滇黔隧道专项施工方案设计研究

2020-01-13田发全

黑龙江交通科技 2020年5期

田发全

(贵州桥梁建设集团有限责任公司，贵州贵阳 550001)

1 工程概况与总体施工方案

镇雄(滇黔界)至赫章高速公路位于贵州省西部地区，是宜宾至六盘水高速公路的重要组成部分。本项目实施是对西南三省高速公路网有益的补充和完善，为促进乌蒙山和滇桂黔石漠化区扶贫开发创造良好的条件。滇黔隧道起点位于云南省昭通市镇雄县中屯镇，终点位于贵州省毕节市赫章县哲庄镇，呈近东西向展布，为双幅分离式单行曲线隧道。左线全长4 903 m，其中贵州境内起讫桩号ZK0+000～ZK3+708，洞身长3 708 m；右线全长4 903.95 m，其中贵州境内起讫桩号K0+000～K3+718，洞身长3 718 m。隧道进口端洞门均为端墙式洞门。

滇黔隧道专项施工采用新奥法原理组织施工，以机械化作业为主要施工工序，在隧道出渣方面应用无轨运输方式，在二次衬砌浇筑方面应用模板台车。滇黔隧道拟采用出口段单向进洞、进口端由中铁二十四局施工、洞内贯通施工的原则。隧道中主要有Ⅲ、IV、V级围岩，隧道开挖时应通过超前地质预报随时掌握围岩的实际变化情况，严格施工方案进行作业。清理场地后展开滇黔隧道的明挖段开挖工程，随后对隧道出口边仰坡、偏压挡墙、管棚支护进行加固处理，按照监控系统提供的信息埋设观测点。接着，施作隧道洞门套拱，打入大管棚并注浆。5～10 d后基于管棚预支护的作用进行洞身开挖，拟采用钻爆法开挖硬质围岩，采用机械开挖方法对隧道中的软弱围岩与断层破碎带开挖。开挖的同时做好监控与测量工作，以便及时发现问题并调整隧道支护参数。

2 滇黔隧道专项施工方案设计研究

2.1 洞口与明洞工程

滇黔隧道出口洞门位于哲庄镇新益村，滇黔隧道左洞洞门桩号为ZK3+708，右洞洞门桩号为K3+718。隧道端墙式洞门的正上方有民房建筑，施工之前应与当地居民协调后拆除民房，确保施工安全。对于洞口与明洞施工工程，施工工序为隧道洞顶截水沟施作→隧道洞口边仰坡开挖支护→大管棚套拱施工→大管棚施工→进入暗洞施工(约50 m)→明洞基础及洞身施工→明洞防排水施工→明洞回填。具体施工技术如下：

(1)截水沟施工。洞口边仰坡开挖线5 m以外设置截水沟，根据设计要求完成地形勘查与测量放线，确定截水沟平面位置，开挖时应用机械与人工相配合的方式，尽可能避免对植被损坏。按照截水沟周围地质情况夯实截水沟基底与沟壁，清除周围虚碴，对底部采用未风化的片石进行填筑或换填，使用碎石填补缝隙与孔洞，填筑后夯实基础，砌筑时应用M7.5浆砌片石。

(2)边、仰坡开挖及防护。开挖时严格按照开挖一级防护一级的原则进行，尽可能避免大挖大刷，仰坡坡度和临时掌子面坡度为1∶0.1。应用明挖法分层施工，第一段挖到临时成洞面，结合暗洞开挖方式预留出进洞的台阶，第二段开挖其他部分，最终产生永久边仰坡。喷锚防护应按照从上至下的顺序施工，注意坡顶喷混凝土防护层和原有坡面之间的有效衔接，防止水土流失。锚喷支护参数具体如下：φ22砂浆锚杆，L=3 m，按1×1 m呈梅花形布置，φ8钢筋网间距20×20 cm，C25喷射混凝土厚10 cm。

(3)大管棚施工。大管棚采用37根φ108，壁厚6 mm的热轧无缝钢管，钢管环向间距40 cm，超前支护长度40 m。大管棚施工时先施作套拱，埋设导向管以控制管棚间距与方向。管棚施工采取分区间隔施工，先钻孔施工奇数孔位管棚，待注浆完成后再施工偶数孔位管棚，以便检查奇数孔位注浆效果。管棚注浆采用水泥单液浆，注浆时严格掌握注浆结束标准：达到设计注浆量，或注浆压力达到设计终压不少于20 min，虽未达到设计注浆量，但压力达到终压要求可作为注浆结束标准。注浆后，用M30水泥砂浆紧密充填，增强管棚的刚度和强度。

