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摘要：本文以杭新景高速公路项目为依托，以芹源岭隧道浅埋偏压段施工为例，详细阐述了浅埋偏压段进洞护拱（半护拱）施工、大管棚施工、超前支护等关键施工步骤，可为日后类似隧道施工提供参考。
关键词：浅埋偏压；护拱；管棚；超前支护
1工程概况
1.1 工程简介
杭新景高速公路（衢州段）芹源岭隧道位于浙江省开化县境内，隧道为双洞四车道，采用双洞单向行车双车道型式（上下行分离）。左线隧道长3102米，起止里程为K238+300～K241+402，右线隧道长3044米，起止里程为K238+320～K241+364。隧道几何线形与净空按速度为100km/h设计，隧道照明设计速度按80km/h设计。
1.2 工程地质概况
隧道开化端洞口段，处于山脊的北西侧，山体有沟谷与左侧低山主体间隔，汇水面积小，坡脚沟谷处多见强～中风化基岩；山坡上局部基岩出露。自然坡度约20～30°，覆盖层薄。岩性为寒武系中统杨柳岗组泥质灰岩、钙质泥岩，互层状，产状大约为158°＜53°，部分地段稍有变化，深灰色、灰黑色，质硬，节理裂隙发育，完整性较差，上部有全风化2～3层，灰黄色，岩芯风化强烈呈土状，少量碎块状，局部手掰易碎，母岩结构基本破坏，但原岩尚可辨认；中风化2～3m，灰黑色，含炭质，岩芯风化强烈呈块状，个别短柱状，节理极发育，见大量铁锰质渲染，局部敲击易碎。地下水主要为基岩裂隙水，水文地质条件简单，水量贫乏。
隧道开化端洞口段位于浅埋偏压段，围岩主要为残坡积、全～中风化基岩，完整性较差，[BQ]<250，综合评定为V级围岩。其中，芹源岭隧道开化端右线K241+364～K241+329洞口为浅埋、偏压段施工；芹源岭隧道开化端左线ZK241+402～ZK241+353洞口为浅埋、偏压段施工。
2施工重难点及应对措施
浅埋偏压段施工过程中一旦处理不好，将出现坍塌、围岩失稳等地质问题或风险，给施工带来人员伤亡和经济损失的严重后果。因此，有必要对施工方案进行优化，保证施工安全。
2.1洞口段开挖方式：该洞口地质条件差，设计为V级围岩，优先选用上部弧形导坑预留核心土法开挖，将整个断面分成上、下以及底部三个部分分台阶错台开挖。先开挖上部导坑成环形，每循环进尺控制在0.5-0.75m，并进行初期支护，再进行左右侧槽交错开挖、支护，每循环进尺控制在1-1.5m，分步开挖仰拱、底板部分。
2.2支护体系：应先超前预支护后开挖，洞口段预支护优先采用“φ108管棚+注浆”，洞身其它地段采用“小导管+注浆”预支护[1]。
2.3监控量测：在隧道洞口V级围岩浅埋偏压段，进行地表下沉量测，以了解其稳定性。
3关键施工步骤
3.1 进洞施工技术
施工结合洞口地形、地貌和地质条件，并根据洞口段工程的特点和难点，制定如下施工顺序：洞口清危→洞顶截水沟→边仰坡施工→耳墙施工→护拱（半护拱）施工→护拱（半护拱）回填→大管棚施工→进洞，限于篇幅，本文只介绍重点步骤。
3.1.1护拱（半护拱）施工
3.1.1.1施工参数
芹源岭隧道出口端洞口施作护拱，护拱采用C30混凝土，截面尺寸2m×1m，要保证其基础稳定性。护拱数量按拱部180°范围计算，为保证长管棚施工精度，护拱内埋I18工字钢，纵向间距50cm，钢架外缘设φ127壁厚4mm导向钢管，环向间距40cm，钢管与钢架采用HRB335Φ16钢筋焊接固定，钢架各单元由连接板焊接成型。
3.1.1.2护拱施工工艺
⑴开挖：施工放样后，开挖至护拱基底，人工清除基底表面虚碴并保证无积水。
