关于大跨径小净距隧道施工的几点体会

杨晓光

(黑龙江省漠北公路工程建设指挥部)

鹤上隧道位于福建省福州市长乐国际机场高速公路K6+250～K6+700段，全长为450 m，半径为1 710 m的平曲线内，纵坡均为-0.25%，进出口高差为11.24 m，此隧道为双向六车道即3.75 m×3+3.75 m×3，两侧路缘带宽0.75 m，余宽为0.5 m，单侧设维修道宽0.75 m的大跨径隧道，最大开挖宽度为16.5 m。设计行车时速为100 km，左右两洞之间的中间岩(中夹岩)净距只有5.8 m，是全国第二例，福建省首例大跨径小径距公路隧道，该隧道地质包括坡积亚粘性土，坡积碎石，坡积砂质粘性土(软塑，硬塑)砂土状强风化凝灰熔岩，弱风化凝灰熔岩，微风化熔岩，软弱的Ⅱ类围岩占36%。施工难度较大，小净距隧道的双洞中夹岩，采取了小导管注浆加固，425胀壳式预应力中空锚护加固，进口段又采取了大管棚加固，此外，还采取了诸多的加固措施，使施工的难度不断加大，现将施工中的经验教训做一下总结。

1 施工前的准备工作

(1)确定总体施工方案。采取由出口向进口进行施工的方案有以下几个原因，首先，出口洞地段地质条件较好，进洞安全、便于施工。第二，出口段的设计高程较进口低，由下坡向上坡进行施工，利于排水、便于弃渣，经济效益好。第三，出口段施工场地条件较好，便于安置施工设备，安排施工驻地。不利方面是施工中排烟困难、初衬，二衬混凝土车，进洞后重车上坡。总体比较，采取从出口段开始施工的方案利大于弊。

(2)征用临时施工用地，修筑便道，确保施工机具、材料顺利进场，施工中尽量利用永久用地，做到永临结合。

(3)建立临时变电站。引入施工用电。采用永久用电与临时用电相结合的永临结合方式，鹤上隧道出口段变压器容量为1 000 kV·A，进口段变压器容量为400 kV·A，电力完全满足施工要求。

(4)建立临时混凝土拌合站。该隧道建立了两座混凝土临时拌合站，一座为两台400 kL强制式拌合站，配备自动计量装置，做为二混凝土的拌合站，另一座为一台500 kL强制式拌和站，做初初衬拌和站，能满足施工要求，如果施工顺序能得好很的协调，可采用一座拌合站。

(5)建立临时压风站。为保证开挖掘进用高压风，建立了临时压风机站，鹤上隧道出口段采用了6台电动20 m3空压机，进口段采用二台20 m3电动空压机，风量充足。压风站，有空气压缩机，并配储风缸，连接储风管，并有冷却用的循环水池。为保证用风，铺设1 100 m高压风管，临时用风处设分风器。喷射混凝土的接混凝土喷射机(分干喷与湿喷两种，看设计要求再购置)并购置高压软管和喷枪头。

(6)建立施工用水水池并铺设高压水管道和临时生活用水管道，建立抽水站，施工时要根据供水长度，高度造成的水头损失，确定水池的高度和容量，鹤上隧道水池建在山顶，进出口水池标高分别为85 m和78 m;水池容量为30 m3，铺设用管道约2 000 m，较好的保证了施工用水。

(7)设立初衬钢支撑加工厂，设冷弯减速机，建立了20×40 m的加工厂一座，按1∶1比例加工初衬钢支撑的加工，确保了钢支撑的加工。

(8)建立施工临时用房。电工值班室30 m3，材料场地200 m3，炸药库20 m3，粉煤灰库150 m3，袋装水泥库200 m3，洞口看守房15 m3×2，风枪修理房25 m3。平整料场，砂石料场230 m3，机械停放场300 m3。

(9)加工二衬台车两台，混凝土输送泵一台，反铲小松200挖掘机两台，侧翻式50型装载机两台，出渣用自卸式翻斗车(10 t)8台，混凝土喷射机(GSP-A河南三门峡生产)13台，双液注浆机(GZJB)四台，雅特28风枪38台，风镐6台，防水布焊接机6台，电焊机6台，混凝土搅拌输送车3台，高压泵3台，指挥、生活车4台。

2 开挖与初期支护

2.1 Ⅱ类围岩的开挖与支护

基本上采取双侧壁导坑方案进行施工。一般不用爆破法施工。具体做法是先施做左右洞超前小导管段，中夹岩分别超前加固，再进行左右洞内侧导洞开挖，三是左右洞内侧壁导洞分别做初期支护(架立工字钢支撑和喷射混凝土)及侧壁墙，四是左右洞分别做外侧的小导管注浆，分别开挖外侧壁导洞，分别架立钢支撑和锚喷及侧壁墙。五是左右洞分别施做各自的上断面导洞的超前小导管，开挖各自的弧形上导坑，它是分别支立上半断面的初期支护，(架立钢支撑和锚喷)。六是分别开挖，左右洞的下半断面，联接洞外侧壁导坑的仰拱支撑，使整个导洞形成一个整体爱力的环，此种方法施做，难度在于上半断面导坑开挖时安全度较小，开挖进尺一般不超过1.0 m，一般内外侧壁导坑施工步距为5 m左右，上半断面与外侧壁导坑步距一般为5～8 m，不宜过大，否则会造成内侧壁导坑形成偏压，极不安全。下半断面开挖一般控制在10 m以内均可保证安全，但有一点这里的内外侧导坑的支立钢支撑需要引起充分注意，必须要保证在同一立面的施工难度较大，同时也会使初衬支护的受力受到较大影响，一般初支形成后，必须在一个月内施做二衬混凝土，这样能确保施工安全。

