三車道斷面公路隧道軟弱圍巖施工方法

史文杰

1 工程概況

1.1 三車道斷面公路隧道

杭州市秋石快速路二期的控制性工程的半山隧道，隧道呈南北走向，穿越半山、老虎山，采用上下行分離式、雙向六車道布置，右線(上行線)隧道長2 200 m，左線(下行線)隧道長2 191 m。該隧道單洞建筑限界高度為5.0 m，凈寬為15.25 m，開挖斷面152.8 m3/延米～168.96 m3/延米，采用復(fù)合式襯砌形式。隧道洞身穿越康山組的細(xì)粒巖屑砂巖，唐家塢組的巖屑石英砂巖及西湖組的石英砂巖;洞身段主要有F1，F(xiàn)2，F(xiàn)3三條大斷層，F(xiàn)1與洞線近正交，帶寬約20 m～30 m，帶內(nèi)巖體擠壓破碎，性狀差，兩側(cè)巖體受其影響，同產(chǎn)狀節(jié)理發(fā)育，影響帶寬100 m;F2，F(xiàn)3斷層與洞線交角小，帶寬10 m～30 m，在兩側(cè)洞壁及洞頂易產(chǎn)生掉塊，斷層破碎帶及節(jié)理密集帶彈性縱波波速 Vp=1 700 m/s～2 800 m/s，斷層影響段落圍巖級(jí)別為Ⅴ級(jí)。

1.2 Ⅴ級(jí)圍巖、Ⅳ級(jí)圍巖、斷層分布情況

左線Ⅴ級(jí)圍巖巖性為志留系康山組粉砂巖和唐家塢組砂巖夾粉砂質(zhì)泥巖，或西湖組石英砂巖、含礫砂巖夾粉砂質(zhì)泥巖，隧道穿越強(qiáng)風(fēng)化、弱風(fēng)化層，巖石節(jié)理裂隙較發(fā)育，破碎帶導(dǎo)水性好，圍巖穩(wěn)定性差。左線、右線Ⅳ級(jí)圍巖巖性為唐家塢組的巖屑石英砂巖夾粉砂質(zhì)泥巖，或泥盆系西湖組石英砂巖、含礫砂巖夾粉砂質(zhì)泥巖;隧道穿越微風(fēng)化砂巖層，巖石節(jié)理裂隙較發(fā)育，穩(wěn)定性一般。整個(gè)半山隧道除以上段落外其余段落均劃分為Ⅲ級(jí)圍巖。

2 Ⅴ，Ⅳ，Ⅲ級(jí)圍巖施工工法的選擇

近年來三車道隧道在我國很多工程中頻繁出現(xiàn)[1]，但是按照目前的施工技術(shù)水平，適合軟巖大跨隧道的施工方法主要有臺(tái)階法、中隔壁法(CD法)、雙側(cè)壁導(dǎo)坑法。針對(duì)杭州市秋石快速路二期的控制性工程的半山隧道，提出了不同的施工方法的施工要點(diǎn)及注意事項(xiàng)。

2.1 雙側(cè)壁導(dǎo)坑法施工要點(diǎn)及注意事項(xiàng)

施工過程中做好監(jiān)測，及時(shí)反饋量測信息，真正有效指導(dǎo)循環(huán)進(jìn)尺、支護(hù)形式、二襯時(shí)間等，結(jié)合預(yù)留變形量的累積及穩(wěn)定趨勢及時(shí)調(diào)整該工法的各個(gè)工序，確保施工過程的安全和隧道的結(jié)構(gòu)安全。

施工時(shí)應(yīng)堅(jiān)持“早預(yù)報(bào)、勤量測、管超前、嚴(yán)控水、弱爆破、短進(jìn)尺、強(qiáng)支護(hù)、快封閉、緊襯砌”的原則。施工中應(yīng)按有關(guān)規(guī)范及標(biāo)準(zhǔn)圖的要求進(jìn)行監(jiān)控測量，及時(shí)反饋，分析洞身結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定，為支護(hù)參數(shù)的調(diào)整提供依據(jù)。雙側(cè)壁導(dǎo)坑法施工見圖1。

