特殊地质大断面小间距浅埋隧道洞口段施工关键技术

2022-06-09李卓军

安徽建筑 2022年5期

李卓军

（中国建筑第七工程局有限公司，河南郑州 450000）

1 工程概况

本隧道位于一条城市主干路上，设计速度50km/h，是一座分离式单向三车道小净距浅埋隧道。隧道单洞净宽14.25m，净高 5.0m。两隧道均位于半径为900m的圆曲线上，左隧道全长410m，右隧道全长385m，共设置一处人行横洞。线路区属于侵蚀剥蚀丘陵地貌，场地内局部地形已进行人工改造，坡度平缓，坡角约8～15°，个别地段可达25°。场地内相对高差约80m，整体地形呈现斜坡状，局部存在陡坎。岩体为中厚层状构造，层间裂隙发育，层间结合程度很差，属软弱结构面。隧道IV级围岩占隧道总长度的69.4%，Ⅴ级围岩占隧道总长度的31.6%，主要由粉质粘土和强、中风化泥岩组成，无自稳能力，洞顶及侧壁易坍塌，易出现地表下沉（陷）。

图1 隧道区位图

2 隧道洞口结构

2.1 隧道进口

隧道进口左线桩号为ZK1+080.000，右线桩号为YK1+080.000，埋深2.5～5.2m，为浅埋隧道段。地形为倾角约5～10°的斜坡，地势中部平坦两侧较陡。地质条件较差，大部分为粉质粘土及强风化基岩，接近地表，冒顶的可能性极大，该段围岩级别为V级，加之浅埋，成洞条件较差，易形成塌方。K1+110-K1+190处存在一条待建道路横穿洞顶，道路施工范围隧道埋深浅，且有30m位于隧道明洞段，受横穿道路的影响同时考虑一定安全距离，将明暗分界向大里程方向延伸至K1+140处，进洞口设置60m长钢筋混凝土明洞，洞口采用同一断面削竹式洞门如图1所示。

图1 隧道进口洞门立面布置图

2.2 隧道出口

隧道出口左线桩号为ZK1+490.000，右线桩号为 YK0+465.000，埋深6.2～17.7m，为浅埋隧道段。地形为坡度约15～18°的斜坡，地势西高东低，隧道线位与地形斜交，洞顶土体厚度不大于2.00m，围岩级别为Ⅴ级，表层为粉质粘土，下伏侏罗系中统沙溪庙组泥岩夹部分砂岩，中等风化砂泥岩，薄层状，单斜岩层，层间结合很差，强风化岩体破碎，风化裂隙发育，质软。隧道右线出口位于一处山坳，左线出口位于山脊边缘，存在严重偏压情况，地形不利于出洞。因此，左右线分别设置21m及25m长钢筋混凝土明洞，洞口采用不同断面削竹式洞门，如图2、图3所示。

图2 左线隧道出口洞门立面布置图

图3 右线隧道出口洞门立面布置图

3 隧道洞口段施工技术要点

为减少洞口段病害的发生，同时考虑到环保、绿化及抗震的要求，在隧道进、出口及浅埋地段结合地形、地质情况设置钢筋混凝土明洞结构及Ⅴ级段衬砌并对该段结构予以加强。明洞结构采用整体式钢筋混凝土衬砌，隧道洞口浅埋段采用复合式衬砌，喷、锚、网和工字钢作为初期支护，二次衬砌拱墙及仰拱采用模筑钢筋混凝土，并加强截排水处理措施。Ⅴ级段衬砌采用超前大管棚及型钢钢架等辅助措施加强支护。进出洞施工采用CD法结合导洞+台阶分段开挖，洞口第一环采用超前大管棚支护。隧道进口段和出口段施工的控制要点如下。

3.1 隧道进口段施工

由于本隧道洞口处存在一条待建道路横穿洞顶，且道路施工范围内隧道埋不足11m（如图4），必须考虑与道路交叉部分及其影响范围内的隧道洞身受道路路基自重和行车荷载影响。为了隧道保证后期运营过程中的稳定性，设计将二衬考虑为完全承受车行荷载和填土荷载，在施工过程中重点对线路交叉部分及其影响范围内的二衬进行加强。经综合考虑，决定采用单向掘进并以埋深相对较浅且存在偏压的左洞为先行施工洞，待左洞向前掘进至少30m后右洞开始进洞施工。

图4 道高路与隧道交叉段立面示意图

3.1.1 进洞前准备工作

进行开挖施工前，首先依据设计文件和超前地质预报，结合现场实际情况对现场进行测量和放样。接着按照设计要求修筑洞顶截水沟，排水口与三级沉淀池相连，将收集的雨水、污水进行净化后通过排水沟水引至既有涵洞进行排放，并在后续施工过程中逐步完善洞口排水系统。

为了确保开挖洞口施工时周边岩体稳定，修筑临时边仰坡。开挖后自上而下分层设置喷锚网防护，每层厚度不大于3m，锚杆采用长4.5m的Φ22早强砂浆锚杆垂直坡面呈梅花状布置。喷射混凝土由下而上以螺旋状沿横向一圈压半圈往复移动分层喷射，螺旋半径控制在0.2m～0.3m，喷头与受喷面保持0.6m～1.0m的垂直距离，一次喷射厚度不超过5cm，待初喷混凝土终凝以后再进行复喷。

