公路小净距隧道浅埋段施工处理与监测分析

黄 鑫,匡渝阳

(1.浙江交工金筑交通建设有限公司,浙江 杭州 310051；2.浙江大盈建设有限公司,浙江 杭州 311203)

1 工程概况

平水隧道是杭绍台高速公路重要隧道段，线路左洞进口桩号为ZK32+474.29，出口桩号为ZK36+729，全长4254.71 m，其中ZK35+000～ZK36+741.1(1 741.1 m)隧道段，隧道方式采用双向四车道小净距隧道，埋深小裂隙水丰富，双洞净距仅为13.67 m，该工程段岩柱参数如表1所示。该隧道段设计速度100 km/h，建筑限界10.75 m(宽)×5.0 m(高)，其中行车道净宽2×3.75=7.5 m；设计纵坡控制在3%以内，采用复合式路面施作。该隧址内围岩全部由III、Ⅳ、V级构成，其中V级围岩占30.9%；两洞间开挖后的中夹岩厚仅12.28 m；重点是洞口浅埋段与断层破碎段施工，难点是后行洞开挖爆破不造成先行洞二衬混凝土开裂。

表1工程段岩柱参数如表

其中ZK35+000～ZK36+741.1工程段属于强偏压浅埋地段，主要由第四系破残积土及全风化和强风化花岗岩组成，岩石裂隙发育，岩体破碎，呈碎裂结构，岩性软弱。浅埋段设计为V级加强，工20a钢架间距0.8 m/榀支护，衬砌厚度为55 cm。

2 浅埋段施工处理

2.1 排水措施

平水隧道左线ZK35+000～ZK36+741.1工程段埋深较浅，隧道上方有溪水经过，具有覆水条件。对其进行开挖施工前，应首先做好排水设施，防止施工过程中发生隧道渗水危害。为防止隧道开挖过程中渗水的危害，将衬砌支护拱片周边夯实后，对其两侧20 cm范围内排水沟进行M10砂浆加固，防止排水冲刷对岩体的扰动破坏。

2.2 基础开挖

对ZK35+000～ZK36+741.1工程段采用人工配合挖掘机开挖，在开挖过程中对边仰坡进行及时支护，待开挖至基岩地段时，必须进行地基承载力试验，确保护拱基础的地基承载力不小于0.25 MPa。

2.3 边仰坡防护

对于该隧道段的边仰坡支护方式，采用喷锚支护的工艺流程，其工艺参数如下。

(1)边仰坡锚杆支护参数。该隧道段边仰坡锚杆支护布置，采用梅花形布置方式，其布置尺寸为1.5 m×1.5 m(横向×纵向)；锚杆采用锚固段设计长度为4 m直径22 cm的砂浆锚杆进行锚固支护。

(2)隧道边仰坡完成锚杆施工后，使用直径为6 mm，网格间距为20 m×20 cm的钢筋网片进行支护。

(3)完成以上两道工序后，对钢筋网片使用C20混凝土进行喷射施工，保证喷射混凝土的厚度为均匀的10 cm。

2.4 护拱施作

(1)为保证隧道共性衬砌稳定性，对拱形衬砌的基础进行扩大浇筑处理。对于扩大基础的浇筑本工程设计扩大基础尺寸为200 cm×100 cm，使用C15片石混凝土进行浇筑而成，为保障基础与拱片的连接牢固，在基础顶面设置直径为25 mm的螺纹钢，方便连接。

(2)隧道衬砌护拱施工。该隧道护拱施工采用内外模固定，混凝土进行浇筑的施工方式，在进行模板支护时，需时刻对支护模板进行加固，并对模板的平整度及定位进行实时测量，防止进行混凝土浇筑过程中发生胀模、跑模现象。当模板支护加固完成后，采用C25混凝土进行浇筑，浇筑过程中对混凝土进行振捣，保证其密实度符合要求。

(3)护拱顶部回填。当支护的护拱混凝土养护强度达到设计强度值时，方可进行拱顶回填。护拱顶部回填应按照工程量进行分步进行，一般易分为两步进行。本工程中第一步回填至拱顶1 m处，等暗洞施工完成后进行最后一步回填，直至回填高度达到设计值。

2.5 超前支护

为保证工程的安全进行，本工程在超前支护方案设计上，采用多方案并行，与实际工程相结合的方式。即在施工初始设计多种超前支护方案，依据现场实际施工情况，对图纸和工程进行对比比选，经过可行性论证，最终选择采用“双层小导管+护拱+双层小导管”超前支护方案。即在浅埋段完成护拱施工后，在隧道洞身处设置双层直径为50 mm的小导管，导管纵向设置间距为2.4 m。施工工序如下。

(1)施工前准备。对设计图纸进行阅读论证，对施工设计工序进行检验；其次依据工程地质条件，设置注浆类型及相关施工参数；依据试验对施工过程中的注浆半径、单管注浆量及注浆压力进行计算分析；最终确定导管施工间距，对施工设备及耗材进行加工准备。

(2)施工小导管准备。施工过程中的双层小导管采用壁厚5 mm，直径50 mm的无缝钢管进行制作，小导管长度4.5 m，导管前部设计为锥子型加工，为保证注浆效果，在小导管的中部3～3.4 m设置注浆孔，注浆孔为孔径8 mm的圆孔，孔间间距为30 cm且成梅花形布置。

