某软弱围岩浅埋偏压连拱隧道的施工方法

公　路　与　汽　运　Ｈｉｇｈｗａｙｓ＆Ａｕｔｏｍｏｔｉｖｅ　Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ　１９８　２００８年７月　第４期　某软弱围岩浅埋偏压连拱隧道的施工方法　杨　铠　一，付黎龙　，唐卫华　。，钟放平。　（１．中南大学土木建筑学院，湖南长沙４１００７５；２．湖南省常吉高速公路建设开发有限公司，湖南常德４１５１００）　摘　要：主要介绍湖南省常吉（常德一吉首）高速公路殿会坪连拱隧道浅埋偏压及软弱围岩情　况下的施工方法及工艺，包括地表加固、中导洞开挖、双侧壁导坑、长管棚超前支护，并通过有效的　监控量￣，ｉｚｔ分析反馈，很好地保证了施工质量、进度及安全，可为山区同类连拱隧道的设计及施工　提供参考依据。　关键词：隧道；浅埋偏压；软弱围岩；施工方法；监控量测　中图分类号：Ｕ４５９．２　文献标识码：Ｂ　文章编号：１６７１—２６６８（２００８）０４—０１９８－－０４　随着我国高速公路和城市道路建设的不断发　左洞长１９３　ｍ，右洞长１６８　ｍ，单洞建筑界限净宽　９．７５　ｍ、净高５．０　ｍ。运用新奥法原理设计，采用复　合式衬砌。　展，双连拱隧道以其接线难度小、占地少、环境保护　好等优点而被普遍采用。但从目前国内在地质及地　形条件十分复杂的山岭重丘区已建成的连拱隧道来　看，在开挖过程中均不同程度地出现了围岩坍塌、衬　该隧道区为低山丘陵地貌，地形起伏大，切割较　深，冲沟较发育。洞口端地表覆盖松散坡积土，厚度　ｉ０￣２０　ｍ；在松散坡积土与强风化板岩之间含３～５　砌产生大面积裂缝、衬砌接头处严重漏水等问题。　随着连拱隧道的大量出现，对连拱隧道的综合修建　技术开展研究已是刻不容缓的重要课题。　本文以常吉（常德一吉首）高速公路殿会坪隧道　为例，通过对隧道施工过程实时监测分析，总结软弱　围岩浅埋偏压条件下的连拱隧道施工方法。　ｍ土夹石层。洞项围岩易坍塌，围岩为弱透水层，　涌水量小，围岩级别为Ⅳ～Ｖ。　２施工方法及过程　２．１洞口部施工　１　工程概况　常吉高速公路殿会坪隧道位于湖南省沅陵县荔　在洞口部边、仰坡施工前，先做好截水沟。截水　沟在刷坡线５　ｍ以外根据地形布置。用挖掘机每２　ｍ一层自上而下逐层开挖并布设砂浆锚杆、挂钢筋　网、喷射砼进行边、仰坡防护施工。石方采用凿岩机　枝溪乡境内，设计为一座双向四车道连拱短隧道。　处于稳定状态，说明采用半明半暗的结构形式、坡脚　及相应措施的分析［Ｊ］．地下空间，２００３，２３（２）．　反压挡墙、边坡小导管注浆、喷射砼及大管棚等措施　进行综合治理是成功的。　［４］赖锦兴，陈晓钜．坑面兰进口“一暗一明”连拱隧道方案　［Ｊ］．公路，２００３（ＩＩ）．　Ｆ５］易震字，熊建军，刘义虎，等．半明半暗连拱隧道设计研　究［Ａ］．２００３年全国公路隧道学术会议论文集［ｃ］．北　参考文献：　［ｉ－Ｉ张志沛，刘旭，覃羡安．常家山隧道的地质病害及防　治对策研究［Ｊ］．西安科技大学学报，２００６，２６（２）．　［２］　马同骧．