公路雙向四洞十車道隧道施工技術(shù)研究

高勝利 GAO Sheng-li

（中鐵一局集團(tuán)第四工程有限公司，咸陽 712000）

0 引言

公路隧道施工在中國(guó)的施工技術(shù)應(yīng)該說比較成熟，但是針對(duì)四洞十車道平行布置結(jié)構(gòu)形式，軟弱圍巖大斷面、小凈距、洞口淺埋偏壓等復(fù)雜條件下的隧道群施工國(guó)內(nèi)還是比較少見，在施工安全技術(shù)和施工管理經(jīng)驗(yàn)方面還需要根據(jù)工程實(shí)際情況與設(shè)計(jì)要求，總結(jié)和提高。

1 工程概況

龍泉山1 號(hào)隧道設(shè)計(jì)為雙向平行四洞十車道（隧道布局為左起D3、D2、K、D1，車道分布為2+3+3+2），設(shè)計(jì)時(shí)速120km/h，2 車道隧道為貨車專用道、3 車道隧道為客車專用道，隧道全長(zhǎng)2236m，縱坡為1.9%。隧道為軟弱圍巖、大斷面、小凈距、洞口淺埋偏壓高風(fēng)險(xiǎn)隧道，隧道圍巖全部為Ⅳ、Ⅴ級(jí)圍巖（Ⅴ級(jí)占38%），三車道Ⅴ級(jí)圍巖斷面開挖達(dá)183m2，施工安全風(fēng)險(xiǎn)高，難度較大。

2 公路四洞十車道隧道施工工藝

2.1 洞口邊仰坡開挖防護(hù)施工方案

洞口邊坡嚴(yán)格按照坡比開挖，采用挖掘機(jī)刷坡、人工進(jìn)行修坡。刷坡由上到下，邊刷邊支護(hù)，加強(qiáng)錨護(hù)，及時(shí)量測(cè)、及時(shí)量測(cè)邊坡穩(wěn)定情況。機(jī)械刷坡后預(yù)留20～30cm 采用人工進(jìn)行刷坡修整。圍巖較硬的邊坡部位采用人工風(fēng)鎬進(jìn)行鑿除，確保邊、仰坡穩(wěn)定。

邊仰坡邊開挖邊支護(hù)，具體措施為：掛φ8@30 鋼筋網(wǎng)片，噴C20 砼厚10cm，φ22 砂漿錨桿長(zhǎng)3m，間排距1.5m，梅花型交錯(cuò)布置。

2.2 洞口淺埋偏壓施工方案

龍泉山1 號(hào)隧道進(jìn)口D1 線D1K18+140～D1K18+156及K 線K18+102～K18+120 洞口段，具有淺埋、左側(cè)偏壓等不良地質(zhì)條件，施工時(shí)易發(fā)生坍塌、冒頂?shù)鹊刭|(zhì)災(zāi)害，洞口段施工安全風(fēng)險(xiǎn)高，為保證進(jìn)洞安全，針對(duì)兩隧道洞口淺埋、偏壓?jiǎn)栴}，在超前大管棚支護(hù)進(jìn)洞基礎(chǔ)上增設(shè)偏壓擋墻、地表注漿安全措施，按地表注漿—側(cè)墻—超前管棚—回填—暗洞開挖順序組織洞口淺埋偏壓段施工。

2.3 小凈距施工方案

龍泉山1 號(hào)隧道進(jìn)口段四洞相鄰兩隧道凈間距（開挖輪廓）分別為：D1 線與K 線10.5m，K 線與D2 線12.75m，D2 線與D3 線9.5m；各洞之間凈間距均小于1 倍隧道開挖寬度，因此屬小凈距施工，施工中需加強(qiáng)重點(diǎn)環(huán)節(jié)施工控制及監(jiān)控量測(cè)，具體方案如下：

2.3.1 開挖方案

①先行洞與后行洞開挖控制。

小凈距隧道開挖時(shí)，先開挖隧道與后開挖隧道掌子面錯(cuò)開距離須大于30m，龍泉山1 號(hào)隧道進(jìn)口四個(gè)洞口進(jìn)洞開挖順序及錯(cuò)距控制如下：

