大斷面公路隧道貫通施工技術(shù)

肖志明

(四川路橋建設(shè)股份有限公司公路隧道分公司，四川成都610200)

1 工程概況

雙碑隧道位于重慶市沙坪壩區(qū)雙碑，雙碑隧道工程全長(zhǎng)4 373 m，隧道路線中線間距為20 m，雙向6車道，V級(jí)圍巖開挖寬度約16 m(不同級(jí)別的圍巖稍有差別)，停車帶開挖寬度19.31 m。隧道平面線形為直線，縱斷面采用0.3%/1630 m及-2.794%/3500 m的人字坡。工程原計(jì)劃總工期30個(gè)月，現(xiàn)工期已滯后，雙碑隧道為本項(xiàng)目的控制工程。

隧道所穿越中梁山地層含煤，為瓦斯隧道，隧址區(qū)域地下水分布廣泛，中梁山地表、地下水聯(lián)系十分復(fù)雜，巖溶構(gòu)造及富水主要發(fā)育再觀音峽背斜兩翼的三疊系雷口坡組和嘉陵江組地層中，同時(shí)，本隧道所穿越的中梁山地表水庫(kù)、泉眼、魚塘密布，地下水資源豐富，洞內(nèi)可能涌水較大，施工困難。

2 施工方案

根據(jù)目前施工進(jìn)度情況及圍巖情況，進(jìn)出口按原有施工方案組織施工，開挖后及時(shí)支護(hù)。

2.1 超前地質(zhì)預(yù)報(bào)

隧道施工采取長(zhǎng)距離宏觀預(yù)報(bào)與短距離準(zhǔn)確預(yù)報(bào)相結(jié)合、隧道內(nèi)探測(cè)與洞外地面調(diào)查相結(jié)合、地質(zhì)與物探方法相結(jié)合，開展多層次、多手段的綜合超前地質(zhì)預(yù)報(bào)，并貫穿施工全過(guò)程，先探后掘，在通過(guò)超前預(yù)報(bào)判斷無(wú)異常及危險(xiǎn)前，不得掘進(jìn)施工；根據(jù)不同的地質(zhì)復(fù)雜程度，針對(duì)不同類型的地質(zhì)問題，選擇不同的方法和手段開展超前地質(zhì)預(yù)報(bào)。

在貫通前通過(guò)超前地質(zhì)預(yù)報(bào)了解到前方巖石穩(wěn)定性較好，可以直接進(jìn)行爆破施工。

2.2 爆破方案

根據(jù)《公路隧道施工技術(shù)規(guī)范》JTGF60-2009規(guī)定，隧道雙向開挖接近貫通時(shí)，開挖面巖體已較薄，不管是從圍巖穩(wěn)定還是安全等角度考慮，都應(yīng)采取淺眼輕藥弱爆破。因此決定當(dāng)兩端掌子面相距50 m時(shí)，改雙向掘進(jìn)為單向掘進(jìn)，根據(jù)目前的施工情況，相距50 m時(shí)，雙碑端停止掘進(jìn)，由西永端貫通。施工時(shí)采用短進(jìn)尺，弱爆破，勤量測(cè)，早支護(hù)，緊封閉的原則組織施工。

剩余圍巖屬飛仙關(guān)組和嘉陵江組的灰?guī)r和泥灰?guī)r，灰?guī)r地段屬Ⅲ級(jí)圍巖，此段落的泥巖比較完整，圍巖級(jí)別為Ⅳ級(jí)。圍巖支護(hù)參數(shù)如下表所示。施工采用鉆爆法開挖。

目前進(jìn)出口掌子面以灰?guī)r為主夾少量泥質(zhì)灰?guī)r，圍巖完整性一般，節(jié)理裂隙不發(fā)育，基本無(wú)水。

爆破采用光面爆破，上臺(tái)階掘進(jìn)爆破掏槽孔及輔助掏槽孔采用矩形布置，孔深均為2.9 m。內(nèi)層掏槽孔上下排距0.5 m，孔口距5.0 m，與掌子面夾角為37°。外層掏槽孔排距0.5 m，孔口距為6.0 m，與掌子面夾角為45°。

掘進(jìn)孔大致成半圓弧形設(shè)置，孔深為2.7 m，排距為0.9 m左右，孔距約1.0～1.2 m。

周邊光面爆破孔沿距開挖邊界布置，其鉆孔角度與掌子面夾角約為2°，即向外側(cè)傾斜，孔底落于開挖邊界外0.05 m。

上臺(tái)階掘進(jìn)爆破的炮孔布置如圖1和圖2所示。施工作業(yè)時(shí)，掘進(jìn)炮孔的位置允許在5～10 cm范圍內(nèi)，孔深調(diào)整則不能大于5 cm。