隧道的地质灾害及其防治［Ｊ］．铁道建筑技术，　１９９０（１）．　京：人民交通出版社，２００３．　［６］施成华，彭立敏．半明半暗连拱隧道合理施工方法研究　［Ｊ］．岩石力学与工程学报，２００７，２６增（１）．　ＦＴ］ＪＴＧ　Ｄ７Ｏ一２００４，公路隧道设计规范Ｆｓ］．　收稿日期：２ＯＯ８一Ｏ３～Ｏ９　［３］于宁，朱合华，苏生瑞．公路隧道施工中的地质灾害　维普资讯 http://www.cqvip.com 公　路　与　汽　运　总第１２７期　Ｈｉｇｈｗａｙｓ＆Ａｕｔｏｍｏｔｉｖｅ　Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ　１９９　钻孔、浅孔控制爆破以减少振动，防止边坡、仰坡崩　坍、剥落。在边、仰坡坡面设置声４２　ＰＶＣ塑料泄水　孔，泄水孔呈梅花形布置，间距５　ｍ×５　ｍ，土质孔深　５　ｍ，石质孔深２　ｍ。洞口边、仰坡采用４　ｍ长９５２２　砂浆全长粘结型锚杆，呈梅花形布置，间距为１００　ｃｍ×１００　ｃｍ。锚杆端部设垫板，锚杆和垫板预先按　设计要求加工制作，施作时根据岩体节理面确定其　最佳方向。钢筋网采用金属扩张网，在锚杆及初喷　砼后施作，随被支护岩体的实际起伏形状铺设，并与　被支护岩面之间留出３　ｃｍ保护层，可设置砼垫块。　钢筋网与钢筋网连接处、钢筋网与锚杆连接处点焊　在一起，使钢筋网在喷射时不易晃动，喷射砼时将其　覆盖。　主洞进口段采用半明半暗衬砌，右洞明洞边墙　处在松散坡积土上，土层较厚，基础下承载力不足，　其中小块区域因为临近陡坡，覆盖层更薄，采用Ｃ１５　片石砼换填边墙基础以下８．５　ｍ土体（如图１所　示），达到提高边墙位置基础承载力的目的。　换　图１洞口部基础换填示意图（单位：ｃｍ）　洞口Ｋ１０２＋３９５～４２０段围岩松散程度高，中　导洞施工到Ｋ１０２＋４０８处，掌子面围岩为风化板　岩，夹有粘土，同时左侧板岩风化严重，拱部左侧位　置处于风化板岩和仰坡覆盖土交接处，中导洞开挖　后覆盖土压塌风化板岩薄壳造成地表塌陷。采取回　填处理，并在洞内拱部附近围岩进行压浆加固。但　由于回填强度不够，该段地表多次出现裂缝和发生　较大沉降。因而在初期支护工字钢基础部位采用　６．５　ｍ长锚固钢筋束与工字钢焊接，避免工字钢下　沉，并对右洞进行环向注浆，加固拱部围岩，提高围　岩的自身承载能力，并为初期支护提供足够的水平　抗力。　２．２中导洞施工　２．２．１衬砌段施工　衬砌段施工，施工循环时间为６３０　ｒａｉｎ，进尺１　ｍ，每循环主要工程数量：开挖２９．２　ｍ。，喷砼２．３８　ｍ。，超前锚杆１７．１　ｍ，中空注浆锚杆１４　ｍ，系统锚　杆和锁脚锚杆５４　ｍ，１４号工字钢３３５　ｋｇ，２０　ｃｍ×　２０　ｃｍ声６钢筋网３３．０８　ｋｇ。　２．２．２爆破施工方法　１）一次进尺根据围岩条件控制在１～２　ｍ。　２）严格控制周边眼装药量，并使药量沿炮孔长　度合理分布。周边眼用小直径药卷和低爆速炸药，　可借助传爆线实现空气间隔装药。周边眼雷管与内　圈眼雷管跳段使用。　３）周边炮眼与辅助炮眼的眼底在同一垂直面　上，保证开挖面平整，但掏槽炮眼应比辅助炮眼眼底　深１０　ｃｍ。