山嶺隧道穿越既有洞室小角度交叉口施工技術

(東平湖管理局梁山黃河河務局，山東 濟寧 272000)

近年來，我國公路隧道建設高速發展，規模大、速度快。建設過程中，受復雜水文地質條件、地震及規劃設計調整等多方面因素影響，施工期采用洞內改線的方式避繞不良地質段落或新建山嶺隧道穿越既有廢棄洞室小角度交叉口，運營期采用洞內改線保證隧道與周邊路網的銜接，該施工新技術取得了良好的效果。

1 施工工藝特點及原理

1.1 施工工藝特點

新建隧道與既有隧道間空間位置形態為小角度相交，可在滿足線路平順的前提下，為公路隧道線路布置提供更多的方案選擇。

新建隧道段開挖將對圍巖造成二次擾動，本技術充分利用圍巖的自穩能力，根據交叉口開挖跨度及中夾巖厚度不同，分區進行施工，無須采取大斷面擴挖的方式，結構簡單、經濟性好。

在廢棄洞段設置施工支洞通往新建洞段，可形成兩個工作面。利用通往交叉口方向的工作面對交叉口位置的新建隧道進行施工，可降低施工難度；利用遠離交叉口方向的工作面可進行新建隧道的施工。

利用監控量測指導施工，動態修正施工方法和支護參數。當地質條件發生變化，監控數據異常時，可快速調整施工工序及支護參數，確保施工安全。

本技術適用于山嶺隧道穿越既有洞室，新建隧道與既有洞室交叉角度小，交叉口圍巖級別為Ⅲ級及以上，具有一定自穩能力的情況。

1.2 施工工藝原理

本技術采用新奧法基本原理，視圍巖為結構的一部分，以充分發揮圍巖自承載能力為原則進行施工。

基于既有隧道及新建隧道的線形，根據隧道開挖跨度將交叉口分為4個區：護壁區、減跨區、擴挖區及一般區。同時在一般區段和既有隧道之間適當位置設置施工支洞，達到新建隧道正常掘進與交叉口處理平行作業，以及減小交叉口處理難度的目的。交叉口分區見圖1。

圖1 交叉口分區(單位：m)

a.一般區為新建隧道與既有隧道中加夾巖厚度d>0.75B的洞段(B為新建隧道開挖跨度)。

b.護壁區為新建隧道與既有隧道中加夾巖厚度0

c.減跨區為總開挖寬度B總≥14m的洞段至中夾巖的起始段。按公路隧道開挖跨度分類，開挖跨度大于14m的隧道為大跨度隧道，該區段采用澆筑混凝土立柱作為永久結構，可以減小結構跨度。

d.擴挖區為總開挖寬度B總<14m段的洞段。對該區段進行擴挖處理，并采用漿砌片石及混凝土回填既有隧道與新建隧道之間的空間。

各交叉口典型分區見圖2～圖4。

圖2 護壁區典型襯砌結構

圖3 減跨區典型襯砌結構

圖4 擴挖區典型襯砌結構

2 施工工藝流程及操作要點

2.1 施工工藝流程

山嶺隧道穿越既有洞室小角度交叉口施工工藝流程見圖5。

2.2 施工工藝流程中的操作要點

2.2.1 施工準備

施工前嚴格測量控制，復測導線點，新建洞段施工中線及高程滿足要求，使新建洞段與既有洞段順利過渡。編制施工方案及技術交底文件，根據洞室尺寸加工工字鋼拱架，對施工支洞、新建洞段所需型鋼拱架等施工材料分類標示。

