改扩建隧道拱顶空腔段施工方法的探讨

陈克大 王少朋 李占江

【摘 要】东长峪隧道位于北京市平谷区熊东路上，东长峪隧道改扩建工程是将原有隧道改建加宽，笔者亲身参与了隧道施工的全过程。在隧道修建过程中，由于原有隧道拱顶存在长约30米的空洞，在隧道施工中处理好此段空洞的回填工作尤为重要，经过笔者和各位专家的论证探讨，采取了一套安全、行之有效地的施工方法，确保了隧道在安全施工的全体下保质、保量的完成施工生产任务。

【关键词】隧道施工；拱顶空腔；方案；回填；爆破

引言

熊东路位于平谷北部山区，道路起于平程路熊儿寨路口，经东沟村、南岔村，止于东长峪，是沿线村庄出行的唯一道路，也是进入东长峪世外桃源景区的唯一道路，原幸福隧道位于东长峪村附近，全长420米，为公路短隧道。本次改扩建设计范围：东长峪隧道全长468米，其中改扩建段全长约345米，分叉段约30米，新建段长93米；道路全长932米，其中主线长642米，支线1长170米，支线2长120米。这里针对隧道的拱顶空腔段施工工法进行了描述，此段隧道施工最终安全保质、保量的完成。

一、隧道的结构类型、形式

1、隧道的净宽、净高及结构类型

隧道内轮廓设计建筑限界宽10m，高5.0m。内轮廓同明洞一样采用曲墙式衬砌断面，曲墙半径为5.25m，拱半径为14m，内轮廓面积为59.48m2。

2、隧道结构

隧道按新奥法设计，施工采用复合式衬砌，初期支护以型钢架、喷射混凝土、锚杆、钢筋网为主要支护手段。在围岩弱的地方采用超前注浆小导管等作为初期的稳定措施，二次衬砌采用钢筋混凝土及混凝土。

围岩段衬砌支护参数：VB，拱部超前小导管，环向间距0.4m，L=3.5m，纵向每两榀拱架搭设一次，拱墙喷混凝土26cm；拱墙钢筋网Φ6.5， 20×20cm；拱墙I20a钢架3榀/2m。

二、工程地质情况

K3+545-K3+594段：

石英砂岩夹页岩，有破碎带分部；受地质构造作用影响，岩体破碎，塌方或掉块、滴水；为Ⅴ级围岩，BQ值为200-250，此段为拱顶空腔段所在范围。根据调查，K3+557-K3+586段为29米空腔段，空腔宽2.5-6m，高2.7-5.5m，空腔顶部至山顶高程大于20米。观察踏腔尺寸和其它描述与设计大体一致。

隧道围岩分段说明：

三、拱顶空腔扩建段施工方案

K3+557～K3+586段既有隧道拱顶为一塌方引起的空洞，空洞长29m，宽2.5～6m，高2.7～5.5m，空洞顶部已超出改建隧道拱顶开挖轮廓线。根据勘察报告，既有隧道拱顶衬砌约30～50cm，侧墙约50～100cm。洞身段开挖：Ⅴ级围岩采用三台阶法施工。

1、隧道开挖施工前，首先对K3+557～K3+586段既有隧道衬砌用工14型钢临时加固，工字钢间距1m，工字钢两侧用1～2根锚杆及锁脚锚杆与围岩固定并沿隧道纵向连接，确保临时支付结构的稳定。

2、空洞待开挖揭露后，主洞停止开挖，由空腔由最高点处泵送C20混凝土，混凝土高度2米，分两层浇筑，每层设Φ20钢筋网，网格尺寸50*50cm，每层钢筋网设在距底面三分之一层厚处，每层钢筋网侧面有150cm锚杆，锚杆入侧壁100cm，伸出筋每隔1米设置一道，钢筋网与锚杆紧密连接，待回填混凝土强度达到70%以上后，混凝土上面喷砂，喷砂高度50-100cm，喷砂采用混凝土喷射机，喷砂之后，分段拆除临时加固钢架，再由进口向出口方向进行开挖及支护。混凝土浇筑和填砂应分段，分段长度6米，回填泵送混凝土时应留好排气孔。

