某特長隧道施工工藝提升技術研究

潘向偉,申鐵軍

（1.山西路橋第四工程有限公司,山西 大同 037006; 2.山西路橋建設集團有限公司,山西 太原 030006）

0 引言

云南省香格里拉至貴州都勻高速公路樂紅特長隧道位于云南省昭通市魯甸縣，屬云南省目前第二長分離式高速公路隧道。主要工程量包含特長隧道1 座及3 座斜井。其中3#斜井全長565 m，主要作為后期右幅出口段通風使用，其聯絡風道排風道設計長度為187.95 m，其縱坡設計為4%縱坡（18.25 m）接7.537%縱坡（118.6 m）接17.49%縱坡（46.1 m）接4%（5 m）縱坡。3#斜井排風聯絡風道底部與左線主洞頂部相交部位距離最近處不足10m，施工難點極大，該文深度分析該隧道的施工難點[1]，提出了若干項新的施工技術，通過理論數值模擬，各項技術相輔相成、相互聯系，該技術經樂紅隧道尤其是3#斜井排風聯絡道實踐應用，效果良好[2]。

1 樂紅特長隧道地質分析

隧道洞頂地層為素填土、含碎石粉質黏土、強風化輝綠巖、中風化輝綠巖、中風化白云巖[3]。暗挖隧道洞室圍巖為中風化白云巖，巖體節理裂隙較發育，巖體破碎～較破碎[4]，節理面張開狀，裂隙間有方解石充填[5]。中風化白云巖單軸天然抗壓強度標準值60 MPa、中風化輝綠巖單軸天然抗壓強度標準值60 MPa[6]，經現場取樣檢測，硅質白云巖抗壓強度80~120 MPa。

1.1 第四系上更新統沖積層（Q3pla）

（1）含角礫黏土[地層編號（3-2）]。灰~褐灰色，厚度1.8~25 m 不等，飽和，可塑~硬塑狀態，中壓縮性，局部含角礫，含量占5%~10%，角礫粒徑一般1~3 cm，最大6 cm。分布在堆積平原區[7]。

（2）粉質黏土[地層編號（3-1）]。硬塑狀態，中壓縮性，含氧化鐵，無搖振反應，干強度高，韌性高[8]。

1.2 第四系更新統殘坡積層（Q2eld）

含碎石黏土[地層編號（4-1）]。棕紅色~褐紅色，層厚1.5~7.5 m，一般10%~30%，粒徑一般在0.5~3 cm 間，個別大于6 cm。分布在丘陵區斜坡、緩坡地帶和瓏崗區基巖頂部[4]。

1.3 二疊系中統茅口組（P2m）

（1）強風化灰巖[地層編號（5-1）]。巖體破碎，巖芯呈短柱狀，頂面高程1.6~1.8 m，厚度2~3 m[9]。

（2）弱風化灰巖[地層編號（5-2）]。青灰色，溶蝕裂隙不發育。取芯率約80%~95%，屬堅硬巖[10]。

1.4 志留系中統墳組（S2f）

（1）強風化粉砂質泥巖[地層編號（6-1）]。

（2）灰~草黃色，厚度3~5 m，泥質結構。

2 斜撐+橫梁+弧形導坑挑頂施工+樹脂錨索托梁固定

采用弧形導坑法進行挑頂開挖，能夠減少圍巖擾動，大大降低安全風險[11]；利用樹脂錨索固定托梁的中部，代替傳統挑頂施工中豎向施工的錨管[12]，解決了傳統施工工藝中由于錨管注漿后強度增長緩慢[13]，影響主洞交叉口拱頂拱架施工進度，導致拱頂支護不及時而發生坍塌、掉塊等安全問題[14]。

針對斜撐+橫梁+樹脂錨索進行門架及托梁固定的方法進行推廣；針對弧形導坑法從斜井過渡到正洞上臺階，實現一次性完成挑頂段拱頂開挖的效果進行推廣[15]。采用斜撐+橫梁+樹脂錨索進行托梁固定，由于樹脂錨索施工完成后約7 min 即可承載[16]，無需長時間養護，節約施工時間14 d，節約施工材料費用8.6 萬元，節約人工、機械費用11.4 萬元。見表1~2。

