论低丘陵区不良地质条件隧道开挖技术

兰俊刚

（中交四公局第九工程有限公司， 北京 朝阳 100102）

1 工程概况

溪里冲隧道位于湖南省吉怀高速公路TJ13 合同段，设计为整体式隧道，左线长度分别为：415m，起讫桩号为ZK65+855～ZK66+270；进洞口处图纸设计标高+462.523m，出洞口处图纸设计标高+451.730m;隧道最大埋深约68m，属短隧道。隧道施工现场见下图1.1.

2 工程地质及水文地质条件

2.1 工程地质

2.1.1 地层岩性

溪里冲隧址处岩层为钙质含量较高的紫红色泥质粉砂岩夹粉（细）砂岩，主要薄弱结构面呈块石状镶嵌结构，原岩结构已经大部分被破坏；溪里冲隧道岩石风化裂隙，岩石埋深较浅，岩体表部被剥蚀卸荷，卸荷裂隙发育，结构面的分布分规律受到破坏，错呈张开状，这些岩层结构面多呈散体结构或碎裂结构。溪里冲隧道左边洞口左侧的山体十分陡峻，山体厚度较小，存在偏压。洞口宜采取截流、疏排措施。

2.1.2 地质构造及地震

该隧道区域地址构造部位处于湘黔构造变形区西南缘，构造单元为四级，其主要的构造形迹、展布方向为向北和北东方向之间的方向延伸-东北向。

2.1.3 岩土体工程地质特征及隧道围岩级别划分

根据隧道围岩分级标准《公路隧道设计规范 JTJ 026-90》，综合钻探资料及地调成果综合判断，本隧道围岩可划分为Ⅳ、Ⅴ级。

2.2 水文地质条件

2.2.1 地表水

山岭地区为缩短历程，设置溪里冲越岭隧道，山岭地区内地表水系发育不好，地表水体不能常年性流动，仅发现两条雨季冲沟。

2.2.2 地下水

隧道地下水主要为表层残坡积黏土、碎石土中的孔隙水、基岩风化带内的裂隙水和岩溶水，水量大小受到的影响来源于季节变化与基岩风化带内裂隙发育程度，汇水面积0.24km。

2.3 不良地质分析

隧道区内凝灰岩属弱溶性岩，含水量比较丰富影响本工程施工，且该段隧道口地形较陡，边坡及浅埋段土层容易受影响而发生崩塌，必须在施工工程中及时采取支护措施，确保施工安全。本隧道90%为Ⅳ级围岩，10%为Ⅴ级围岩，洞身整体地质状况较好，但洞口及浅埋段的岩体地质情况相对比较差。隧道穿过山体的地表及地下水分边界部位，地表水育不发达，从而便于大气降水的径流排泄，相反洞口适合采取截流、疏排。

3 开挖方案

3.1 隧道设计标准

隧道内采用100km/h 四车道高速公路标准进行设计，主要技术标准如下：

1.公路等级：一级；

2.洞内计算行车速度：80km/h；

3.隧道建筑界限：

限界净宽：检修道宽度0.75m+侧向宽度0.5m+行车道宽度4*3.65m+侧向宽度0.5m+检修道宽度0.75m=9.8m 、限界净高：5.0m。

4.设计荷载：公路—I 级。

3.2 开挖方案的选择

3.2.1 开挖方案分析及比选

根据溪里冲隧道所处的地质条件、地形条件、隧道长度、跨度、埋深考虑，施工技术难度以及施工机械设备的要求，施工对环境的影响以及是否经济合理等方面进行综合比较，拟定适合该隧道的开挖方案。

表3 .1 施工方法比较

3.2.2 开挖方案的确定

由于溪里冲隧道的围岩等级主要为Ⅳ和Ⅴ级，以中风化凝灰岩夹强～中风化粉砂质板岩为主，溪里冲隧道的长度较短且埋深较浅。因此结合各种施工方法的特点、技术难度及综合各种方案的工程造价，溪里冲隧道的开挖方式将采用方案CD 法比较合适。溪里冲隧道在进洞口及隧道出洞口Ⅴ级较软围岩处将采取分部（环形）留核心土开挖方法施工。

施工顺序说明：（1）上弧形导坑开挖；（2）拱部初期支护；（3）预留核心土开挖；(4)下台阶左部开挖；（5）下台阶右部开挖；（6）仰拱超前浇筑；（7）全断面二次衬砌。

