超小净距隧道开挖工法优化

李海英

（安徽省高等级公路工程监理有限公司，安徽 合肥 230601）

1 工程概况

芷江至铜仁高速公路寨子界隧道地处湖南省西部，武陵山脉东侧，属中亚热带季风湿润气候区。地貌上属构造剥蚀低山地貌，地形起伏较大，海拔高程介于302.1～429.1m之间，相对高差128.0m。隧道进、出口端地形陡峭，存在偏压，自然坡度为25～40°，局部45°，植被茂盛，以松木及灌木为主。隧道洞身围岩划分为Ⅴ～Ⅳ级，其中V级围岩占54.11%，Ⅳ级围岩占45.89%，洞身围岩主要为中风化板岩，节理裂隙较发育，岩体较破碎～较完整，围岩稳定性较差，工程地质条件相对较差。

该隧道属国内高速公路超小净距隧道中中岩柱厚度最少的隧道，中岩柱厚度0.70～1.4m，最薄处仅0.70m，目前尚属国内第一。隧道左线起讫桩号ZK2+595～ZK2+803，全长208m，右线起讫桩号K2+595～K2+801，全长206m；最大埋深59m，属浅埋，偏压的短隧道。

2 原设计的开挖工法[1]

2.1 明洞

隧道洞口及明洞段采用明挖法（条件具备时也可以采用明拱暗墙法或创造条件采用暗挖法）施工，自上而下分台开挖，边开挖边防护；土质地层采用机械开挖，石质地层采用钻爆法开挖。明洞回填，应两侧对称分层夯实。

2.2 暗洞

2.2.1 分离式隧道洞身施工方案

隧道洞身段采用暗挖法施工。分离式隧道V级围岩宜采用CRD工法施工；分离式隧道Ⅳ级围岩段宜采用台阶（环形导坑开挖预留核心土）法施工。

2.2.2 小间距隧道洞身施工方案

小间距隧道宜采用两洞错位施工；待先行隧道二衬完成后，后行隧道方可掘进，确保施工安全。

2.2.3 超小净距隧道中岩柱加固施工（见图1）

图1 原设计中岩柱加固对拉锚杆设计图

2.3 主洞衬砌支护参数

见表1。

表1 寨子界隧道主洞衬砌参数支护表（100km·h-1）

3 按原设计开挖工法施工时遇到的问题和困难

施工过程中遭遇到近5个月的持续降雨、地表水下渗软化围岩作用，造成软质岩板岩的物理力学特征衰减严重，导致寨子界隧道进口端左洞仰坡原坡积体覆盖土层发生滑塌，并发生左洞初支大变形。同时，对双洞间的中间岩柱的承载力造成严重影响。

后行洞施工掘露发现进口段围岩地质情况为:岩层节理裂隙发育，围岩产状与隧道轴线呈小夹角，钻爆施工对掌子面和洞周的稳定性极为不利，对山体有松动隐患，加之雨水影响使洞口偏压荷载增大，降低了中岩柱的承载力。

V级围岩原设计为“CRD”工法，但由于岩层节理发育，产状不利，后行洞在施工阶段相互干扰明显，后行洞在施工时，应采取必要措施减少或规避对先行洞的影响，应对先行洞结构衬砌采取临时保护或加固措施[2]。

2021年6月15日，寨子界隧道先行洞（右洞）施工至K2+780，后行洞(左洞)施工至ZK2+631时，发现右洞二村K2+602～K2+627段左侧拱肩表面有一道纵向裂缝，裂缝宽度小于1mm，开窗实测裂缝深度3～5cm（见图2）。

图2 右洞二衬出现纵向裂缝及开窗实测情况

4 先行洞二衬裂缝原因分析及开挖工法优法

4.1 原因分析

（1）设计采用超小净距隧道的特殊结构，隧道双洞中夹岩柱最小厚度仅0.7m。后行洞下导边墙开挖施工时，难以克服的超挖又进一步削弱了中夹岩柱的厚度和强度，客观的施工挠动很容易引起先行洞的围岩和初支应力重分布，加之设计采用的初支仰拱钢支撑是非闭合成环结构，势必引起衬砌结构在中夹岩柱部位引起微弱形变。