圖5 山嶺隧道穿越既有洞室小角度交叉口施工工藝流程

2.2.2 總體開挖方式

隧洞開挖前先進行地質預測預報，探測不良地質情況，及早采取超前注漿、提前支護等預防措施。洞身采用先下導洞再擴挖的方法開挖，以減少爆破對圍巖的影響。開挖采用鑿巖臺車鉆孔，非電毫秒微差爆破，周邊光爆，循環進尺2～2.5m。隧洞的開挖與噴錨支護應同時進行，由于隧洞的斷面不大，采用全斷面開挖方式，爆破采用光面爆破，隧洞爆破一段出渣完后進行噴錨支護，開挖一段支護一段(中硬巖一次開挖長度為2.0～2.5m，軟質巖石一次開挖長度為1.0m),以確保安全。

a.爆破方式采用成洞光面爆破，光面爆破能夠有效地控制周邊開挖輪廓，減少對圍巖的擾動，保持圍巖穩定，有效控制超欠挖，提高工程質量和進度，確保施工安全。

b.炮眼布置。采用風動鑿巖機鉆孔，炮眼位置及數量嚴格按照規范要求及技術交底施工，特別是周邊眼和掏槽眼的位置、間距及個數，未經工程師的許可不得隨意改動。準確定位鉆桿，鉆孔位置誤差不大于5cm。

c.爆破參數。由于隧洞開挖過程中圍巖類別千變萬化，在現場施工時，采用工程類比法初選爆破參數，通過現場試驗及時調整并確定有關爆破參數，以取得最佳爆破效果。

d.裝藥結構。軟弱破碎圍巖地段，采用不耦合裝藥結構，使用200個φ25小直徑炸藥間隔綁扎裝藥結構，炮眼直徑為40mm，不耦合系數一般在1.4～2.0范圍內，采用不耦合裝藥結構，可進一步減弱爆破對圍巖的破壞，以維護軟弱圍巖的穩定。

2.2.3 支洞施工

a.對支洞開口處鋼拱架進行錨管鎖腳加固。

b.剝離支洞開挖輪廓線范圍內已施作噴射的混凝土，割除支洞輪廓范圍內鋼拱架后，及時設置型鋼門架，作為正洞鋼架的落腳平臺。

c.施工支洞開挖支護。由于支洞斷面不大，采用全斷面開挖，每循環進尺為1～1.5m，及時施作系統錨桿、鋼筋網、型鋼拱架，噴射混凝土，封閉成環。鋼架、網片錨噴支護要緊跟開挖進行，以利于發揮圍巖的自承能力，保證施工安全。

d.開挖到新建隧道位置后，以圓曲線形式上坡挑頂至正洞設計內輪廓，最后落底形成全斷面開挖，開挖一定距離后，轉向相反方向擴挖未達到正洞設計內輪廓的部分，使新建洞段交叉口形成設計標準斷面。施工時應做到隨挖隨支，并在支洞口部設置型鋼支撐門架，作為新建洞段鋼架的落腳平臺。

2.2.4 一般區段施工

根據地勘報告，本區段隧洞可采用全斷面法進行爆破開挖，如遇局部軟巖層，為保證施工安全，可采用臺階爆破或分塊環形爆破開挖法(或半斷面法)進行施工，將隧洞分為上下兩層向前掘進，先開挖上部分，完成支護后再開挖下部分。

根據實際爆破效果及時對爆破參數進行調整，嚴格控制爆破參數，最大幅度地減小對圍巖的擾動，并嚴格控制超挖。

2.2.5 護壁區段施工

為保證中夾巖柱穩定，在既有隧道內靠近新建隧道一側增設1.5m厚C25混凝土護壁，并且分別在既有隧道拱肩及護壁底部設置C20砂漿錨桿，將混凝土護壁柱與中夾巖柱連接為整體。

混凝土護壁澆筑之前，應鑿除既有隧道已施作的噴射混凝土，立柱澆筑后，盡快在其頂部進行水泥漿注漿回填，確保混凝土護壁與開挖基巖密貼。

既有隧道加固完成后，進行護壁區段隧道開挖、支護。開挖時應采用短進尺、弱爆破施工工藝，減小爆破對混凝護壁的破壞，并保證初期支護與混凝土密貼。該段宜采用超前導洞及周邊擴挖法。

2.2.6 減跨區段施工

根據新建隧道的開挖輪廓，澆筑C25混凝土立柱。立柱一側與擬建隧道的開挖輪廓一致，另一側直立，并保證最小厚度為1.5m。既有隧道拱肩及立柱底部設置C20砂漿錨桿，錨桿外露一定長度埋入混凝土立柱。

