惠龙高速红花顶隧道施工组织设计优化策略

张华涛 吴汉超

为了保证隧道的安全性与施工进度，对惠龙高速红花顶隧道进行衬砌设计，包括初期支护与二次衬砌。按照新奥法施工要求，对其进行支护与施工组织设计，即确定施工方案与施工工序，完成劳动组织和设备配置，采取防排水技术措施，对施工准备阶段和施工过程进行风险控制保证隧道设计的技术安全性，制定隧道施工通风方案确保施工人员安全。然后制定施工全过程的监测方案，通过对围岩与支护的观察和动态量测，达到合理安排施工程序、确保施工安全、修正设计参数、进行日常施工管理与积累资料的目的。

施工组织设计； 衬砌设计； 风险控制； 监测

U455.2 A

［定稿日期］2022-02-28

［作者简介］张华涛（1989—），男，本科，工程师，从事高速公路建设管理工作；吴汉超（1988—），男，本科，工程师，从事高速公路建设管理工作。

近些年，隧道工程在设计方面逐步呈现出长大、特长的特点，具有隐蔽性与危险性，且隧道工程的施工空间狭窄，施工环境恶劣，直接导致了施工难度的增加。为了保证隧道的质量和施工进度，施工组织设计与施工管理成为了隧道工程建设的重点和难点。在丰富施工组织设计的内容方面，鲜国［1］在成兰铁路跃龙门隧道建设中提出了动态施工组织管理；李术才等［2］总结出隧道施工过程超前地质预报，在传统TSP、地质雷达等基础上发展可实现含水构造定位定量预报的复合式激发极化和全空间瞬变电磁技术，汲取地质素描、物探钻探动态信息。

本文以惠龙高速红花顶隧道为依托，秉持着“安全、实用、经济合理”的原则进行开挖。在隧道施工过程中，进行动态设计与信息化施工，及时对开挖面进行地质核对。由于地质条件复杂所以进行超前地质预报，根据相关信息对相地段的围岩分级、施工开挖方法以及支护参数进行调整。对已完成开挖的地段进行监控量测，以确保施工安全，为隧道动态设计提供支撑。

1 工程概况

拟建红花顶隧道为分离式隧道，洞室净空（宽×高）15.59 m×8.0 m，起讫桩号左线 ZK50+250～ZK51+346，左线长度为1 096 m；右线 K50+260～K51+364，长度为1 104 m；对于进出洞口标高进行分别设置，左线进洞口设计标高为87.72 m，出洞口设计标高设置为80.32 m；右线进洞口设计标高为87.57 m，出洞口设计标高设置为80.28 m。隧道左线最大埋深为142.95 m、隧道右线最大埋深为144.26 m，红花顶隧道属于长隧道。隧道进出口的坡脚均可由乡村道路抵达，隧道周边的交通状况一般。

2 隧道衬砌设计方案

该隧道的支护方式为：初期支护是喷锚支护方式，二次衬砌支护是现浇模筑混凝土的方式。参照隧道纵断面图，可以得到围岩分布情况，如表1所示。其中复合衬砌按照围岩级别分别进行支护设计。

2.1 初期支护

锚喷支护主要由喷射混凝土、锚杆、钢筋网和钢架组成，结合隧道自身的地质条件进行不同的组合。采用的锚杆为全长粘结锚杆，根据规范，红花顶隧道初期支护的喷射混凝土采用的是C25级混凝土。对比超前支护，Ⅳ级围岩采用22 mm超前锚杆支护，长度为4.0 m，环向间距为0.4 m，而Ⅴ级围岩采用50 mm超前小导管支护，长度为4.5 m，环向间距为0.4 m。初期支护参数取值见表2。

2.2 二次衬砌

二次衬砌支护对于不同的围岩等级，喷射混凝土的厚度存在一定的差别。IV级围岩现浇混凝土厚度为50 cm，对于围岩状况差的V级围岩，现浇混凝土厚度为55 cm。

3 隧道施工组织设计

3.1 超前地质预报

超前地质预报的设置是为了施工的安全性与稳定性，根据初勘物探解译结果，区域内的不良地质现象主要为富水区及裂隙发育带，因此应该将超前地质预报纳入隧道施工的正常工序，保证施工安全［6］。本隧道设计主要对洞内涌突水等不良地质进行实时监测。

