福州湖東路暗挖段隧道施工技術方案

■林 濤

(福州市城鄉建設發展總公司，福州 350007)

福州湖東路暗挖段隧道施工技術方案

■林 濤

(福州市城鄉建設發展總公司，福州 350007)

隧道是線路施工的關鍵環節，往往影響整個工程的進度。如何采用合理優化的技術方案，選用適當的開挖方案，解決各種技術難題，達到快速掘進的效果，已經成為隧道施工中的熱門問題。本文以福州湖東路暗挖段隧道為工程背景，簡要介紹了在花崗巖分布較為廣泛的福建地區，進行隧道開挖所采用的主要施工方案，為今后該地區的隧道施工提供借鑒參考。同時，本方案對在福建地區典型的花崗巖地質情況下進行隧道施工具有參考價值。

暗挖 花崗巖 隧道 施工技術

1 工程概況

福州市湖東路位于福州市晉安區，金雞山南麓。道路設計等級為城市主干道Ⅰ級，設計時速50km/h，雙向四車道規模，其中隧道為城市二類隧道，建筑限界寬9.25m，高 5m。

隧道暗挖段采用分離式雙孔隧道，線形整體呈魚腹形布置，線路東西走向，全長825.4m，最小曲線半徑700m。在K0+524.6進入西端隧道暗挖段，下穿學校及鶴林村民房，在K1+350進入東端明挖暗埋段。隧道暗挖段凈距5～24m。沿線設置六個橫通道，其中為五個人行橫通道，一個車行兼人行橫通道，兩個雨水泵房，一座管理用房。線路縱坡呈W型布置，最大縱坡5.5%，最小縱坡0.3%，隧道典型斷面如圖1所示。

圖1 隧道典型斷面圖

2 現場施工條件

2.1 地質條件

場地上部多為第四系更新統長樂組沖洪積物和殘坡積土(Qal+pl)，分布廣泛。沖洪積物主要分布于隧道東部和西部出口，為灰黃、灰白色粘土、松散砂礫層等組成，中部為碎石或卵石。殘坡積層(Qel)基本覆蓋整個區域，主要有花崗巖和火山巖類經過長期物理、化學風化等形成。場地下部埋藏不同風化程度的巖層，巖性以花崗巖為主，偶見斑巖類，另發現閃長巖、玢巖，以巖脈形式穿插其間。

隧道全線Ⅲ級圍巖占6%，Ⅳ級圍巖占15.2%，Ⅴ級圍巖占21.4%，Ⅵ級圍巖占57.4%。

2.2 水文條件

在暗挖段場地(多為金雞山山體部分)，地下水露頭及涌水量有限，含水巖組富水性屬弱—中等富水，地下水以松散巖土類孔隙水和風化帶裂隙水為主，坡殘積粘性土土質不均，粘粒含量高，其中的孔隙水富水性差異大；風化帶裂隙水富水性差異較大，并且風化帶孔隙裂隙水具承壓，向上補給松散巖類孔隙水。

場地中下部的基巖裂隙承壓水，多賦存于砂土狀強風化巖、碎塊狀強風化巖、各類中-微風化巖構造裂隙網絡中。由于風化程度不同，風化孔隙裂隙率和連通性差異較大，其透水性具不均勻性，總體透水性較弱，富水性較差，并主要受大氣降水及地表水滲流影響，多為基巖裂隙的垂直補給。

3 施工技術方案

為滿足施工工期要求，隧道采用兩端掘進，根據工程地質特征，暗挖段采用淺埋暗挖法和鉆爆法施工，鉆爆法[3]施工嚴格按照“新奧法”原理組織施作，并根據隧道規模、不同圍巖基礎、地下水出水情況、周邊環境及安全、合理施工的要求選擇相應工法；淺埋暗挖段應嚴格控制地表沉降，沉降控制基準應滿足相關技術規范的要求，施工中應嚴格遵循“管超前、嚴注漿、短進尺、強支護、早封閉、勤量測”的基本原則。

隧道開挖采用手持風鉆鉆眼，光面爆破施工，出渣采用無軌運輸方式運出洞外，利用明挖暗埋段預留斜坡道運出基坑并運至指定棄渣場堆放。噴射混凝土采用濕噴工藝；防水板無釘鋪設；襯砌作業采用仰拱超前，拱墻一次成型法。拱墻襯砌采用全斷面液壓鋼模襯砌臺車，混凝土由商品混凝土拌合站集中拌制，攪拌運輸車運至施工現場，輸送泵泵送灌注。