D1 線先于K 線，掌子面超前K 線30m 以上；

D3 線先于D2 線，掌子面超前D2 線30m 以上；

K 線先于D2 線，掌子面超前D2 線30m 以上。

②開挖方法。

各隧道開挖，洞口小凈距段均為Ⅴ級(jí)圍巖，2 車道（先行洞）采用三臺(tái)階開挖法，3 車道隧道（后行洞）采用雙側(cè)壁導(dǎo)坑，遇到較硬的巖層，采用密眼微震配合人工開挖，減少爆破振動(dòng)對(duì)兩隧道間中巖墻的影響。開挖必須按照“短進(jìn)尺，弱爆破，快封閉、早成環(huán)、勤量測(cè)”的施工原則進(jìn)行。每次開挖進(jìn)尺控制在1 榀拱架（50cm）間距。

開挖爆破必須進(jìn)行專業(yè)設(shè)計(jì)，且按要求進(jìn)行試爆驗(yàn)證，對(duì)震動(dòng)值測(cè)定，嚴(yán)格控制爆破震動(dòng)。施工過程中重點(diǎn)對(duì)中巖墻的爆破進(jìn)行監(jiān)測(cè)，開挖起爆間隔時(shí)間不小于100ms。

2.3.2 初期支護(hù)與二次襯砌

初支應(yīng)盡早封閉，保證圍巖、中巖墻、支護(hù)處于可控狀態(tài)，后行隧道的初支護(hù)（落底成環(huán)后）須超前先行隧道的二次襯砌15m 以上；為減輕后行隧道爆破開挖對(duì)先行隧道二襯的影響，先行隧道二襯應(yīng)落后于后行隧道開挖面30m，必須符合圍巖的穩(wěn)定條件。

2.3.3 中巖墻加固

對(duì)于小凈距隧道來說，受力是最薄弱部位是中巖墻的，而中巖墻的破壞首先是靠先行隧道一側(cè)的拱腰位置，由此中巖墻加強(qiáng)支護(hù)顯得尤為重要。

根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙，相鄰兩隧道間中巖墻采用Ф42 注漿小導(dǎo)管注漿加固，隧道側(cè)壁拱腰上下3m 范圍內(nèi)打設(shè)6 根，單根長(zhǎng)5m，縱環(huán)間距60×100cm。

2.3.4 監(jiān)控量測(cè)

①必須重點(diǎn)監(jiān)控小凈距隧道的中巖墻，主要針對(duì)拱腰薄弱部位重點(diǎn)開展監(jiān)測(cè)工種。

②后行隧道爆破后，立即對(duì)先行隧道中巖墻拱腰部位進(jìn)行檢查，看是否有裂縫，若發(fā)現(xiàn)裂縫寬度大于3mm 或長(zhǎng)度大于3m，應(yīng)馬上暫停作業(yè)，及時(shí)對(duì)中巖墻進(jìn)行加固。

③后行隧道開挖時(shí)，先行洞中巖墻一側(cè)拱腰位置的最大震速不可超過15cm/s。

④先行隧道的監(jiān)控量測(cè)須分兩個(gè)階段進(jìn)行：分別為本隧道開挖階段和后行隧道開挖階段。本隧道開挖階段的監(jiān)控量測(cè)同于正常分離式隧道，先行隧道開挖穩(wěn)定后的周邊位移值須小于正常隧道允許位移值的90%；后行隧道開挖階段有可能會(huì)影響先行隧道周邊位移，當(dāng)后行隧道掌子面通過先行隧道監(jiān)測(cè)斷面1B（B-單洞開挖寬度）后，先行隧道的周邊相對(duì)位移值不得大于允許位移值。

⑤后行洞的監(jiān)控量測(cè)與分離式隧道相同。

2.3.5 爆破震動(dòng)測(cè)試

對(duì)小凈距隧道來說，開挖爆破施工質(zhì)量的好壞直接關(guān)系到隧道施工的成敗，因此，嚴(yán)格對(duì)鉆爆開挖施工進(jìn)行嚴(yán)格的控制和監(jiān)測(cè)。

