山岭隧道穿越既有洞室小角度交叉口施工技术

(东平湖管理局梁山黄河河务局，山东 济宁 272000)

近年来，我国公路隧道建设高速发展，规模大、速度快。建设过程中，受复杂水文地质条件、地震及规划设计调整等多方面因素影响，施工期采用洞内改线的方式避绕不良地质段落或新建山岭隧道穿越既有废弃洞室小角度交叉口，运营期采用洞内改线保证隧道与周边路网的衔接，该施工新技术取得了良好的效果。

1 施工工艺特点及原理

1.1 施工工艺特点

新建隧道与既有隧道间空间位置形态为小角度相交，可在满足线路平顺的前提下，为公路隧道线路布置提供更多的方案选择。

新建隧道段开挖将对围岩造成二次扰动，本技术充分利用围岩的自稳能力，根据交叉口开挖跨度及中夹岩厚度不同，分区进行施工，无须采取大断面扩挖的方式，结构简单、经济性好。

在废弃洞段设置施工支洞通往新建洞段，可形成两个工作面。利用通往交叉口方向的工作面对交叉口位置的新建隧道进行施工，可降低施工难度；利用远离交叉口方向的工作面可进行新建隧道的施工。

利用监控量测指导施工，动态修正施工方法和支护参数。当地质条件发生变化，监控数据异常时，可快速调整施工工序及支护参数，确保施工安全。

本技术适用于山岭隧道穿越既有洞室，新建隧道与既有洞室交叉角度小，交叉口围岩级别为Ⅲ级及以上，具有一定自稳能力的情况。

1.2 施工工艺原理

本技术采用新奥法基本原理，视围岩为结构的一部分，以充分发挥围岩自承载能力为原则进行施工。

基于既有隧道及新建隧道的线形，根据隧道开挖跨度将交叉口分为4个区：护壁区、减跨区、扩挖区及一般区。同时在一般区段和既有隧道之间适当位置设置施工支洞，达到新建隧道正常掘进与交叉口处理平行作业，以及减小交叉口处理难度的目的。交叉口分区见图1。

图1 交叉口分区(单位：m)

a.一般区为新建隧道与既有隧道中加夹岩厚度d>0.75B的洞段(B为新建隧道开挖跨度)。

b.护壁区为新建隧道与既有隧道中加夹岩厚度0

c.减跨区为总开挖宽度B总≥14m的洞段至中夹岩的起始段。按公路隧道开挖跨度分类，开挖跨度大于14m的隧道为大跨度隧道，该区段采用浇筑混凝土立柱作为永久结构，可以减小结构跨度。

d.扩挖区为总开挖宽度B总<14m段的洞段。对该区段进行扩挖处理，并采用浆砌片石及混凝土回填既有隧道与新建隧道之间的空间。

各交叉口典型分区见图2～图4。

图2 护壁区典型衬砌结构

图3 减跨区典型衬砌结构

图4 扩挖区典型衬砌结构

2 施工工艺流程及操作要点

2.1 施工工艺流程

山岭隧道穿越既有洞室小角度交叉口施工工艺流程见图5。

2.2 施工工艺流程中的操作要点

2.2.1 施工准备

施工前严格测量控制，复测导线点，新建洞段施工中线及高程满足要求，使新建洞段与既有洞段顺利过渡。编制施工方案及技术交底文件，根据洞室尺寸加工工字钢拱架，对施工支洞、新建洞段所需型钢拱架等施工材料分类标示。