边仰坡修筑完成后施作洞口导向墙，导向墙处土体采用挖掘机配合人工自上而下分层开挖，预留核心土。安装套拱支架前，对导墙支架基础做承载力检验，并在边墙底部设置2根长3.5m的φ22锁脚锚杆。模板采用木模，底模置于预留核心土上并每间隔1m设置一个与导向墙混凝土相同强度的混凝土垫块。待内置工字钢及孔口管安装后，进行侧模与顶模安装。预埋孔口管长2.0m，环向间距40cm。对前后孔口管焊接点进行精确定位放样，采用Φ 16HRB400钢筋将孔口管焊接固定在I25b工字钢上，钢筋与孔口管、I25b工字钢焊接成整体，焊缝长度不小于5d。孔口管倾斜角度为1°（相对于洞轴线），方向与路线方向平行。混凝土采用左右交错方式浇筑。3.1.2正洞施工

采用CD法开挖进洞，每个开挖进尺根据围岩状况及监控量测结果合理调整，并且不大于0.5m。上、下台阶掌子面安全间距保持10m以上，临时中隔壁两侧先行洞与后行洞开挖间距保持20m以上。

根据隧道所处的工程地质条件，隧道洞身采用复合式衬砌结构。初期支护采用锚喷支护，锚杆采用全长粘结中空注浆锚杆。二次衬砌采用模筑钢筋混凝土结构，衬砌断面等厚[1]。施工过程中，根据现场监控量测所获得的围岩和支护的形变和应力状态，动态调整和修改支护参数和衬砌的施做时间，保证施工和正常运营安全。对与道路交叉部分及其影响范围内的隧道洞身二次衬砌的钢筋进行加密布置，喷射的混凝土升级为C40防水混凝土。同时为了增强整体密实性，控制每次浇注长度不小于8m。并向影响范围外延伸10m，以确保安全。

3.2 隧道出口段施工

左线隧道出口处存在严重偏压的情况，这种小净距浅埋隧道存在偏压不仅会使两洞在施工过程中相互影响，还会使出洞段中夹岩的稳定性受到威胁。为了尽量避免或减小其中一座隧道施工过程中对相邻隧道的扰动和影响，保证中夹岩稳定性，决定采用明洞暗挖方案施工出洞段，同时在开挖前施作导向墙和套拱来保证洞口围岩的稳定性，确保施工安全。

3.2.1 洞口加固施工关键技术

隧道采用从进洞口处向前单向施工，当左右洞施工暗洞长度约2/3处时停止向前开挖，开始施工出洞段。首先到出口外部修建导向墙和套拱，在施作超前大管棚加强洞口支护。在导向墙施工时，混凝土必须整体浇筑，同时注意避免钢架接头部位被混凝土包裹，保证暗挖施工部分的支钢架连接顺利。由于洞顶埋层浅，且存在严重偏压，在暗挖施工前，对隧道表层进行了处理，采用锚网喷混凝土加固，增强洞顶岩体的整体性和抵抗力。洞顶锚杆随埋深厚度动态调整，确保锚杆底部不侵入混凝土衬砌。

3.2.2 出洞段暗挖施工关键技术

洞外加固措施及必要的临时排水沟、临时边仰坡防护等结构修筑完成后，为了保证施工安全，隧道从进口方向向前开挖贯通，出洞时结合现场实际情况，采用CD法将隧洞分为左右两大部分，每个部分采用三台阶法开挖。当先行洞（左洞）左半部分开挖至距离洞口里程约5m处时，从上台阶掌子面开挖微台阶小导洞至出口贯通并结合现场实际情况设置钢支撑加强支护，在保证安全的情况下，快速贯通。小导洞贯通后，其他部分依然采用三台阶法施工步骤逐步向前开挖掘进，待该侧初期支护及中隔墙临时支护完成，且喷射混凝土达到设计强度70%以上时再以同样的方法分层开挖隧道另一侧，慢慢扩挖断面实现安全出洞。出洞段采用机械开挖施工，每次进尺不超过1m，当遇到挖机难以破碎的大块岩石，在严格控制超欠挖的基础上，采用微弱爆破将岩石破碎、松动后再使用机械挖除。注意施工全过程必须实时监控测量已支护段的小沉降和收敛变形以及地表沉降和位移，及时反馈量测信息，坚持监控量测信息有效指导施工。

3.2.3 中夹岩加固措施

由于出洞段暗洞部分地质环境特殊，为保障中夹岩体的完整，采用超前小导管对中夹岩墙施行预加固。超前小导管选用外径Φ42mm、壁厚5mm、长4.5m的热轧无缝钢管，环向间距40cm。注浆材料采用水泥浆液，按设计要求配制浆液，注浆压力为0.3～0.5MPa，注浆参数根据现场试验予以调整。小导洞开挖完成后，对中夹岩体初喷钢纤维混凝土层，随后施打水平贯通式预应力锚杆加固[2]，锚杆以80cm的间距按梅花形布置。对已贯通的隧道修筑削竹式洞口刷坡时，为了支挡坡面，隧道两洞之间的中间岩柱位于坡口处的原地面土体暂时保留，待洞口防护施工完成后，挖除中间岩柱坡口土体，并从正面沿隧道轴向对中间岩柱打入超前小导管，注浆加固中间岩柱坡面[3、4]。

4 监控量测

由于本隧道洞口处的围岩无自稳能力，洞顶及侧壁易坍塌，易出现地表下沉，施工全过程中必须认真做好监控量测，采用水准仪检测拱顶沉降情况，测量间距为10m，测量的频率为前15天每天1次，第15～30天期间每2天一次，1～3个月期间每周一次。采用收敛计测设周边收敛情况，与拱顶沉降情况监测同步使用。为了监视洞口段施工时围岩的应力和应变，判断支护结构的稳定性，指导后续施工，采用水准仪监测地表沉降情况。及时将测量效果图与设计断面图进行比较，确保位移—时间曲线趋于稳定，若发现位移—时间曲线出现拐点时，必须立刻暂停开挖，及时调整支护参数同时加强监测频率，确保施工安全。