2.3.5.1 基本要求 ①根據(jù)《爆破安全規(guī)程》GB6722-86 規(guī)定，隧道安全震速標(biāo)準(zhǔn)不大于15cm/s。②爆破震動(dòng)波的疊加進(jìn)行嚴(yán)格控制，必須采用微差控制爆破，各段起爆時(shí)間按照震動(dòng)測(cè)試確定，按規(guī)范大于100ms 為宜。

2.3.5.2 測(cè)試方法 ①震速V 的測(cè)定。采用震速測(cè)試儀，對(duì)隧道邊墻及拱部震動(dòng)進(jìn)行測(cè)試。測(cè)試部位見圖1、圖2。②震動(dòng)持續(xù)時(shí)間的測(cè)定。應(yīng)用震動(dòng)測(cè)試儀，在先行隧道開挖爆破面距測(cè)點(diǎn)R 處（R 須在兩隧道間最小間距加一倍洞徑以內(nèi)）對(duì)爆破震動(dòng)進(jìn)行記錄，記錄從震動(dòng)至震幅衰減到最大震幅的五分之一時(shí)的時(shí)間持續(xù)長(zhǎng)度，計(jì)為在該處地質(zhì)條件下該藥量爆破引起的震動(dòng)的持續(xù)時(shí)間Ty 。由于主震時(shí)間隨藥量增加而增加，因此，測(cè)試數(shù)據(jù)應(yīng)按藥量大小，地質(zhì)條件進(jìn)行分類。

圖1 先行隧道爆破震速檢測(cè)點(diǎn)位置示意圖

圖2 后行洞爆破引起震動(dòng)的速度測(cè)點(diǎn)位置示意圖

2.3.5.3 測(cè)試、施工注意事項(xiàng) ①先行隧道的測(cè)試數(shù)據(jù)除了用于本隧道開挖的爆破控制外，還能用于指導(dǎo)后行隧道的爆破。但根據(jù)計(jì)算和眾多測(cè)試表明，在先行隧道同一樁號(hào)、同一部位處，在距此斷面相同距離處，采用相同藥量在先行隧道和后行隧道的巖體中引爆，檢測(cè)的震速有很大差異。由于先行隧道已爆破開挖，后行隧道引起的爆破震動(dòng)將是先行隧道開挖時(shí)引起的震動(dòng)的2～6 倍，最大可達(dá)12 倍。因此，利用先行隧道開挖時(shí)測(cè)定的震動(dòng)數(shù)據(jù)對(duì)后行隧道的爆破參數(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)加以注意。

②據(jù)類似隧道爆破震動(dòng)測(cè)試結(jié)果，光面爆破、預(yù)裂爆破與普通爆破相比，爆破引起的（質(zhì)點(diǎn)）震速可降低10～50%。因此，在小凈距隧道施工中過程中應(yīng)盡量采用光面爆破和預(yù)裂爆破技術(shù)。

③小凈距隧道施工，在藥量相對(duì)集中的爆破時(shí)，采用在靠近已開挖隧道一側(cè)設(shè)置預(yù)裂爆破減震帶，可有效降低對(duì)已開挖隧道的震動(dòng)速度。采用減輕震動(dòng)的掏槽方法，可有效地減小震動(dòng)。

2.4 軟弱圍巖、大跨度安全施工方案

本隧道3 車道Ⅴ級(jí)圍巖開挖跨度達(dá)18.7m，屬超大跨度施工；隧道圍巖巖性主要為砂質(zhì)泥巖，呈強(qiáng)～中風(fēng)化狀態(tài)，較破碎，自穩(wěn)能力差，圍巖級(jí)別主要以Ⅳ、Ⅴ級(jí)為主，其中Ⅴ級(jí)圍巖占比為38%；由此本隧道施工采用了隧道信息化施工技術(shù)，通過力學(xué)建模分析技術(shù)指導(dǎo)施工，將大跨變?yōu)樾】绲姆椒?，有效減小了圍巖壓力、控制了變形（如圖3、圖4）。