圖1 2.5 m循環(huán)進(jìn)尺上臺(tái)階掘進(jìn)爆破炮孔布置立面布置(單位：mm)

圖2 2.5 m循環(huán)進(jìn)尺上臺(tái)階掘進(jìn)爆破炮孔布置剖面(單位：mm)

2.3 監(jiān)控量測(cè)

按照新奧法要求，監(jiān)控量測(cè)是施工核心，通過(guò)監(jiān)控量測(cè)數(shù)據(jù)真實(shí)反映圍巖收斂變形情況，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，從而合理指導(dǎo)施工，確保安全。

施工中委托重慶交通大學(xué)進(jìn)行監(jiān)控量測(cè)，接近貫通時(shí)加大監(jiān)控量測(cè)頻率，及時(shí)獲得圍巖變形數(shù)據(jù)，繪制位移-時(shí)間關(guān)系曲線，預(yù)測(cè)圍巖變形趨勢(shì)及支護(hù)安全狀況。

(1)當(dāng)位移速率大于1 mm/d時(shí)，表明圍巖處于急劇變形階段，應(yīng)密切關(guān)注圍巖動(dòng)態(tài)。

(2)當(dāng)位移速率在1～0.2 mm/d之間時(shí)，表明圍巖處于緩慢變形階段。

(3)當(dāng)位移速率小于0.2 mm/d時(shí)，表明圍巖已達(dá)到基本穩(wěn)定，可以進(jìn)行二次襯砌作業(yè)。

本隧道嚴(yán)格進(jìn)行監(jiān)控量測(cè)，在確定圍巖基本穩(wěn)定的情況下進(jìn)行二次襯砌的施工作業(yè)。

3 貫通測(cè)量

3.1 貫通面的選擇及貫通誤差估算

根據(jù)進(jìn)出口端界定的分界里程和施工情況，貫通里程暫定為右洞K4+376.7，左洞Kz4+422.8。

3.1.1 洞外控制測(cè)量

雙碑隧道單洞長(zhǎng)約4 373 m，進(jìn)口與出口分別建立了三等GPS平面控制網(wǎng)和三等高程控制網(wǎng)。洞內(nèi)采用左右洞串聯(lián)四等平面控制網(wǎng)和四等高程控制網(wǎng)。根據(jù)《工程測(cè)量規(guī)范》GB 50026-2007對(duì)各等級(jí)控制的精度要求做貫通誤差估算。

洞外三等GPS控制點(diǎn)聯(lián)測(cè)，形成大地四邊形控制網(wǎng)形。其中GⅡ128、Ⅳ811、Ⅳ812為雙碑端洞外控制網(wǎng)點(diǎn)。Ⅳ813、Ⅳ814為西永端洞外控制網(wǎng)點(diǎn)(網(wǎng)形如圖3所示)。高程控制網(wǎng)采用三等水準(zhǔn)測(cè)量，將ⅢSB05、Ⅳ813點(diǎn)高程分別引至左右洞口。

圖3 洞外控制點(diǎn)平面

3.1.2 洞內(nèi)控制測(cè)量

洞內(nèi)控制網(wǎng)采用洞口控制點(diǎn)Y1、Z1點(diǎn)引入兩洞，在洞內(nèi)150～250 m設(shè)置一個(gè)控制點(diǎn)，目前兩洞共有控制點(diǎn)32個(gè)。洞內(nèi)控制網(wǎng)采用賓得全站儀R-422N測(cè)量四等平面控制和四等水準(zhǔn)高程控制。

3.1.3 橫向貫通誤差估計(jì)

導(dǎo)線的終點(diǎn)是導(dǎo)線精度的最弱點(diǎn)，橫向貫通中誤差是由導(dǎo)線測(cè)角誤差及導(dǎo)線邊長(zhǎng)誤差所引起，而橫向貫通中誤差主要影響隧道的貫通精度，下面主要分析橫向貫通中誤差。

根據(jù)誤差傳播定律，導(dǎo)線測(cè)角及測(cè)邊是相互獨(dú)立的兩個(gè)量，則可得導(dǎo)線測(cè)角中誤差所引起的橫向貫通中myb誤差為:

(1)