(4)明洞混凝土浇筑。混凝土的浇筑应保证模板牢固可靠，防止后期出现爆模及漏浆情况。罐车将混凝土运输到现场，吊车配合工程完成浇筑施工。浇筑时应按照水平分层的方法进行，浇筑厚度不应超过插入式振捣器1.25倍长度，振捣器移动距离不宜过大，插入下层混凝土内的深度应保持在5 cm左右，最多不超过10 cm。

2.2 洞身开挖

滇黔隧道正洞Ⅲ级围岩、Ⅳ级围岩、Ⅴ级围岩分别采用全断面法、两台阶法、三台阶七步开挖法开挖。隧道采用光面爆破，严格控制超欠挖，控制隧道施工质量。具体施工技术如下：(1)凿岩台车对围岩掘进，没循环进尺2.7 m，挖机与装载机装渣，运输车运渣。应用光面控制爆破，防止扰动围岩，成形后展开初期支护工作。(2)台阶法台阶开挖是先开挖上半断面，待开挖至一定长度后同时开挖下半断面，上、下半断面同时并进的施工工艺。循环进尺应结合具体地质条件与支护情况决定，Ⅲ级围岩循环进尺不宜超过3.0 m，Ⅳ级围岩不得大于2榀钢架间距，Ⅴ级围岩不得大于1榀钢架间距。软质岩初期支护段封闭成环位置距离掌子面不大于35 m。

2.3 不良地质和特殊地段施工处治

隧道出口部位顶板和侧壁均为二叠系上统宜威群长兴组与龙潭组泥岩，山体浅层强风化泥岩，节理裂隙极发育且隧道顶板埋深较浅。施工开挖时，易造成拱顶崩塌，掌子面失稳，初期支护严重变形。首先，明洞软弱地基加固施工。滇黔隧道出口右洞顶板和侧壁地层应采用φ42×4 m注浆钢花管进行加固处理，对于地基软弱黏土层厚度不大(≤2.0 m)的情况下，仰拱底部换填厚度为1.0 m，采用C15片石混凝土进行基底换填。其次，软弱围岩段注浆施工。超前小导管注浆，在软弱及破碎岩层，超前小导管对松散岩层起到加固作用，注浆后增强了松散、软弱围岩的稳定性，有利于完成开挖后与完成初支时间内围岩的稳定，不至于围岩失稳破坏直至崩塌。最后，对于拱腰以上发育大型有填充物的溶洞，沿溶洞周围打设超前小导管或大管棚作内超前支枦，隧道开挖后初喷10 cm厚混凝土然后施工I20b型钢拱架，钢筋网20×20 cm(双层)及喷射50 cm厚混凝土作为护拱，并设置长3.0 mφ20药卷锚杆，在护拱保护下再施工初期支护及二次衬砌。

科学编制监测监控施工方案。监测系统与手机网络相连，通过软件对数据进行分析与处理，软件可自动生成时态曲线进行回归分析，预测可能出现的最大值，并与位移管理等级进行比较。按照位移速率情况，对围岩与支护稳定性进行判定。如果位移的每天相对净空变化超过10 mm，应重点观测此处，重视支护结构的变化情况。如果时间曲线有反弯点出现，且隧道支护结构出现了开裂与掉块现象，建议施工人员在有效时间内采取补强措施，防止隧道出现塌方危险。当位移、周边收敛、拱顶下沉达到预测最终值的80～90%，收敛速度、拱顶下沉速率分别小于小于0.2 mm/d、0.15 mm/d时，则判定围岩基本稳定，可进行二次衬砌施工。

2.4 超前地质预报

超前地质预报可以为隧道工程查明地质条件，对可能存在的风险进行预测。结合项目施工要求和业主安排，本工程超前地质预报由第三方组织负责。隧道施工位置为川滇南北构造带之东，南岭东西向构造带之北，即赫章县东北部，该区域有着45°方向平行斜列皱曲和冲断层。区域内没有断裂情况，拥有泥岩、灰岩、玄武岩，地质构造相对简单。按照隧道掌子面的地质情况，应用地质调查法、物探法、地质雷达、瞬变电磁法展开超前地质预报。超前钻探法加深炮眼至5 m；水平钻孔超前探测，即拱部、拱腰三孔水平超前钻孔，一孔取芯，30 m一个循环，5 m搭接。