圖3 雙側(cè)壁導(dǎo)坑法

圖4 開挖數(shù)值分析模型

2.4.1 總體施工方案

基于上述地質(zhì)情況，組織施工時(shí)按以下基本原則進(jìn)行。①緊跟開挖面，做好前方圍巖的超前地質(zhì)預(yù)報(bào)。根據(jù)超前地質(zhì)預(yù)報(bào)所示圍巖地質(zhì)變化情況，及時(shí)調(diào)整施組及施工方法。②超前支護(hù)，并嚴(yán)格控制注漿質(zhì)量，超前支護(hù)完成后方可進(jìn)行開挖作業(yè)。③采用信息化監(jiān)控量測(cè)手段，手機(jī)APP與量測(cè)儀器實(shí)現(xiàn)測(cè)量數(shù)據(jù)共享，通過APP 軟件自動(dòng)計(jì)算分析，量測(cè)信息對(duì)相關(guān)管理人員自動(dòng)共享預(yù)警，指導(dǎo)施工。④嚴(yán)格按工法并結(jié)合應(yīng)力建模指導(dǎo)開挖、嚴(yán)格控制進(jìn)尺。⑤初支須緊跟，由于大部分地層為大跨度軟巖地質(zhì)，地層壓力增長(zhǎng)較快，自穩(wěn)時(shí)間較短。噴、錨、掛網(wǎng)及鋼拱架施做，在開挖爆破、排除浮石后馬上施作，對(duì)破碎地層或構(gòu)造斷裂帶地段更要緊跟，以確保圍巖穩(wěn)定。⑥仰拱緊跟：根據(jù)本隧道地質(zhì)情況，仰拱施設(shè)應(yīng)在拱、墻部初支形成之后要盡早完成，使初期支護(hù)盡早形成封閉受力結(jié)構(gòu)。⑦適時(shí)施做二次襯砌：圍巖及初支變形趨于穩(wěn)定時(shí)（收斂小于0.1～0.2mm/d 及拱頂下沉小于0.07～0.15mm/d 時(shí)）則可施作二襯。當(dāng)圍巖及初支變形得不到有效控制時(shí)，須迅速施做二襯。

2.4.2 施工方法

2.4.2.1 超前地質(zhì)預(yù)報(bào) 龍泉山1 號(hào)隧道超前地質(zhì)預(yù)報(bào)總體思路為：以工程綜合地質(zhì)分析為核心，采取粗查與精查相結(jié)合、物探和鉆探相結(jié)合的原則，并結(jié)合前期地質(zhì)調(diào)查及地勘成果資料綜合判定。①隧道開挖爆破后立刻進(jìn)行地質(zhì)調(diào)查并進(jìn)行詳細(xì)地質(zhì)素描，一般地段每10m 記錄一次，地質(zhì)條件變化時(shí)，適當(dāng)增加素描。②探測(cè)采用TSP每100m 進(jìn)行一次，粗略分析掌子面前方的不良地質(zhì)分布情況。③然后，采用瞬變電磁儀或地質(zhì)雷達(dá)在不良地質(zhì)體30m 附近探測(cè)一次，進(jìn)一步分析核實(shí)不良地質(zhì)分布情況。④若物探判斷前方有不良地層時(shí)，當(dāng)開挖面接近不良地層10m 左右時(shí)，采取鉆孔驗(yàn)證。⑤采取物探與鉆探結(jié)果，結(jié)合前期地質(zhì)調(diào)查資料及地勘成果，綜合分析判定不良地質(zhì)的范圍與程度。⑥根據(jù)以上信息及時(shí)反饋施工現(xiàn)場(chǎng)，以指導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)施工。

2.4.2.2 超前支護(hù) 開挖前，按設(shè)計(jì)要求施做超前支護(hù)，嚴(yán)格按“超前支護(hù)一段、開挖一段”原則進(jìn)行施工，本隧道超前支護(hù)主要為：洞口段采用Ф108 大管棚、長(zhǎng)30m，洞內(nèi)采用雙層或單層注漿小導(dǎo)管、單根長(zhǎng)4.5m、環(huán)向間距40cm、搭接長(zhǎng)度不小于1m，注漿采用純水泥漿（w/c=0.6～0.8），注漿壓力0.5～1.0MPa。

