双层超前小导管在中短隧道单向出洞施工中的应用

2017-06-26高文韬

城市道桥与防洪 2017年6期

关键词：管棚单向洞口

高文韬

（广东省长大公路工程有限公司，广东广州511430）

双层超前小导管在中短隧道单向出洞施工中的应用

高文韬

（广东省长大公路工程有限公司，广东广州511430）

对于中短隧道的经济开挖方式为单向掘进，在洞口贯通。以广佛肇高速公路罗日免隧道工程为例，介绍了“零开挖单向出洞”的施工工艺，特别是采用双层小导管超前支护替代长管棚洞口工程，打破传统贯通方式，实现安全出洞，取得较好经济价值，可为今后类似工程提供参考依据。

双层超前小导管；中短隧道；单向出洞；施工应用

0 引言

在山区中短隧道施工中，为节约工程成本，通常采用从一端向另外一端的单向掘进施工工艺，并在洞口处实现单向贯通。对于洞口段围岩为全风化粉砂质土、全风化砂岩或全风化花岗岩的V级围岩隧道，一般设计为长管棚[1]。若按设计施工边仰坡和长管棚，会遇到洞口场地狭窄，无施工便道或修建施工便道困难大等自然条件。而且需要搭建宿舍、加工厂、拌合站、空压机房、仓库、接通高压电等大量的临建设施，需投入一笔临建费用，费工费时。

广佛肇高速公路罗日免隧道作为中隧道，在贯通中打破传统的隧道贯通方式，结合现场实际，取消设计长管棚，改用双层小导管超前支护单向掘进，对洞口边仰坡实现零开挖出洞，最大限度保护生态环境，取得较好效果。

1 工程及地质概况

1.1 工程概况

广佛肇高速公路为双向四车道高速公路，罗日免隧道位于肇庆市德庆、封开两县交界处，隧道全长740 m，属于中隧道，按左、右线分离布设，为小净距隧道。罗日免隧道进口采用削竹式洞门，出口采用端墙式洞门，最大埋深约为138.11 mm，该隧道左右洞进出口均位于直线上。隧洞中纵坡为人字坡，纵坡为2.5%～2.96%。隧道左洞进口里程为K144+270，明暗分界设在K144+280，明洞长10 m；采用机械通风方式[2]。

1.2 地质概况

隧址区第四系覆盖层主要为全新世坡积成因粉质黏土，分布不均匀，厚度较小，约1.00～4.50 m。部分地段基岩出露，出露基岩地层岩性为燕山旋回晚侏罗世花岗岩和寒武系八村群砂岩。

该隧道区属构造剥蚀丘陵地貌，地形起伏较大。隧道范围内中线高程150.00～228.50 m，最大高差78.50 m。山体自然坡度26°～35°，植被较发育。进、出口均处于丘陵斜坡地带，自然状态下边坡处于基本稳定状态。隧址区附近仅有狭窄山路通过，交通条件差。

2 双层小导管超前支护施工技术

2.1 方案比选

罗日免隧道洞口超前支护措施设计为30 m长管棚，长管棚规格为Φ108 mm×6 mm热轧无缝钢花管，钢花管内压注1∶1水泥浆。长管棚的作用是在暗洞进洞或出洞之前，对洞口段围岩起预加固作用，防止洞口段围岩在开挖时发生坍塌或较大沉降，缺点是需要大型机具和施工场地。若按设计施工边仰坡和长管棚，山岭区隧道出洞端场地狭窄，无施工便道或修建施工便道存在较大困难。

为节省造价和工期，根据掌子面围岩情况，结合施工监控量测和地质超前预报结果，罗日免隧道决定取消洞口设计长管棚，改用双层超前注浆小导管作为超前支护措施。

2.2 施工工艺

双层超前小导管的安装和压浆施工质量是控制的重点。超前小导管规格为直径42 mm，壁厚4 mm，长4.0 m的热轧无缝钢管，支护施工见图1。

图1 超前小导管施工设计图（单位：mm）

（1）为保证超前支护小导管的数量。按照原图纸V级围岩浅埋段支护参数规定的数量安装超前小导管，要求在设计长管棚段落施工双层超前支护小导管，即每2榀拱架打设一环。

（2）施打。双层超前小导管施打角度为：第一环12°，第二环30°，第三环12°，第四环30°…交替布置。施打完成后超前支护小导管末端与钢拱架焊接起来。

（3）注浆。超前支护小导管确保压注配比为1: 1的水泥浆。压浆完成后，在超前注浆小导管末端进行有效封堵。压注水泥浆的注浆泵、注浆管与小导管采取可靠的连接。现场需准备2套注浆泵，配套量程为1.5M P a左右的压力表[1]。

3 零开挖单向出洞关键施工技术

3.1 方案简介

该隧道V级围岩一般表现为原岩结构基本破坏，节理裂隙发育，掌子面自稳性较差，根据洞口段围岩特点，采用保留核心土三台阶法开挖方案，上、中台阶每循环不超过2榀拱架长度，下台阶每循环开挖不超过4榀拱架长度，仰拱每循环开挖不超过3 m。

3.2 施工工艺

此开挖工艺开挖断面小，每循环时间短，多个工作面可同时作业，既能加快施工进度，又能保证施工作业安全。施工工艺流程见图2。

图2 零开挖单向出洞流程示意图

（1）开挖方式。上、中台阶尽量采用机械结合人工风镐开挖，若需要爆破，采用弱爆破，打浅眼(眼深控制在60～80 c m）、密眼、少装药（装药集中度控制在0.15～0.2 k g/m），分次松动爆破。下台阶和仰拱采取弱爆破技术措施，结合机械开挖。在开挖中、下台阶时，尽量减少对上部支护的扰动。为保证施工作业人员及初期支护结构的安全，中、下台阶左、右侧必须交错开挖，两侧开挖面错开距离不小于3 m。严禁在开挖中、下台阶时，两侧对称开挖[2]。

（2）增设洞外钢拱架。为保证隧道暗洞出洞后，拱顶上方有一个碎落平台，并降低洞口边仰坡开挖高度，保证洞口仰坡和边坡的稳定和安全，需在紧跟暗洞的洞口2 m范围内，增设3榀钢拱架，钢拱架间距为100 c m。

（3）加强监控。在V级围岩浅埋段施工时，特别是单向出洞过程中，由于覆盖层埋深浅，围岩自稳性较差，必须加强施工监控量测，每5 m布置一道监测断面，每个断面布置5个点。每日监测不少于1次，主要监测地表沉降、拱顶下沉与洞身水平收敛[3]。每日及时将监测数据向现场技术负责人和项目技术负责人汇报。当监测出地表或初期支护发生较大沉降，或发生较大收敛，达到监测预警值时，立即通知现场技术负责人和项目技术负责人，以及时采取科学合理的应急救援措施[3]。

4 结语

广佛肇高速罗日免隧道采用双层小导管超前支护单向出洞（见图3），成功解决了出口贯通段边仰坡及施工便道修建的难题，特别是洞口植被基本不被破坏，无需开挖仰坡，只需对少部分的边坡进行临时防护，减少了洞口边仰坡的开挖及喷锚支护工程量，有效缩短了工期，节约的大量的建设用地，极大限度的保护了原生态环境，取得了良好的经济效益和社会效益。也为今后类似工程提供参考依据。