偏壓滑坡體連拱－分岔隧道進洞施工技術研究

包 珍

(中國鐵建港航局集團有限公司 廣東廣州 511442)

1 工程概況

在廣東省河源市連平縣境內某隧道為分岔隧道，結構形式復雜，進口段為雙連拱隧道，目前為廣東省首例。隧道平面由直線及圓曲線組成，曲線最小半徑左線R＝700 m(右線R＝810)，隧道縱坡采用人字坡，為進口1.0%，左線出口0.628%，右線出口0.6%，隧道最大埋深約110 m(見圖1)。隧道連拱段結構形式復雜，以Ⅳ、Ⅴ級圍巖為主。安全風險高，技術難度大。

本隧道進口端和出口端均采用端墻式洞門。兩端洞門以外為山間河流谷底。右線隧道已露拱，且既有地形十分陡峭，洞門施工難度較大。

隧道結構變化形式為:從隧道進口到出口依次由整體式直墻連拱段、整體式曲墻連拱段、復合式連拱段、超小凈距段、較小凈距段組成(見表1)，設計為從進口段往出口段掘進，即連拱段往小間距段施工。

表1 隧道分類統計 m

隧道穿過丘陵地貌區，地面標高276.01～391.36 m，相對高差為115.35 m，地形起伏較大，臨河陡崖分布，斷層、褶皺等構造較發育，丘陵山體植被發育，局部基巖出露。

隧址區地層巖性為坡積碎石土、泥盆系砂巖、印支期侵入輝長巖及其風化層。圍巖主要為碎石、塊石、強風化石英砂巖，局部為中風化石英砂巖，土質不均，強度低，原始地形陡，局部雨季受擾動易崩塌，基巖裂隙發育，易滲水。

隧道位于丘陵區，地表水不發育，主要為大氣降雨形成地表水沿山谷匯流，為季節性地表水。

隧址區內地下水類型主要為第四系松散層孔隙潛水、石英砂巖基巖裂隙水及斷裂構造破碎帶脈狀水。隧道單洞正常進水涌水量取值為12 526.03 m3/d，單洞最大進水涌水量為13 940.96 m3/d。

2 工程重難點分析

(1)圍巖差

隧道圍巖差，以Ⅳ、Ⅴ級圍巖為主(見表2)，連拱段隧道雙洞的洞身開挖斷面面積為236～274 m2，軟弱巖層對大斷面開挖、多次擾動開挖和小凈距隧道開挖帶來了難度。

表2 隧道圍巖分級統計

根據區域地質資料，擬建隧址區位于內莞向斜的南東翼，為下坪正斷層和內莞逆沖斷層所夾持，出露的地層較單一，主要為泥盆系中下統桂頭群砂巖、石英砂巖，滑坡、斷層、褶皺等不良地質發育，勘察采用鉆探和地質測繪相結合的方法實施。洞口明洞段區域分布3條線形斷層構造，分別為F1(產狀45°＜80°)、F2(產狀320°＜30°)、F3(產狀160°＜80°)。

(2)洞口大偏壓，右線存在崩滑體，環境條件差

隧道進口端左側臨山右側臨河，且河道不能侵占，因此嚴重限制了隧道進口端連拱段左右隧道設計線間距，左右線間距不能完全拉開。

隧道進口存在偏壓，隧道在陡崖條件下進洞，且右線存在崩滑體，對連拱隧道進洞十分不利(見圖2)。

圖2 隧道洞口段地形地貌

(3)隧道連拱進洞，工序復雜，質量安全風險大

本隧道連拱隧道方式進洞，采用三導洞開挖，先施工中間墻，后施工兩側洞，施工工序復雜，工藝轉變多，質量安全風險大。

3 偏壓滑坡體連拱－分岔隧道進洞施工技術

3.1 總體施工方案

(1)上邊坡防護:洞口段左側邊坡及仰坡較高，為了降低邊仰坡高度，減少地形偏壓對隧道洞口的影響，保證隧道施工及營運安全，洞口段路基邊坡采用抗滑樁＋錨索格梁及明洞隧道綜合處治方案[1－3]。

(2)大邊墻支護:由于本隧道為連拱隧道，跨度較大，進洞段右洞露拱嚴重，且既有地形十分陡峭，需要在陡崖下進洞，為了減少洞口開挖對山體的擾動，采用大邊墻＋套拱＋回填的方案進洞。

洞口段先做大邊墻和套拱 20b工字鋼，隨即施工隧道暗洞初支、二襯，最后施工套拱外側的回填土。

(3)護面墻防護:隧道右洞露拱至暗挖過渡段埋深較淺，巖性穩定性較差，因此超薄埋深地段采用護面墻護坡，保證山體的穩定性。

施工順序:邊仰坡防護施工→大邊墻、護面墻施工→隧道入口段進洞施工。

3.2 護面墻防護施工技術

護面墻及巖壁錨桿防護設置在YK32＋658～YK32＋668段，沿既有山體坡面設置，巖面打設φ22砂漿錨桿，錨桿長度為2.5 m，錨桿端頭50 cm預留與護面墻內鋼筋網焊接，設置間距為1.2 m×1.2 m，梅花形布置。護面墻混凝土等級為C20，基坑底部開挖寬度為3 m，深度2 m。墻身高為14.33 m，墻厚為2.5 m，內部設置雙層 C14鋼筋網，網片間距20 cm×20 cm，護面墻斷面圖見圖3。

