复杂地质隧道出口超浅埋段导洞法双向施工技术

2021-05-27杨亚孝中铁十六局集团第三工程有限公司浙江湖州313000

安徽建筑 2021年5期

杨亚孝（中铁十六局集团第三工程有限公司，浙江湖州 313000）

0 前言

隧道建设一直以来作为公路铁路施工中关键控制性工程，施工难度大，风险高，因此许多专家学者对此进行研究。特别是隧道进出口施工，由于盖层薄，围岩风化严重，给施工带来极大的困难，传统隧道出口施工都采用大管棚进行超前防护施工，但对于一些地域受限地区，由于空间狭小，难以进行管棚搭设，因此给施工带来极大的困难。本工程中，针对上述问题，采用导洞法双向施工技术，即先导洞施工出洞，再反向开挖的方法有效解决出洞难题，保证了施工安全和进度。

1 工程概况

奉节隧道全长13472m，设计时速350km/h，为单洞双线大断面隧道，出口采用桥台进洞，明洞长10.55m，与金桥双线中桥桥台紧邻相接。隧道出口属剥蚀低山地貌，斜坡基岩大部裸露，洞身穿越基岩侏罗系下统下沙溪庙组（Jxs），上沙溪庙组（Js）泥岩夹砂岩，岩层单斜，倾角变化较大，岩体较破碎。

2 施工方法

2.1 施工方案

洞口段传统大管棚超前支护施工，虽可最大限度地控制隧道变形沉降、保证施工安全，但也存在施工工序繁琐，工序施工时间长且无法平行作业，同时管棚施工需提前做好场地清理及风、水、电保障工作。特殊情况下，由于洞口处受地形条件以及复杂地质条件限制，现场无法进行大管棚施工，因此需要寻找新的安全可控、工期较短以及成本经济合理的施工方法。

奉节隧道出口位置山势陡峭，以V级围岩为主，围岩岩性为泥岩夹砂岩，岩体裸露较破碎，覆盖层较薄，洞口段30m范围内洞顶覆盖层厚度为0.5～3.5m，洞口明暗分界处仅0.5m厚，且与之相邻的金桥双线中桥桥台正在施工，现场不具备大管棚施工条件。通过与参建各方现场实地踏勘后，确定采用导洞法双向施工，导洞法施工可有效保证拱部的稳定，洞外反向支护加强了洞口及边仰坡的稳定，逆作法施工工序简单，工序循环时间短，工期可控，同时可直接利用洞内设备施工，成本明显降低。该方法具体为洞内导洞出洞+洞外支护，洞内导洞采用双层小导管超前支护方式出洞，洞外支护采用型钢钢架支护+混凝土模筑衬砌，施工参数：φ42mm双层小导管长度为4m/根+7m长自进式锚杆，全环设置I22a型工字钢拱架，间距0.6m/榀。

2.2 施工步骤

奉节隧道出口原地面坡度较陡，覆盖层较薄，围岩以泥岩为主，施工遵循“早进晚出”的原则，施工前应首先对边仰坡进行防护。出洞施工分为四步：第一步，先进行DK734+600～DK734+608段洞内施工，采用下台阶小导洞出洞，喷射混凝土支护，施工至DK734+608后停止；第二步，DK734+612～DK734+608段由洞外向洞内施工，施工至DK734+608停止；第三步，DK734+600～DK734+608段开挖至设计轮廓并按设计要求进行支护；第四步，DK734+600～DK734+612仰拱初支及时封闭。具体施工如图1所示。

图1 现场出洞施工示意图

3 出口双向施工技术

3.1 洞内导洞施工

由于此段覆盖层较薄，先对DK734+600拱部区域进行自进式锚杆和超前小导管施作，以保证拱部稳定，开挖时上台阶掌子面停止施工，开挖面下降2～3m至下台阶，由下台阶采用小导洞施工出洞，小导洞开挖后及时喷射混凝土封闭，每次开挖进尺控制在1.5m左右，施工过程中，上台阶未开挖层作为覆盖层，以确保施工安全，根据围岩情况按照要求I18临时钢架锚喷施工，然后按照上述工序持续施工至DK734+608处，喷混凝土封闭掌子面停止施工，转入洞外施工。

