關于大跨徑小凈距隧道施工的幾點體會

楊曉光

(黑龍江省漠北公路工程建設指揮部)

鶴上隧道位于福建省福州市長樂國際機場高速公路K6+250～K6+700段，全長為450 m，半徑為1 710 m的平曲線內，縱坡均為-0.25%，進出口高差為11.24 m，此隧道為雙向六車道即3.75 m×3+3.75 m×3，兩側路緣帶寬0.75 m，余寬為0.5 m，單側設維修道寬0.75 m的大跨徑隧道，最大開挖寬度為16.5 m。設計行車時速為100 km，左右兩洞之間的中間巖(中夾巖)凈距只有5.8 m，是全國第二例，福建省首例大跨徑小徑距公路隧道，該隧道地質包括坡積亞粘性土，坡積碎石，坡積砂質粘性土(軟塑，硬塑)砂土狀強風化凝灰熔巖，弱風化凝灰熔巖，微風化熔巖，軟弱的Ⅱ類圍巖占36%。施工難度較大，小凈距隧道的雙洞中夾巖，采取了小導管注漿加固，425脹殼式預應力中空錨護加固，進口段又采取了大管棚加固，此外，還采取了諸多的加固措施，使施工的難度不斷加大，現(xiàn)將施工中的經(jīng)驗教訓做一下總結。

1 施工前的準備工作

(1)確定總體施工方案。采取由出口向進口進行施工的方案有以下幾個原因，首先，出口洞地段地質條件較好，進洞安全、便于施工。第二，出口段的設計高程較進口低，由下坡向上坡進行施工，利于排水、便于棄渣，經(jīng)濟效益好。第三，出口段施工場地條件較好，便于安置施工設備，安排施工駐地。不利方面是施工中排煙困難、初襯，二襯混凝土車，進洞后重車上坡。總體比較，采取從出口段開始施工的方案利大于弊。

(2)征用臨時施工用地，修筑便道，確保施工機具、材料順利進場，施工中盡量利用永久用地，做到永臨結合。

(3)建立臨時變電站。引入施工用電。采用永久用電與臨時用電相結合的永臨結合方式，鶴上隧道出口段變壓器容量為1 000 kV·A，進口段變壓器容量為400 kV·A，電力完全滿足施工要求。

(4)建立臨時混凝土拌合站。該隧道建立了兩座混凝土臨時拌合站，一座為兩臺400 kL強制式拌合站，配備自動計量裝置，做為二混凝土的拌合站，另一座為一臺500 kL強制式拌和站，做初初襯拌和站，能滿足施工要求，如果施工順序能得好很的協(xié)調，可采用一座拌合站。

(5)建立臨時壓風站。為保證開挖掘進用高壓風，建立了臨時壓風機站，鶴上隧道出口段采用了6臺電動20 m3空壓機，進口段采用二臺20 m3電動空壓機，風量充足。壓風站，有空氣壓縮機，并配儲風缸，連接儲風管，并有冷卻用的循環(huán)水池。為保證用風，鋪設1 100 m高壓風管，臨時用風處設分風器。噴射混凝土的接混凝土噴射機(分干噴與濕噴兩種，看設計要求再購置)并購置高壓軟管和噴槍頭。

(6)建立施工用水水池并鋪設高壓水管道和臨時生活用水管道，建立抽水站，施工時要根據(jù)供水長度，高度造成的水頭損失，確定水池的高度和容量，鶴上隧道水池建在山頂，進出口水池標高分別為85 m和78 m;水池容量為30 m3，鋪設用管道約2 000 m，較好的保證了施工用水。

(7)設立初襯鋼支撐加工廠，設冷彎減速機，建立了20×40 m的加工廠一座，按1∶1比例加工初襯鋼支撐的加工，確保了鋼支撐的加工。

(8)建立施工臨時用房。電工值班室30 m3，材料場地200 m3，炸藥庫20 m3，粉煤灰?guī)?50 m3，袋裝水泥庫200 m3，洞口看守房15 m3×2，風槍修理房25 m3。平整料場，砂石料場230 m3，機械停放場300 m3。

