超大跨度小净距公路隧道洞口段施工方案

2019-08-20刘瑞辉

筑路机械与施工机械化 2019年7期

张涛，陈瑶，刘瑞辉，赵毅

（1．山东省路桥集团有限公司，山东济南 250021；2．长安大学公路学院，陕西西安 710064）

0 引言

近年来，随着中国交通事业的快速发展，双向八车道公路越来越多，超大跨度公路隧道也逐渐增多。受城市布局及地形条件等因素的影响，超大跨度小净距隧道建设不可避免［1－4］。超大跨度公路隧道开挖面积大、结构扁平，支护结构受力更加复杂，开挖工序复杂［5－10］，施工对围岩扰动次数多，给隧道的安全、顺利施工带来巨大挑战。迄今为止，国内尚没有形成系统的超大跨度公路隧道施工规范和标准。因此，对超大跨度小净距隧道合理施工方案进行研究十分必要。

本文以济南绕城高速老虎山超大跨度公路隧道为工程依托，对洞口小净距段施工与中岩柱保护方案进行分析研究，并通过监控量测数据分析围岩的稳定状态，研究结果可为今后类似工程提供借鉴。

1 工程介绍

1．1 工程概况

老虎山隧道是济南绕城高速的一部分，设计为双洞八车道隧道，隧道最大开挖宽度为20．08m，最大开挖高度为13．4m，属于超大跨度隧道。隧道进口位于黄金九九地产西南、搬倒井村北，出口位于搬倒井村内，隧道跨济南市历下区、市中区两地。隧道左线起止桩号为ZK2＋080～ZK3＋820，长1 740m，右线起止桩号为YK1＋950～YK3＋838，长1 888m，为长隧道。

老虎山隧道具有典型的小净距的特点：在进口左线桩号ZK2＋107～ZK2＋152和进口右线桩号YK2＋105～YK2＋145段落，左、右线间距为11～43m，此段落是典型的小净距段落，施工安全风险较高。老虎山隧道进口段小净距如图1所示。

图1 老虎山隧道进口段小净距

1．2 施工难点

（1）老虎山隧道洞口段多为碎石土和强风化灰岩，为Ⅴ级围岩。围岩层间结合差，岩体破碎，节理、裂隙发育，自稳能力差，部分段落上覆盖土层厚度小于10m，进洞施工安全风险高。

（2）老虎山隧道开挖断面大，双洞隧道间中岩柱厚度较小。隧道分部开挖施工过程中，易对中岩柱造成多次扰动，影响围岩稳定，多次爆破震动对中岩柱造成多次扰动，围岩稳定性下降。

2 小净距段施工方案

济南绕城高速老虎山隧道进、出口均从左线先行进洞施工，右线先导洞掌子面保持滞后左线一定安全步距，及时跟进。左线洞口段Ⅴ级围岩采用双侧壁导坑法进洞施工（图2）。在隧道左线进口掘进过程中，围岩揭露为残蚀土，其完整性较好，具有一定的自承能力。考虑到左、右线进口段净距较小，根据左线围岩揭露情况，经专家组讨论，确定老虎山隧道右线洞口段安全进洞后采用上台阶CD法进行施工（图3）。施工过程中严格遵循“管超前、严注浆、短进尺、弱爆破、快封闭、强支护、先预报、勤量测、速反馈、早衬砌”的原则［11］。老虎山隧道洞口段采用光面爆破、长锚杆、高强喷射混凝土等措施保证掌子面稳定，开挖完成后及时施作初期支护和锁脚锚杆［12－13］，视围岩稳定情况及早施作二次衬砌。

图2 老虎山隧道左洞双侧壁导坑法施工

图3 老虎山隧道右洞上台阶CD法施工

老虎山隧道小净距段施工过程中，洞口段的多次爆破开挖对围岩造成多次扰动，围岩变形大，施工时辅以超前大管棚、超前小导管、注浆小导管等措施对围岩进行支护［14］。

2．1 洞口段施工

（1）超前大管棚。老虎山隧道洞口段地质条件差，构造裂隙发育，裂隙面有泥质充填，进洞前设置超前大管棚对围岩进行预加固保护进洞，超前大管棚设计参数见表1、图4。当洞口土石方施工至大管棚施工段时，下台阶不开挖，预留部分核心土作为管棚施工平台。导向墙施工时，设置钢拱架，安装导向管、模板，自拱脚两侧对称浇筑，直至拱顶，起到导向和支撑的作用。大管棚钢管采用挖掘机与人工配合的方法顶进，每钻完一孔便顶进一根钢管，最后进行注浆作业以完成施工。

表1 老虎山隧道超前大管棚设计参数

图4 超前大管棚设计参数

（2）超前小导管。老虎山隧道进洞后，在隧道开挖前先施作双排Φ50×5mm超前小导管注浆加固周边围岩以改善结构受力，确保掌子面开挖时的稳定，超前小导管设计参数如图5所示，现场布置如图6所示。超前小导管采用风动凿岩机钻孔并导入，第一排长6m，环向间距40cm，外插角6°；第二排长3m，环向间距40cm，外插角15°，搭接长度1．2m，管棚段仅施作短钢管。管壁每隔10cm布置梅花形钻孔，孔径为10mm，尾部留不小于100cm作为止浆段。注浆前先喷射5～10cm厚的混凝土封闭掌子面，形成止浆盘，再进行注浆。

图5 超前小导管设计参数

2．2 中岩柱保护

图6 超前小导管现场布置

老虎山隧道进口段左线开挖时对中岩柱造成一次扰动，右线开挖时对中岩柱造成二次扰动。为降低右线开挖对中岩柱和隧道支护结构的影响，左线支护结构稳定后或满足一定施工步距条件再进行右线的施工。老虎山隧道左、右线施工安全步距不小于2D（D为隧道直径），取50m，满足施工步距之后，右线及时跟进。在施工过程中，为减小隧道开挖对中岩柱稳定性的扰动，降低多次爆破震动对周围岩体和环境的影响，采取控制爆破技术，提高爆破开挖质量，并采用水平小导管注浆技术对中岩柱进行预加固，提高中岩柱稳定性，控制中岩柱变形。中岩柱采用Φ50×5mm、长5m，环向间距1m、纵向间距0．6m的小导管注浆加固，注浆材料采用单液水泥浆，注浆压力为0．5～1．0MPa，必要时可在注浆口处设置止浆塞。中岩柱注浆小导管加固如图7所示。

图7 中岩柱注浆小导管加固

3 隧道监控量测分析

为及时掌握隧道开挖施工过程中围岩和支护的动态信息，老虎山超大跨度小净距隧道监控量测项目包括地表沉降、拱顶下沉、周边收敛等［15－18］。施工时拱顶下沉和地表沉降的量测频率宜为普通段的2倍，若位移出现异常，则加大监测频率。通过实施信息化管理，对隧道开挖后进行实时的监控量测分析，了解老虎山隧道围岩的稳定状态，并将监测结果反馈到施工中，及时调整支护参数，指导后续施工。

老虎山隧道左、右线监控量测断面分别为ZK2＋115和YK2＋115。ZK2＋115断面变形监测点Z0、Z1、Z2分别位于拱顶、左拱腰、右拱腰，YK2＋115断面变形监测点布置如图8所示，拱部下沉时态曲线如图9、10所示。