小导洞施工要求：小导洞位于掌子面中下部，截面尺寸为4.5m（宽）×4.5m（高），以方便施工机械施工为宜；小导洞每循环按双层小导管法预先做好超前支护，每循环掘进按不超过2榀钢架间距控制，支护范围为小导洞拱部；每循环开挖完成后及时施作初期支护，采用I18钢架喷射混凝土支护，钢架间距0.8m，@20×20cm的φ6钢筋网+25cm厚C20喷混凝土；小导洞每循环施工增加若干个探孔，探孔深度为循环进尺+3m，以探明具体的剩余距离，便于安全出洞；小导洞施工采用机械开挖配合弱爆破，减少对周边围岩及洞顶的扰动。每循环开挖完毕后立即施作初期支护，尽快封闭围岩；小导坑开挖过程中，加强对地表监测，发现异常及时处理。小导洞施工前对原地面进行一次复测，准确掌握出洞时洞顶的覆盖层厚度，确保施工安全。

3.2 洞外反向立架施工

3.2.1 DK734+612～DK734+608段洞外施工

洞内施工至DK734+608后，开始DK734+612～DK734+608段施工，采用破碎机进行开挖，每次开挖一榀钢架间距后及时架设1榀I22a工字钢拱架，在钢架上部外侧安装模板保证喷混凝土厚度，模板采用Φ22分布筋与钢架焊接固定，待喷射混凝土后拆除。后续凿除一环支护一环，施工至DK734+608后按照倾斜度要求进行立架喷射混凝土支护，立架时注意倾斜度，根据洞口坡度进行立架（见图1)，最后拱部立模浇筑混凝土覆盖，以保证洞口稳定。

3.2.2 DK734+600～DK734+608段拱部开挖

贯通后对DK734+600～DK734+608段拱部进行开挖，开挖前先施工自进式锚杆和超前小导管支护，采用弱爆破剥离开挖，并按设计要求进行初期支护，开挖一榀支护一榀，直至拱部开挖出设计轮廓。钻爆施工时严格按照“短进尺、弱爆破、快封闭、勤量测”的原则进行施工，严格控制装药量，增加周边眼和辅助眼的数量，掏槽眼数量增加，掏槽眼长度递减设置，进行剥离爆破，减少对围岩的扰动。

3.2.3 自进式锚杆施工

3.2.3.1 施工工艺流程

自进式锚杆施工工艺流程如图2所示。

图2 自进式锚杆施工工艺流程图

3.2.3.2 施工工艺

自进式锚杆主要采用钻神ZML-120锚杆钻机施工，根据已测量定位好的位置，将超前自进式锚杆角度调整为3～5后开始钻进。每根锚杆由两节2m和一节3m节段锚杆连接而成，并在第一节锚杆安装专用钻头，施工中逐节钻进，节间由专用连接套筒连接牢固。锚杆施工完成后，连接注浆设备开始注浆，注浆压力一般控制在0.5～1.0MPa，水泥浆水灰比宜控制在1:0.8～1:1之间，注浆压力和注浆配合比可根据施工需要经试验后调整。锚杆施工如图3所示。

图3 单根7m长锚杆施作示意图

3.2.3.3 单根锚杆注浆量计算

注浆量计算：浆液扩散半径r=0.45m；锚杆长度l=7m；岩体孔隙率取a=0.2；注浆量 V=πr2×l×a=3.14×0.45×0.45 ×7 ×0.2=0.89m，共50根计44.5m。

4 安全措施

4.1 超前地质预报

严格按照要求落实超前地质预报，核对实际地质情况与设计是否一致，若不一致立即停止施工，调整施工方案，经论证无安全问题或处理完善后，方可进行施工。

4.2 监控量测

分别在 DK734+600～DK734+612段洞内及地表布设监控量测点，洞内布点加密为每2.5m布置1个拱顶沉降观测点和2个净空水平收敛量测点，地表布点沿隧道中线方向间隔2.5m设置一处地表沉降观测桩，设置6排，中心观测桩两侧20m范围内每2.5m各设置一处地表沉降观测桩，观测桩位置编号采用洞内里程桩号编设。洞内观测点埋设稳定12h内（最迟不得大于24h）读取初读数，后每天根据隧道实际变形速率和测量断面距开挖工作面的距离确定观测频率；洞外观察重点应在洞口段地表开裂、沉陷以及边仰坡稳定状态等，出现异常变化时及时反馈。由于洞口段隧道地质条件复杂，在必测项目基础上，增加了喷射混凝土内力、锚杆轴力、钢架内力等选测项目，为隧道安全提供了监测依据。