3、选择三个典型断面，在钢筋网和临时支护钢拱架上，分别埋设各类传感器，监测该空腔段掘进时爆破振动、应力应变变化，以期控制围岩失稳、坍空，确保隧道施工安全。爆破振动监测点：分别布置在空腔段喷砂层上、掌子面前方既有隧道临时加固结构以及邻近掌子面的初支结构上，重点监测空腔段、既有隧道段以及成洞段爆破振动变化规律；应力、应变与沉降变形监测详见监测方案。

爆破震动监测标准对既有隧道为8cm/s，警戒值为5cm/s，根据现场情况适当减小警戒值。控制好爆破药量，控制爆破震动，减少爆破对空洞的影响。

4、混凝土养生达到设计强度后，上台阶进行超前小导管支护，小导管长3.5m，环向间距0.4m，每两榀打设一次。

5、临时钢拱架随隧道开挖循环进尺随挖随拆。隧道上台阶开挖时，其施工顺序：既有隧道临时钢拱架拆除（拆除长度与循环进尺一致）、钻爆、出渣，上台阶初期支护。

6、隧道中台阶分左右开挖，初期支护，上台阶用工20a钢临时支撑。

7、下台阶开挖，施作仰拱，全断面初支封闭，仰拱段回填。

8、隧道防水，二次衬砌及附属工程。

四、开挖爆破设计

1、隧道爆破施工总体方案

熊东路东长峪隧道（幸福隧道）V级围岩段采用台阶法、三台阶法施工（具体根据围岩施工条件确定），台阶长度根据情况控制在15m左右，每次开挖进尺控制在1.0m，主要采用弱爆破掘进作业，辅以光面爆破技术控制超欠挖。Ⅴ级围岩隧道开挖严格遵循“短进尺，弱爆破，勤量测，早封闭”的原则，合理确定施工开挖步骤和循环进尺，避免较大规模的爆破作业。

2、既有隧道扩建段（包括空腔段）爆破设计

既有隧道扩建段（包括空腔段）围岩比较破碎，且在K3+557～K3+586段既有隧道拱顶上方有因空方引起的空洞，该段掘进拟采用三台阶法施工。

由于既有隧道的存在，该扩建段爆破设计，可以充分依托既有临空面，而不需进行掏槽爆破设计。上台阶、中台阶掘进爆破以既有隧道为自由面，进行逐排毫秒延期爆破（如图10），循环进尺控制在1m～1.5m。

对于空腔段开挖，循环进尺控制在1m左右，同时配合爆破振动、围岩应力、隧道沉降与收敛等监测，严格控制爆破振动，优化爆破参数，确保该段施工安全。

既有隧道扩建段（包括空腔段）爆破参数中参数选择，掏槽孔除外。现场施工时，根据试爆确定。

五、结束语

东长峪隧道改扩建工程在施工过程中遇到很多困难，诸如拱顶空腔段施工、小净距段施工、新建分离段施工等难题。笔者在这里主要针对拱顶空腔段进行施工工法的描述，希望从中获得类似改扩建隧道工程的拱顶空腔段的施工通用方法，确保在以后的类似工程中仍够游刃有余的应对类似施工难题。还好本次施工过程没有出现任何问题，施工监测未发现异常，爆破震动监测也没有发现不正常情况，本次施工确保了施工安全和施工质量，为以后的类似工程施工提供了宝贵的经验基础。

参考文献：

[1]董宏刚等.高速公路隧道围岩质量评价系统初步研究.[J]. 地质科技情报， 2000.9， 19（3）.

[2]毕树峰. 隧道初期支护施工技术.[J].山西建筑， 2003.8， 29（9）.

[3]隧道施工技术规范