2.2 CD法施工的要點(diǎn)

Ⅳ級(jí)圍巖及Ⅲ級(jí)圍巖加強(qiáng)段采用CD法施工，左右線前進(jìn)線最后掌子面與后進(jìn)線最前掌子面視圍巖情況保持50 m以上距離平行作業(yè)，左右導(dǎo)洞又分為上下斷面進(jìn)行施工，左右導(dǎo)洞掌子面前后距離保持在30 m。采用光面爆破施工，循環(huán)進(jìn)尺控制在1.0 m(一榀鋼拱架間距)，施工嚴(yán)禁冒進(jìn)。導(dǎo)洞上臺(tái)階采用風(fēng)鉆鉆眼爆破，人工輔助反鏟翻渣至下臺(tái)階后進(jìn)行上半斷面初期支護(hù)及中隔壁施作，并進(jìn)行下一循環(huán)拱部超前錨桿支護(hù)，再進(jìn)行下臺(tái)階開挖，采用風(fēng)動(dòng)鑿巖鉆眼爆破，機(jī)械出渣。為了減少上半斷面導(dǎo)坑人工出渣量、降低勞動(dòng)強(qiáng)度，上斷面超前下斷面保持在3 m～4 m，以使上斷面爆破時(shí)大部分石渣拋擲于隧底，并且大部分石渣可通過反鏟勾刨下來，余下小部分由人工清理拋擲下來，即可機(jī)械裝運(yùn)出洞。CD法施工見圖2。

對(duì)①部進(jìn)行超前錨桿預(yù)支護(hù)(適用于Ⅳ級(jí)圍巖)、開挖①部、打設(shè)初支錨桿及臨時(shí)支護(hù)錨桿、立初支型鋼拱架及臨時(shí)支護(hù)型鋼拱架、掛網(wǎng)、噴射混凝土，①部超前②部3 m～4 m后對(duì)②部進(jìn)行開挖、打設(shè)初支錨桿及臨時(shí)支護(hù)錨桿、立初支型鋼拱架及臨時(shí)支護(hù)型鋼拱架、掛網(wǎng)、噴射混凝土，左側(cè)導(dǎo)坑領(lǐng)先右側(cè)導(dǎo)坑15 m，右側(cè)導(dǎo)坑開挖及支護(hù)施工順序同左側(cè)導(dǎo)坑。

2.3 Ⅲ級(jí)圍巖臺(tái)階開挖法施工

上臺(tái)階采用自制開挖臺(tái)架人工手持風(fēng)鉆鉆眼，光面爆破，裝載機(jī)裝渣，北方奔馳自卸車出渣，循環(huán)進(jìn)尺控制在2.4 m(二榀格柵拱架間距)。施工中合理調(diào)整工序，實(shí)行“鉆爆、裝渣、運(yùn)輸”機(jī)械化作業(yè)。圍巖穩(wěn)定性好時(shí)復(fù)噴混凝土作業(yè)與鉆爆作業(yè)適當(dāng)拉開距離平行作業(yè)。臺(tái)階法施工見圖3。

首先對(duì)①部進(jìn)行光面爆破開挖、打設(shè)錨桿、初噴4 cm混凝土，然后進(jìn)行②部光爆開挖、打設(shè)錨桿、初噴4 cm混凝土，架立格柵拱架、掛鋼筋網(wǎng)、噴射初支混凝土;上下臺(tái)階距離保持2 m～3 m。

3 結(jié)語

1)在大斷面、富水、軟弱圍巖段采用雙側(cè)壁導(dǎo)坑法及CD法進(jìn)行隧道開挖，很好地解決了大斷面隧道開挖的安全性問題，且結(jié)構(gòu)簡單，安全可靠，拆除方便，經(jīng)濟(jì)效益顯著。2)無論是雙側(cè)壁還是CD法分塊開挖單元較多，開挖過程中相互干擾次數(shù)較多，造成每個(gè)單元拱架連接比較困難，變形后連接鋼板安裝螺栓不能準(zhǔn)確對(duì)位，增加了焊接的工序。施工進(jìn)度較慢，不能及時(shí)的將整個(gè)初期支護(hù)封閉成環(huán)，總變形量較大。在以后的施工中，需要進(jìn)一步加強(qiáng)初期支護(hù)的有關(guān)參數(shù)設(shè)計(jì)，以利于減少變形量，減少分塊的數(shù)量以加快進(jìn)度，同時(shí)，施作時(shí)要均衡推進(jìn)及時(shí)封閉成環(huán)以保證結(jié)構(gòu)的安全。3)半山隧道所采取的工法是成功的，總體變形量均未超過預(yù)留變形。此外，量測信息的反饋對(duì)循環(huán)進(jìn)尺、支護(hù)形式及二襯均有很強(qiáng)的指導(dǎo)作用。半山隧道工程對(duì)以后大跨徑隧道，尤其是大跨徑及軟弱圍巖隧道的施工有一定的借鑒作用。

[1] 王耿超.三車道隧道噴錨支護(hù)施工技術(shù)總結(jié)[J].山西建筑，2008，34(4):333-335.