(9)加工二襯臺車兩臺，混凝土輸送泵一臺，反鏟小松200挖掘機兩臺，側翻式50型裝載機兩臺，出渣用自卸式翻斗車(10 t)8臺，混凝土噴射機(GSP-A河南三門峽生產)13臺，雙液注漿機(GZJB)四臺，雅特28風槍38臺，風鎬6臺，防水布焊接機6臺，電焊機6臺，混凝土攪拌輸送車3臺，高壓泵3臺，指揮、生活車4臺。

2 開挖與初期支護

2.1 Ⅱ類圍巖的開挖與支護

基本上采取雙側壁導坑方案進行施工。一般不用爆破法施工。具體做法是先施做左右洞超前小導管段，中夾巖分別超前加固，再進行左右洞內側導洞開挖，三是左右洞內側壁導洞分別做初期支護(架立工字鋼支撐和噴射混凝土)及側壁墻，四是左右洞分別做外側的小導管注漿，分別開挖外側壁導洞，分別架立鋼支撐和錨噴及側壁墻。五是左右洞分別施做各自的上斷面導洞的超前小導管，開挖各自的弧形上導坑，它是分別支立上半斷面的初期支護，(架立鋼支撐和錨噴)。六是分別開挖，左右洞的下半斷面，聯(lián)接洞外側壁導坑的仰拱支撐，使整個導洞形成一個整體愛力的環(huán)，此種方法施做，難度在于上半斷面導坑開挖時安全度較小，開挖進尺一般不超過1.0 m，一般內外側壁導坑施工步距為5 m左右，上半斷面與外側壁導坑步距一般為5～8 m，不宜過大，否則會造成內側壁導坑形成偏壓，極不安全。下半斷面開挖一般控制在10 m以內均可保證安全，但有一點這里的內外側導坑的支立鋼支撐需要引起充分注意，必須要保證在同一立面的施工難度較大，同時也會使初襯支護的受力受到較大影響，一般初支形成后，必須在一個月內施做二襯混凝土，這樣能確保施工安全。

2.2 Ⅲ類圍巖開挖與初期支護

采用上，下半斷面內外側導坑方案施工，優(yōu)先選擇機械開挖，當巖石堅硬時用微震爆破。前提是在預支護超前小導管及注漿(含中夾巖)或超前錨護預支護并達到強度后施工，首先是左洞內側上半斷面超前小導管或超前錨桿施工再開挖左洞內側導洞上斷面，施做超前小導管或超前錨桿，開挖右洞外側導洞上半斷面，左洞外側導洞上斷面初期支護(架立鋼支撐和錨噴)拆除上半斷面中隔墻，使左洞內側導洞下半斷面，施做超前小導管或超前錨桿，開挖左洞內側導洞下半斷面，左洞見側導坑下半斷面開挖，及中夾巖加固及初期支護(架立鋼支撐和錨噴混凝土)仰供及架立鋼支撐混凝土，整個襯砌成為一個封閉的閉合環(huán)，右洞可以比照左洞的施工次序組織施工，內外側上半斷面可一次做，也可兩次做，最好是一次形成半環(huán)盡早受力，因中隔墻的臨時支撐受力不好，極不安全，最好一次施做。下半斷面因為要給前面的上半斷面施工留出棄碴通道，只好分兩次施工，先后施工步距可留5～8 m為宜。

2.3 Ⅳ類圍巖地質中的開挖與初期支護

Ⅳ類圍巖地質構造中，巖石比較堅硬，必須采取光面微震爆破，以確保開挖斷面的準確無誤，減少超欠挖現(xiàn)象的發(fā)生，一般應采取順幫打眼(鉆孔)。爆破的起爆順序一般為掏槽炮眼(主要是給爆破創(chuàng)造凌空面)再是輔助炮眼，后是周邊炮眼。一般要掌握，掏槽炮眼比其他炮眼深30～50 cm。周邊眼要控制好間距，以確保開挖斷面的整齊。開挖過程中，一般采取二步開挖或三步開挖，即先開挖上弧形導坑使之一次形成半拱，即形成拱部壓力的半環(huán)，及時支立上弧導坑的初期支護。按受力的要求，本可下部的下半斷面同時開挖，但為了不使上半斷面掘進受阻，往往下半斷面分為二步開挖，半開挖內側時及時支立初期支護，以保證上弧導坑的初期支護。開挖下導后仍有堅實的支護，另一側做為上弧開導坑的通道，在內側可以形成通道(一般用碴石墊路)再開挖外側下弧導坑，并及時支護初期支護，使之盡早成環(huán)，整體受力，此種方法一般稱為上，下臺階三步開挖或二步開挖。上弧形導坑下半斷面內側的施工步距一般控制在5～10 m為宜。