2.2 Ⅲ类围岩开挖与初期支护

采用上，下半断面内外侧导坑方案施工，优先选择机械开挖，当岩石坚硬时用微震爆破。前提是在预支护超前小导管及注浆(含中夹岩)或超前锚护预支护并达到强度后施工，首先是左洞内侧上半断面超前小导管或超前锚杆施工再开挖左洞内侧导洞上断面，施做超前小导管或超前锚杆，开挖右洞外侧导洞上半断面，左洞外侧导洞上断面初期支护(架立钢支撑和锚喷)拆除上半断面中隔墙，使左洞内侧导洞下半断面，施做超前小导管或超前锚杆，开挖左洞内侧导洞下半断面，左洞见侧导坑下半断面开挖，及中夹岩加固及初期支护(架立钢支撑和锚喷混凝土)仰供及架立钢支撑混凝土，整个衬砌成为一个封闭的闭合环，右洞可以比照左洞的施工次序组织施工，内外侧上半断面可一次做，也可两次做，最好是一次形成半环尽早受力，因中隔墙的临时支撑受力不好，极不安全，最好一次施做。下半断面因为要给前面的上半断面施工留出弃碴通道，只好分两次施工，先后施工步距可留5～8 m为宜。

2.3 Ⅳ类围岩地质中的开挖与初期支护

Ⅳ类围岩地质构造中，岩石比较坚硬，必须采取光面微震爆破，以确保开挖断面的准确无误，减少超欠挖现象的发生，一般应采取顺帮打眼(钻孔)。爆破的起爆顺序一般为掏槽炮眼(主要是给爆破创造凌空面)再是辅助炮眼，后是周边炮眼。一般要掌握，掏槽炮眼比其他炮眼深30～50 cm。周边眼要控制好间距，以确保开挖断面的整齐。开挖过程中，一般采取二步开挖或三步开挖，即先开挖上弧形导坑使之一次形成半拱，即形成拱部压力的半环，及时支立上弧导坑的初期支护。按受力的要求，本可下部的下半断面同时开挖，但为了不使上半断面掘进受阻，往往下半断面分为二步开挖，半开挖内侧时及时支立初期支护，以保证上弧导坑的初期支护。开挖下导后仍有坚实的支护，另一侧做为上弧开导坑的通道，在内侧可以形成通道(一般用碴石垫路)再开挖外侧下弧导坑，并及时支护初期支护，使之尽早成环，整体受力，此种方法一般称为上，下台阶三步开挖或二步开挖。上弧形导坑下半断面内侧的施工步距一般控制在5～10 m为宜。