式中：mb為導(dǎo)線測(cè)角中誤差；

導(dǎo)線測(cè)邊誤差所引起的橫向貫通中mys誤差為：

(2)

式中:ms為導(dǎo)線邊長(zhǎng)向?qū)χ姓`差；

那么，導(dǎo)線測(cè)量誤差在貫通面上所引起的橫向貫通中誤差my為:

(3)

由于隧道貫通誤差受到洞外控制網(wǎng)的誤差和洞內(nèi)控制網(wǎng)的誤差影響，而且是由各點(diǎn)誤差累計(jì)形成。

洞外控制網(wǎng)采用相應(yīng)的GPS數(shù)據(jù)處理軟件進(jìn)行平差處理分析。洞內(nèi)控制網(wǎng)采用《南方平差易2002》進(jìn)行平差處理。

洞外控制網(wǎng)的精度為3.4 mm(小于規(guī)范中誤差35 mm)，洞內(nèi)控制網(wǎng)最弱點(diǎn)的中誤差為52.1 mm(小于規(guī)范中誤差65 mm)，則最弱點(diǎn)的中誤差為：

根據(jù)《工程測(cè)量規(guī)范》 GB 50026-2007要求長(zhǎng)度大于4 000 m的隧道貫通限差為150 mm。按照一般測(cè)量精度要求將中誤差的2倍作為限差，則規(guī)范中誤差應(yīng)為150÷2=75 mm，大于測(cè)量最弱點(diǎn)52 mm的要求。故貫通誤差滿足規(guī)范要求。

高程測(cè)量：

滿足測(cè)量規(guī)范要求。

3.2 現(xiàn)場(chǎng)貫通誤差測(cè)定

隧道貫通面位于直線段上，貫通后由兩個(gè)相向工作的導(dǎo)線點(diǎn)測(cè)出貫通面的中線坐標(biāo)，將得出兩組坐標(biāo)值。由進(jìn)口端導(dǎo)線點(diǎn)測(cè)量得出的坐標(biāo)(Xj，Yj、Hj),由出口端導(dǎo)線點(diǎn)測(cè)量得出的坐標(biāo)(Xc，Yc、Hc)，由此得出:

(4)

即為實(shí)際貫通誤差。高程貫通誤差由ΔH=Hj-Hc得出。

現(xiàn)場(chǎng)貫通誤差測(cè)量示意圖如圖4。

圖4 貫通測(cè)量示意

現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際測(cè)量出右洞隧道貫通誤差為

ΔX=-45 mm,ΔY=-94 mm,則

換算至中線誤差值為88.4 mm≤150 mm。右洞高程貫通誤差為

ΔH=20 mm≤70 mm

左洞貫通誤差為ΔX=-47 mm, ΔY=-101 mm,則

換算至中線誤差為106 mm≤150 mm。左洞高程貫通誤差為:

ΔH=21 mm≤70 mm

因此，貫通誤差符合GB 50026-2007《工程測(cè)量規(guī)范》、JTG/T F60-2009《公路隧道施工技術(shù)細(xì)則》的精度要求，所以隧道內(nèi)的加密導(dǎo)線點(diǎn)能夠滿足隧道整體施工及驗(yàn)收規(guī)范要求。

3.3 貫通誤差調(diào)整

3.3.1 平面貫通誤差調(diào)整

隧道貫通平面誤差調(diào)整應(yīng)視S值的大小選擇調(diào)整方法。根據(jù)上述貫通誤差預(yù)計(jì)可知平面貫通誤差將在12 cm左右，采用導(dǎo)線平差調(diào)整法調(diào)整誤差。通過(guò)進(jìn)口端、出口端臨近貫通面的兩個(gè)控制點(diǎn)聯(lián)測(cè)平差，重新調(diào)整控制點(diǎn)的坐標(biāo)。因隧道襯砌在設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上放大了5 cm，在不影響隧道凈空的情況下盡可能的加長(zhǎng)調(diào)整段長(zhǎng)度。務(wù)必保證隧道貫通面的圓順。

3.3.2 高程貫通誤差調(diào)整

貫通后將進(jìn)口端、出口端的高程控制點(diǎn)聯(lián)測(cè)，平差后取得分界里程處的高程。進(jìn)行高程貫通誤差調(diào)整時(shí)，貫通點(diǎn)附近的水準(zhǔn)點(diǎn)高程，采用由進(jìn)出口分別引測(cè)的高程平均值作為調(diào)整后的高程。