表1 材料費用表

3 硬巖隧道非爆破超前導洞擴挖施工技術

根據方案對隧道不同圍巖特性分別采用了半CD 法、CD法、臺階法、超前導洞擴挖法，施工效率分別為28 m/月、40 m/月、45 m/月、54 m/月，采用超前導洞擴挖法可實現掘進機和破碎錘同時平行作業[17]，施工進度較CD 法、半CD 法、臺階法分別提高了92.8%、35%、20%，有效節約成本949.4 萬元。實施此技術后較原方案工期提前了95 d，對項目按時履約起到良好的保障；同時在隧道硬巖非爆施工領域開辟了新的途徑[18]，受到了央視各大媒體的廣泛宣傳和群眾的一致好評。經過推廣介紹其周邊隧道銑挖施工項目先后來現場借鑒交流施工經驗。見圖1。

圖1 非爆破超前導洞擴挖

4 超前導洞擴挖法技術

不同的施工順序可能會使建成后的圍巖應力存在差異從而影響穩定性。

首先，掌子面左側小導洞30 m2進行銑挖施工，導洞長度控制在20 m 左右[19]；其次，掌子面右側30 m2先采用三臂鑿巖機鉆孔（孔距0.5 cm，孔深4 m，孔徑110 mm）[20]；再次，采用短臂挖掘機+塔式破碎錘開挖[21]；最后，右側破碎錘開挖后再用銑挖機修整輪廓線；臺階、仰拱、二襯施工與臺階法一致，不再贅述。見圖2。

圖2 超前導洞擴挖法施工步距圖

5 軟弱圍巖的預加固三臺階施工技術

隧道洞身下穿軟弱圍巖淺埋段，穿越范圍地層含水率降低，起到超前止水和加固圍巖的效果，孔隙率減小，圍巖的穩定性和承載力得到顯著改善和加強，土體更加密實，圍巖級別得到提高，相應的洞內開挖施工方法由雙側壁導坑法調整為三臺階施工，實現軟巖硬打。隧道開挖平均線性超挖控制在6~10 cm，較以往的爆破開挖平均線性超挖10~15 cm 有了顯著提高，減少超挖3 m3/延米，按照極軟弱圍巖102 m 計算，按照開挖單價75 元/m3，噴射混凝土按600 元/m3，節約直接成本約20.66 萬元。將原設計雙側壁導坑法變更為三臺階九步開挖法施工，減少了洞內臨時支護，每延米節約I20 b 等鋼材620 kg、每延米節約噴射混凝土2.7 m3，鋼材按5.5 元/kg、噴射混凝土600 元/m3計，節約直接成本51.81 萬元。

旋噴樁開挖見圖3~4。

圖3 旋噴樁開挖輪廓線外

圖4 旋噴樁開挖輪廓線內

6 斜井的聯絡風道超小凈距跨正洞施工技術

（1）通過變更聯絡通道坡度，縮短聯絡通道7.54 m，聯絡通道每延米工程造價22 138.14 元，故降低工程造價：22 138.14×7.54=16.69 元。

（2）斜井聯絡通道二襯施工外觀質量要求較低，項目結合聯絡通道斷面尺寸，決定采用木模完成斜井聯絡通道二襯施工。因此項目節約1 套聯絡通道二襯臺車，節約費用：二襯臺車（60×7 400=44.4 萬元），安裝拆卸費用=5.56萬元（人工費3萬元（2×5×10×300）+機械費2.56萬元（2×1 600×8））。累計節約：44.4+5.56=49.96 萬元。

（3）變更后斜井聯絡通道減少7.54 m，按每1 d 施工2 m 計算，可減少4 d 施工時間，每天人工、機械費用按照30 000 元計算，可節約施工費用：30 000×4=12 萬元。

（4）反挖段采用扒渣機進行出渣，出渣效率較高，可節約出渣時間：21 h，減少窩工費用6 萬元。

綜上：該施工方法可直接節約施工成本：16.69+49.96+12+6=84.65 萬元。

7 穿越軟硬交互地層的頂管靜爆預裂施工技術

通過靜爆預裂技術改造地層后，節省了前期刀盤優化周期，除去進場設備選型用時節省工期約20 d，避免了單一形式頂管機施工期間頻繁開倉維修刀盤或更換設備，節省人工費用約30.1 萬元，節省設備、材料二次處理費用約62.4 萬元。

8 結語

上述技術研究所形成的施工工藝、安全和質量控制標準等技術成果可應用到同類隧道施工的相關領域，可促進隧道挑頂施工技術的發展，提供技術支撐。該技術施工周期短，能夠有效保障施工安全及質量，同時降低施工成本，為今后類似結構的建設與發展提供技術指導與參考。