当开挖面凸凹较大时，应根据实际情况　调整炮眼深度，并相应调整装药量。　４）周边眼宜一次同时起爆，软弱围岩段或断层　处须对爆破震动加以控制时，可分段起爆。　５）斜眼掏槽的炮眼方向，在岩层层理或节理发　育时，不得与其平行，应呈一定角度，尽量与其垂直。　６）开挖断面底板两隅处时，应合理布置辅助　眼，适当增加药量和导向空眼，消除爆破死角。　２．２．３　中隔墙施工　中导洞开挖完成，中隔墙基地承载力经检验合　格后，即开始中隔墙的浇筑。中隔墙施工应严格按　照设计图纸进行。　２．３长管棚施工　２．３．１施工方法　长管棚采用热轧无缝钢管，直径１０８　ｍｍ，壁厚　６　ｍｍ，节长３　ｍ、６　ｍ，环向间距４０　ｃｍ，平行线路上　仰１．１５。（包括线路纵坡），纵向与路线中线平行。　管棚按设计位置施工，有孔钢花管和无孔钢管交替　布置，先打有孔钢花管，注浆后再打无孔钢管。无孔　钢管作为检查管，检查注浆质量。用Ｃ２５钢筋砼套　拱作长管棚导向墙，采用电动钻机，钻进并顶进长管　棚钢管；钻孔由高孔位向低孔位进行，钻ＴＬＴＬ径比钢　管直径大３０～４０　ｍｍ；钻机立轴方向必须准确控　制，以保证孔口的孔向正确；每钻完一孔便顶进一根　钢管，钻进中应经常采用测斜仪量测钢管钻进的偏　斜度，发现偏斜超过设计要求时，及时纠正。钻机安　设要牢固，防止摆动位移、倾斜和下沉，钻机与工作　面的距离不小于２　ｍ；开钻时，先低速低压，待成孔　几米后，再加速加压。测斜采用罗盘仪，测量钻孔方　位角，控制水平偏差，成孔一半时，用９５１２７套管测量　控制上仰或下垂侧斜，确定偏斜情况。　２．３．２注浆参数　综合考虑凝结时间、固结强度、施工现场、成本　维普资讯 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公　路　与　汽　运　Ｈｉｇｈｗａｙｓ＆Ａｕｔｏｍｏｔｉｖｅ　Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ　２００　第４期　２００８年７月　以及操作等因素，确定采用双液注浆。水泥标号为　Ｐ．Ｏ．４２．５；水泥浆与水玻璃（体积）比为１：０．５；水　泥浆水灰比（重量）为１：１；水玻璃模数取２．４，水玻　璃浓度为３５　Ｂｅ。　注浆压力，初压０．５～１．０　ＭＰａ，终压２．０　ＭＰａ。　注浆前，先进行现场注浆试验，参数通过试验后可适　当调整。　２．３．３注浆顺序　１）主洞采用侧导坑和留核心土上下台阶法开　挖，以保证施工安全和结构安全，严格控制进尺，遵　循短进尺、弱爆破的施工原则。首先掘进上台阶，其　后掘进下台阶。上下掌子面距离保持在３～５　ｍ，严　格控制超挖现象。如果出现超挖，严禁采用片石回　填，应用砼喷填密实。对于大的超挖，考虑采用模　筑砼。　２）架设工字钢。开挖一个进尺后，立即挂声８　注浆尽量在全环管棚完成后进行。注浆顺序为　钢筋网并喷射５　ｃｍ厚Ｃ２ｏ砼封闭掌子面及拱部，　从两侧自下向上，施工工艺流程见图２。　以最大限度地减少围岩暴露时间。