某特长隧道施工工艺提升技术研究

潘向伟,申铁军

（1.山西路桥第四工程有限公司,山西 大同 037006; 2.山西路桥建设集团有限公司,山西 太原 030006）

0 引言

云南省香格里拉至贵州都匀高速公路乐红特长隧道位于云南省昭通市鲁甸县，属云南省目前第二长分离式高速公路隧道。主要工程量包含特长隧道1 座及3 座斜井。其中3#斜井全长565 m，主要作为后期右幅出口段通风使用，其联络风道排风道设计长度为187.95 m，其纵坡设计为4%纵坡（18.25 m）接7.537%纵坡（118.6 m）接17.49%纵坡（46.1 m）接4%（5 m）纵坡。3#斜井排风联络风道底部与左线主洞顶部相交部位距离最近处不足10m，施工难点极大，该文深度分析该隧道的施工难点[1]，提出了若干项新的施工技术，通过理论数值模拟，各项技术相辅相成、相互联系，该技术经乐红隧道尤其是3#斜井排风联络道实践应用，效果良好[2]。

1 乐红特长隧道地质分析

隧道洞顶地层为素填土、含碎石粉质黏土、强风化辉绿岩、中风化辉绿岩、中风化白云岩[3]。暗挖隧道洞室围岩为中风化白云岩，岩体节理裂隙较发育，岩体破碎～较破碎[4]，节理面张开状，裂隙间有方解石充填[5]。中风化白云岩单轴天然抗压强度标准值60 MPa、中风化辉绿岩单轴天然抗压强度标准值60 MPa[6]，经现场取样检测，硅质白云岩抗压强度80~120 MPa。

1.1 第四系上更新统冲积层（Q3pla）

（1）含角砾黏土[地层编号（3-2）]。灰~褐灰色，厚度1.8~25 m 不等，饱和，可塑~硬塑状态，中压缩性，局部含角砾，含量占5%~10%，角砾粒径一般1~3 cm，最大6 cm。分布在堆积平原区[7]。

（2）粉质黏土[地层编号（3-1）]。硬塑状态，中压缩性，含氧化铁，无摇振反应，干强度高，韧性高[8]。

1.2 第四系更新统残坡积层（Q2eld）

含碎石黏土[地层编号（4-1）]。棕红色~褐红色，层厚1.5~7.5 m，一般10%~30%，粒径一般在0.5~3 cm 间，个别大于6 cm。分布在丘陵区斜坡、缓坡地带和珑岗区基岩顶部[4]。

1.3 二叠系中统茅口组（P2m）

（1）强风化灰岩[地层编号（5-1）]。岩体破碎，岩芯呈短柱状，顶面高程1.6~1.8 m，厚度2~3 m[9]。

（2）弱风化灰岩[地层编号（5-2）]。青灰色，溶蚀裂隙不发育。取芯率约80%~95%，属坚硬岩[10]。

1.4 志留系中统坟组（S2f）

（1）强风化粉砂质泥岩[地层编号（6-1）]。

（2）灰~草黄色，厚度3~5 m，泥质结构。

2 斜撑+横梁+弧形导坑挑顶施工+树脂锚索托梁固定

采用弧形导坑法进行挑顶开挖，能够减少围岩扰动，大大降低安全风险[11]；利用树脂锚索固定托梁的中部，代替传统挑顶施工中竖向施工的锚管[12]，解决了传统施工工艺中由于锚管注浆后强度增长缓慢[13]，影响主洞交叉口拱顶拱架施工进度，导致拱顶支护不及时而发生坍塌、掉块等安全问题[14]。

针对斜撑+横梁+树脂锚索进行门架及托梁固定的方法进行推广；针对弧形导坑法从斜井过渡到正洞上台阶，实现一次性完成挑顶段拱顶开挖的效果进行推广[15]。采用斜撑+横梁+树脂锚索进行托梁固定，由于树脂锚索施工完成后约7 min 即可承载[16]，无需长时间养护，节约施工时间14 d，节约施工材料费用8.6 万元，节约人工、机械费用11.4 万元。见表1~2。