圖3 護面墻斷面圖

(1)基礎施工

基坑開挖深度2 m，寬度3 m，基坑開挖后進行地基承載力試驗，承載力小于400 kPa時進行地基加固處理，地基加固采用φ76×5 mm鋼管打入強風化層，深度不小于2 m，并注漿加固。基坑兩側放坡坡率為1∶0.3，坡面防護采用噴C25混凝土，厚度5 cm。

基坑驗收合格后方可澆筑C20基礎混凝土。

(2)施工平臺搭設

護面墻工程施工先搭設施工作業平臺腳手架，采用落地扣件式三排φ48×3.5 mm鋼管腳手架方式搭設，每級平臺滿鋪20 cm×5 cm木板，并綁扎牢固。鋼管架分層搭設，每層高度根據每循環護面墻澆筑高度確定，架寬3 m，為增加抗風能力，架體兩外側立桿采用雙立桿搭設[4－5]。

(3)錨桿施工

錨桿采用φ22砂漿錨桿，錨桿長度為2.5 m，設置間距為1.2 m×1.2 m，梅花形布置，錨桿端頭50 cm預留與護面墻內鋼筋網焊接。

(4)護面墻施工

混凝土護面墻墻身高為14.33 m，墻厚為2.5 m，內部設置雙層φ14鋼筋網，網片間距20 cm×20 cm。

3.3 大邊墻支護施工技術

隧道進口處共設置兩段大邊墻(見圖4)，其中YK32＋645～YK32＋658段大邊墻在護面墻施工完成后施工，YK32＋635～YK32＋645段大邊墻及端墻在明洞二襯施工完成后施工。

圖4 大邊墻斷面圖(單位:cm)

(1)基礎施工

大邊墻基坑開挖深度2～3.35 m，寬度3.48～8.33 m，基坑開挖后進行地基承載力試驗，承載力小于400 kPa時進行地基加固處理，地基加固采用φ76×5 mm鋼管打入強風化層，并注漿加固。基坑兩側放坡坡率為1∶0.3，坡面防護采用噴C25混凝土，厚度5 cm。基坑驗收合格后方可澆筑C30基礎混凝土[6]。

(2)墻身混凝土澆筑施工

洞門大邊墻混凝土強度等級為C30，墻身分段分層澆筑，每層澆筑高度不超過2 m，邊墻坡率為1∶0.4，基礎及每層墻身澆筑完成時安裝φ22接插筋，接插筋伸出混凝土面不小于50 cm，布置間距為0.5 m×0.5 m。

YK32＋645～YK32＋658段大邊墻墻身澆筑至拱腰處，預先埋設護拱鋼板，縱向間距為1 m，預埋15 mm厚鋼板尺寸為24 cm×24 cm(預埋鋼板示意見圖5)。

圖5 護拱預埋鋼板

3.4 上邊坡防護施工技術

ZK32＋635～ZK32＋645路塹左側邊坡位于內莞隧道的明洞上方，為四級邊坡，在路基高邊坡施工時開挖至隧道明洞頂部，邊坡安全設計要求高。坡腳設錨索抗滑樁(2 m×3 m)，樁間距6 m。樁頂按1∶0.3的坡率切坡，分級坡高15 m，平臺寬度2 m；坡面采用錨桿墊墩和預應力錨墩進行加固，坡面掛主動防護網，塹頂設截水溝和被動防護網。隧道洞口路基高邊坡及仰坡施工后進行邊坡穩定性監控量測，在確保邊坡、仰坡穩定后開挖明洞段土石方。

3.5 直墻連拱隧道施工技術研究

隧道連拱段結構形式復雜，從隧道進口到出口依次由整體式直墻連拱段、整體式曲墻連拱段、復合式連拱段組成[7－8]。

連拱隧道采用三導洞法施工(見圖6)，先開挖中導洞施作中隔墻，待中隔墻達到設計強度后可開挖側壁導坑。

圖6 連拱隧道開挖順序

圖6中阿拉伯數字代表開挖步序，羅馬數字代表支護施工順序。

3.5.1 中隔墻施工技術

(1)開挖

中導洞采用采用上下臺階法開挖，開挖循環進尺為2～3 m。

中導洞施工過程中若側導坑橫向收斂過大，則應設置底部橫撐或臨時仰拱。

(2)混凝土澆筑

隧道二次襯砌采用模板臺車澆筑鋼筋混凝土，雙連拱中隔墻模板支撐體系為:模板用P3015標準鋼模板拼裝，內楞鋼架用 16工字鋼彎制而成，鋼架縱向間距750 mm，外楞用100 mm×100 mm方木，支架采用φ48×3.2 mm鋼管搭設，橫向步距750 mm，縱向步距為750 mm，施工斷面示意見圖7。

