公路小凈距隧道淺埋段施工處理與監測分析

黃 鑫,匡渝陽

(1.浙江交工金筑交通建設有限公司,浙江 杭州 310051；2.浙江大盈建設有限公司,浙江 杭州 311203)

1 工程概況

平水隧道是杭紹臺高速公路重要隧道段，線路左洞進口樁號為ZK32+474.29，出口樁號為ZK36+729，全長4254.71 m，其中ZK35+000～ZK36+741.1(1 741.1 m)隧道段，隧道方式采用雙向四車道小凈距隧道，埋深小裂隙水豐富，雙洞凈距僅為13.67 m，該工程段巖柱參數如表1所示。該隧道段設計速度100 km/h，建筑限界10.75 m(寬)×5.0 m(高)，其中行車道凈寬2×3.75=7.5 m；設計縱坡控制在3%以內，采用復合式路面施作。該隧址內圍巖全部由III、Ⅳ、V級構成，其中V級圍巖占30.9%；兩洞間開挖后的中夾巖厚僅12.28 m；重點是洞口淺埋段與斷層破碎段施工，難點是后行洞開挖爆破不造成先行洞二襯混凝土開裂。

表1工程段巖柱參數如表

其中ZK35+000～ZK36+741.1工程段屬于強偏壓淺埋地段，主要由第四系破殘積土及全風化和強風化花崗巖組成，巖石裂隙發育，巖體破碎，呈碎裂結構，巖性軟弱。淺埋段設計為V級加強，工20a鋼架間距0.8 m/榀支護，襯砌厚度為55 cm。

2 淺埋段施工處理

2.1 排水措施

平水隧道左線ZK35+000～ZK36+741.1工程段埋深較淺，隧道上方有溪水經過，具有覆水條件。對其進行開挖施工前，應首先做好排水設施，防止施工過程中發生隧道滲水危害。為防止隧道開挖過程中滲水的危害，將襯砌支護拱片周邊夯實后，對其兩側20 cm范圍內排水溝進行M10砂漿加固，防止排水沖刷對巖體的擾動破壞。

2.2 基礎開挖

對ZK35+000～ZK36+741.1工程段采用人工配合挖掘機開挖，在開挖過程中對邊仰坡進行及時支護，待開挖至基巖地段時，必須進行地基承載力試驗，確保護拱基礎的地基承載力不小于0.25 MPa。

2.3 邊仰坡防護

對于該隧道段的邊仰坡支護方式，采用噴錨支護的工藝流程，其工藝參數如下。

(1)邊仰坡錨桿支護參數。該隧道段邊仰坡錨桿支護布置，采用梅花形布置方式，其布置尺寸為1.5 m×1.5 m(橫向×縱向)；錨桿采用錨固段設計長度為4 m直徑22 cm的砂漿錨桿進行錨固支護。

(2)隧道邊仰坡完成錨桿施工后，使用直徑為6 mm，網格間距為20 m×20 cm的鋼筋網片進行支護。

(3)完成以上兩道工序后，對鋼筋網片使用C20混凝土進行噴射施工，保證噴射混凝土的厚度為均勻的10 cm。

2.4 護拱施作

(1)為保證隧道共性襯砌穩定性，對拱形襯砌的基礎進行擴大澆筑處理。對于擴大基礎的澆筑本工程設計擴大基礎尺寸為200 cm×100 cm，使用C15片石混凝土進行澆筑而成，為保障基礎與拱片的連接牢固，在基礎頂面設置直徑為25 mm的螺紋鋼，方便連接。

(2)隧道襯砌護拱施工。該隧道護拱施工采用內外模固定，混凝土進行澆筑的施工方式，在進行模板支護時，需時刻對支護模板進行加固，并對模板的平整度及定位進行實時測量，防止進行混凝土澆筑過程中發生脹模、跑模現象。當模板支護加固完成后，采用C25混凝土進行澆筑，澆筑過程中對混凝土進行振搗，保證其密實度符合要求。

(3)護拱頂部回填。當支護的護拱混凝土養護強度達到設計強度值時，方可進行拱頂回填。護拱頂部回填應按照工程量進行分步進行，一般易分為兩步進行。本工程中第一步回填至拱頂1 m處，等暗洞施工完成后進行最后一步回填，直至回填高度達到設計值。

2.5 超前支護

為保證工程的安全進行，本工程在超前支護方案設計上，采用多方案并行，與實際工程相結合的方式。即在施工初始設計多種超前支護方案，依據現場實際施工情況，對圖紙和工程進行對比比選，經過可行性論證，最終選擇采用“雙層小導管+護拱+雙層小導管”超前支護方案。即在淺埋段完成護拱施工后，在隧道洞身處設置雙層直徑為50 mm的小導管，導管縱向設置間距為2.4 m。施工工序如下。

(1)施工前準備。對設計圖紙進行閱讀論證，對施工設計工序進行檢驗；其次依據工程地質條件，設置注漿類型及相關施工參數；依據試驗對施工過程中的注漿半徑、單管注漿量及注漿壓力進行計算分析；最終確定導管施工間距，對施工設備及耗材進行加工準備。

(2)施工小導管準備。施工過程中的雙層小導管采用壁厚5 mm，直徑50 mm的無縫鋼管進行制作，小導管長度4.5 m，導管前部設計為錐子型加工，為保證注漿效果，在小導管的中部3～3.4 m設置注漿孔，注漿孔為孔徑8 mm的圓孔，孔間間距為30 cm且成梅花形布置。