2.4.2.3 開挖 各圍巖段根據(jù)不同地質(zhì)條件按設(shè)計(jì)工法及規(guī)范要求并結(jié)合圍巖應(yīng)力建模采用相應(yīng)開挖方法，開挖時(shí)嚴(yán)格控制進(jìn)尺長(zhǎng)度，避免應(yīng)力集中。

2.4.2.4 初期支護(hù) 隧道開挖完成后，對(duì)圍巖初噴砼封閉，減少圍巖暴露時(shí)間，按設(shè)計(jì)要求施做錨桿、鋼筋網(wǎng)、鋼架及噴砼支護(hù)；做到及時(shí)封閉成環(huán)，封閉位置距掌子面距離不得大于35m。

2.4.2.5 仰拱 仰拱施工采用液壓棧橋，自行式仰拱拱弧模施工技術(shù)。開挖完成后立刻澆筑仰拱混凝土及仰拱混凝土填充，仰拱據(jù)掌子面距離：2 車道Ⅳ級(jí)圍巖段不大于50m、Ⅴ級(jí)圍巖段不大于40m，3 車道各圍巖段均不大于40m。

2.4.2.6 二次襯砌 ①澆筑時(shí)機(jī)。當(dāng)圍巖各檢查項(xiàng)滿足以下條件后，及時(shí)施做二襯：1）初期支護(hù)各收斂和拱頂下沉速率較小，圍巖基本穩(wěn)定。2）各項(xiàng)位移量測(cè)值已達(dá)預(yù)計(jì)總位移量的80%～90%。3）周邊位移速率小于0.1～0.2mm/d，拱頂下沉速率小于0.07～0.15mm/d。②步距控制。Ⅴ級(jí)圍巖段仰拱距掌子面≤40m，二襯距掌子面≤70m；Ⅳ級(jí)圍巖段仰拱距掌子面≤50m，二襯距掌子面≤90m。

2.4.2.7 監(jiān)控量測(cè) 針對(duì)龍泉山1 號(hào)隧道軟弱圍巖、大斷面的特點(diǎn)，監(jiān)控量測(cè)點(diǎn)位嚴(yán)格按設(shè)計(jì)及規(guī)范要求布設(shè)，監(jiān)測(cè)頻率不小于規(guī)定次數(shù)，通過信息化動(dòng)態(tài)量測(cè)技術(shù)將量測(cè)結(jié)果及時(shí)反饋到現(xiàn)場(chǎng)，動(dòng)態(tài)指導(dǎo)施工。

3 施工中的問題

3.1 施工工法

目前針對(duì)軟圍大斷面、小凈距、淺埋偏壓型隧道主要采用的開挖工法有雙側(cè)壁導(dǎo)坑法、CD 法或CRD 法等為主，總體來看開挖方法較多，但隨著隧道機(jī)械化水平的提高，隧道斷面向大跨度多車道發(fā)展的趨勢(shì)，因此，為了提高施工效率針對(duì)大型機(jī)械配套施工還需要進(jìn)一步研究開挖先進(jìn)科學(xué)的工法。

3.2 支護(hù)參數(shù)

軟巖超大跨度隧道圍巖應(yīng)力計(jì)算理論不成熟，現(xiàn)有規(guī)范并不完全適用于大跨度隧道，實(shí)際施工過程中支護(hù)參數(shù)差別較大。結(jié)合圍巖特征，還需要對(duì)軟巖大跨隧道支護(hù)參數(shù)進(jìn)一步研究?jī)?yōu)化。

4 結(jié)束語

總而言之，軟弱圍巖大跨度、小凈距、淺埋偏壓等諸多不利條件下的隧道群施工，圍巖應(yīng)力是不斷動(dòng)態(tài)變化的，采取的各種施工方法和技術(shù)也應(yīng)該是不斷變化的。因此隧道施工的各種決策都要在地質(zhì)技術(shù)、量測(cè)信息為依托進(jìn)行動(dòng)態(tài)管理。