4 安全保證措施

(1)當(dāng)兩相對(duì)開挖工作面相距150 m時(shí)，起動(dòng)貫通量測(cè)，兩端施工加強(qiáng)聯(lián)系，兩端放炮時(shí)，都要通知對(duì)方。放炮前1 h，第1次通知對(duì)方，以便對(duì)方計(jì)劃好施工，如混凝土盡快澆筑完畢，裝藥時(shí)則停止裝藥，等對(duì)方放炮完畢后再裝藥，爆破物品要放在安全的地點(diǎn)，以免振動(dòng)發(fā)生危險(xiǎn)，工字鋼架安設(shè)好后要盡快施作鎖腳錨桿，以免放炮振動(dòng)發(fā)生倒塌；放炮前15 min，第二次通知對(duì)方，在接到對(duì)方第2次通知時(shí)，掌子面人員要盡快撤離至安全地帶，不得停留或繼續(xù)施工。

(2)對(duì)方放炮后進(jìn)入掌子面要認(rèn)真觀察對(duì)方放炮是否對(duì)初支及圍巖產(chǎn)生大的影響，如檢查有無(wú)初支開裂、變形，圍巖是否發(fā)生掉塊等。

(3)建立嚴(yán)格規(guī)范的質(zhì)量技術(shù)管理制度，工程技術(shù)人員做好地質(zhì)描述，確保各種措施、技術(shù)交底的落實(shí)，保證標(biāo)準(zhǔn)化作業(yè)。開挖過(guò)程中24 h輪流值班，及時(shí)發(fā)現(xiàn)地質(zhì)變化，進(jìn)而指導(dǎo)監(jiān)控現(xiàn)場(chǎng)施工。

(4)質(zhì)檢工程師和質(zhì)檢人員嚴(yán)把質(zhì)量關(guān)，對(duì)個(gè)施工環(huán)節(jié)質(zhì)量進(jìn)行控制，保證質(zhì)量管理體系正常運(yùn)行。

(5)隧道開挖采用淺眼輕藥控制爆破技術(shù)，按《爆破安全規(guī)程》操作施工。加強(qiáng)監(jiān)測(cè)，根據(jù)監(jiān)測(cè)結(jié)果和地質(zhì)情況及時(shí)調(diào)整爆破參數(shù)，保證爆破安全。

(6)隧道通風(fēng)符合設(shè)計(jì)和施工規(guī)范要求。開挖后通風(fēng)時(shí)間不得少于0.5 h，才能進(jìn)入掌子面。采用灑水降塵防塵措施。

(7)洞內(nèi)供電線路，嚴(yán)格按施工組織設(shè)計(jì)選擇布置，洞內(nèi)變壓器接動(dòng)力、照明用電時(shí)，必須嚴(yán)格執(zhí)行《公路隧道施工技術(shù)安全規(guī)則》的有關(guān)規(guī)定。洞內(nèi)電器設(shè)備的使用，必須由專業(yè)人員作業(yè)，并嚴(yán)格執(zhí)行《公路隧道施工技術(shù)安全規(guī)則》的有關(guān)規(guī)定。

5 結(jié)論

根據(jù)超前地質(zhì)預(yù)報(bào)制定了合理的爆破施工方案。通過(guò)嚴(yán)格的監(jiān)控量測(cè)來(lái)考察圍巖的穩(wěn)定性，在確定圍巖基本穩(wěn)定之后再進(jìn)行二次襯砌作業(yè)。并且根據(jù)隧道長(zhǎng)度制定最優(yōu)的測(cè)量方案，最終測(cè)出左洞貫通誤差為106 mm,高程貫通誤差為20 mm，右洞貫通誤差為88.4 mm,高程貫通誤差為21 mm，誤差均滿足GB50026-2007《工程測(cè)量規(guī)范》、JTG/T F60-2009《公路隧道施工技術(shù)細(xì)則》的精度要求。最終該隧道順利貫通。該方案可以給同類隧道施工做參考。

[1] JTG F60-2009 公路隧道施工技術(shù)規(guī)范[S]

[2] 王勇.軟弱圍巖大跨隧道施工技術(shù)思考[J].隧道建設(shè),2004,(3)

[3] 霍玉華.淺埋公路隧道施工塌方事故的預(yù)防與整治技術(shù)研究[J].中國(guó)安全科學(xué)學(xué)報(bào),2005,(7)

[4] 關(guān)寶樹.隧道工程施工要點(diǎn)集[M].北京:人民交通出版社,2003

[5] 陳小雄.現(xiàn)代隧道工程理論與隧道工程[M].北京:高等教育出版社,2001