3.1.1 TSP 超前地质预报

每隔150 m左右探测一次，初步查明前方不良地质体的位置。该探测手段探测距离较长，且洞内操作不干扰施工。

3.1.2 地质雷达探测

地质雷达每隔20～30 m 探测一次，该种探测手段对软弱围岩夹层、空洞较为敏感，结果较准确。

3.1.3 超前地質钻孔

当通过物探手段初步推断前方富水或断层破碎带时，采用超前钻孔核实。钻孔长度20～30 m，保护段长度不小10 m，根据探孔探测和出水情况，确定处理措施。

3.1.4 瞬变电磁仪法探测

在富水区域采用瞬变电磁仪法每隔30～50 m 探测一次，该种探测手段对地下水较为敏感，结果较为准确。辅助配合红外探测法，用红外线探水。在隧道中，围岩向外部发射红外波段的电磁波，并形成红外辐射场，场有密度、能量、方向等信息，岩层在向外部发射红外辐射的同时，必然会把内部的地质信息传递出来。干燥无水的地层和含水地层发射强度不同的红外辐射，红外线探水仪通过接收岩体的红外辐射强度，根据围岩红外辐射场强的变化值来确定掌子面前方或洞壁四周是否有隐伏的含水体。 对正洞各涌突水点的水温、水量、水压、水质与同位素化学、位置、地层岩性、裂隙与岩溶发育特征等进行实时监测。对正洞各涌突水点的地质档案、空间分布、涌水量及其动态特征进行监测，指导施工。

3.2 施工内容

3.2.1 施工方案

惠龙高速红花顶隧道Ⅳ级围岩采用正台阶法（短台阶法），Ⅴ级围岩采用三台阶七步开挖法，爆破方法为光面爆破，初期支护采取钢筋网联合喷锚支护，二次衬砌为C30现浇模筑混凝土混凝土。

3.2.1.1 Ⅳ级围岩施工方案

图1为Ⅳ级围岩施工方案。图2为台阶法施工流程。

3.2.1.2 Ⅴ级围岩施工方案

图3为V级围岩施工方案。图4为三台阶七步法施工流程。

3.2.2 施工工序

惠龙高速红花顶隧道进口洞口施工工序为：清除洞口危石—施作截水沟—临时边仰坡开挖支护—洞门结构施工—洞口排水工程。

隧道出口洞口施工工序为：清除洞口危石—施作截水沟—临时边仰坡开挖支护—管棚套拱施工—超前大管棚施作—洞门结构施工—暗洞开挖。

3.3 隧道劳动组织和设备配置

3.3.1 隧道施工劳动力组织

如表3所示，为工班任务分配及劳动力配置。

3.3.2 隧道施工机械设备

通过灵活组合大、中、小型机械设备，形成配套的机械施工方案，达到机动灵活机械化施工的目的。结合红花顶隧道实际情况，采取以机械施工为主，同时配备一小部分人力为辅进行科学施工。见表4，为拟投入的主要施工机械设备。

4 监控量测

监控量测是新奥法三大核心内容之一，根据JTG F60—2009《公路隧道施工技术规范》规定，选择洞内外观察、周边位移、拱顶下沉和地表下沉4个必测项目为量测项目。各测试项目的测点尽可能布置在同一横断面上，以便于对各测试项目测试结果进行对比分析（表5）。

4.1 量测断面间距与测点数量

根据红花顶隧道具体情况，分为Ⅳ级围岩和Ⅴ级围岩，初步拟定必测项目量测断面间距及每断面测点数量见表6。

4.2 量测断面布置

隧道每个量测断面各布置一个拱顶下沉测点和2条水平净空收敛量测基线，根据围岩情况不同各自设计。量测断面测点布置见图5与图6，IV级围岩台阶法开挖地段取2条水平测线，采用图5；V级围岩三台阶七步法开挖地段取3条水平测线，采用图6。

4.3 量测频率

洞内观察分为开挖工作面观察和支护表面状况观察2部分。开挖工作面观察在每次开挖后进行，地质情况基本无变化时，可每天进行一次。对支护的观察每天至少进行一次，观察内容包括喷射混凝土、锚杆、钢架的表面外观状况等。洞外观察包括边仰坡稳定、地表水渗透等观察。

净空水平收敛量测和拱顶下沉量测采用相同的量测频率。量测频率见表7，实际量测频率从表中根据变形速度和距开挖工作面距离选择较高的一个量测频率。

4.4 監测方法

监测方法与要求见表8，在隧道拱顶下沉和水平收敛量

测中采用水平仪、收敛计或目前比较先进的无尺量测技术。

4.5 监测资料整理、数据分析及反馈

每次量测后应及时进行数据整理和数据分析，并绘制量测数据时态曲线和距开挖面距离图；应绘制地表下沉值沿隧道纵向和横向的变化量与变化速率曲线。

5 结论与讨论

惠龙高速红花顶隧道采用复合式衬砌，由锚喷支护和模筑混凝土衬砌2部分组成，解决了在设计、施工方面的问题，为公路隧道的设计工作提供设计参数和理论依据。

（1）初期支护是喷锚支护方式，二期衬砌支护是现浇模筑混凝土。

（2）施工组织设计保证了隧道的质量与施工进度。

（3）通过现场量测获得围岩力学动态和支护工作状态的有关数据，通过数理统计和力学分析，来判断围岩和支护结构体系的稳定性和工作状态，选择和修正支护参数指导施工。

参考文献

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