大断面公路隧道施工方案的比选与应用

孙泽民

(山西路桥第一工程有限责任公司)

大断面公路隧道施工方案的比选与应用

孙泽民

(山西路桥第一工程有限责任公司)

目前我国高速公路特长隧道均设置了紧急停车带，但紧急停车带施工难度较大，安全风险较高。结合ZH高速公路花石崖隧道紧急停车带施工，通过三个施工方案的比选、论证，确定了在本隧道地质围岩等条件下，采用三台阶七步法开挖，并对方案实施情况进行阐述，期望对同类隧道紧急停车带施工提供借鉴。

隧道;紧急停车带;施工方案

1 工程概述

1.1 工程概况

ZH高速公路隧道tl起点位于A市至D村，终点位SI县某村，分为左、右线，为曲线型特长隧道，洞口形式为削竹式，左右洞间距约为40～50 m，轴线总体走向近南北。隧道左线长3 875 m，右线长3 815 m。隧道围岩主要为Ⅳ、Ⅴ级围岩，紧急停车带设于Ⅳ级围岩处，围岩以砂岩为主，砂岩与泥岩层状混夹，岩层整体呈水平状分布。隧址处地表水主要为山川河流，水流较缓，流量小，地下水以基岩裂隙水为主。隧道按双向六车道设计，设计行车速度100 km/h。

1.2 隧道紧急停车带设计参数

紧急停车带设计长度为40 m，衬砌断面内轮廓线采用三心圆设计，衬砌结构形式采用复合式衬砌。超前支护设计为ф50×4双层注浆小导管，初期支护设计为Ⅰ22b工字钢，间距60 cm，系统锚杆采用6 m长RD25N中空注浆锚杆与3.5 m长早强砂浆锚杆交错布置，锁脚采用ф50×4注浆锁脚锚管。连接钢筋间距1 m内外缘交错布置，混凝土喷射厚度为28 cm。衬砌混凝土厚度为90 cm，。

2 施工方案选择

花石崖隧道设计为三车道，紧急停车带设计建筑限界净宽为17 m，开挖界限宽20.7 m、高14.48 m，开挖断面大，施工难度及安全风险高是本隧道施工的重难点。而在隧道施工中如此大断面开挖鲜有可供借鉴的资料，施工经验有限，为此施工中多次组织相关技术人员对图纸进行研究，会同设计研讨提出三种施工方案，即环形开挖预留核心土法、先通过后扩挖法、三台阶开挖法进行比选。

三种施工方案的原理分别为:(1)环形开挖预留核心土法是以弧形导坑开挖留核心土为基本模式，分上、中、下三个台阶开挖，各部位的开挖与支护待超前小导管施工完毕后沿隧道纵向平行推进的隧道施工方法;(2)先通过后扩挖法是在紧急停车带施工的时候，先按正常断面施工方法通过紧急停车带部位，当二次衬砌施工至紧急停车带处时，跳过紧急停车带继续向前施工，然后对紧急停车带进行扩挖处理并施作二次衬砌;(3)采用三台阶七步法开挖法时，先行上台阶开挖(高度6.7 m)，进行5 m过渡段开挖施工。开挖结束后及时安装临时拱架，并施作初期支护。待过渡段施工完成以后，反向对过渡段进行拆除临时拱架，扩挖换拱施工，换拱完成后及时施作初期支护，再进行紧急停车带其它工序的施工。

根据地质雷达扫描情况，经项目部、监理、业主及设计沟通后，确定紧急停车带于 ZK139+871～ZK139+910、YK139+960～YK140+000段设置。施工中，左右线二衬距离掌子面的安全距离保持在90～120 m之间。二衬施工速度平均每2 d施工一板(11.8 m)，二衬施工至紧急停车带处至少需20 d，正常断面的开挖每循环耗时基本在19 h左右，考虑到加宽段上台阶开挖及支护难度较正常断面大，预期每循环时间为24 h，每循环进尺控制在2.4 m(4榀拱架间距)，这样紧急停车带的开挖需17 d。

