大跨扁平隧道施工技術(shù)

摘要：仰口隧道是青島濱海公路北段的唯一一座隧道，最大開挖跨度達(dá)16.44m，開挖高度達(dá)到11.83m，隧道結(jié)構(gòu)內(nèi)部?jī)魧?4.66m，凈高7.95m，結(jié)構(gòu)凈空高跨比為0.54，屬于典型的大跨度扁平隧道。針對(duì)這種大跨度扁平隧道的受力和變形特點(diǎn)，仰口隧道支護(hù)結(jié)構(gòu)采用超前支護(hù)，再分部開挖，并及時(shí)施作初期支護(hù)，同時(shí)在施工過(guò)程中對(duì)拱頂下沉、周邊收斂等監(jiān)控量測(cè)措施，保證了隧道施工的安全。

關(guān)鍵詞： 大跨度 隧道 施工技術(shù)

1.工程概況

仰口隧道是青島濱海公路北段的唯一一座隧道，位于青島嶗山區(qū)劈石口，是青島濱海公路北段的控制工程。仰口隧道設(shè)計(jì)車速80km/h，一級(jí)公路，雙向六車道，隧道左右線均為單向三車道。左線進(jìn)口里程ZK57+650，出口里程ZK61+525，全長(zhǎng)3875m；右線進(jìn)口里程YK57+654，出口里程YK61+542，全長(zhǎng)3888m。最大開挖跨度達(dá)16.44m，最大開挖高度達(dá)11.83m。仰口隧道結(jié)構(gòu)內(nèi)部?jī)魧?4.66m，凈高7.95m，結(jié)構(gòu)凈空高跨比為0.54，屬典型的大跨度扁平隧道。

仰口隧道圍巖大部分為Ⅱ級(jí)、Ⅲ級(jí)，洞身多為花崗巖、煌斑巖等巖脈穿插其中，受構(gòu)造影響較大，貫通節(jié)理不多，場(chǎng)區(qū)按中-低應(yīng)力考慮，采用全斷面開挖，這里不過(guò)介紹。本文主要介紹隧道進(jìn)、出口段Ⅳ級(jí)、Ⅴ級(jí)圍巖段的施工。隧道北洞口圍巖為Ⅴ級(jí)（進(jìn)口）處在山體與第四紀(jì)接觸帶處，位置較低，洞口之上為崩塌和坡積的塊石土，全風(fēng)化煌斑巖，塊石直徑較大，松散堆積土為亞粘土，風(fēng)化層較厚，厚度大于5m，不利于洞口的形成，沿口處為煌斑巖或花崗巖，基巖裸露，節(jié)理裂隙發(fā)育，對(duì)隧道穩(wěn)定性影響較大。南洞口（出口）圍巖為Ⅴ級(jí)，為山前坡積地貌單位，坡洪積，沿口處覆蓋層（亞粘土、碎石層）為5～9m，下部為強(qiáng)風(fēng)化煌斑巖、花崗巖，節(jié)理裂隙發(fā)育。

2.隧道施工

2.1隧道支護(hù)結(jié)構(gòu)參數(shù)