3 关于大管棚施工及对Ⅱ类围岩施工方法的探讨

鹤上隧道的进口，左洞ZK6+250-310是Ⅱ类围岩地段，顶部是11 m厚的残坡积土和砂土状的强风化岩，呈角砾碎石松散状态，围岩极易坍塌，处理不当会出现大坍塌。浅埋段，会出现地表下沉以至于坍塌透顶，因此设计采用Φ108×6 mm管棚支护，以确保进口段施工安全，管棚入土长度左洞28 m，右洞23 m。施工时管的环向间距为850 cm，仰角2°～3°，(不包括路线纵坡)方向与中线平行，要求施工误差径向不大于15 cm，隧道纵向同一横断面接头数不大于50%，相邻导管间接头至少应错开1 m。施工中采用25#混凝土套拱做成导向墙，套拱在洞口衬砌外轮廓线外施做，套拱用4榀Ι20型钢并与管棚导管焊接成整体，管棚按设计施工，应先打有孔钢花管，注浆后再打无孔钢花管，无孔钢花管做为注浆质量的检查管。钻机主轴方向必须准确无误控制，以保证孔口孔向的正确。钻进口应(正常采用测斜仪量测)，控制管钻进斜度，发现偏斜超过设计要求，要及时纠正。无孔管钻孔应在有孔管注浆凝固后进行，钻孔应注意检查压浆质量，在确认压浆质量达到要求后，再对无孔管及管周围注浆，如注浆达不到要求，应在相应位置采用有孔管补浆。钢管接头丝扣连接，长度为15 cm。管棚按固结管棚存在范围内，土体设计，浆液护散半径不小于0.5 m，注浆材料为30#水泥浆，其配合比应根据地层情况和胶凝时间要求，并经试验测定。如果有地下水时可采用双液注浆，即水泥浆与水玻璃之比为1∶0.5(体积比)注浆压力为0.5～1.2 MPa单管浆液扩散半径不小于0.5 m终结压力可考虑略大些，可达1.5 MPa。注浆数量根据施工中实际情况而定，Φ25固定钢筋，与孔口套管设Ι20工字钢，采用双面焊接，焊接长充大于5 cm，完成管棚注浆后在管棚支护的保护下，按规定的施工步骤进行掘进开挖。该隧道管棚注浆效果相当差，表现在一是管棚的斜度超过标准，二是注浆时因是在凝灰溶岩中注浆，经常出现堵塞，孔胀的现象，使注浆扩散，半径达不到0.5 m，个别的仅有2 cm，根本形不成整体的管棚基本上处于单根钢管受力的状态，因而给二类围岩施工带来了较大的难度，施工中我们对进口左洞采取了“双侧壁导坑”方案。这里经常出现内、外侧壁导坑的初期支护不能保持在同一断面上给顶部初期支护和仰拱初期支护造成了较大的困难，同时因施工步距过大造成侧壁导坑偏压对施工安全十分不利，造成工程进展缓慢，28 m的Ⅱ类围岩开挖达120 d之久。我们较好的吸取了左洞开挖的教训，与设计、监理、业主几家共同商议在右洞二类围岩开挖中采取了Ⅲ类开挖Ⅱ类支护的施工方法，进仍不十分理想，安全也不是太保险，特别是上半断面内侧开挖时所做的临时支撑的中隔墙，在新的凌空面增加后，外侧开挖时，十分不安全.我们在反复分析观察后，在上弧形导坑早成半环与山体共同受力的思想指导下，太胆的使用了”上下台阶三步开挖”的施工方法，具体做法是一是先开挖上弧形导坑(全半断面)二是初喷第一层混凝土(有速凝剂)封闭开挖面，防止土石剥落，三是支立20工字钢的钢支撑，及早挂网，四是打径向锚杆，并将锚杆钢筋网，拱架，焊接起来，形成骨架共同受力。喷射混凝土，使其能共同受力，但这必须要掌握一条原则，即”石变我变”的原则，即对围岩进行观察，如石质整体性较好可一次开挖，1 m(即二榀拱架)如果石质较差则每循环可开挖0.5 m，仅一榀拱架，该施工方法操作时务必掌握短进尺，快循环的要点，通过此种方法，右洞施工安全度大增加，工程进度也有较大的加快，23 m二类围岩段仅用了一个月的时间，这种尝试对今后的隧道开挖有较大的意义。

4 初期支护施工

鹤上隧道，初期支护设计原本采用U25型钢拱架支护，因其施工比较麻烦，在监理，设计与业主的共同支持下，我们将其改变为I18型钢拱架，(同于三类围岩初期支护)和I20型钢拱架(主要用于二类围岩初期支护)，一部分也采用了钢格栅拱架初期支护，效果也是不错的，经改变设计后，既节约了钢材87 t，又给施工带来了较大的方便。具体施工方法是:首先按1∶1的比例对初期支护的U型放样，二是采取冷弯方法进行弯制成型，并焊好接头处的法兰盘，便于施工时的联接。三是检查掘进的开挖断面，并做到上拱脚摆放在坚实的岩石上，如土质松前应在拱脚处做纵向梁进行固定，防止拱架支立后下沉，四是按施工开挖顺序支立初期支护，顺序是初喷混凝土，支立联接拱架，做超前小导管，超前锚杆和销脚锚杆，五是喷射初支混凝土达设计厚度，此时施工切忌随意向内填各类碎石，并对初支断面进行断面检查，防止初支混凝土侵入二衬砌的检查合格后，可以预埋塑料盲沟(按设计8 m一道)挂无纺布和防水板，钢筋绑扎，焊接埋设纵向排水管并预留横向进水口，进入二衬混凝土施工。

小净距隧道施工应注意，必须对其双洞之间的中间岩层柱体进行加固，以确保围岩稳定，二类围岩段左右两侧导洞开挖前，必须对中夹岩进行小导管注浆加固。接设计尺寸，方向，弯度打孔，并下入小导管后，用C30水泥浆待浆达到强度后，才能开挖。三类围岩段中夹岩柱体应采用25胀壳式预应力中空锚杆进行加固，在先开挖内侧导洞，开挖并初喷后，施做预应力锚护，锚杆一端。锚固在岩体内，另一端通过A3钢型板锁紧，后施加80 kN预应力，并锁定，最后注浆，中夹岩加固长度以左右两侧围岩类别较低一侧的围岩长度为准，详细要按设计图做。注意掌握左右两洞内侧壁施工的步距，要在先行施工洞初支达强度后，后行洞才能开挖。

5 结束语

塌方属于隧道施工中发生的严重威胁安全的突发性事故，但是因隧道的地质条件和施工条件复杂，对围岩的变形情况的监控量测和地质预报工作比较难，出现塌方现象是在所难免的。施工时要随时关注围岩易失稳、软弱带、断层地段，在其位置作出明确的标识，根据实际的情况要作出采用合理的开挖的方法和合理的支护方法。塌方发生后，要及时的分析事故发生的原因，不仅要及时的抢救施工人员和机械设备，还要采取有效的措施来控制塌方。

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