图5 山岭隧道穿越既有洞室小角度交叉口施工工艺流程

2.2.2 总体开挖方式

隧洞开挖前先进行地质预测预报，探测不良地质情况，及早采取超前注浆、提前支护等预防措施。洞身采用先下导洞再扩挖的方法开挖，以减少爆破对围岩的影响。开挖采用凿岩台车钻孔，非电毫秒微差爆破，周边光爆，循环进尺2～2.5m。隧洞的开挖与喷锚支护应同时进行，由于隧洞的断面不大，采用全断面开挖方式，爆破采用光面爆破，隧洞爆破一段出渣完后进行喷锚支护，开挖一段支护一段(中硬岩一次开挖长度为2.0～2.5m，软质岩石一次开挖长度为1.0m),以确保安全。

a.爆破方式采用成洞光面爆破，光面爆破能够有效地控制周边开挖轮廓，减少对围岩的扰动，保持围岩稳定，有效控制超欠挖，提高工程质量和进度，确保施工安全。

b.炮眼布置。采用风动凿岩机钻孔，炮眼位置及数量严格按照规范要求及技术交底施工，特别是周边眼和掏槽眼的位置、间距及个数，未经工程师的许可不得随意改动。准确定位钻杆，钻孔位置误差不大于5cm。

c.爆破参数。由于隧洞开挖过程中围岩类别千变万化，在现场施工时，采用工程类比法初选爆破参数，通过现场试验及时调整并确定有关爆破参数，以取得最佳爆破效果。

d.装药结构。软弱破碎围岩地段，采用不耦合装药结构，使用200个φ25小直径炸药间隔绑扎装药结构，炮眼直径为40mm，不耦合系数一般在1.4～2.0范围内，采用不耦合装药结构，可进一步减弱爆破对围岩的破坏，以维护软弱围岩的稳定。

2.2.3 支洞施工

a.对支洞开口处钢拱架进行锚管锁脚加固。

b.剥离支洞开挖轮廓线范围内已施作喷射的混凝土，割除支洞轮廓范围内钢拱架后，及时设置型钢门架，作为正洞钢架的落脚平台。

c.施工支洞开挖支护。由于支洞断面不大，采用全断面开挖，每循环进尺为1～1.5m，及时施作系统锚杆、钢筋网、型钢拱架，喷射混凝土，封闭成环。钢架、网片锚喷支护要紧跟开挖进行，以利于发挥围岩的自承能力，保证施工安全。

d.开挖到新建隧道位置后，以圆曲线形式上坡挑顶至正洞设计内轮廓，最后落底形成全断面开挖，开挖一定距离后，转向相反方向扩挖未达到正洞设计内轮廓的部分，使新建洞段交叉口形成设计标准断面。施工时应做到随挖随支，并在支洞口部设置型钢支撑门架，作为新建洞段钢架的落脚平台。

2.2.4 一般区段施工

根据地勘报告，本区段隧洞可采用全断面法进行爆破开挖，如遇局部软岩层，为保证施工安全，可采用台阶爆破或分块环形爆破开挖法(或半断面法)进行施工，将隧洞分为上下两层向前掘进，先开挖上部分，完成支护后再开挖下部分。

根据实际爆破效果及时对爆破参数进行调整，严格控制爆破参数，最大幅度地减小对围岩的扰动，并严格控制超挖。

2.2.5 护壁区段施工

为保证中夹岩柱稳定，在既有隧道内靠近新建隧道一侧增设1.5m厚C25混凝土护壁，并且分别在既有隧道拱肩及护壁底部设置C20砂浆锚杆，将混凝土护壁柱与中夹岩柱连接为整体。

混凝土护壁浇筑之前，应凿除既有隧道已施作的喷射混凝土，立柱浇筑后，尽快在其顶部进行水泥浆注浆回填，确保混凝土护壁与开挖基岩密贴。

既有隧道加固完成后，进行护壁区段隧道开挖、支护。开挖时应采用短进尺、弱爆破施工工艺，减小爆破对混凝护壁的破坏，并保证初期支护与混凝土密贴。该段宜采用超前导洞及周边扩挖法。

2.2.6 减跨区段施工

根据新建隧道的开挖轮廓，浇筑C25混凝土立柱。立柱一侧与拟建隧道的开挖轮廓一致，另一侧直立，并保证最小厚度为1.5m。既有隧道拱肩及立柱底部设置C20砂浆锚杆，锚杆外露一定长度埋入混凝土立柱。