喷射完后快速地　西　按设计间隔５０　ｃｍ架设２ｏｂ工字钢拱架并用声２２纵　向连接筋连成整体，增大稳定性。　测量定位、施工砼套拱并预留预埋件　３）施作超前小导管。小导管采用￣４２无缝钢　搭设平台　管，前端加工成锥形便于顶进，杆体加工梅花形孔眼　钻机就位、固定　浆液配合比选定　Ｆ　　ｌ笪三　｝＋　利于浆液扩散。根据拱顶围岩情况，对掌子面拱部　予以封闭，避免浆液沿掌子面流出；超前注浆管与超　厂　纠偏　前小导管或长管棚环向相错，注意布孔位置和方向，　蠡　小导管沿工字钢拱架周边布设，并与已架立好的钢　长管棚制作Ｈ分节顶人钢管Ｉ　Ｊ　拱架焊接牢固。小导管注浆参数：采用双液浆，注浆　压力０．５～１．０　ＭＰａ，水泥标号Ｐ．０．３２．５，水泥浆与　清管孔、装入钢筋笼、填充Ｃ３０砂浆　水玻璃体积比１：０．５。　不合格　效果检查　４）喷射砼并施作护拱。超前小导管施工后，按　结束　设计要求补喷Ｃ２ｏ砼至２８　ｃｍ厚，为开挖掘进形成　一个牢固的后方。从中导洞的地下水径流可以看　图２注浆施工工艺流程　出，地下水十分丰富，因此主洞往里掘进过程中，为　２．４主洞施工　了防止地下水对洞内支护结构的负面作用，要及时　２．４．１初期支护参数　排出积水。　主洞段围岩为土夹石或全风化的板岩，围岩自　身承载能力差，属于Ｖ级围岩。左洞较右洞靠近山　３监控量测与分析　体，相比右洞稍好，但从中导洞和右洞围岩推断左洞　主要针对洞口部及主洞中部Ⅳ、Ｖ级围岩设置　拱顶围岩也是松散的坡积土，加上中导洞Ｋ１０２＋　多处监测断面，对隧道拱顶下沉、周边收敛及水平位　４０８位置冒顶偏向左洞，因此，左洞在有管棚支护的　移进行量测与分析。　前提下，增加３Ｏ。倾角的超前注浆管对拱墙部围岩　３．１　中导洞监测　进行加固。围岩稍好部分采用双层小导管，１Ｏ。～　对于中导洞进口围岩极差的情况，施工开始时　１５。倾角的小导管作为超前预支护，３Ｏ。小导管作为　就对洞口段进行地表沉降量测，沉降值比较大，加上　超前注浆管，对拱、墙部围岩进行注浆加固，提高拱　洞内收敛值很大，所有的量测结果显示中导洞支护　部围岩的自身承载力，并为初期支护纵向间距为５Ｏ　强度不够，也直接造成中导洞进口处的地表塌陷。　ｃｍ的２ｏｂ工字钢提供必要的水平抗力。环向注浆　对拱部塌方采取相关的处理后，对该断面继续进行　时，注意施工顺序应该是由下到上、由外到内，左右　沉降量测。图３、４为ＹＫ１０２＋４０２监测断面的沉降　对称注浆。　一时间曲线图和收敛一时间曲线图。由监测结果可　２．４．２主洞施工顺序及工艺流程　知，拱顶下沉趋于稳定，塌方得到抑制。　在中隔墙施工及主洞长管棚施工完成后，开始　３．２　主洞监测　主洞施工。　