青兰高速公路鼓山隧道施工技术

2011-07-25万云

石家庄铁道大学学报(自然科学版) 2011年3期

万云

(中铁十一局集团第一工程有限公司，湖北襄阳441104)

青兰高速公路邯郸至涉县段是国家交通部规划的国家高速公路网“横六”的重要组成部分，也是河北省高速公路网“横六”的重要路段，其中鼓山隧道为大跨度山岭隧道，开挖断面大，形状扁平，特别是隧道围岩地质情况复杂，工期紧，施工难度大，安全风险高，现主要介绍鼓山隧道所采用的施工技术。

1 工程概况

青兰高速公路(邯郸至涉县段)鼓山隧道为标准分离式三车道，相邻量测轴间距约45.0 m，隧道最大宽开挖宽度为17.17 m，开挖高度约11.86 m，左线全长3 890 m，右线全长3 905 m，隧道埋深为2～264 m，是大断面扁平隧道，特别隧道出口位于鼓山西侧山前冲洪积扇上，主要地质为:Ⅲ级围岩为寒武系上统崮山组(C3g)灰色中厚层灰岩，夹薄层泥质灰岩，属较坚硬岩。Ⅳ级围岩为寒武系中统徐庄组黄绿色～紫红色薄层钙质页岩，夹中厚层鲕状灰岩，岩体稳定性较差～差。Ⅴ级围岩岩性为紫红～灰绿色页岩，夹灰黄色中层泥灰岩，属软岩。岩层间结合差，岩体较完整～破碎，岩体稳定性较差。洞口Ⅴ级加强段围岩上部为第四系冲洪积碎石及亚粘土，下部为强风化页岩夹泥灰岩，岩芯破碎，局部为断层破碎带。地质构造复杂，为不良地质区段，工程性质及稳定性差［1-3］。

2 施工方法

2.1 进洞施工方案

洞口施工前，先行施工排水沟，截除地面雨水。仰坡及边坡坡度均按设计施工。明洞及洞顶边仰坡开挖应自上而下进行，每下挖1～2 m，对两侧边坡进行锚喷防护。

2.2 超前支护措施

洞口段Ⅴ级围岩采用Φ108大管棚超前支护，其余段Ⅴ级围岩采用Ф42小导管超前支护，Ⅳ级围岩采用Φ22砂浆锚杆超前支护，具体施工方法如下:

2.2.1 大管棚超前支护

洞口段Ⅴ级围岩为第四系冲洪积碎石及亚粘土，围岩稳定性差，为了确保施工安全，采用大管棚超前支护，大管棚采用Φ108、壁厚8 mm无缝钢管，管棚长度为30 m，环向间距40 cm。

当成洞面边仰坡刷坡完毕后，进行大管棚套拱施工，套拱长2 m，采用4榀20b工字钢并用Φ22螺纹钢连接作为型钢拱，并在钢拱架顶以Φ127、壁厚8 mm钢管为管棚导向管，导向管环距为40 cm焊接并用U型钢筋固定。在套拱两侧墙位置预先拉槽满足安装模板的施工空间，一次性开挖至套拱基础底部，使得套拱混凝土一次浇筑完成，套拱混凝土厚80 cm，采用C25混凝土。

采用MGJ-50锚杆钻机钻孔并顶进管棚钢管，钢管接头采用四口连接，施工时沿隧道周边以1°外插角打入围岩，插入钢筋笼，采用高压注浆方式灌注M30水泥砂浆，注浆配合比同工注浆试验确定配合比。

2.2.2 小导管超前支护

小导管采用外径Ф50 mm、壁厚5 mm无缝钢管，按设计要求制作，施工时钢管与衬砌中线平行以12°仰角打入拱部围岩，超前小导管保持1.0 m以上的搭接长度，端部焊于拱架上。每打完一排钢管注浆后，开挖拱部及初期支护。

