滑坡體段分離式小凈距隧道進洞施工技術

張海云

（中鐵建大橋工程局集團第四工程有限公司，黑龍江 哈爾濱 150006）

0 引言

隧道的洞口段施工是整個隧道施工最關鍵的部分，一般情況下隧道的洞口段覆蓋層薄、地質條件差、受外部環境的影響大，尤其是在洞口段處于滑坡體時，如施工采取措施不當極有可能造成山體滑坡、隧道洞口段坍塌或整體移位等災害的發生。小凈距隧道是指并行的兩隧道間凈距較小、兩洞結構彼此產生有害影響的隧道[1]，通常認為小凈距隧道線路中心線間距小于1.5 倍開挖隧道寬度。當小凈距隧道洞口段處于滑坡體時，由于其結構本身的特點，施工所需考慮的因素更為復雜。國內學者對小凈距隧道施工依托具體工程進行了廣泛深入地研究。祁建勝[2]等對小凈距偏壓隧道進行了研究，提出了斜交套拱、超前大管棚支護、地表加固、反壓擋護、中夾巖柱加固等措施；王羽[3]等對滑坡地段小凈距并行隧道的施工技術進行了研究，提出了雙洞隧道施工的關鍵是加固中間巖柱，滑坡治理方面可采取抗滑樁、預應力錨索等措施。該文以實際工程為背景，分析總結了小凈距分離式隧道洞口段處于滑坡體時采取的綜合施工技術，為類似工程提供一定的參考。

1 工程背景

賽嶺隧道是三淅高速公路11 標段的關鍵工程，進口位于河南省西峽縣桑平鎮珠寶溝村，出口位于西峽縣寨根鄉，該隧道設計時速為80km/h。采用雙向分離式的隧道結構形式，上下行均為雙車道，單個隧道凈寬為11m，左線隧道長度為2517m，埋深15m～225m：右線隧道長度為2508m，埋深12m～235m。兩分離式隧道進口段線間距最小值為18.33m、出口段線間距最小值為13.38m。

出口段隧道線間距13.38m 小于1.5 倍開挖隧道寬度（1.5×11=16.5m），該段施工應按小凈距隧道的施工要求進行控制。隧道出口段（40m）圍巖級別為Ⅴ級，從上至下巖性依次為碎、塊石土及中風化石英片巖，巖質較軟，相鄰結構面結合差，圍巖自穩能力相對較差。且隧道出口段位于一不穩定滑坡體的中下部，滑坡體主要由崩坡積碎石、塊石夾粉質黏土組成，厚度約1m～11.3m，呈中密狀，該段地形為上緩下陡，滑坡體臨空面高約2m～5m，其前緣下側緊鄰縣道及峽河。如采取措施不當，隧道開挖后滑坡體存在沿巖土分界面滑動的風險，威脅隧道的施工安全及縣道的通行安全。

2 隧道穿越滑坡體施工模擬分析

根據賽嶺隧道出口段的實際情況，首先采取MIDAS-GTS分析軟件對出口段分離式小凈距隧道的施工進行了數值模擬分析，研究了各種工況下隧道施工對滑坡體穩定性的影響，確定了最佳的開挖施工方法及兩分離式隧道掌子面間距等關鍵控制指標。

在數值模擬分析中，模型的左右兩側和下部的邊界均按距離隧道相應邊線3 倍的隧道洞徑設定，模型的上部邊界設定為地表面，三維計算模型尺寸為 75m×90m×64.2m（長×寬×高）。出口段隧道為淺埋隧道，其初始應力場主要考慮自重的因素，將隧道圍巖設定為彈塑性材料，采用Drucker-Prager屈服準則，襯砌結構按彈性材料考慮，按梁單元對襯砌結構進行模擬分析。根據相關設計規范及地質資料選定的模型參數見表1 所示。按上述設定條件對隧道開挖的影響進行了分析，結果顯示如不采取相應的加固措施在隧道開挖時滑坡體會產生滑移，不能保障施工安全和縣道的通行安全。建議必須在隧道出口段施工前對滑坡體采取相應的措施進行加固處置。另外，對兩分離式隧道在施工時左右洞掌子面的前后距離的變化對穩定性的影響進行了綜合分析，分析結果顯示左右洞掌子面之間的距離控制在10m～20m 時圍巖的穩定性相對較好，在此狀態下初期支護受力可相對減少，隧道的變形也相對較小，隧道施工更安全。

表1 模型參數表

3 洞口滑坡體加固方案

根據上述數值模擬分析結果確定了先處理滑坡體再進行隧道施工的方案，滑坡體的加固方案如下：1）滑坡體采取設置抗滑樁的措施，在滑坡體下緣共設置4 根直徑1600mm 的抗滑樁，樁間距2m，樁長16m～19m；2）在左洞洞口段15m 范圍內采取Φ25mm 砂漿錨桿對隧道覆蓋層進行加固，錨桿間距120cm，梅花型布置，錨桿長度4m～8m。3）施工順序為施工洞頂截水天溝→施做抗滑樁→砂漿錨桿加固→開挖支護邊仰坡→施做隧道洞口護拱及大管棚。