如果按环形开挖预留核心土的方案施工，则拖延了后续施工任务的顺利进行，加之左右洞使用同一大断面衬砌台车，重复使用时存在多次拆卸及拼装，对工期影响非常大;如果采用先通过后扩挖的方案施工，先行按正常断面施工过紧急停车带，待正常断面的二衬台车过了紧急停车带以后再对紧急停车带进行扩挖换拱施工。虽对工期影响小，但一方面扩挖换拱会产生巨大的材料浪费，而且换拱存在多次爆破开挖，对围岩扰动大，安全风险高。

采用台阶法开挖，施工效率高，过渡段设置距离短，材料浪费小，而且原有正常断面钻爆台车可用于紧急停车带上台阶开挖，施工成本低，该施工方案不但避免了环形开挖预留核心土法对工期的影响，也避免了先通过后扩挖的巨大材料浪费及高风险施工，经过方案比选及多次会议论证，决定采用该方案作为隧道紧急停车带的施工方案。

3 方案实施

3.1 过渡段加强

采用三台阶七步开挖方法，在对紧急停车带扩挖施工前，需对正常段Ⅳ级围岩的5 m范围内的初期支护进行加强处理:在环向间距40 cm插打超前小导管的同时，将拱架间距由80 cm调整为60 cm，喷射混凝土厚度由24 cm加厚至26 cm，上导及下导拱脚处在原有系统锚杆的基础上加2根5 m长Φ25锁脚锚杆。开挖采用弱爆破，并做好端头的围岩监控量测。

3.2 洞身开挖

过渡段施工完成以后，利用现有临空面，对紧急停车带端头6 m范围内分多个循环进行开挖，上、中、下三台阶各保持3～5 m安全距离。在拱顶及两侧拱墙布设监控测量点，每天进行观测和记录分析，若围岩松弛变化，及时调整支护参数，确保加宽段施工安全。每个循环最多进尺两榀钢拱架，将上台阶开挖出6 m的范围以方便开挖台车安放位置，并作为上台阶的初始长度。每一循环开挖采用弱爆破开挖，利用正常段开挖台车经过简单改装后进行扩挖，第一个循环需要分多次将断面开挖到设计宽度，将上台阶开挖至紧急停车带设计部位处，并及时施作钢拱拱及喷锚支护，上台阶开挖完毕。上台阶开挖15 m左右时，中台阶开始开挖。中导开挖左右交错进行。开挖完成后，及时支护，仰拱尽早成环、二衬及时跟进。

扩挖护拱时，须采用机械配合弱爆破开挖，减轻对围岩的扰动，保证开挖面的安全。台阶开挖时，一方面须严格控制每循环进尺，同时须控制好台阶高度，保证开挖轮廓符合设计要求的同时，满足现有钻爆台车的正常施工。

3.3 初期支护

在开挖结束后，首先喷射5 cm厚混凝土对围岩进行封闭，设立钢架、锚杆及钢筋网片，然后分层复喷混凝土28 cm，完成一个开挖循环。锚杆设计采用长度为3.5 m的Φ22砂浆锚杆和长度为6 m的 RD25N中空注浆锚杆，环向间距100 cm，纵向间距60 cm，呈梅花形布置。锁脚采用6 m长Φ50×4注浆锁脚锚管。施工中，应严格控制锚杆数量及注浆情况，确保系统锚杆与拱架连接成整体，使围岩压力能均匀施加在拱架上，并通过拱架传递到拱脚围岩上。

上台阶开挖需要加强锁脚锚杆的施工，可采用6 m长Φ50 ×4注浆锁脚锚管，并将拱架落于坚硬岩面上，拱脚不得悬空。

3.4 监控量测

施工中，应加强对紧急停车带围岩的观测记录，尤其对拱顶下沉、净空变化等参数须加大量测频率，及时反馈量测数据，根据数据、分析洞身的稳定性，并及时调整支护参数。

［1］ 中建标公路委员会.公路工程技术标准(JTG B01－2003)［S］.北京:人民交通出版社，2006.

［2］ 中交第一公路工程局有限公司.公路隧道施工技术规(JTG F60－2009)［S］.北京:人民交通出版社，2009.

［3］ 重庆交通科研设计院.公路隧道设计规范(JTG D70－2004)［S］.北京:人民交通出版社，2007.

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2015－02－18