大斷面公路隧道貫通施工技術

肖志明

(四川路橋建設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4 373 m，隧道路線中線間距為20 m，雙向6車道，V級圍巖開挖寬度約16 m(不同級別的圍巖稍有差別)，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。工程原計劃總工期30個月，現(xiàn)工期已滯后，雙碑隧道為本項目的控制工程。

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)系十分復雜，巖溶構造及富水主要發(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，本隧道所穿越的中梁山地表水庫、泉眼、魚塘密布，地下水資源豐富，洞內可能涌水較大，施工困難。

2 施工方案

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

2.1 超前地質預報

隧道施工采取長距離宏觀預報與短距離準確預報相結合、隧道內探測與洞外地面調查相結合、地質與物探方法相結合，開展多層次、多手段的綜合超前地質預報，并貫穿施工全過程，先探后掘，在通過超前預報判斷無異常及危險前，不得掘進施工；根據(jù)不同的地質復雜程度，針對不同類型的地質問題，選擇不同的方法和手段開展超前地質預報。

在貫通前通過超前地質預報了解到前方巖石穩(wěn)定性較好，可以直接進行爆破施工。

2.2 爆破方案

根據(jù)《公路隧道施工技術規(guī)范》JTGF60-2009規(guī)定，隧道雙向開挖接近貫通時，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，都應采取淺眼輕藥弱爆破。因此決定當兩端掌子面相距50 m時，改雙向掘進為單向掘進，根據(jù)目前的施工情況，相距50 m時，雙碑端停止掘進，由西永端貫通。施工時采用短進尺，弱爆破，勤量測，早支護，緊封閉的原則組織施工。

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

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

爆破采用光面爆破，上臺階掘進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°。

掘進孔大致成半圓弧形設置，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°，即向外側傾斜，孔底落于開挖邊界外0.05 m。

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

圖1 2.5 m循環(huán)進尺上臺階掘進爆破炮孔布置立面布置(單位：mm)

圖2 2.5 m循環(huán)進尺上臺階掘進爆破炮孔布置剖面(單位：mm)

2.3 監(jiān)控量測

按照新奧法要求，監(jiān)控量測是施工核心，通過監(jiān)控量測數(shù)據(jù)真實反映圍巖收斂變形情況，對數(shù)據(jù)進行分析處理，從而合理指導施工，確保安全。

施工中委托重慶交通大學進行監(jiān)控量測，接近貫通時加大監(jiān)控量測頻率，及時獲得圍巖變形數(shù)據(jù)，繪制位移-時間關系曲線，預測圍巖變形趨勢及支護安全狀況。

(1)當位移速率大于1 mm/d時，表明圍巖處于急劇變形階段，應密切關注圍巖動態(tài)。

(2)當位移速率在1～0.2 mm/d之間時，表明圍巖處于緩慢變形階段。

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

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

3 貫通測量

3.1 貫通面的選擇及貫通誤差估算

根據(jù)進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 洞外控制測量

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

洞外三等GPS控制點聯(lián)測，形成大地四邊形控制網形。其中GⅡ128、Ⅳ811、Ⅳ812為雙碑端洞外控制網點。Ⅳ813、Ⅳ814為西永端洞外控制網點(網形如圖3所示)。高程控制網采用三等水準測量，將ⅢSB05、Ⅳ813點高程分別引至左右洞口。

圖3 洞外控制點平面

3.1.2 洞內控制測量

洞內控制網采用洞口控制點Y1、Z1點引入兩洞，在洞內150～250 m設置一個控制點，目前兩洞共有控制點32個。洞內控制網采用賓得全站儀R-422N測量四等平面控制和四等水準高程控制。

3.1.3 橫向貫通誤差估計

導線的終點是導線精度的最弱點，橫向貫通中誤差是由導線測角誤差及導線邊長誤差所引起，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，導線測角及測邊是相互獨立的兩個量，則可得導線測角中誤差所引起的橫向貫通中myb誤差為:

(1)

式中：mb為導線測角中誤差；

導線測邊誤差所引起的橫向貫通中mys誤差為：

(2)

式中:ms為導線邊長向對中誤差；

那么，導線測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的誤差和洞內控制網的誤差影響，而且是由各點誤差累計形成。