3.1 抗滑樁施工

抗滑樁采用人工挖孔的方式施工，由于洞口段地形起伏較大，不適合采用機械成孔的方式進行施工，該抗滑樁深度、直徑、地質情況等適合人工挖孔作業。抗滑樁共4 根，為確保安全采取間隔施工的方式，四根樁共分兩個循環施工完成，先施工的兩根抗滑樁完成并達到一定強度后再施工剩余的兩根抗滑樁。樁孔開挖土層由人工采用鎬、鐵鍬從上至下逐層進行挖土，進入強（中）風化層后用風鎬破碎掘進，遇堅硬巖層須爆破作業時，采用淺眼松動爆破法施工，樁孔開挖采取必要的通風措施。

3.2 大管棚超前支護施工

抗滑樁、錨桿地表加固完成及洞口邊仰坡開挖支護到位后進行洞口的大管棚施工，套拱采用預留核心土法施工，大管棚采用先鉆孔、后插管的方法，大管棚長30m，采用Φ108×9mm 的無縫鋼管，環向間距40cm，為增強管棚剛度，注漿后管內充填水泥砂漿。

4 小凈距分離式隧道洞口段施工方案

分離式小凈距隧道由于兩隧道之間距離較近，施工時先行洞室與后行洞室的相互影響較大，施工過程中必須采取相應的技術措施確保圍巖的穩定與支護結構的安全。

4.1 分離式小凈距隧道洞口段初期支護設計

根據數值結果分析，在滑坡體范圍隧道內左洞拱部增設了超前雙層注漿小導管，兩分離式隧道出口段初期支護均采取了一定的加強措施。隧道支護設計參數見表2 所示。

表2 分離式隧道出口段初期支護參數表

4.2 小凈距分離式隧道洞口段施工技術

根據隧道地質情況及分離式隧道的具體特點確定了兩分離式隧道的施工方法及控制措施。總體原則為右洞先行，左洞后行，左、右洞掌子面距離控制在15m～20m。右洞圍巖狀況相對較好，采用臺階法施工，左洞采用短臺階預留核心土法施工。嚴格遵循“短進尺、少擾動、強支護、快封閉”的施工原則。分離式隧道洞口段左右洞開挖施工工序如圖1 所示。

圖1 分離式小凈距隧道左右洞開挖施工工序示意圖

4.2.1 右洞臺階法施工技術要點

洞口12m 左右圍巖風化較嚴重，強度較低，為減少爆破振動對洞頂附近滑坡體的影響、避免爆破飛石等對周邊民房的損壞，采用破碎錘機械冷開挖，每循環進尺50cm，開挖后立即進行初期支護進洞12m 后，圍巖強度較高，上臺階開挖采取微差控制弱爆破技術，每循環進尺50cm，此時左洞已開始進洞施工，為控制爆破振動對左洞的影響，爆破振動安全允許振速控制在2cm/s[4]以內。上臺階長度控制在15m 左右，下臺階開挖每循環進尺控制在1m 左右（兩榀拱架）。下臺階開挖一定距離后（15m），進行仰拱開挖和混凝土施工，仰拱開挖支護每循環控制在3m。仰拱及填充施工24m 后進行右洞拱墻二次襯砌的施工，及時將洞口封閉成環，二次襯砌采用襯砌臺車，每循環襯砌12m。

4.2.2 左洞短臺階預留核心土法施工技術要點

洞口15m 左右圍巖風化較嚴重，強度較低，為減少爆破振動對洞頂附近滑坡體及相鄰洞室的影響、避免爆破飛石等對周邊民房的損壞，采用破碎錘機械冷開挖，每循環進尺50cm，開挖后立即進行初期支護進洞15m 后，圍巖強度較高，上臺階開挖采取微差控制弱爆破技術，每循環進尺50cm，為控制爆破振動對右洞及中夾巖柱的影響，爆破振動安全允許振速控制在2cm/s[4]以內。上臺階長度控制在10m 左右，下臺階馬口交錯開挖，每循環進尺控制在1m 左右（兩榀拱架）。下臺階核心土開挖一定距離后（12m），進行仰拱開挖和混凝土施工，仰拱開挖支護每循環控制在3m。仰拱及填充施工18m 后進行左洞拱墻二次襯砌的施工，及時將洞口封閉成環，二次襯砌采用襯砌臺車，每循環襯砌12m。

