七线并行小间距浅埋特大断面隧道群施工技术

吴发展

(中铁隧道集团二处有限公司，河北 三河 065201)

大断面隧道施工采用分部开挖方法将大的断面化成小断面施工，使小断面施工开挖轮廓尽可能快地形成封闭式承载结构，方法主要有三台阶七步开挖法、交叉中隔壁法(CRD法)、中隔壁法(CD法)、双侧壁导洞法等[1]，如西塬大断面隧道Ⅴ级黄土地段采用分部开挖法[2]。小间距并行隧道施工顺序应合理。李友强等[3]介绍地铁区间超小净距三洞并行隧道施工技术，先开挖左右两条隧道至一定位置后，再开挖中间的隧道，并行隧道群“群洞效应”非常明显，为减小并行隧道间的相互影响，后施工的隧道进度滞后于先施工的隧道15 m～50 m。马军秋[4]结合隧道设计规范，考虑三线并行小净距大断面隧道开挖顺序对围岩压力的相互作用，研究隧道施工技术和力学特性，重视后行隧道开挖对先行隧道的应力影响，提出三线并行隧道围岩压力与荷载的分析模式。五线平行小间距浅埋特大断面隧道洞群施工技术是分阶段依次启动挖掘5条隧道[5]，尽可能缩小了5条隧道之间的间距和掩埋深度，确保了施工过程的安全，有效降低了山体坡面沉降和隧道塌方风险。七线并行小间距浅埋大断面隧道群尚不多见，以西南山体数据中心隧道群实例介绍七线并行小间距浅埋大断面隧道群施工技术。

1 工程概况

七线并行小间距浅埋特大断面隧道群为在西南山体中横向布置5条平行的主隧道B1～B5，隧道线间距46 m，B1隧道长232.5 m，洞身开挖尺寸为16.7 m(宽)×12.7 m(高)，断面积227 m2；B2～B5隧道长276.4 m，洞身开挖尺寸为19.5 m(宽)×13.4 m(高)，断面积262 m2，隧道断面规模大于225 m2为特大断面[6]。另有油库洞和B6洞。为满足主体隧道通风要求，总计设置11处排风矩形竖井，竖井深度24 m～49 m，内净空尺寸宽度为4.4 m。5条主隧道拱顶埋深0～63m，暗挖法施工，隧道纵向为1.0%～2.1%的单坡。隧道岩体为强风化层，岩体破碎，节理裂隙发育，结构面结合性差。B1～B5这5条并行隧道断面大且浅埋，为了防止隧道开挖中的塌方和仰坡变形，采用辅助措施有超前大管棚和超前预注浆、超前小导管措施。

2 施工顺序

七线平行隧道施工方案为在隧道轴线方向间隔一定距离错开步距同步推进(见图1)：当B2隧道纵深施工到Z1时，B1隧道开始施工，B1隧道纵深施工至Z3时，油库隧道开始施工；当B4隧道纵深施工到Z2时，B5隧道开始施工，B5隧道纵深施工至Z5时，B6隧道开始施工；当B2、B4隧道纵深均施工到Z1、Z2时，B3隧道开始施工；最后油库、B1～B6七条并行隧道在轴线方向间隔一定距离同步施工，达到“平面多工序”的施工效果，同步推进。

图1 7条平行隧道施工顺序示意

3 分部开挖

特大断面隧道开挖将横断面划分为6个部分导坑，沿隧道中线将左右两侧各划分为3个部分导坑，依次进行开挖和安装支护(见图2)：当左侧1步导坑施工5 m时，开始施工2步导坑；当2步导坑施工3 m时，开始施工3步导坑；左侧1步、2步、3步导坑超前右侧平行施工，当1步导坑施工50 m时，开始施工4步导坑；当4步导坑施工5 m时，开始施工5步导坑；当5步导坑施工3 m时，开始施工6步导坑；最后隧道横断面6个部分在依次错开距离情况下进入同时施工状态，达到“立体多层次”的施工效果。

图2 分部开挖示意

4 小间距隧道群施工

本工程为7条平行小间距隧道，且隧道之间设置通风竖井，施工干扰大，隧道断面较大，且爆破频繁，对山体围岩扰动大，小间距钻爆施工工序直接关系到隧道施工的成败，因此必须对小间距隧道施工进行严格的监测和控制，开挖必须采用控制爆破，有效的控制爆破震动对先行隧道结构的影响[7]，施工中严格控制总药量及单段最大爆破药量，为避免爆破震动的叠加，必须采取空间错位，跳一隔一爆破施工，相邻隧道掌子面错开50 m以上，先行隧道初期支护稳定性受爆破振动影响随着二者距离的增大呈非线性方式减小[8]，爆破设计与施工严禁相邻隧道同时进行爆破开挖作业。对竖井位置超小间距段必须采用微差控制爆破，各段起爆时间根据震动测试试验确定。后行洞爆破施工中必须加强对先行洞衬砌结构的震动速度进行监控，要求与后行洞爆源中心同一桩号处先行洞中岩墙侧的衬砌结构震动速度控制在10 cm/s以内，当隧道净间距小于10 m，根据监控量测数据及现场实际情况，调整开挖方法，必要时采取非爆破施工。