根据动能公式W（动能）=F（应力）×S（位移），即使在控制性弱爆破（W基本不变）情况下，为消减后行洞的爆破瞬时动能产生的应力，势必发生一定的位移值，会对先行洞的衬砌结构（二衬）混凝土表面产生微弱拉裂变形。

（2）结合裂缝产生及裂缝复原封闭现象分析，后行洞爆破动能对先行洞的微弱应力释放是短暂的，是不持续的，应力释放后即会趋于稳定。即爆破瞬时动能结束后裂缝能够恢复原位，也就是衬砌结构仍处于弹性变形阶段。

4.2 开挖工法的优法

针对上述施工中遇到的问题和困难，对原设计开挖工法进行了优化：

（1）进口处抗偏压措施

后续施工过程中及时停止了暗洞掘进，完成洞口明洞及洞门施工，且对进口偏压段采取明洞顶回填土反压抗偏；同时，完善了洞口排水系统、对边仰坡进行了填土恢复原地貌，以确保洞口边仰坡、洞身开挖及排水系统安全，控制了右洞裂纹的发展。

（2）优化“CRD”工法及加强侧壁支护（见图3）[3]

图3 优化前、后“CRD”工法对比图

原设计“CRD”法采用A、B、C、D四部开挖，均采用微爆破法施工。为了减小后行洞对先行洞的施工干扰，现将后行洞“CRD”法调整为A、C部采用微爆破法开挖，B、D部采用人工破碎开挖。每个分部步长控制在2～3m，并及时进行监控量测用以指导施工。有条件时，A、B部适当超前C部6～9m，但对仰拱的开挖步距进行了严格的控制，步距控制在2m以内。

（3）中岩柱加固（见图4）

图4 优化后的中岩柱加固

a.B部开挖前先施作侧墙超前小导管，并注浆加固夹岩柱，小导管尾端焊接在拱架上。

b.待B部和D部初期支护喷混凝土到设计厚度后施作侧墙Φ25mm自进式中空注浆锚杆或中空注浆锚杆，并注浆加固中岩柱。锚杆施作在相邻两根超前小导管之间。为增加注浆效果在锚杆周边开孔直径8mm，孔距30cm，梅花形布置。注浆材料采用水灰比0.8∶1超细水泥浆液，注浆终压达到1～2MPa结束注浆，确保其加固质量和效果[4]。

4.3 衬砌支护参数的调整

见表2。

表2 寨子界隧道左洞变更后衬砌参数表

5 开挖工法优化后取得的成效

自2021年7月底，对开挖工法进行了优化后，后续的施工进展顺利，未出现任何异常情况，右洞和左洞都按计划如期安全贯通。

先行洞（右洞）二衬的裂缝得到有效的控制，原有的裂缝不再发展，没有再出现新的裂缝或裂纹。经监测，先行洞（右洞）二衬表面裂缝已经封闭且稳定，仅需对裂纹表面使用结构胶进行涂装封闭，防止表面水进入裂纹产生胀裂反应[5]。

二衬的外观质量得到明显的提高，双洞贯通后，芷铜公司组织了全线五个施工标段的技术人员和劳务队负责人到寨子界隧道进行二衬质量观摩。

6 结论

寨子界超小净距隧道（最薄处仅为70cm），在国内实属罕见，没有现成的经验可借鉴，我们经过成功的探索，得出如下几点经验供同行参考：

（1）V级围岩的“CRD”法开挖，要结合现场实际，不能生搬硬套，特别是像寨子界这样的超小净距短隧道，中岩柱太薄，围岩不均匀的情况下，没有微爆破法结合人工破碎开挖的特殊措施，可能行不通。

（2）对超小净距隧道施工，特别是浅埋、偏压的短隧道，明洞和洞门施工的时间很关键，而且先行洞施工的支护必须强（双层初期支护，双层超前，拱架间距不超过50cm，仰拱成环），先行洞的强支护，会降低后行洞施工对先行洞的影响。

（3）先行洞与后行洞仰拱填充混凝土标号须降低（C30减低到C15），先行洞二衬钢筋骨架须加强，二衬混凝土强度不能太晚达到设计强度，防止后行洞施工时，造成先行洞的二衬出现裂缝或裂纹。

（4）隧道施工，洞口段的偏压处理和边仰坡的防排水系统施工，必须按设计和专项施工方案要求及时完成。