大跨径、小净距隧道Ⅴ级围岩的施工技术

隧道Ⅴ级围岩的施工技术

中铁十五局集团二公司   周志强

摘  要：随着国家环保措施的逐步加强和完善，隧道工程在公路、铁路建设中所占比例越来越高，所采用的隧道形式越来越复杂，隧道的施工难度也越来越大。本文以余梁公路北延工程第三合同段华家山隧道为例，介绍了大跨径、小净距隧道洞口段Ⅴ级围岩的施工技术。

关键词：大跨径    小净距     施工技术

1 前言

小净距隧道是近几年来衍生出的一种新的结构形式,双洞的岩柱宽度介于分离式和连拱式隧道之间,隧道间距一般小于1.5倍的隧道开挖断面。其特点是比分离式隧道占地少,比连拱式隧道造价较低，造型美观。由我中铁十五集团第二工程有限公司所承建的余梁公路北延工程华家山隧道左右洞最大间距21.7m，最小间距13.0m，隧道开挖最大宽度达16.61米，属于典型的大跨径、小净距隧道。

2 工程概况

华家山隧道位于余姚市阳明街道华家村东侧，隧道大致沿东西向展布，横穿山丘，山顶部高程约125m，隧道最大埋深约110m，设计为双向六车道小净距隧道。该隧道左右线平面分别位于R-3400m，R-6600m圆曲线上；左右线隧道纵面分别为1.533/-0.708%，1.533/-0.711%双向坡。其中左线起讫桩号为ZK7+205～ZK7+785，全长580m；右线起讫桩号为YK7+205～YK7+782，全长577m，双洞设计线最小间距约13m，最大间距21.7m，隧道开挖最大宽度达16.61米。隧道所穿越处无河流等地表水体发育，附近主要发育的地表水为山间冲沟水；隧道所穿越处地下水较发育，地下水以基岩构造裂隙水为主，地下水的活动受断裂或破碎带控制。Ⅴ级围岩属于弱—微风化凝灰岩，裂隙发育，较破碎，Vp=700~2000m/s，不稳定，开挖时可能产生较大坍塌，局部有滴水、渗水现象。V级围岩采用双侧壁导坑法开挖，初期支护采用22a工字钢+D25长4m中空锚杆和Φ25长5m预应力中空注浆锚杆+Φ6.5双层钢筋网+28cm厚C20喷射混凝土复合支护。侧壁采用16工字钢临时支撑+Φ22长2m系统锚杆+Φ6.5单层钢筋网+18cm厚C20喷射混凝土复合支护。

3 Ⅴ级围岩施工

3.1Ⅴ级围岩洞身开挖施工

华家山隧道由于受跨径和间距的制约，Ⅴ级围岩的采用双侧壁导坑法开挖。侧壁导坑在施工中采用钢架、锚杆、钢筋网、喷射混凝土作为临时支护。洞口Ⅴ级围岩段施工顺序经我单位现场施工观察和设计单位商量共同调整为如下施工顺序：

首先施工华家山隧道的右洞，右洞的Ⅴ级围岩开挖施工顺序按照以下步骤施工：

①—内侧导坑开挖：为了保证华家山隧道Ⅴ级围岩开挖的安全性，将内侧导坑开挖分为两步来施做，施工中首先开挖内侧导坑的上半部分，经初期支护后开挖内侧壁剩余的下半部分；

Ⅱ—内侧的初期支护，同时进行的还有内侧导坑的初期支护；

③—外侧导坑的开挖；

Ⅵ—外侧的初期支护；

⑤—拱部及核心土的第一次开挖；

Ⅵ—拱部初期支护；

⑦—核心土的第二次开挖；

由于华家山隧道Ⅴ级围岩的长度左右洞均为20m，我单位在右洞Ⅴ级围岩施工完毕之后，开始左洞Ⅴ级围岩施工，在开挖的过程中，我们坚决杜绝了左右洞Ⅴ级围岩同时开挖的现象，确保了岩柱的稳定，确保了Ⅴ级围岩段的施工安全。具体参见图1：Ⅴ级围岩开挖支护示意图。

图1：Ⅴ级围岩开挖支护示意图

3.2 钻爆施工

大跨径、小净距隧道由于岩柱的宽度较小，华家山隧道岩柱的最小宽度仅13m，为避免爆破开挖对岩柱的影响，Ⅴ级围岩前期采用的开挖方式为人工风镐开挖，随着开挖进尺的增加，围岩的变化，人工风镐开挖将逐渐满足不了开挖要求，传统的爆破开挖不得不重新被利用。

我单位在采用钻爆开挖华家山隧道Ⅴ级围岩时，为了减少爆破开挖振动对岩柱的影响，华家山隧道在爆破施工中采用预裂爆破技术，并将侧壁导坑的开挖分上下两个断面进行，这样大大的减少了装药总量。另一方面，在Ⅴ级围岩段爆破施工中，严格控制爆破进尺，将爆破进尺确定在一榀工字钢的间距左右，即65cm左右。

3.3 初期支护施工

大跨径、小净距隧道的初期支护较之普通的隧道尤为重要，初期支护总的原则是随开挖随支护。华家山隧道Ⅴ级围岩初期支护采用22a工字钢+D25长4m中空锚杆和Φ25长5m预应力中空注浆锚杆+Φ6.5双层钢筋网+28cm厚C20喷射混凝土复合支护，侧壁采用16工字钢临时支撑+Φ22长2m系统锚杆+Φ6.5单层钢筋网+18cm厚C20喷射混凝土复合支护。