殿会坪隧道中段（Ｖ级围岩部）围岩相对洞口段　维普资讯 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总第１２７期　Ｈｉｇｈｗａｙｓ＆Ａｕｔｏｍｏｔｉｖｅ　Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ　日期　日期　２００６—０５—２９　２００６—０６—１６　２ＯＯ６—０７—０４　ｇ　公　路　与　汽　运　２Ｏ１　２００６—Ｏ５—２９　２０（）６—Ｄ６—１６　２Ｏｏ６—０７—Ｏ４　２Ｏｏ６一ｏ５　Ｏ　２Ｏｏ６一ｏ６一ｏ７　２Ｏｏ６一ｏ６－２５　盎４　世　一ｌｌ　ｒ一＋＋＋ｚ６＋Ｚ５＋Ｚ４＋　－－ｘ一－－Ｚ２　　－４０Ｚｌ　十ｙ４十ＺＤ—ｙｌ　～ｙ５－＊＿ｙ６十ｙ２＋ｙ７　ｙ３　ｙ８　－４５　图６　ＹＫ１０２＋４１３各测点累计沆降曲线　圈３　ＹＫ１０２＋４０２测点沉降一时间曲线　日期　２ＯＯ６－ｏ５—２８　２ＯＯ６一Ｏ６一ｌ５　２ＯＯ６—０７—０３　２ＯＯ６一Ｏ５一ｌ９　２ＯＯ６一Ｏ６一Ｏ６　２００６一Ｏ６—２４　２ＯＯ６—０７—１２　２　Ｏ　２　－４　结　语　１）在浅埋偏压连拱隧道的施工过程中，洞口部　及中导洞的施工是关键，施工进度上不能急于求成，　支护措施也要加强，防止由于支护措施过弱或者施　工不当而引起地表塌陷。　２）确定软弱围岩进洞方案时要十分慎重。实　践证明，本隧道采用的半明半暗进洞、边坡和仰坡加　固、明洞边墙基础处理、回填反压、长管棚和小导管　超前支护等处理措施是行之有效的　ｇ　－４　｛　咖　＿‘　一８　冀一－１　２　－１４　一一ｌ６　ｌ８　图４　ＹＫ１０２＋４０２断面收敛一时闻曲线　稍微稳定，埋深非常浅，偏压不是非常明显，裂隙水　一３）本隧道采用侧导坑和留核心土上下台阶法　开挖，能较好控制软弱围岩的变形，尤其是对控制拱　部下沉效果明显，确保了工程质量和施工安全。　４）隧道施工中应加强和重视监控量测工作。　监控量测是施工中动态管理的核心，有效及时的监　般发育，在隧道施工过程中，通过对隧道拱顶、两　侧的位移进行量测，发现本段地表沉降依旧比较大，　拱顶位移达到１０７．２３　ｍｉｌｌ，侧部位移达到２１．Ｏ１　ｒｎｍ，拱顶变形仍比较严重。施工中通过洞口段监　测结果分析，对Ｖ级围岩段的支护措施进行了加强。　控量测能够很好地反映围岩及其衬砌状况，能有效　保证施工质量及安全。　因此，整段隧道的施工过程中，虽然拱顶的位移还是　比较大，但在规范允许的范围之内，而且隧道从施工　到稳定的时间也大大缩短。图５及图６为ＹＫ１０２　参考文献：　［１］李健清，卢启成．双连拱隧道施工方法探讨［Ｊ］．公路，　２００５（９）．　４－４１３监测断面的沉降一时间曲线图和累计沉降曲　线图。　测点编号　Ｚ６　Ｚ４　Ｚ２　ＺＤ　ｙ２　Ｙ４　ｙ６　ｙ８　一［２］湖南省交通规划勘察设计院．长沙至重庆公路通道湖　南省常德至吉首高速公路第十合同段两阶段施工图　（隧道）［Ｒ］．长沙：湖南省交通规划勘察设计院，２００５．　［３］卢新宇，刘烈生，王光普．大跨浅埋偏压双连拱隧道施　ｌＯ　ｇ　－３０　一５ｏ　教好一一７Ｏ　一工技术［Ｊ］．中外公路，２００７，２７（５）．　［４］袁海清．浅埋偏压状态下软弱泥质页岩隧道洞室及围　岩的稳定分析［Ｊ］．中南公路工程，２００６，３１（１）．　监测日期：２００６—０７—１２　９０　ｌｌＯ　图５　ＹＫ１０２－１－４１３拱顶沉降一时间曲线　收稿日期：２００８－－０３—３１