(3)安装注浆小导管。对于注浆小导管设计位置及间距进行孔位布置，易采用角度为10°～40°交叉式布置进行安装，小导管间的环向间距控制在30 cm。钢支撑与小导管间的纵向搭接长度不小于1.2 m，其纵向间距为2.4 m，其搭接位置应控制在150°拱部范围内。

(4)进行小导管注浆工艺。开始注浆前，在坑道的注浆开挖面与5 m范围内的裸露面进行喷浆保护，喷浆保护层的厚度控制在50～100 mm范围内。本工程中的注浆浆液为水泥浆，其水灰比为0.5∶1。

(5)注浆注意事项。在注浆过程中，为防止出现注浆孔口塌陷或污染孔洞，采用堵塞物对注浆孔进行封堵。进行逐次注浆时，采用铁纤或高压风箱对注浆孔进行清洁处理，防止杂物污染浆液，影响注浆质量。在注浆过程中时刻观察注浆压力，防止注浆管堵塞产生爆管危害。为保证注浆的顺利，在注浆前对浆液配比进行反复试验，确保注浆凝结时间及流动度符合施工要求，其次也可才采用间歇式、小泵量等注浆方式进行调控。

2.6 浅埋段洞身开挖支护

本工程段隧道洞身为浅埋隧道,其开挖方法为单侧壁导坑法，在开挖过程中严格按照“弱爆破，短进尺，常测量，快支护，早封闭”原则。为保障工程施工的安全进行，当单侧台阶开挖完成，应及时完成初期支护，同时为增加拱脚围岩稳定性，及时进行拱脚锚杆设置，此外应及时完成仰拱及下台阶施工，并及时完成支护体系的封闭。当施工过程中出现地质条件差时，易采用洞内衬砌加固与地表注浆加固的综合处理方式进行围岩加固。

3 监控量测

当隧道进行新奥法复合式支护开挖及施工共过程中，为掌握隧道围岩及支护结构的力学变化信息，保障工程的安全进行，常采用隧道施工现场检测控制的方式，对隧道施工及支护进行工程数据监测。除此之外，还可通过施工过程中的数据监测，对隧道围岩的初期支护、二衬施工、支护及围岩力学信息进行获取，进而保障施工的安全进行，优化施工工序，以达到隧道施工的安全进行及节省施工损耗的目的。施工监测控制应贯穿施工整个过程，其监测目的主要为。

(1)获取隧道围岩及支护结构施工动态信息，依据获取的施工动态信息，对隧道施工进行指导作业。

(2)依据获取的隧道围岩及支护在施工过程中信息变化，对隧道施工及设计进行优化，进而达到安全施工及经济施工的目的。在隧道开挖过程中，应对每个工序完成时隧道围岩信息进行观察分析。对隧道施工作业面的隧道围岩位移、混凝土喷射效果、应力变化及节理裂隙的分布状态进行分析，研究其信息变化规律。当工程监测信息发生突变时，应及时对施工状态进行安全评判，防止施工过程中出现工程安全事故。

3.1 拱顶沉降

对隧道浅埋段拱顶位移变化监测曲线进行绘制，如图1所示。由图可知，隧道浅埋段拱顶沉降在开挖施工初期发生较大位移变化，其中ZK35+133断面的8 d计拱顶沉降为16.1 mm，由于在初期隧道开挖过程中，混凝土尚未凝结产生强度，难以抵抗围岩变形产生的位移，随着养护时间的增加，混凝土逐渐达到设计强度，此时拱顶沉降累计值稳定在13.0mm。采用双层小导管注浆处理的浅埋段ZK35+123工程段，拱顶累计沉降量18.1 mm，沉降位移变化符合设计需求。

图1 浅埋段拱顶沉降时程变化曲线

图2 浅埋段周边收敛时程变化曲线

3.2 周边收敛

绘制浅埋段隧道周边收敛位移变化规律，如图2所示。由图可知，在开挖初期两个开挖断面的洞周收敛不断向洞内发生位移变化；当开挖至20 d，其洞周收敛变化速率逐渐降低且位移变化逐渐趋于稳定，在开挖前20 d，其洞周收敛位移变化速率最大。当浅埋隧道开挖至35 d右时，由于开挖过程中前后掌子面爆破施工扰动，ZK35+133断面洞周收敛位移变化波动较大。当开挖60 d右时，隧道开挖贯通，此时ZK35+133及ZK35+123断面最终洞周收敛位移分别为8.66 mm和8.24 mm，较为接近且都符合施工设计需求。

4 结 语

(1)以杭绍台高速公路平水隧道为工程背景，采用“双层小导管+护拱+双层小导管”施工工艺，对隧道围岩进行超前支护，对于浅埋段隧道采用单侧壁导坑法进行开挖时，可取得较好的施工效果。

(2)通过对施工现场工程监测数据进行分析可知，采用本文所述处理方法进行隧道施工开挖时，该方案对围岩洞周收敛及拱顶沉降等总体控制较好。

(3)由隧道围岩监测数据可知，当浅埋段隧道在开挖过程中其邻近隧道洞周收敛受到波动影响较大，在施工监测时，应对该部位围岩变形进行实时监测分析。