仰口隧道進(jìn)出口段圍巖為Ⅳ級(jí)和Ⅴ級(jí)圍巖。由于洞口段圍巖整體性差，裂隙發(fā)育，開挖跨度又大，達(dá)到16.44m，因而隧道開挖后穩(wěn)定性差，對(duì)Ⅴ級(jí)圍巖（包括加強(qiáng)段）進(jìn)行超前支護(hù)。Ⅴ級(jí)圍巖加強(qiáng)段，采用ф108×6超前大管棚和ф32超前小導(dǎo)管注漿加固圍巖，大管棚長(zhǎng)25m，進(jìn)出口各打一環(huán)，環(huán)向間距40cm，共53根，小導(dǎo)管長(zhǎng)2.5m，環(huán)向間距40cm，每?jī)砷摴凹艽蛟O(shè)一環(huán)，共53根。Ⅴ級(jí)圍巖只采用超前小導(dǎo)管注漿加固圍巖，長(zhǎng)3.0m，環(huán)向間距30cm，每?jī)砷蛟O(shè)一環(huán)。均采用錨桿、鋼拱架、鋼筋網(wǎng)和噴射混凝土作為初期支護(hù)，錨桿采用Φ25中空注漿錨桿，長(zhǎng)4.0m，間距1.0×1.0m，梅花型布置，鋼拱架（I22a）Ⅴ級(jí)段間距0.75m，Ⅴ級(jí)加強(qiáng)段間距0.5m，鋼筋網(wǎng)ф6，150×150mm網(wǎng)格尺寸，均為雙層，噴射混凝土厚30cm。初期支護(hù)和二次襯砌之間采用400g/㎡無(wú)紡布和1.5mm厚的ECB防水板。二次襯砌厚度為60cm，采用C30鋼筋混凝土，鋼筋分別為25mm和20mm，預(yù)留變形10cm，抗?jié)B等級(jí)S6。

Ⅳ級(jí)圍巖段不設(shè)超前支護(hù)，支護(hù)結(jié)構(gòu)由錨桿、鋼筋網(wǎng)、鋼格柵和噴射混凝土組成，系統(tǒng)錨桿采用Φ25中空注漿錨桿，長(zhǎng)3.5m，間距1.0×1.0m，梅花型布置，鋼格柵間距1.0m，鋼筋網(wǎng)ф6，150×150mm網(wǎng)格尺寸，單層，噴射混凝土厚為25cm，初期支護(hù)和二次襯砌之間采用400g/㎡無(wú)紡布和1.5mm厚的ECB防水板。二次襯砌厚50cm，采用C30鋼筋混凝土，鋼筋直徑18mm，預(yù)留變形量8cm，抗?jié)B等級(jí)S6。

2.2隧道施工

仰口隧道共分四個(gè)標(biāo)段，左右線各為兩個(gè)，開挖分別從洞口開始施工。根據(jù)圍巖工程地質(zhì)特征、結(jié)構(gòu)特征和完整性、圍巖開挖后的穩(wěn)定性、巖體節(jié)理發(fā)育程度等，經(jīng)過(guò)比選多種施工方案，確定不同圍巖級(jí)別采取不同的施工方法。Ⅴ級(jí)圍巖段（包括加強(qiáng)段），先對(duì)隧道拱部用超前大管棚（加強(qiáng)段）和超前小導(dǎo)管注漿進(jìn)行預(yù)加固，以使拱部形成具有足夠強(qiáng)度和剛度的超前支護(hù)體系，保證施工安全，然后采用“眼鏡法”開挖施工，施工過(guò)程中采用光面爆破，盡量減少對(duì)圍巖的擾動(dòng)，如下圖：

Ⅴ級(jí)圍巖地段隧道施工主要步驟如下：

⑴施作拱部超前大管棚（加強(qiáng)段）和超前小導(dǎo)管預(yù)注漿支護(hù)，注漿時(shí)采用水泥漿，水灰比為0.5：1.5～1：1.5，大管棚注漿初壓力0.5～1.0Mpa，終壓力2～2.5 Mpa，小導(dǎo)管注漿壓力0.6～1.0 Mpa；⑵開挖左、右兩側(cè)上導(dǎo)坑；⑶施作兩側(cè)上導(dǎo)坑的初期支護(hù)和臨時(shí)支護(hù)，包括施作錨桿、鋼筋網(wǎng)、鋼拱架、噴射混凝土，臨時(shí)支護(hù)采用I20a鋼支撐，間距和初期支護(hù)鋼支撐相同，鋼支撐用Ф22螺紋鋼連接起來(lái)增加支護(hù)的剛度，再焊接鋼筋網(wǎng)，最后噴射混凝土；⑷開挖兩側(cè)下導(dǎo)坑；⑸施作兩側(cè)下導(dǎo)初期支護(hù)、臨時(shí)支護(hù)，支護(hù)參數(shù)同⑶步；⑹開挖中間上部核心土；⑺施作中上部初期支護(hù)，支護(hù)參數(shù)同⑶步；⑻開挖中心下臺(tái)階；⑼施作中心底部的初期支護(hù)，支護(hù)參數(shù)同⑶步；⑽拆除臨時(shí)支護(hù)，鋪設(shè)防水層；⑾模筑二襯混凝土，施作附屬結(jié)構(gòu)。在施工過(guò)程中，每個(gè)掌子面錯(cuò)開10～15m，臨時(shí)支護(hù)拆除根據(jù)量測(cè)結(jié)果，每次拆除6～8m.

