化趨勢；總體上， 拱部開挖后15 d存在較明顯的拱頂沉降變形現(xiàn)象，但都處于許可范圍內。

5.2 地表沉降

拱部開挖前后10 d是地表沉降的集中發(fā)生時間段，中臺階和下臺階的穩(wěn)定性較好，僅存在微弱的地表沉降。根據(jù)監(jiān)測橫斷面信息得知，各部分地表沉降中，以偏壓地形覆蓋層薄的區(qū)域較為明顯，最大值為-38.5 mm（圖4）。

圖4 地表沉降曲線圖

5.3 水平收斂及位移

所得結果表明，最大水平收斂為10.2 mm；位移現(xiàn)象主要發(fā)生于拱部覆蓋層對應偏壓側的側墻處，各處均存在差異，最大為6 mm；由于應用了抗偏壓措施，因此可有效減小隧道偏壓的不良影響，雖然存在水平位移但相對較小，位移均值都可控制在6 mm以內。

6 結論

本工程為典型的小凈距淺埋偏壓隧道，施工難度較大，本文對施工技術要點展開分析，現(xiàn)就本次研究作如下總結：

（1）通過小導管注漿、擋墻、反壓回填混凝土相結合的方式可營造安全施工環(huán)境，淺埋偏壓隧道施工難度大的問題得到有效解決。

（2）洞口段施工作業(yè)選擇的是三臺階法，加強對爆破的控制，確保隧道間中巖柱的穩(wěn)定性，此外洞口段初期支護穩(wěn)定可靠，從實際監(jiān)測結果來看，各項指標都處于可控狀態(tài)。

（3）Ⅳ級圍巖施工條件苛刻，于洞外反壓回填混凝土，與此同時在洞內開挖過程中加強初期支護，此過程并無明顯偏壓現(xiàn)象。 在多種途徑相結合的施工方案下，隧道開挖安全可靠，實際質量滿足預期要求。