立柱澆筑之前，應鑿除既有隧道已施作的噴射混凝土，立柱澆筑后，頂部采用水泥漿注漿回填，確保立柱與開挖巖面密貼。

既有隧道加固完成后，進行減跨區段隧道開挖、支護。新建隧道開挖過程中，需要割除既有隧道鋼拱架，并設置鎖腳錨管。開挖時應采用短進尺、弱爆破施工工藝，減小爆破對混凝土立柱的破壞，并保證初期支護與混凝土立柱密貼。

2.2.7 擴挖區段施工

擴挖時涉及割除既有隧道鋼架，應在鋼架切割前設置鎖腳錨管。施工中，每循環開挖長度不應大于2榀拱架間距，并保證開挖一循環，支護一循環，再割除一循環。

為保證新建隧道初期支護受力良好，初期支護背后的既有隧道采用漿砌片石或混凝土進行回填。對于回填寬度大于等于1m的洞段，采用漿砌片石回填，回填高度不小于5m；對于回填寬度小于1m的洞段，采用泵送混凝土或噴射混凝土密實回填。

2.2.8 廢棄洞段回填

由內而外對減跨區、護壁區范圍廢棄洞段采用洞渣回填，以增加立柱及護壁混凝土的穩定性，減小廢棄洞段的永久高度。洞渣回填高度按不小于5m控制。

2.2.9 施工支洞封堵

交叉口施工完成后，對靠近新建隧道一側的施工支洞口部采用混凝土回填封堵，封堵厚度不小于2m。

3 工程應用

3.1 卡楊公路面上灣隧道

原面上灣隧道、上苦苦隧道位于卡楊專用公路K37+041～K38+350段，為三級公路隧道，建筑限界為8.5m×5.0m(限寬×限高)，兩隧道之間以明線道路相連。兩隧道分別于2012年1月和2012年7月貫通。受2012年汛期強降雨影響，兩隧道之間原本處于穩定狀態的崩坡積體發生較大變形，路基上、下方邊坡均出現多處裂縫，斷續延伸，路基發生沉降，路肩擋墻下沉并外移，存在整體失穩的重大風險。為確保該段線路施工及運營期的安全，經方案比選與專家論證，該隧道采用洞內改線的方案繞避出口垮塌段，不再采用已出現險情的明線段。面上灣隧道施工期明線路基大變形見圖6。

面上灣改線段采用隧道形式將原面上灣隧道、上苦苦隧道相連。改線段隧道與既有兩座隧道在洞身段相接，并形成小角度交叉口，原面上灣隧道進口段、上苦苦隧道出口段保持不變。面上灣隧道改線方案見圖7，施工情況見圖8～圖9。

圖6 面上灣隧道施工期明線路基大變形

圖7 面上灣隧道改線方案平面圖

圖8 護壁區及回填

圖9 施工支洞及新隧道

3.2 卡楊公路巴斗羅隧道

巴斗羅隧道位于卡楊公路Ⅱ標段，隧道長887m，采用公路三級標準建設，設計時速為30km/h。施工期間，受雨季期間局部超強降雨的影響，隧道出口尚未施工的明線段(K11+720～K12+300)路基上方的山體自然邊坡出現大規模的塌方，最高邊坡高達140～180m，原有地形、地貌發生了改變，按原設計線路進行施工極其困難，且無法確保運行期安全。該隧道采用洞內改線的方案繞避出口垮塌段。巴斗羅隧道改線方案見圖10，巴斗羅隧道洞內小角度改線施工情況見圖11。

圖11 巴斗羅隧道洞內小角度改線施工

4 結 語

隧道內小角度交叉口是新建隧道和廢棄洞室的交匯點，該段的施工制約著隧道的工期。本技術利用圍巖自穩能力，通過錨噴支護、澆筑混凝土立柱(護壁)及監控量測等常規工程措施，實現中夾巖加固和安全施工的目的，因無須大規模擴挖圍巖，經濟性較好，通過增設施工支洞，可形成正反兩個工作面，不僅可以降低交叉口施工難度，而且可保證新建隧道的正常施工進度。

本技術在卡楊公路兩座隧道繞避不良地質段的洞內改線施工中得到成功應用，實現了安全施工、環境保護、按期完工的目標，具有較好的推廣應用價值。