(3)安裝注漿小導管。對于注漿小導管設計位置及間距進行孔位布置，易采用角度為10°～40°交叉式布置進行安裝，小導管間的環向間距控制在30 cm。鋼支撐與小導管間的縱向搭接長度不小于1.2 m，其縱向間距為2.4 m，其搭接位置應控制在150°拱部范圍內。

(4)進行小導管注漿工藝。開始注漿前，在坑道的注漿開挖面與5 m范圍內的裸露面進行噴漿保護，噴漿保護層的厚度控制在50～100 mm范圍內。本工程中的注漿漿液為水泥漿，其水灰比為0.5∶1。

(5)注漿注意事項。在注漿過程中，為防止出現注漿孔口塌陷或污染孔洞，采用堵塞物對注漿孔進行封堵。進行逐次注漿時，采用鐵纖或高壓風箱對注漿孔進行清潔處理，防止雜物污染漿液，影響注漿質量。在注漿過程中時刻觀察注漿壓力，防止注漿管堵塞產生爆管危害。為保證注漿的順利，在注漿前對漿液配比進行反復試驗，確保注漿凝結時間及流動度符合施工要求，其次也可才采用間歇式、小泵量等注漿方式進行調控。

2.6 淺埋段洞身開挖支護

本工程段隧道洞身為淺埋隧道,其開挖方法為單側壁導坑法，在開挖過程中嚴格按照“弱爆破，短進尺，常測量，快支護，早封閉”原則。為保障工程施工的安全進行，當單側臺階開挖完成，應及時完成初期支護，同時為增加拱腳圍巖穩定性，及時進行拱腳錨桿設置，此外應及時完成仰拱及下臺階施工，并及時完成支護體系的封閉。當施工過程中出現地質條件差時，易采用洞內襯砌加固與地表注漿加固的綜合處理方式進行圍巖加固。

3 監控量測

當隧道進行新奧法復合式支護開挖及施工共過程中，為掌握隧道圍巖及支護結構的力學變化信息，保障工程的安全進行，常采用隧道施工現場檢測控制的方式，對隧道施工及支護進行工程數據監測。除此之外，還可通過施工過程中的數據監測，對隧道圍巖的初期支護、二襯施工、支護及圍巖力學信息進行獲取，進而保障施工的安全進行，優化施工工序，以達到隧道施工的安全進行及節省施工損耗的目的。施工監測控制應貫穿施工整個過程，其監測目的主要為。

(1)獲取隧道圍巖及支護結構施工動態信息，依據獲取的施工動態信息，對隧道施工進行指導作業。

(2)依據獲取的隧道圍巖及支護在施工過程中信息變化，對隧道施工及設計進行優化，進而達到安全施工及經濟施工的目的。在隧道開挖過程中，應對每個工序完成時隧道圍巖信息進行觀察分析。對隧道施工作業面的隧道圍巖位移、混凝土噴射效果、應力變化及節理裂隙的分布狀態進行分析，研究其信息變化規律。當工程監測信息發生突變時，應及時對施工狀態進行安全評判，防止施工過程中出現工程安全事故。

3.1 拱頂沉降

對隧道淺埋段拱頂位移變化監測曲線進行繪制，如圖1所示。由圖可知，隧道淺埋段拱頂沉降在開挖施工初期發生較大位移變化，其中ZK35+133斷面的8 d計拱頂沉降為16.1 mm，由于在初期隧道開挖過程中，混凝土尚未凝結產生強度，難以抵抗圍巖變形產生的位移，隨著養護時間的增加，混凝土逐漸達到設計強度，此時拱頂沉降累計值穩定在13.0mm。采用雙層小導管注漿處理的淺埋段ZK35+123工程段，拱頂累計沉降量18.1 mm，沉降位移變化符合設計需求。

圖1 淺埋段拱頂沉降時程變化曲線

圖2 淺埋段周邊收斂時程變化曲線

3.2 周邊收斂

繪制淺埋段隧道周邊收斂位移變化規律，如圖2所示。由圖可知，在開挖初期兩個開挖斷面的洞周收斂不斷向洞內發生位移變化；當開挖至20 d，其洞周收斂變化速率逐漸降低且位移變化逐漸趨于穩定，在開挖前20 d，其洞周收斂位移變化速率最大。當淺埋隧道開挖至35 d右時，由于開挖過程中前后掌子面爆破施工擾動，ZK35+133斷面洞周收斂位移變化波動較大。當開挖60 d右時，隧道開挖貫通，此時ZK35+133及ZK35+123斷面最終洞周收斂位移分別為8.66 mm和8.24 mm，較為接近且都符合施工設計需求。

4 結 語

(1)以杭紹臺高速公路平水隧道為工程背景，采用“雙層小導管+護拱+雙層小導管”施工工藝，對隧道圍巖進行超前支護，對于淺埋段隧道采用單側壁導坑法進行開挖時，可取得較好的施工效果。

(2)通過對施工現場工程監測數據進行分析可知，采用本文所述處理方法進行隧道施工開挖時，該方案對圍巖洞周收斂及拱頂沉降等總體控制較好。

(3)由隧道圍巖監測數據可知，當淺埋段隧道在開挖過程中其鄰近隧道洞周收斂受到波動影響較大，在施工監測時，應對該部位圍巖變形進行實時監測分析。