⑵架设定位钢架：护拱开挖完成后，架设定位钢架，钢拱架在钢筋加工场加工，运至现场拼装。钢架采用I18工字钢，纵向间距50cm，与隧道初期支护钢拱架位置相同，钢拱架间用1.0mΦ22钢筋连接，护拱上下边缘分别布置Φ8mm钢筋网，纵向间距15×15cm。半护拱与山体交接处，护拱端部做成150cm高，厚70cm的大拱脚，拱脚与岩面采用2根长4.5m（Φ42×4mm）的注浆锚管锁定，锚管头露出伸入套拱内50cm。
⑶埋设导向管：导向管采用Φ127壁厚4mm的热轧无缝钢管，长2.0m，环向间距40cm。现场放样确定导向管埋设位置，将其牢固焊接在钢拱架上，为防止水泥砂浆堵塞，导向管两端采用无纺布包裹。
⑷立模：在导向墙底架设三榀I18型钢，纵向间距0.5m，利用Φ22钢筋纵向连接使型钢成为受力整体；底模和端模采用标准钢模，端模外侧采用脚手架斜撑，内侧采用Φ14钢筋支撑牢固，顶模采用18mm厚竹胶板。
⑸混凝土浇注：混凝土在拌合站集中拌制，混凝土罐车输送，插入式振动棒捣固密实。捣固混凝土时，振动棒不得接触模板及导向管。浇注混凝土时精心施工，避免出现空洞，混凝土要求无蜂窝麻面。
⑹养护拆模：混凝土浇注后，常温下洒水养护不得少于7天。
护拱施工工艺流程图见图1：
图1护拱施工工艺流程图
3.1.1.3技术控制要点
⑴当护拱长度较短，护拱脚位于隧道中线靠山外侧时，锚杆防护的作用尤其明显，施工中需适当加长锚杆长度，采用4.5m长Φ22mm水泥砂浆锚杆，100×100cm梅花形布置，并将锚杆防护范围向坡口外侧山体原地表适当扩大。
⑵半护拱与山体交接处，护拱端部做成宽150cm、厚70cm的大拱脚。拱脚与岩面采用2根长4.5mΦ42×4mm注浆锚管锁定，纵向间距50cm，锚管露头伸入套拱内50cm，确保套拱浇筑后与岩面牢固连接。
①脚锚管采用φ42×4mm无缝钢管，用截断机加工，严禁采用锈蚀的钢管材料。锁脚锚管加工图见图2：
图2锁脚锚管图
②锁脚锚管往下10～15°外插角打入，若施工中碰到硬岩层根据实际岩层状况适当调整，锚杆尽可能多地穿透有利结构层。③注浆材料为水泥净浆液，水泥浆水灰比1：1，小导管注浆压力为0.5～1.0MPa，必要时孔口处设置止浆塞，止浆塞应能够承受最大注浆压力。④注浆结束标准：注浆压力达到设计值后，继续注浆10min以上；注入量与设计的注入量大致相近，注浆结束时的进浆量一般在20～30L/min以下。
3.1.2护拱（半护拱）回填
耳墙、护拱（半护拱）施工完成后通过人工夯填土石对护拱进行反压回填，填土表面植树绿化，拱顶回填分层压实，厚度为每层30cm，压实度不小于85%。
3.1.3大管棚施工方案
3.1.3.1施工参数
大管棚采用热轧无缝钢管Φ108×6mm，节长3m、6m。大管棚环向间距40cm，钢管轴线与衬砌外缘线夹角1～3°，管棚数量按拱部122°范围计算。在无缝钢管的周壁钻注浆孔，孔径10～16mm，孔间距15cm，呈梅花形布置。注浆材料采用水灰比0.5：1的水泥浆，注浆压力为0.5～1.0MPa，其浆液配合比、注浆压力应根据现场试验情况适当调整。
3.1.3.2大管棚施工
⑴钢管接头采用外丝扣连接，丝扣长不小于15cm，钢管应在专用的管床上加工好丝扣，隧道纵向同一截面内的接头数不大于50%，相邻钢管接头至少需错开1.0m。棚管四周钻φ10～φ16出浆孔（靠掌子面1m的棚管不钻孔）；管头焊成圆锥形，便于入孔。钢管连接图见图3：
⑵管棚钻孔[2]：采用潜孔钻从导向孔内间隔钻眼。钻孔过程中要经常采用测斜仪量测钻进的偏斜度，以准确控制钻机平行于路线中线方向，使钻机以1°～3°的外插角前进。每钻完一孔应立即安设一根钢花管。钻至设计深度后，清孔，顶入钢花管。钢花管接头采用丝扣连接。钢管周壁钻注浆孔，孔径10～16mm，孔间距15cm，呈梅花型布置，靠掌子面2m的棚管不钻孔。
⑶管棚注浆：按固结管棚周围有限范围内土体设计，浆液扩散半径不下于0.5m，采用2TGZ-60/120全液压双液注浆泵分段注浆；