洞外控制網采用相應的GPS數(shù)據(jù)處理軟件進行平差處理分析。洞內控制網采用《南方平差易2002》進行平差處理。

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

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

高程測量：

滿足測量規(guī)范要求。

3.2 現(xiàn)場貫通誤差測定

隧道貫通面位于直線段上，貫通后由兩個相向工作的導線點測出貫通面的中線坐標，將得出兩組坐標值。由進口端導線點測量得出的坐標(Xj，Yj、Hj),由出口端導線點測量得出的坐標(Xc，Yc、Hc)，由此得出:

(4)

即為實際貫通誤差。高程貫通誤差由ΔH=Hj-Hc得出。

現(xiàn)場貫通誤差測量示意圖如圖4。

圖4 貫通測量示意

現(xiàn)場實際測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《工程測量規(guī)范》、JTG/T F60-2009《公路隧道施工技術細則》的精度要求，所以隧道內的加密導線點能夠滿足隧道整體施工及驗收規(guī)范要求。

3.3 貫通誤差調整

3.3.1 平面貫通誤差調整

隧道貫通平面誤差調整應視S值的大小選擇調整方法。根據(jù)上述貫通誤差預計可知平面貫通誤差將在12 cm左右，采用導線平差調整法調整誤差。通過進口端、出口端臨近貫通面的兩個控制點聯(lián)測平差，重新調整控制點的坐標。因隧道襯砌在設計的基礎上放大了5 cm，在不影響隧道凈空的情況下盡可能的加長調整段長度。務必保證隧道貫通面的圓順。

3.3.2 高程貫通誤差調整

貫通后將進口端、出口端的高程控制點聯(lián)測，平差后取得分界里程處的高程。進行高程貫通誤差調整時，貫通點附近的水準點高程，采用由進出口分別引測的高程平均值作為調整后的高程。

4 安全保證措施

(1)當兩相對開挖工作面相距150 m時，起動貫通量測，兩端施工加強聯(lián)系，兩端放炮時，都要通知對方。放炮前1 h，第1次通知對方，以便對方計劃好施工，如混凝土盡快澆筑完畢，裝藥時則停止裝藥，等對方放炮完畢后再裝藥，爆破物品要放在安全的地點，以免振動發(fā)生危險，工字鋼架安設好后要盡快施作鎖腳錨桿，以免放炮振動發(fā)生倒塌；放炮前15 min，第二次通知對方，在接到對方第2次通知時，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)對方放炮后進入掌子面要認真觀察對方放炮是否對初支及圍巖產生大的影響，如檢查有無初支開裂、變形，圍巖是否發(fā)生掉塊等。

(3)建立嚴格規(guī)范的質量技術管理制度，工程技術人員做好地質描述，確保各種措施、技術交底的落實，保證標準化作業(yè)。開挖過程中24 h輪流值班，及時發(fā)現(xiàn)地質變化，進而指導監(jiān)控現(xiàn)場施工。

(4)質檢工程師和質檢人員嚴把質量關，對個施工環(huán)節(jié)質量進行控制，保證質量管理體系正常運行。

(5)隧道開挖采用淺眼輕藥控制爆破技術，按《爆破安全規(guī)程》操作施工。加強監(jiān)測，根據(jù)監(jiān)測結果和地質情況及時調整爆破參數(shù)，保證爆破安全。

(6)隧道通風符合設計和施工規(guī)范要求。開挖后通風時間不得少于0.5 h，才能進入掌子面。采用灑水降塵防塵措施。

(7)洞內供電線路，嚴格按施工組織設計選擇布置，洞內變壓器接動力、照明用電時，必須嚴格執(zhí)行《公路隧道施工技術安全規(guī)則》的有關規(guī)定。洞內電器設備的使用，必須由專業(yè)人員作業(yè)，并嚴格執(zhí)行《公路隧道施工技術安全規(guī)則》的有關規(guī)定。

5 結論

根據(jù)超前地質預報制定了合理的爆破施工方案。通過嚴格的監(jiān)控量測來考察圍巖的穩(wěn)定性，在確定圍巖基本穩(wěn)定之后再進行二次襯砌作業(yè)。并且根據(jù)隧道長度制定最優(yōu)的測量方案，最終測出左洞貫通誤差為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《工程測量規(guī)范》、JTG/T F60-2009《公路隧道施工技術細則》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 公路隧道施工技術規(guī)范[S]

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

[3] 霍玉華.淺埋公路隧道施工塌方事故的預防與整治技術研究[J].中國安全科學學報,2005,(7)

[4] 關寶樹.隧道工程施工要點集[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