立柱浇筑之前，应凿除既有隧道已施作的喷射混凝土，立柱浇筑后，顶部采用水泥浆注浆回填，确保立柱与开挖岩面密贴。

既有隧道加固完成后，进行减跨区段隧道开挖、支护。新建隧道开挖过程中，需要割除既有隧道钢拱架，并设置锁脚锚管。开挖时应采用短进尺、弱爆破施工工艺，减小爆破对混凝土立柱的破坏，并保证初期支护与混凝土立柱密贴。

2.2.7 扩挖区段施工

扩挖时涉及割除既有隧道钢架，应在钢架切割前设置锁脚锚管。施工中，每循环开挖长度不应大于2榀拱架间距，并保证开挖一循环，支护一循环，再割除一循环。

为保证新建隧道初期支护受力良好，初期支护背后的既有隧道采用浆砌片石或混凝土进行回填。对于回填宽度大于等于1m的洞段，采用浆砌片石回填，回填高度不小于5m；对于回填宽度小于1m的洞段，采用泵送混凝土或喷射混凝土密实回填。

2.2.8 废弃洞段回填

由内而外对减跨区、护壁区范围废弃洞段采用洞渣回填，以增加立柱及护壁混凝土的稳定性，减小废弃洞段的永久高度。洞渣回填高度按不小于5m控制。

2.2.9 施工支洞封堵

交叉口施工完成后，对靠近新建隧道一侧的施工支洞口部采用混凝土回填封堵，封堵厚度不小于2m。

3 工程应用

3.1 卡杨公路面上湾隧道

原面上湾隧道、上苦苦隧道位于卡杨专用公路K37+041～K38+350段，为三级公路隧道，建筑限界为8.5m×5.0m(限宽×限高)，两隧道之间以明线道路相连。两隧道分别于2012年1月和2012年7月贯通。受2012年汛期强降雨影响，两隧道之间原本处于稳定状态的崩坡积体发生较大变形，路基上、下方边坡均出现多处裂缝，断续延伸，路基发生沉降，路肩挡墙下沉并外移，存在整体失稳的重大风险。为确保该段线路施工及运营期的安全，经方案比选与专家论证，该隧道采用洞内改线的方案绕避出口垮塌段，不再采用已出现险情的明线段。面上湾隧道施工期明线路基大变形见图6。

面上湾改线段采用隧道形式将原面上湾隧道、上苦苦隧道相连。改线段隧道与既有两座隧道在洞身段相接，并形成小角度交叉口，原面上湾隧道进口段、上苦苦隧道出口段保持不变。面上湾隧道改线方案见图7，施工情况见图8～图9。

图6 面上湾隧道施工期明线路基大变形

图7 面上湾隧道改线方案平面图

图8 护壁区及回填

图9 施工支洞及新隧道

3.2 卡杨公路巴斗罗隧道

巴斗罗隧道位于卡杨公路Ⅱ标段，隧道长887m，采用公路三级标准建设，设计时速为30km/h。施工期间，受雨季期间局部超强降雨的影响，隧道出口尚未施工的明线段(K11+720～K12+300)路基上方的山体自然边坡出现大规模的塌方，最高边坡高达140～180m，原有地形、地貌发生了改变，按原设计线路进行施工极其困难，且无法确保运行期安全。该隧道采用洞内改线的方案绕避出口垮塌段。巴斗罗隧道改线方案见图10，巴斗罗隧道洞内小角度改线施工情况见图11。

图11 巴斗罗隧道洞内小角度改线施工

4 结 语

隧道内小角度交叉口是新建隧道和废弃洞室的交汇点，该段的施工制约着隧道的工期。本技术利用围岩自稳能力，通过锚喷支护、浇筑混凝土立柱(护壁)及监控量测等常规工程措施，实现中夹岩加固和安全施工的目的，因无须大规模扩挖围岩，经济性较好，通过增设施工支洞，可形成正反两个工作面，不仅可以降低交叉口施工难度，而且可保证新建隧道的正常施工进度。

本技术在卡杨公路两座隧道绕避不良地质段的洞内改线施工中得到成功应用，实现了安全施工、环境保护、按期完工的目标，具有较好的推广应用价值。