临临高速二狼山隧道施工组织优化设计研究

宋远征 孔强

[摘  要]：随着我国经济的飞速发展，两车道隧道逐渐满足不了行车要求。针对公路隧道在设计、施工和运营管理方面的不足，文章对临临高速二狼山隧道施工方案以及二次衬砌的相关力学信息进行了研究，采用新奥法设计原理和监控量测的方法，进行隧道的复合式衬砌设计和施工组织设计。

[关键词]：新奥法; 监控量测; 复合式衬砌; 施工组织

U455.48A

近年来，我国的公路隧道建设规模逐渐增大，但是由于公路隧道工程地质条件复杂，还是对施工人员的安全造成了相当大的威胁。监控量测是伴随着新奥法[1]的出现和发展而不断发展的。李鹏飞等[2]通过围岩压力统计分析，研究了围岩压力分布特征;孟庆勇[3]设计了一种巷道围岩压力在线预警系统，实现了对煤矿巷道的顶板应力的实时监测。这些研究工作对于深入了解围岩压力性质、特点及与衬砌结构之间的相互作用机理有重要意义，但是围岩压力监测的准确性却难以得到保证。

本文所依托的二狼山隧道为双向六车道，通过对隧道施工方案优化，采用新奥法设计原理，配合台阶法、CD法和CRD工法分段开挖，对于保证隧道建设的安全性和经济性有着重要意义。

1 工程概况

临淄至临沂高速公路工程LLKCSJ-1标段二狼山隧道工程位于淄博市博山区池上镇赵庄村西南侧约500 m处，该隧道为分离式隧道，隧道左线轴线起止桩号为ZK72+688～ZK73+190，长502.0 m，隧道右线轴线起止桩号为K72+695～K73+170，长475.0 m，拟建隧道属双向六车道中隧道。二狼山隧道Ⅲ级、Ⅳ级、Ⅴ级围岩段分布长度分别为235 m、465 m、267 m。二狼山隧道地质平面见图1、图2。

2 设计方案研究

2.1 隧道总体设计

在初步设计阶段，通过对二狼山隧道路线平面线形的优化，二狼山隧道平面布置可采用分离式方案，具体为单向行车双车道隧道（上下行分离）。进口洞门形式采用削竹式，出口洞门形式采用端墙式。

2.2 隧道界限及内轮廓的确定

根据JTG 3370.1-2018《公路隧道设计规范 第一册 土建工程》、JTGT D70-2010《公路隧道设计细则》，拟定隧道建筑限界[4]如图3所示。

3 复合式衬砌设计

3.1 初期支护体系设计

二狼山隧道Ⅲ级围岩段根据“新奥法”原理，采用光面爆破[5]，具体的开挖、支护顺序见图4。

3.2 二次衬砌设计

由于二狼山隧道Ⅲ级围岩段很少，大都为Ⅳ～Ⅴ级，较为松散破碎，故上部结构采用荷载-结构模型计算，考虑主动荷载以及弹性抗力的作用，综合考虑使用结构力学中力法的相关知识进行计算。取左半拱分成8段，对相邻段之间的接缝进行编号，如图5所示。二次衬砌为现浇模筑混凝土，衬砌厚度按围岩等级取值。

4 隧道监控量测方案概述

采用量测精度比较好的SWJ-IV隧道收敛计对隧道的净空水平收敛进行监控量测。净空水平收敛侧线的布置要根据施工方法、地质因素和隧道埋深等条件确定，其中，Ⅲ级围岩段采用台阶法开挖，需要在拱腰和边墙部位各设一条水平侧线。隧道开挖后及时安装收敛桩，每次循环开挖前都要读数。在覆盖层厚度小于40 m的Ⅳ、Ⅴ级围岩段应进行地表沉降量测，采用水准抄平方法，在施工过程中可能产生地表塌陷的地方设置观测点，视线长度不得大于30 m。精度要求控制在2.0 mm以内。

5 隧道施工组织设计

5.1 确定施工方案

在本隧道施工组织设计中，其总体施工方案确定是根据二狼山隧道围岩情况及断面设计，结合过去的公路隧道施工经验，确定对于Ⅲ级围岩段采用上下台阶分部开挖法施工，Ⅲ级围岩段施工顺序采用上下台阶开挖法施工，施工方法采用钻爆法，先开挖上半断面，待开挖至一定长度后同时开挖下半断面，上半断面和下半断面同时并进施工，施工期间严格遵守“短进尺、弱爆破、强支护、早成环”的原则，以降低爆破对围岩的扰动。必要时配合超前锚杆等措施防止坍塌，开挖每循环进尺不大于5 m，开挖横断面和纵断面示意见图6。