表1 材料费用表

3 硬岩隧道非爆破超前导洞扩挖施工技术

根据方案对隧道不同围岩特性分别采用了半CD 法、CD法、台阶法、超前导洞扩挖法，施工效率分别为28 m/月、40 m/月、45 m/月、54 m/月，采用超前导洞扩挖法可实现掘进机和破碎锤同时平行作业[17]，施工进度较CD 法、半CD 法、台阶法分别提高了92.8%、35%、20%，有效节约成本949.4 万元。实施此技术后较原方案工期提前了95 d，对项目按时履约起到良好的保障；同时在隧道硬岩非爆施工领域开辟了新的途径[18]，受到了央视各大媒体的广泛宣传和群众的一致好评。经过推广介绍其周边隧道铣挖施工项目先后来现场借鉴交流施工经验。见图1。

图1 非爆破超前导洞扩挖

4 超前导洞扩挖法技术

不同的施工顺序可能会使建成后的围岩应力存在差异从而影响稳定性。

首先，掌子面左侧小导洞30 m2进行铣挖施工，导洞长度控制在20 m 左右[19]；其次，掌子面右侧30 m2先采用三臂凿岩机钻孔（孔距0.5 cm，孔深4 m，孔径110 mm）[20]；再次，采用短臂挖掘机+塔式破碎锤开挖[21]；最后，右侧破碎锤开挖后再用铣挖机修整轮廓线；台阶、仰拱、二衬施工与台阶法一致，不再赘述。见图2。

图2 超前导洞扩挖法施工步距图

5 软弱围岩的预加固三台阶施工技术

隧道洞身下穿软弱围岩浅埋段，穿越范围地层含水率降低，起到超前止水和加固围岩的效果，孔隙率减小，围岩的稳定性和承载力得到显著改善和加强，土体更加密实，围岩级别得到提高，相应的洞内开挖施工方法由双侧壁导坑法调整为三台阶施工，实现软岩硬打。隧道开挖平均线性超挖控制在6~10 cm，较以往的爆破开挖平均线性超挖10~15 cm 有了显著提高，减少超挖3 m3/延米，按照极软弱围岩102 m 计算，按照开挖单价75 元/m3，喷射混凝土按600 元/m3，节约直接成本约20.66 万元。将原设计双侧壁导坑法变更为三台阶九步开挖法施工，减少了洞内临时支护，每延米节约I20 b 等钢材620 kg、每延米节约喷射混凝土2.7 m3，钢材按5.5 元/kg、喷射混凝土600 元/m3计，节约直接成本51.81 万元。

旋喷桩开挖见图3~4。

图3 旋喷桩开挖轮廓线外

图4 旋喷桩开挖轮廓线内

6 斜井的联络风道超小净距跨正洞施工技术

（1）通过变更联络通道坡度，缩短联络通道7.54 m，联络通道每延米工程造价22 138.14 元，故降低工程造价：22 138.14×7.54=16.69 元。

（2）斜井联络通道二衬施工外观质量要求较低，项目结合联络通道断面尺寸，决定采用木模完成斜井联络通道二衬施工。因此项目节约1 套联络通道二衬台车，节约费用：二衬台车（60×7 400=44.4 万元），安装拆卸费用=5.56万元（人工费3万元（2×5×10×300）+机械费2.56万元（2×1 600×8））。累计节约：44.4+5.56=49.96 万元。

（3）变更后斜井联络通道减少7.54 m，按每1 d 施工2 m 计算，可减少4 d 施工时间，每天人工、机械费用按照30 000 元计算，可节约施工费用：30 000×4=12 万元。

（4）反挖段采用扒渣机进行出渣，出渣效率较高，可节约出渣时间：21 h，减少窝工费用6 万元。

综上：该施工方法可直接节约施工成本：16.69+49.96+12+6=84.65 万元。

7 穿越软硬交互地层的顶管静爆预裂施工技术

通过静爆预裂技术改造地层后，节省了前期刀盘优化周期，除去进场设备选型用时节省工期约20 d，避免了单一形式顶管机施工期间频繁开仓维修刀盘或更换设备，节省人工费用约30.1 万元，节省设备、材料二次处理费用约62.4 万元。

8 结语

上述技术研究所形成的施工工艺、安全和质量控制标准等技术成果可应用到同类隧道施工的相关领域，可促进隧道挑顶施工技术的发展，提供技术支撑。该技术施工周期短，能够有效保障施工安全及质量，同时降低施工成本，为今后类似结构的建设与发展提供技术指导与参考。