隧道施工至中间段挖到Ⅳ级围岩后，将采用台阶发开挖施工。

4 支护方案

4.1 初期支护及辅助施工措施

4.1.1 初期支护的一般要求

隧道开挖后，为增加结构安全和便于施工，控制围岩应力释放和边线，开挖后施工制作刚度不大并能永久承载一部分结构的结构层。

4.1.2 初期支护施工具体要求

开挖后应立即对岩面采用湿喷工艺施工，喷射混凝土，支护应与围岩粘结，不能有空洞，用以防止岩体发生松动。喷射作业采用分段及分片进行施工，由下而上喷射，每次作业区段的纵长度最好小于6m。断面开挖后必须及时进行喷射混凝土作业，如采取全断面方式开挖，则4h 之内不应进行下次爆破距喷射混凝土作业。应随拌随喷混凝土混合料，回弹物不得重新用作喷射混凝土材料。初喷厚度不小于50mm，同时根据图纸设计厚度及喷射的部位确定一次喷射的喷射厚度。复喷一次喷射厚度拱顶不得大于90mm、边墙厚度不得大于130mm。首层进行混凝土喷射时，需将小的凹坑喷圆顺。如墙壁岩面有严重的坑洼，施工时将处采取锚杆吊模模喷砼方式进行作业。混凝土喷射施工时应以适当厚度分层进行，后一层喷射时，必须在前一层混凝土终凝后进行施工作业。若混凝土终凝后时间间隔大于1.5h 且初喷表面已落上粉尘时，受喷面应采用高压风水进行清洗。进行喷射混凝土施工时喷嘴应垂直岩面，喷嘴离岩面0.7m～1m 为宜，喷射料束与受喷面垂线的夹角成9°时最佳。喷射过程中，喷射料束以螺旋形式运动，喷射机的工作压力保持在0.12MPa。用混凝土填充钢架与壁面之间的间隙时，间隙填充必须密实。喷射混凝土时应从两侧拱脚处向上均匀对称喷射，同时将钢架覆盖其中，确保将其背面喷射填满，粘结良好。拱脚基础喷射混凝土时需喷射密实，严禁喷射后存在悬空现象。喷混凝土终凝2h 后，应及时进行喷水养护，且养护时间不得少于8d。当隧道内环境温度低于+6℃时，停止喷水养护。

4.1.3 辅助施工措施

本段隧道设计采用的施工辅助措施主要有超前大管棚、超前小导管、超前注浆等。超前大管棚正常设置在洞口两侧，主要起承载作用。减少了工作面的土压力，阻止隧道施工塌方和仰坡发生破坏变形；超前小导管对稳定开挖工作面有很好的作用，主要对Ⅴ、Ⅳ围岩段适用，可预防隧道开挖过程中发生塌方，在地下水发育不良地段、可能发生涌水地段及岩体破碎地段，提前将浆液填充围岩裂隙中，通过注浆方式来提高围岩的力学指标，以达道阻塞水流，加固围岩的结构受力稳定开挖条件。

4.2 确定隧道衬砌结构

用新奥法原理作为溪里冲隧道洞身衬砌设计指导，使用初期支护与二次支护的复合式衬砌。初期支护以系统锚杆、喷射混凝土、工字型钢架、钢筋网作为，依据不同的围岩级别辅助超前大管棚、超前小导管的超前支护措施，采用模筑钢筋混凝土的除尘器，在初期支护与二次支护之间防水层敷设厚为1.2mm 防水板及无纺土工布350g/m2。

4.3 仰拱与铺底

4.3.1 仰拱的一般要求

1、在隧道的进口和出口，隧道围岩的自我稳定能力弱，为改善上部支护结构受力条件，在隧道底部设置仰拱。在建有仰拱的时候，应按时施工，用以早闭合支护结构，改善围岩受力抵抗隧道下部上传的反力、增加结构稳定。

2、在拱墙混凝土及二衬施工前应完成仰拱顶上的填充层及铺底，为利于衬砌台车模筑混凝土施工，衬砌循环作业长度最好保持超前3 倍以上，仰拱与铺底施工距掌子面、铺底与掌子面距离不超过60m

3、仰拱施工时尽量不要左右半幅分次浇筑，最好能一次浇筑成型整断面。接缝处平顺做好防水处理的情况下，铺底的混凝土可进行半幅浇筑施工。

4、按已经审批经过的开挖方案结合拱墙施工严格进行仰拱开挖工作，并及时进行仰拱模筑混凝土施工及仰拱初期支护，实现支护结构早闭合。

5 工程质量及安全保障体系

5.1 工程质量保证措施

1、严格进行安全技术交底制度，加强人员岗位培训；

2、工程施工实行现场标牌管理；

3、组织强有力的测量人员进行测量控制。严格执行复核制度、交底制度，确保工程测量万无一失；

4、加强过程控制，严格要求工程质量，加强施工过程的试验和检验；

5、做好施工材料的质量控制。

5.2 安全保证措施

隧道施工安全是项目重中之重，为确保安全生产，针对本隧道特点，制定切实可行的安全措施。原则“安全第一，综合治理”。

6 小结

（1）AC-8 目标配合比为粗集料（5～10mm 碎石）：细集料（0～5mm 机制砂）：矿粉=61:30:9，最佳油石比为6.45%，最佳油石比为6.35%。

（2）温度和湿度变化均影响了混合料的构造深度，当湿度保持不变时，随着温度的升高，试件的构造深度均值逐渐降低，当温度保持不变时，随着湿度的增大，试件的构造深度均值逐步变大，但变化幅度较小，湿度变化相对于温度变化对试件的构造深度影响较小。

（3）湿热环境导致沥青路面油石比不稳定，从而造成沥青路面构造深度衰减较快。油石比影响了沥青路面的抗滑性能，可从调整最佳油石比、采用高品质沥青、改善粘附性等入手提高超薄磨耗层的抗滑性能。

（4）油石比影响了试件的残留率，随着油石比的增大，试件的构造深度残留率越小，并且残留率随着油石比增大降低显著。本文采用的6.35%最佳油石比也保障了超薄磨耗层的构造深度残留率达到规定要求。

（5）车辙试验时间影响了试件的构造深度残留率，车辙时间增大，试件的构造深度残留率减少。车辙试验中应确保车辙时间的一致，避免由于车辙时间不一致造成试验结果误差。