3.1 隧道洞口施工

隧道東、西兩端洞口施工均以豎井方式進洞。洞口段在豎井結構混凝土施工時，預留出洞口輪廓。洞口輪廓線在設計輪廓線基礎上預留120cm，包含導向墻70cm，隧道二次襯砌50cm。豎井框架結構混凝土施工完成后，將洞口范圍內1200mm圍護破除后在圍護樁下面做導向墻施工。導向墻用C25混凝土澆筑，導向墻完成后進行管棚施工。管棚完成后進行隧道全斷面注漿和隧道開挖。

3.2 洞身開挖

隧道Ⅲ級圍巖采取鉆爆法中上下臺階法開挖，Ⅴ級巖質圍巖及Ⅳ及圍巖段采用鉆爆法中兩臺階預留核心土法施工，Ⅴ土質圍巖(包括洞口小凈距段、洞身小凈距段)采用淺埋暗挖法中CRD法施工。

本隧道工程Ⅲ級圍巖里程分別為南線K0+944.6～K0+964.6， 北線 K0+581.6～K0+611.6 和 K0+846.6～K0+971.6，開挖采用上下臺階法[1]進行施工，每循環進尺控制在3m以內。開挖時先開挖上部導坑，并進行初期支護，再開挖剩余部分的施工方法，施工流程圖如圖2所示。

使用上下臺階法開挖的技術要求為：①初期支護采用系統錨桿+掛網噴混，系統錨桿采用Φ22砂漿錨桿，桿體長3.0m，間距1.2m梅花形布置；鋼筋網采用φ6.5鋼筋@20×20cm單層布置；噴射混凝土采用C25混凝土，厚度為10cm；②每部開挖完成后立即噴射混凝土，并做好初期支護，施工中嚴格遵循新奧法的基本原則；③隧道洞身開挖嚴禁采用長臺階施工。初支必須嚴格執行每循環進尺不得大于3m的規定，非爆破開挖和爆破開挖初支應分別于8h和12h內完成開挖、噴射混凝土作業，確保初支快挖、快支、快速封閉；④要改進仰拱開挖方法，下臺階開挖底面標高可適當下落。

圖2 上下臺階法施工流程

本隧道工程Ⅴ級巖質圍巖里程為南線K0+874.6～K0+944.6，Ⅳ圍巖里程為南線K0+634.6～K0+874.6和北線K0+611.6～K0+846.6，開挖采用鉆爆法[2]兩臺階預留核心土法進行施工，每循環進尺控制在1m以內。上部環形導坑以人工風鎬或挖掘機開挖為主，輔以弱爆破，開挖后及時進行初期支護，再采用控制爆破開挖核心土，最后開挖剩余部分土體并及時施作仰拱和仰拱回填的施工方法，施工流程圖如圖3所示。

圖3 預留核心土法施工流程

使用預留核心土法施工對技術主要有以下幾個方面要求：①施工時，先對隧道拱部采用超前加固，然后分部開挖；②開挖時，為減輕對周邊圍巖的擾動，盡可能采用風鎬或機械法開挖，確需爆破時，應控制好裝藥量，采用弱震動爆破法開挖。各部位開挖后，及時按設計要求完成初期支護結構，使各部位能及時封閉，提高其受力性能，減少地層沉降變形；③各部開挖時，周邊輪廓應盡量圓順，減小應力集中；④各部的底部高程應與鋼架接頭處一致，每一步的開挖高度應根據地質情況確定。

本隧道工程暗挖段東、西端豎井進出口30m為洞口小凈距段，南線K0+554.6-K0+634.6及K1+180-K1+320和北線K0+551.6-K0+581.6及K1+140-K1+310為洞身小凈距段，另南線K0+964.6-K1+180和北線K0+971.6-K1+140段為Ⅴ級圍巖下穿越鶴林村房屋段，以上工段隧道開挖采取淺埋暗挖法CRD法施工。

使用CRD法施工[3，4]要嚴格執行“管超前、嚴注漿、短進尺、強支護、勤量測、早封閉”的施工基本原則。首先應完成管棚護拱(管棚工作室)，長管棚的施工或完成超前小導管支護的施工，然后按此工法進行施工。CRD法施工工序橫斷面如圖4所示。