①注浆参数：水灰比：0.5：1，注浆压力：0.5～1MPa。②注浆压力逐渐升高，达到设计终压并继续注浆15min以上；进浆量一般为20—30L/min以下。③注浆前需要进行注浆现场试验，通过现场试验结果来确定注浆参数，用以指导现场施工。在施工过程中，如实做好钻孔地质记录和注浆记录。管棚施工工艺流程见图4。
图4管棚施工工艺流程图
3.2掘进施工工艺
3.2.1 超前支护
超前小导管采用风动凿岩机成孔。钻孔作业必须按设计要求定出孔位，并做出标记，以利于位置准确。钻孔利用开挖台架施钻，按照设计间距布孔；孔径比管径或杆径大15mm，深度误差不得大于±50mm；成孔后采用高压风清孔。小导管提前做成锥尖型，管尾设有管箍（Φ6钢筋加焊），在管壁上钻设注浆孔，按设计间距梅花型布置。采用Φ42热轧无缝钢管，钻孔时按设计间距及外插角度钻孔，钢管用凿岩机顶进，顶进时取出回转爪，将特制的短钎尾插入待进的钢管内，利用风钻的冲击力将钢管顶入钻孔中。
通过给小导管注水泥浆可以增强围岩稳定性，浆液的水灰比为0.5︰1～1︰1，注浆压力为0.6～1MPa，注浆实际配比根据现场试验确定，孔口设止浆塞。
小导管施工工艺流程图见图5。
图5 小导管施工工艺流程图
3.2.2工艺选择
芹源岭隧道出口端洞口段为Ⅴ级围岩，采用上部弧形导坑预留核心土法开挖，将整个断面分成上、下以及底部三个部分分台阶错台开挖。先开挖上部导坑成环形，并进行初期支护，再进行左右侧槽交错开挖、支护，分步开挖仰拱、底板部分。此开挖方法主要用于浅埋Ⅴ级围岩地段的施工。
弧形开挖预留核心法施工工艺框图见图6。
3.2.3施工方法
上部弧形导坑以人工或机械为主，弱爆破为辅的方式开挖。开挖前采用Φ108管棚超前支护，开挖后及时喷混凝土封闭岩面，并进行初期支护作业，每循环进尺0.5m。核心土开挖采用挖掘机或控制爆破技术，然后再开挖下部，并及时支护下部。最后再施作仰拱，隧底填充及二衬。
弧形开挖预留核心法施工步骤图：
3.2.4 浅埋地表沉降观测
监控量测是按新奥法原理进行隧道设计和施工必不可少的条件，是确保隧道施工安全的信息化手段。通过对隧道地表沉陷的量测，及时对围岩稳定程度和支护结构可靠性进行安全分析，作为调整和修改设计参数的依据并及时反馈到施工作业和采取必要补救措施。在隧道尚未开挖前就要进行隧道洞顶地表沉降观测，从而确保可以获得全位移曲线。地表沉降监测可以使用普通水平仪，在隧道开挖纵横向各3～5倍洞径外的区域，埋设5个基点，以便互相校核，参照标准水准点埋设，所有基点应和附近水准点联测取得原始高程[3]。
4结语
通过对芹源岭隧道浅埋偏压段施工方案的优化，避免了坍塌、围岩失稳等地质问题的发生，同时证明了我们所选择的施工方案是可行的，其中：（1）上部弧形导坑预留核心土法在浅埋偏压段Ⅴ级围岩安全开挖过程中发挥了巨大作用，是十分有效的施工方法；2.φ108管棚+注浆能够有效防止隧道开挖时出现塌方和仰坡变形，小导管+注浆能够有效防止隧道开挖过程中出现塌方，两种预支护方式有其相似点，也有不同点，应分别应用于洞口段及洞身段；3.地表下沉量测有利于帮助我们了解隧道洞口的稳定性，控制地表沉降，防止破坏原地表和隧道开挖的稳定性。
参考文献：
[1]张俊华，梁燕.大跨度浅埋偏压隧道穿越上软下硬地层开挖施工技术[J].北方交通，2016（7）：141－144.
[2]张逆.不良地质隧道进洞施工技术方案探讨[J].黑龙江交通科技，2015，（9）：85.
[3]刘小连，朱清航，王震，尚文涛.岩溶区特长隧道施工监控量测及分析[J].重庆交通大学学报，2008（27）：913－916.
论文作者:雷兵
论文发表刊物:《基层建设》2019年第7期
论文发表时间:2019/6/26
标签：隧道论文; 注浆论文; 偏压论文; 围岩论文; 洞口论文; 间距论文; 钻孔论文; 《基层建设》2019年第7期论文;