Ⅳ級(jí)圍巖的穩(wěn)定性相對(duì)好一些，因而采用上下臺(tái)階法開挖施工，主要施工步驟如下：

⑴開挖上臺(tái)階；⑵施作上臺(tái)階拱部初期支護(hù)，包括系統(tǒng)錨桿、鋼格柵、鋼筋網(wǎng)和噴射混凝土，鋼格柵每米一榀，用Ф22螺紋鋼連接起來(lái)，其環(huán)向間距為1.0m，打Φ25中空注漿錨桿，噴射鋼筋網(wǎng)混凝土；⑶開挖兩側(cè)下臺(tái)階（預(yù)留核心土）；⑷施作下半斷面邊墻初期支護(hù)，支護(hù)參數(shù)同⑵步；⑸開挖預(yù)留核心土；⑹施作仰拱初期支護(hù)；⑺鋪設(shè)防水層，模筑混凝土，施作內(nèi)部附屬結(jié)構(gòu)。開挖過(guò)程中采用光面爆破，爆破時(shí)注意對(duì)初期支護(hù)的保護(hù)。

隧道開挖后，圍巖整體性被破壞，自身需要重新應(yīng)力分布，再加上隧道本身跨度較大，因此，測(cè)量拱頂下沉直接可以反映隧道的穩(wěn)定性。在隧道施工過(guò)程中對(duì)拱頂斷面下沉情況加強(qiáng)量測(cè)，根據(jù)測(cè)量結(jié)果指導(dǎo)施工，調(diào)整支護(hù)參數(shù)，以確保施工安全。

3.隧道拱頂下沉量測(cè)

拱頂下沉量測(cè)結(jié)果可以用來(lái)判斷周邊圍巖的穩(wěn)定性，初期支護(hù)是否妥當(dāng)及二次襯砌的施作時(shí)間等。采用精密水準(zhǔn)儀配合鋼尺，精度0.05mm，測(cè)點(diǎn)用Ф22螺紋鋼焊接一三角形鐵鉤組合而成。測(cè)點(diǎn)安裝完后，噴射混凝土封閉巖體表面，做好測(cè)點(diǎn)保護(hù)。

4.結(jié)語(yǔ)

仰口隧道開挖跨度大，高跨比小，隧道圍巖較差，易發(fā)生塌方。在施工過(guò)程中，嚴(yán)格遵循著“管超前，嚴(yán)注漿，短開挖，強(qiáng)支護(hù)，勤量測(cè)，早封閉”的基本原則，通過(guò)采取超前大管棚和超前小導(dǎo)管注漿預(yù)加固，并采用系統(tǒng)錨桿、鋼拱架和噴射鋼筋網(wǎng)混凝土作為初期支護(hù)結(jié)構(gòu)，眼鏡法和臺(tái)階法開挖等技術(shù)措施，并通過(guò)光面爆破，控制裝藥量等手段，加強(qiáng)監(jiān)控量測(cè)，通過(guò)測(cè)量數(shù)據(jù)調(diào)整施工參數(shù)，指導(dǎo)施工，確保了隧道施工安全，為順利完工提供了強(qiáng)有力的技術(shù)保障。