2.2.3 砂浆锚杆超前支护

超前锚杆采用Φ25中空注浆锚杆，施工时根据岩体节理面产状确定锚杆的最佳方向，且保持不小于1 m的搭接长度，尾端焊接在系统锚杆的尾端。

2.3 洞身开挖方法

洞口段30 m长的Ⅴ级围岩采用建议性双侧壁导坑法开挖。其余段Ⅴ级围岩采用建议性单侧壁导坑法开挖，Ⅳ、Ⅲ级围岩采用传统台阶法开挖。

2.3.1 建议性双侧壁导坑施工方法

采用建议性双侧壁导坑法开挖(如图1)。具体开挖顺序如图2所示。先开挖、支护左侧导坑Ⅰ，待左侧导坑进洞15 m后，开挖、支护右侧导坑Ⅱ。其中Ⅰ、Ⅱ号导坑永久初期支护采用Ⅰ20工字钢，临时支护采用Ⅰ16工字钢，间距为50 cm，临时支护与永久支护采用法兰盘和螺栓连。初期支护采用长度3.5 m的砂浆锚杆和Ф10圆钢、间距20 cm×20 cm的钢筋网片锚喷支，临时支护采用长度1.2 m砂浆锚杆和Ф6.5圆钢、间距20 cm×20 cm的钢筋网片锚喷支。Ⅰ、Ⅱ号导坑进尺均为100 cm，即两榀钢架间距。待Ⅰ、Ⅱ号导坑开挖支护完成，Ⅱ号导坑进洞20 m后，再行开挖、支护中部Ⅲ号导坑。待中部Ⅲ号导坑开挖完成后，再行开挖Ⅳ部和拆除临时支护，即上台阶部分开挖完成。上台阶部分开挖支护完成后再行开挖下台阶Ⅴ、Ⅵ部分，然后浇筑仰拱及仰拱填充混凝土和二次衬砌混凝土。

图1 建议性双侧壁导坑开挖法(单位:cm)

图2 建议性双侧壁导坑开挖顺序

2.3.2 建议性单侧壁导坑施工方法

洞口30 m长的Ⅴ级围岩浅埋段开挖完成后，普通段Ⅴ级围岩采用建议性单侧壁导坑法开挖，如图3所示，其开挖步骤如图4所示。普通段Ⅴ级围岩采用单侧壁导坑开挖施工中，前后导坑间距为15～20 m，可同时进行开挖，初期支护参数只是钢架间距调整为75 cm，其它参数与洞口段Ⅴ级围岩一样，因此开挖进尺为每循环150 cm，即两榀钢架间距。临时支护中，钢架和锚杆不能不能焊接连接，以免在拆除钢架时困难。

2.3.3 上下台阶法

Ⅳ级围岩段采用台阶法开挖(如图5)，上导坑开挖采用光面爆破进行，每个循环按3 m控制。初期支护采用Ф25螺纹钢制作的格栅钢架配合锚喷网，拱架间距为100 cm，锚杆采用长度3 m的Ф22砂浆锚杆，网片采用Ф8钢筋网，网格间距为20 cm×20 cm。每循环进尺控制在200 cm。

由于该隧道Ⅲ级围岩长度短，若采用全断面法开挖势必造成掌子面施工台架高度不够，因此为了能使用Ⅴ、Ⅳ围岩的施工台架，也采用台阶法开挖，开挖进尺根据超欠挖情况进行调整。

图3 建议性单侧壁开挖施工方法(单位:cm)

图4 建议性单侧壁开挖步骤

建议性双侧壁导坑法是在洞口Ⅴ级围岩段，该段Ⅴ级围岩地质情况为上部是第四系冲洪积碎石及亚粘土，围岩稳定性差，下部围岩岩性为寒武系紫红～灰绿色页岩，承载力高，且是在拱部大管棚超前支护的保护下进行的，对施工安全上有保证。传统的双侧壁导坑法和单侧壁导坑法需要将中隔墙部分延伸到隧道断面下部，工序繁琐，建议性双侧壁导坑法和单侧壁导坑法减少了施工工序，加快了施工进度，节省了施工成本。

图5 上下台阶开挖法(单位:cm)

3 动态施工与监控量测

根据隧道围岩复杂，跨度大，施工难度高的特点，提出“动态施工”基本原则合理安排施工，隧道动态施工的最大特点就是把量测、观察技术和方法引到施工中，并作为施工中一个重要而不可缺少的环节予以实施，根据观察、量测等得到的资料对已开挖的区间和掌子面前方的围岩情况进行预测，力求将量测得到的结果迅速的反馈到施工中去，力求提高施工的安全性和经济性。

3.1 量测与观察

量测内容包括水平收敛和拱顶下沉，水平收敛采用收敛计，拱顶下沉采用精密水准仪和塔尺或卷尺，量测和收敛频率按照规范要求执行。

观察是在每循环开挖后及初期支护后，技术人员对地质和初期支护状况观察并做好记录，主要观察岩性和是否有支护裂隙等，记录资料和照片等保存归档。

3.2 量测结果

在施工的过程中，及时监控量测，并对量测结果进行分析，围岩在开挖后未受到大的扰动及变形，量测数据均位于规范要求内，地表及洞内无变形及初支无开裂现象发生，围岩相对稳定，为继续施工提供了科学依据。其中具有代表性的断面量测数据为ZK117+950断面，水平收敛值随时间变化曲线如图6所示，水平收敛速率随时间变化曲线如图7所示，拱顶下沉值随时间变化曲线如图8所示，拱顶下沉速率随时间变化曲线如图9所示。

ZK117+950断面围岩基本稳定，达到了《公路隧道施工技术规范》［4］要求，可以进行下道工序施工。