Ⅳ级围岩深埋硬质岩地段采用中隔壁法施工，将隧道分为左右2个断面进行开挖，先在隧道左侧采用台阶法分成上下两部分分别进行开挖，等左侧支护完成并达到规定的支护强度之后，再采用相同的开挖方法施工隧道右侧，开挖断面如图7所示。

Ⅴ级围岩段采用CRD工法进行开挖施工，即把整个隧道的开挖断面分成4个小断面单独进行施工。自上而下，分块成环，随挖随撑。待初期支护完成并达到稳定状态后，再拆除临时中隔壁墙及临时仰拱，进行后期施工，开挖断面如图8所示。

5.2 施工工序安排

二狼山隧道洞口及明洞工程的施工工序为：截水沟开挖、砌筑—洞口土石方开挖—边仰坡锚喷支护—仰拱施工—超前管棚施工—明洞仰拱施工—明洞衬砌施作—明洞回填（图9）。

二狼山隧道Ⅲ级围岩段施工工序安排为：施工准备—上（下）台阶爆破设计—上（下）台阶测量放线—钻孔机、台架就位—上（下）台阶钻眼—上（下）台阶装药—爆破—通风—初喷混凝土—出渣—设置锚杆、钢筋网、钢拱架—浇筑混凝土。

二狼山隧道Ⅳ级围岩段施工工序安排为：施工准备—超前地质预报—左（右）侧上台阶超前支护—左（右）侧上台阶开挖—左（右）侧上台阶支护—左（右）侧中台阶开挖—左（右）侧上台阶支护—左（右）侧下台阶开挖—左（右）侧下台阶支护—拆除中隔壁临时支护—仰拱浇筑、回填混凝土—监控量测—下一循环施工。

二狼山隧道Ⅴ级围岩段施工工序安排为：左侧超前支护施工—左上导坑开挖—左上导坑支护—支设临时型钢立柱及横撑—左下导坑开挖—左下导坑支护—完成临时型钢立柱—右侧超前支护施工—右上台阶开挖—右上台阶支护—支设临时型钢横撑—右下台阶开挖—右下台阶支护—仰拱浇筑—拆除临时立柱和支撑—防水层施工—衬砌施工。

5.3 作业及劳动组织优化

二狼山隧道属中隧道，工程量不大，隧道主体施工可以分为隧道开挖、初期支护、二次衬砌、隧道铺底和开挖水沟电缆槽等几部分，故本隧道选择顺序作业法。

隧道施工劳动组织优化首先要做好分工协作。劳动组织优化不仅要做到使分工与协作密切结合，还要使作业组织 分工落实。劳动组织优化的内容包含几种：

（1）施工作业队伍组织形式优化。施工作业队分为综合作业队和专业作业队两种形式。本隧道选用的顺序作业组织形式时，故选择综合作业队比较合适。

（2）劳动力配置优化。劳动力配置优化要做到每个工作人員“满负荷”工作，以加快施工进度，降低施工成本。

6 结论与讨论

本课题研究的二狼山隧道为双向六车道，双洞单向行车，弥补了一般公路隧道的不足，为公路隧道的设计工作提供设计参数和理论依据，并对之后相似的施工过程提供经验资料和理论指导。

（1）通过对隧道施工方案优化，采用新奥法施工原理，配合台阶法、CD法和CRD工法分段开挖，对于保证隧道建设的安全性和经济性有着重要意义。

（2）合理确定支护结构形式、支护参数和支护时机，采用复合式衬砌设计，可以实现更安全有效地施工。

（3）监控量测配合施工使整个工程施工更安全。

参考文献

[1] Wagner H.The New Austrian Tunneling Method[J].Technology & Potential of Tunnelling，1970.

[2] 李鹏飞，赵勇，张顶立.基于现场实测数据统计的隧道围岩压力分布规律研[J].岩石力学与工程学报，2013（7）：1392-1399.

[3] 孟庆勇.煤矿掘进巷道围岩压力在线监测预警系统[J].工矿自动化，2015（8）：6-9.

[4] 公路隧道设计规范 第二册 交通工程与附属设施 JTGD70/2-2014[S].

[5] 段宝福. 工程爆破[M]. 北京：北京大学出版社，2012.