3 關于大管棚施工及對Ⅱ類圍巖施工方法的探討

鶴上隧道的進口，左洞ZK6+250-310是Ⅱ類圍巖地段，頂部是11 m厚的殘坡積土和砂土狀的強風化巖，呈角礫碎石松散狀態(tài)，圍巖極易坍塌，處理不當會出現(xiàn)大坍塌。淺埋段，會出現(xiàn)地表下沉以至于坍塌透頂，因此設計采用Φ108×6 mm管棚支護，以確保進口段施工安全，管棚入土長度左洞28 m，右洞23 m。施工時管的環(huán)向間距為850 cm，仰角2°～3°，(不包括路線縱坡)方向與中線平行，要求施工誤差徑向不大于15 cm，隧道縱向同一橫斷面接頭數(shù)不大于50%，相鄰導管間接頭至少應錯開1 m。施工中采用25#混凝土套拱做成導向墻，套拱在洞口襯砌外輪廓線外施做，套拱用4榀Ι20型鋼并與管棚導管焊接成整體，管棚按設計施工，應先打有孔鋼花管，注漿后再打無孔鋼花管，無孔鋼花管做為注漿質量的檢查管。鉆機主軸方向必須準確無誤控制，以保證孔口孔向的正確。鉆進口應(正常采用測斜儀量測)，控制管鉆進斜度，發(fā)現(xiàn)偏斜超過設計要求，要及時糾正。無孔管鉆孔應在有孔管注漿凝固后進行，鉆孔應注意檢查壓漿質量，在確認壓漿質量達到要求后，再對無孔管及管周圍注漿，如注漿達不到要求，應在相應位置采用有孔管補漿。鋼管接頭絲扣連接，長度為15 cm。管棚按固結管棚存在范圍內，土體設計，漿液護散半徑不小于0.5 m，注漿材料為30#水泥漿，其配合比應根據(jù)地層情況和膠凝時間要求，并經(jīng)試驗測定。如果有地下水時可采用雙液注漿，即水泥漿與水玻璃之比為1∶0.5(體積比)注漿壓力為0.5～1.2 MPa單管漿液擴散半徑不小于0.5 m終結壓力可考慮略大些，可達1.5 MPa。注漿數(shù)量根據(jù)施工中實際情況而定，Φ25固定鋼筋，與孔口套管設Ι20工字鋼，采用雙面焊接，焊接長充大于5 cm，完成管棚注漿后在管棚支護的保護下，按規(guī)定的施工步驟進行掘進開挖。該隧道管棚注漿效果相當差，表現(xiàn)在一是管棚的斜度超過標準，二是注漿時因是在凝灰溶巖中注漿，經(jīng)常出現(xiàn)堵塞，孔脹的現(xiàn)象，使注漿擴散，半徑達不到0.5 m，個別的僅有2 cm，根本形不成整體的管棚基本上處于單根鋼管受力的狀態(tài)，因而給二類圍巖施工帶來了較大的難度，施工中我們對進口左洞采取了“雙側壁導坑”方案。這里經(jīng)常出現(xiàn)內、外側壁導坑的初期支護不能保持在同一斷面上給頂部初期支護和仰拱初期支護造成了較大的困難，同時因施工步距過大造成側壁導坑偏壓對施工安全十分不利，造成工程進展緩慢，28 m的Ⅱ類圍巖開挖達120 d之久。我們較好的吸取了左洞開挖的教訓，與設計、監(jiān)理、業(yè)主幾家共同商議在右洞二類圍巖開挖中采取了Ⅲ類開挖Ⅱ類支護的施工方法，進仍不十分理想，安全也不是太保險，特別是上半斷面內側開挖時所做的臨時支撐的中隔墻，在新的凌空面增加后，外側開挖時，十分不安全.我們在反復分析觀察后，在上弧形導坑早成半環(huán)與山體共同受力的思想指導下，太膽的使用了”上下臺階三步開挖”的施工方法，具體做法是一是先開挖上弧形導坑(全半斷面)二是初噴第一層混凝土(有速凝劑)封閉開挖面，防止土石剝落，三是支立20工字鋼的鋼支撐，及早掛網(wǎng)，四是打徑向錨桿，并將錨桿鋼筋網(wǎng)，拱架，焊接起來，形成骨架共同受力。噴射混凝土，使其能共同受力，但這必須要掌握一條原則，即”石變我變”的原則，即對圍巖進行觀察，如石質整體性較好可一次開挖，1 m(即二榀拱架)如果石質較差則每循環(huán)可開挖0.5 m，僅一榀拱架，該施工方法操作時務必掌握短進尺，快循環(huán)的要點，通過此種方法，右洞施工安全度大增加，工程進度也有較大的加快，23 m二類圍巖段僅用了一個月的時間，這種嘗試對今后的隧道開挖有較大的意義。