圖4 CRD法施工工序橫斷面圖

施工流程可以分為以下幾點：(1)超前支護完成后，小型挖掘機配合人工風鎬開挖①部，控制每次開挖進尺0.5m，噴射混凝土封閉掌子面，施作①部導坑周邊的初期支護和臨時支護，初噴4cm厚混凝土，安裝鋼筋網片，架立型鋼鋼架和臨時鋼架和橫撐，并設鎖腳錨桿，鉆設徑向注漿小導管孔并打入小導管后復噴混凝土至設計厚度，最后再進行徑向注漿作業；(2)滯后①部1m采取小型挖掘機配合人工風鎬開挖②部，噴射混凝土封閉掌子面，導坑周邊部分初噴4cm厚混凝土。安裝鋼筋網片，接長型鋼鋼架和臨時鋼架及橫撐，并設置鎖腳錨桿，鉆設徑向錨桿后復噴混凝土至設計厚度；(3)在滯后于②部10～15m距離后，開挖③部，噴射混凝土封閉掌子面，施作周邊和臨時支護，步驟同①部；(4)在滯后于③部1m距離后，開挖④部，接長型鋼鋼架和臨時鋼架、橫撐，并施作導坑周邊的初期支護和臨時支護，步驟及工序同②部；(5)在滯后于④部約10～15m距離后，開挖⑤部并施作導坑周邊的初期支護和臨時支護，步驟及工序同③部；(6)在滯后于⑤部約1m距離后，開挖⑥部。隧底周邊部分噴混凝土至設計厚度，步驟和工序同④部；(7)隧底開挖后盡快施作仰拱與填充，仰拱一次性灌注，且與隧底填充混凝土分開施工。中隔壁暫不全部拆除，保留仰拱中隔壁鋼架部分，將鋼架埋入仰拱及填充。仰拱滯后⑥部土體不超過10m；(8)根據監控量測的結果進行分析，圍巖和初期支護基本穩定后拆除臨時鋼支撐，鋪設防水層澆筑二襯混凝土。臨時支撐拆除一次拆除長度小于5m；(9)南線北線進口段設置先行與后行洞，本工程先行洞東、西線均選擇南線，后行洞掌子面滯后先行洞距離約為20m。

3.3 施工支護方案

本隧道工程支護方式分為超前支護和初期支護。超前支護包括超前砂漿錨桿、超前大管棚、超前注漿小導管；初期支護包括鎖腰鎖腳錨桿、砂漿錨桿、徑向注漿小導管、鋼拱架、掛網噴混(下穿房屋段為鋼纖維噴射混凝土)。

表1 襯砌施工方案

3.4 防水施工

隧道在初期支護和二次襯砌之間設防水層，防水層由2.0mm厚EVA防水板加土工布組成，土質圍巖段采用全包防水，巖質圍巖段在拱墻連接處，沿隧道縱向設置Φ100mm軟式透水管，沿縱向間隔3～5m設一道Φ50mm軟式透水管與縱向軟式透水管及橫向PVC導水管三通連接，并通過橫向PVC導水管將襯砌背后匯集的水引入洞內路面兩側排水溝。

洞內防水板利用多功能作業平臺車用吊環法整幅式掛設，采用無釘掛設工藝施工，使用強力釘及熱融襯墊將土工布固定在噴射混凝土基面上，用壓焊器使熱融襯墊與防水板熱融焊接，鋪設在土工布表面。

3.5 襯砌施工

隧道的襯砌的施工時間要根據監控、量測來確定，表1列出了襯砌施工的主要項目和施工方案。

4 結論

福州湖東路暗挖段隧道施工技術方案是綜合考慮了地質情況、施工工期、施工安全、資金投入和環境保護等各方面因素確定的，方案詳細合理。同時，本方案對在福建地區典型的花崗巖地質情況下，進行隧道施工具有參考價值。

[1]秦一方，王新順.大南山隧道施工技術方案比選研究[D].河北：石家莊鐵道大學，2014.

[2]趙忠保.青云山隧道施工方案研究[J].鐵道建筑，2010，03.

[3]劉悅，等.圍巖性狀非對稱公路隧道施工方案優化研究[J].公路，2012，09(09).

[4]徐俊.軟弱圍巖大跨度公路隧道施工方案研究[J].城市道橋和防洪，2016，08(08).