直中墻連拱段中導洞頂支護與中墻襯砌是緊貼的，中墻分兩步施工，先澆筑直立式中墻至特定高度處，再用兩根預留注漿管將中墻頂與中導洞頂之間充填C20混凝土。

3.5.2 主洞施工技術

左、右主洞施工應在中導洞貫通、中隔墻施作完成后進行[9－10]。

(1)開挖技術

連拱段兩側主洞在中隔墻施工完成施工，主洞主要采用單側壁導坑法進行開挖，對于淺埋段隧道，調整為預留核心土弧形導坑開挖；對于軟巖段變形較大時，側導洞調整為上下臺階法開挖。開挖從隧道進口端向出口端方向開挖。

隧道首先進行右側主洞開挖施工，在右側主洞上臺階開挖進尺超過左側洞口20 m后可進行左側主洞開挖施工。側導洞超前主洞上臺階長度不小于15 m；主洞上下臺階掌子面間距不小于10 m，主洞二次襯砌待初支封閉、圍巖變形穩定后施工。

隧道主洞開挖按Ⅴ級圍巖架立1榀鋼拱架為一循環進尺，Ⅳ級圍巖架立1～2榀鋼拱架為一循環進尺，初期支護邊開挖邊支護。

中導洞施工結束后，主洞右洞先暗挖進洞，為確保安全，應先對中導洞左側回填，加強段中墻臨時支撐，隨即進行主洞隧道開挖掘進。

中墻臨時支撐要求:

隧道右側主澗開挖時，必須先做好中隔墻左側空洞的臨時支護工作；

臨時支護采用50 cm碎石＋50 cm混凝土回填組合的形式交替進行(見圖8)；

在中隔墻臨時支護拆除時，距主洞掌子面15 m范圍內的臨時支護不可拆除。

右洞掌子面距二襯不小于50 m；洞口澆筑一板二襯后即可進行明洞施工。

爆破嚴格采用微震爆破，Ⅴ級圍巖不大于5 cm/s，Ⅳ級圍巖不大于8 cm/s。

(2)支護技術

①隧道導洞初期支護采用C25噴射混凝土，厚度為26 cm。初期支護鋼架采用 20a型鋼鋼架，間距為60 cm。在Ⅳ級圍巖段，隧道導洞初期支護采用C25噴射混凝土，厚度為20 cm。初期支護鋼架采用 16型鋼鋼架，間距為80 cm。

②主洞、導洞鋼支撐分別由 22b工字鋼(Q235鋼)組成，段與段之間采用螺栓連接，分別焊接在24 cm×24 cm ×1.5 cm、29 cm ×22 cm ×1.5 cm、22 cm×22 cm×1.5 cm鐵板上。鋼支撐縱向采用鋼筋連接，縱向連接鋼筋的環向間距為1.0 m，與鋼支撐焊接。鋼支撐均采用雙面焊接，焊縫厚度不得小于5 mm。

(3)超前預報

采用長短結合、物探與鉆探相結合的綜合地質預報技術，將超前地質預報納入隧道施工工序中，準確判斷不良地質段的位置及性質，制定相應的施工措施[11－12]。

(4)排水技術

①直墻連拱段，中墻為滲漏水高發部位，為排泄中墻頂積水，通過中墻頂設兩根φ110 mm PE橫向排水管，將中墻頂的積水與襯砌背后環向排水管中的水引入中墻內預埋的φ110 mm PE排水管中，再通過中墻墻角處的φ110 mm PE橫向排水管將水引入側式排水暗溝內，最后通過暗埋縱向排水管將水排出洞外。

②在隧道路面基層下設置縱、橫向10 mm×50 mm扁形排水盲溝。

③襯砌背后集中出露的小面積股水，可用聚氯乙烯管將其直接引入側溝內排除。

④明洞段襯砌采用外貼兩布一膜防水層，洞頂回填并設置黏土隔水層，洞頂設截排水溝。

⑤為了便于對縱向排水管定期采用管道及時疏通，在二次襯砌墻腳每隔50 m設置檢查維修井。

4 結語

(1)連拱隧道是在隧道施工領域中難度較大的設計形式，做好中導洞與左右主洞之間的施工先后順序，并中隔墻頂部設置專用排水通道，保證施工質量。

(2)連拱隧道主洞開挖時需對側中間墻進行回填，作為臨時支撐，可保證中間墻的穩定性和主動開挖施工安全。

(3)大偏壓、大滑坡體等特殊環境條件下，大斷面進洞時，需做好上邊坡穩定性，并對露拱部分采用大邊墻，淺埋段落采用護面墻技術可保證隧道的進洞安全性和穩定性。