4 初期支護施工

鶴上隧道，初期支護設計原本采用U25型鋼拱架支護，因其施工比較麻煩，在監(jiān)理，設計與業(yè)主的共同支持下，我們將其改變?yōu)镮18型鋼拱架，(同于三類圍巖初期支護)和I20型鋼拱架(主要用于二類圍巖初期支護)，一部分也采用了鋼格柵拱架初期支護，效果也是不錯的，經(jīng)改變設計后，既節(jié)約了鋼材87 t，又給施工帶來了較大的方便。具體施工方法是:首先按1∶1的比例對初期支護的U型放樣，二是采取冷彎方法進行彎制成型，并焊好接頭處的法蘭盤，便于施工時的聯(lián)接。三是檢查掘進的開挖斷面，并做到上拱腳擺放在堅實的巖石上，如土質松前應在拱腳處做縱向梁進行固定，防止拱架支立后下沉，四是按施工開挖順序支立初期支護，順序是初噴混凝土，支立聯(lián)接拱架，做超前小導管，超前錨桿和銷腳錨桿，五是噴射初支混凝土達設計厚度，此時施工切忌隨意向內填各類碎石，并對初支斷面進行斷面檢查，防止初支混凝土侵入二襯砌的檢查合格后，可以預埋塑料盲溝(按設計8 m一道)掛無紡布和防水板，鋼筋綁扎，焊接埋設縱向排水管并預留橫向進水口，進入二襯混凝土施工。

小凈距隧道施工應注意，必須對其雙洞之間的中間巖層柱體進行加固，以確保圍巖穩(wěn)定，二類圍巖段左右兩側導洞開挖前，必須對中夾巖進行小導管注漿加固。接設計尺寸，方向，彎度打孔，并下入小導管后，用C30水泥漿待漿達到強度后，才能開挖。三類圍巖段中夾巖柱體應采用25脹殼式預應力中空錨桿進行加固，在先開挖內側導洞，開挖并初噴后，施做預應力錨護，錨桿一端。錨固在巖體內，另一端通過A3鋼型板鎖緊，后施加80 kN預應力，并鎖定，最后注漿，中夾巖加固長度以左右兩側圍巖類別較低一側的圍巖長度為準，詳細要按設計圖做。注意掌握左右兩洞內側壁施工的步距，要在先行施工洞初支達強度后，后行洞才能開挖。

5 結束語

塌方屬于隧道施工中發(fā)生的嚴重威脅安全的突發(fā)性事故，但是因隧道的地質條件和施工條件復雜，對圍巖的變形情況的監(jiān)控量測和地質預報工作比較難，出現(xiàn)塌方現(xiàn)象是在所難免的。施工時要隨時關注圍巖易失穩(wěn)、軟弱帶、斷層地段，在其位置作出明確的標識，根據(jù)實際的情況要作出采用合理的開挖的方法和合理的支護方法。塌方發(fā)生后，要及時的分析事故發(fā)生的原因，不僅要及時的搶救施工人員和機械設備，還要采取有效的措施來控制塌方。

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