5 隧道辅助措施

7条并行隧道的洞口为了防止隧道开挖塌方和仰坡变形，采用超前大管棚、超前小导管和超前预注浆措施。

5.1 超前大管棚

结合地形、地质情况，隧道洞口设置Φ108×6 mm热轧无缝钢管的大管棚，管棚长度28 m～34 m，钢管环向间距40 cm，每节钢管两端均预加工成外丝扣，钢管接头用长15 cm的丝扣直接对口连接，相邻钢管接头数至少须错开1.0 m，钢管偏离设计位置的施工误差不大于20 cm。为保证钻孔方向，在明洞衬砌外设90 cm厚C30混凝土套拱，套拱纵向长2.0 m，套拱内设置Φ127×4 mm孔口管。为增强钢管的刚度，注浆完成后管内以M30号水泥砂浆填充。

5.2 超前小导管

超前小导管设置在隧道洞内无管棚支护的围岩地段，拱部120°范围采用Φ42×4 mm的热轧无缝钢管作小导管超前预支护加固，环向间距0.4 m，外插角10°～15°左右，每排小导管纵向搭接1.0 m。超前小导管钢管前端呈尖锥状，尾端支撑于钢架外侧，尾部焊上Φ6 mm的加劲箍，管壁四周钻6 mm压浆孔，每打完一排钢管后开始注P.O 42.5水泥浆，注浆压力0.5 MPa～1.0 MPa。

5.3 超前预注浆

初期支护施工时在拱墙范围预埋Φ42注浆钢花管，在初期支护完成3 m～5 m后及时压注水泥浆，以确保初期支护后密实。注浆参数：钢管长为初期支护厚度加0.5 m，壁厚4 mm，注浆管间距1.5 m×2.0 m(环×纵)，梅花形布置，注浆水灰比0.5∶1～1∶1，压力0.5 MPa～1.0 MPa。施工过程中出露的地下水，及时进行注浆封堵，以确保初支表面干燥、无渗漏水，达到施作防水层及二次衬砌自防水混凝土浇筑的无水条件。

6 竖井施工

竖井井口设置钢筋混凝土锁口，锁口圈梁施作，开挖至圈梁底部设计高程时，视圈梁基底地质情况采用注浆加固的处理措施，锁口圈梁为C30现浇混凝土。

竖井采用倒挂井壁法施作，竖井连接通道采用台阶法施作，施工时应严格按照“管超前、严注浆、短进尺、强支护、快封闭、勤量测”执行，竖井开挖后及时支护。为确保施工安全，竖井施工到连接通道拱部时，及时施工拱部处腰梁，待腰梁混凝土达到设计强度后，分段分层开挖连接通道拱部并及时完成初期支护确保初期钢架与竖井腰梁底部预埋钢板连接牢固。竖井地面以下3m岩层较破碎，采用人工开挖，其余采用控制爆破开挖。

竖井衬砌采用滑模整体施工技术[9]，滑模系统由模板、液压操作、提升系统组成。滑模平台上设置防水板作业台架，以满足防水层施工，分段铺设结构防水层与钢筋制作绑扎，按30 cm分层浇筑结构混凝土，每层不间断循环施工，井壁四周采取对称同步浇筑，以防止混凝土偏压产生的模板变形、移位。为提高混凝土的自密性，提高混凝土防水质量，混凝土采用“双掺技术”，在混凝土中加入优质粉煤灰及 DMA 抗裂防水剂等抗裂外加剂。Φ20钢管+喷雾嘴组成的混凝土养护喷淋系统沿滑模四周布设，确保混凝土表面在养护期内湿润。滑模整体施工技术在竖井的应用，避免了组合模板所产生的施工缝，减少了因施工缝产生的渗水薄弱点，减小因分次组装模板产生错台，提高了混凝土的外观质量。

7 结论

七线平行隧道群“群洞效应”非常明显，相邻隧道的施工时影响大，确定的施工方案要在技术上安全可靠，并行隧道采用不同的开挖顺序，后行隧道施工尽量减小对先行施工隧道的扰动，有效控制地表沉降和结构变形。

分阶段错开步距依次启动挖掘7条平行隧道，在同一隧道施工时分步挖掘、同时安装支护，节省了工期；尽可能地缩小7条隧道之间的间距和掩埋深度，节省了空间。隧道群施工达到“平面多工序、立体多层次”的施工效果，确保施工过程的安全、快捷、经济。

七线平行隧道群施工干扰大，隧道断面较大，且爆破频繁，对山体围岩扰动大，开挖必须采用控制爆破，有效控制爆破震动对先行隧道结构的影响。

滑模整体施工技术在隧道群竖井的应用，提高了混凝土的外观质量；混凝土养护喷淋系统使混凝土表面在养护期内湿润，保证了混凝土强度。