4.3 小凈距分離式隧道中夾巖柱加固施工技術

中夾巖柱的承載能力對小間距隧道圍巖的穩定性有很大的影響，選擇合理的中夾巖柱加固方法，對小間距隧道的穩定及結構受力十分關鍵。經比較分析，中夾巖柱采用了小導管注漿加固的方案，設置范圍為洞口段40m，設置部位為邊墻起拱線至側溝蓋板頂。小導管采用外徑φ42mm，壁厚3.5mm，長4m 的熱軋無縫鋼管。小導管沿中夾巖柱豎向間距為50cm，每環間距1.2m，小導管與掘進方向的平插角為45°，注漿采用水泥漿液，水灰比0.5。先行右洞的中夾巖柱加固在相對應的左洞開挖前必須完成，后行左洞的中夾巖柱加固每循環洞挖支護后及時施作。小導管加固中夾巖柱的布置如圖2 所示。

圖2 小導管加固中夾巖柱布置示意圖

5 滑坡體及隧道變形監測方案

為確保施工安全及為動態設計提供參考依據，結合滑坡體和隧道施工的實際情況，確定了滑坡體及隧道變形監控量測方案。

5.1 滑坡體動態監測方案

根據現場調查的情況，該滑坡體相對比較穩定，施工可能會對其穩定性產生影響，為此在抗滑樁施工前建立觀測點，觀測點布置在滑坡體上側，基本沿垂直隧道中線布設成一條線，間距3m 左右，共布設9 個觀測點，測點采用直徑25mm、長80cm 鋼筋地表鉆孔埋設。

監測內容：監測觀測點水平位移和沉降。監測方法：水平位移采用全站儀極坐標法觀測、沉降位移采用全站儀電磁波測距三角高程測量法觀測。監測頻率：在抗滑樁及邊仰坡開挖支護施工期間每天觀測一次，在隧道洞挖施工開始后每兩天觀測一次，在滑坡體段隧道洞挖完成（40m）及左洞襯砌12m 后一周觀測一次。監測精度：水平位移和沉降均按測設精度0.5mm～1mm 控制。測點警戒標準：參照以往類似工程選取，相對位移值0.33%～0.5%，收斂速率2mm/d～4mm/d。同時對測點的變化進行分析，當連續3 天以上加速變化須采取措施進行處理[5]。監測結果：由于采取了抗滑樁的措施及間隔施工抗滑樁的方法，在施工過程中滑坡體水平最大位移值及沉降最大位移值均未超過2cm 且變形速率均未超過3mm/d，施工過程中滑坡體穩定安全。

5.2 隧道動態監測方案

監測項目：根據工程特點、規模大小和設計要求綜合選定，量測項目見表3。

表3 監控量測必測項目

監測方法：拱頂下沉和水平收斂監測采用全站儀配合反射膜片進行。水平收斂采用全站儀極坐標法觀測。拱頂下沉采用全站儀電磁波測距三角高程測量法觀測。地表沉降監測采用精密水準儀進行。監測點布置：拱頂下沉和水平收斂測點采用20mm 螺紋鋼鉆孔埋設，尾端斜切成45°面，斜切面處上黏貼專用反射膜片。地表沉降測點采用直徑25mm、長80cm鋼筋埋入地下，外露2cm，四周用混凝土填實。拱頂下沉和水平收斂斷面監測斷面間距取5m，每個斷面設拱頂下沉點1 個，水平收斂點2 個，水平收斂點設在上臺階平面以上1m 的左右邊墻上。地表沉降斷面間距5m，與洞內拱頂下沉和水平收斂斷面相對應，測點橫向間距2m～5m，隧道中線附近測點加密。監測頻率：根據測點距開挖面的距離及位移速度確定，從2 次/d～1 次/7d。位移控制基準：見表4（B-隧道最大開挖寬度，U0-極限相對位移值）。監測資料分析：采用作圖法分析，如果位移的變化隨時間而漸趨穩定，說明圍巖處于穩定狀態，如出現反彎點，說明位移出現反常的急驟增長現象，圍巖及支護已不穩定，須采取加強支護措施。監測結果：洞口段（40m）二襯施工結束后，該段最大的累計地表沉降量3.7cm、最大的累計拱頂沉降量4.6cm、最大的累計水平收斂量3.4cm 且其時間位移曲線和距離位移曲線均處于正常狀態，說明在隧道洞口段施工過程中，圍巖及支護穩定，施工方法和采取的措施得當。

表4 位移控制基準表

6 結語

分離式小凈距公路隧道穿越滑坡體施工關鍵在于確保滑坡體的穩定，該文以施工穩定性數值模擬分析為基礎對其進行了較系統地研究。根據分析結果確定了隧道進洞施工前滑坡體的抗滑樁設置方案，明確了洞口段隧道的開挖支護方案，即右洞先行采取上下臺階法、左洞后行采取短臺階預留核心土法、兩洞掌子面間距控制在15m 以上以及采取中夾巖柱加固等綜合技術。采取的綜合技術措施確保了滑坡體的穩定，順利地完成了分離式小凈距隧道洞口段的施工。