3.3.1喷射混凝土：围岩经开挖之后立即进行喷射混凝土施工，喷射混凝土施工采用分层进行，我们将第一层喷射混凝土厚度控制在3cm左右，起到稳定开挖围岩的作用，为之后的拱架、钢筋网施工提供保障，第二层喷射砼的施工待第一层钢筋网片和拱架安装完毕之后进行，直至喷至设计厚度。喷射混凝土由下而上顺序进行，当岩面有较大凹洼时，应先填平。每台喷锚机设专人添加速凝剂 ，确保了速凝剂添加均匀，既保证了初支的强度又减少了回弹量。

3.3.2钢支撑：钢拱架均在加工场地试拼装之后用装载机运至施工现场。钢拱架在拼装时做到与初喷混凝土面相接触，拱架施做中，主要控制锁脚锚杆的打设。

3.3.3锚杆支护：Ⅴ级围岩段侧壁锚杆采用Φ22长2m系统锚杆，主洞采用D25长4m中空锚杆（拱部）和Φ25长5m预应力中空注浆锚杆（边墙）。普通锚杆在施工过程中，主要施工过程是：锚杆孔位放样→钻孔→清孔→锚杆孔验收→锚杆加工制作→安插锚杆→安装垫板、垫圈和螺帽→水泥砂浆灌注封孔。

Φ25长5m预应力中空注浆锚杆：锚杆孔位放样→钻孔→清孔→锚杆孔验收→锚杆加工制作→安插锚杆→安装垫板、垫圈和螺帽→锚杆张拉→水泥砂浆灌注封孔。预应力锚杆的张拉锁定应在缓凝砂浆初凝前，8604-K3型锚固剂药卷终凝强度（含垫板后找平锚固剂药卷）超过20MPa后进行张拉。根据试验确定的参数，缓凝砂浆初凝为11h以后，8604-K3型锚固剂药卷终凝为69min，4h抗压强度超过20MPa。所以预应力锚杆在注浆结束后4～8h应进行张拉，张拉采用扭力扳手加载。为此，我单位现场管理人员必须对每根锚杆开始注浆时间进行记录，确保在上述时间内进行张拉。扭力扳手采用厂家生产配套工具。张拉前，应取20%设计张拉荷载，对其预张拉1～2次，使其各部位接触紧密。正式张拉时，应张拉至设计荷载的105%～110%，再按规定值进行锁定。

3.3.4钢筋网支护：钢筋类型及网格间距按设计要求施作。第一层钢筋网根据被支护岩面的实际起伏状铺设，并在初喷3～5cm厚C20喷射混凝土后进行，第二层钢筋网和第一层钢筋网之间支撑采用焊接，保证层之间的牢固，钢筋网与钢筋网、锚杆、钢架连接筋点焊在一起，使钢筋网在喷射时不晃动。

3.4 岩柱的加固施工

3.4.1岩柱的坡面加固：在华家山隧道进洞口刷坡时，我们保留了左右洞之间的原土体，暂时性的使岩柱受力不破坏；当洞口临时支护全部完成之后，再刷除岩柱坡口土体，并及时施工沿开挖面垂直的锚杆，使开挖土体由锚杆的主用重新构成新的整体。

3.4.2洞身岩柱加固：洞身岩柱的加固主要是通过Φ25长5m预应力中空注浆锚杆来完成。

4 监控量测

为了更好的指导大跨径、小净距隧道的V级围岩段施工，我单位将洞口段的监控量测作为重点来抓。依据施工图纸和现实的地形情况，我们在华家山隧道进洞口附近布置了11个沉降观测点，具体点位参见图2：华家山隧道洞口地表沉降观测示意图

图2：华家山隧道洞口地表沉降观测示意图

在施工过程中量测小组选择熟悉量测工作的人员组成，由项目总工程师领导负责测点的埋设、日常量测和数据处理工作，并及时进行信息反馈，确保了华家山隧道V级围岩段的施工。

通过对华家山隧道11个观测点的6月30日至8月24日监测数据分析表明：所监测该洞口浅埋段地表未发现异常情况。有沉降趋势，随着掌子面继续向前推进远离地表沉降观测断面时，各观测点的沉降正趋于平缓。目前洞口段内已全断面开挖完，左洞掌子面距地表观测断面超过80m，右洞掌子面距地表观测断面超过190m，地表沉降基本趋于稳定。从地表下沉监控测量数据证明了我单位在华家山隧道这一大跨径、小净距隧道的V级围岩段施工获得成功。表1：华家山隧道进口1—6号观测点地表沉降观测结果汇总；表2华家山隧道7-11号观测点地表沉降观测结果汇总。

表1  华家山隧道进口1—6号观测点地表沉降观测结果汇总

测点号

测点号

华家山隧道是典型的大跨径、小净距隧道，我单位通过对该隧道V级围岩段施工的控制，已经完成了成功进洞，确保了施工安全。分析该隧道V级围岩段的施工，可以得到如下结论：

1、大跨径、小净距隧道V级围岩段的施工的关键是岩柱的加固，直接关系到隧道施工的成败；对于V级围岩段岩柱的支护，预应力锚杆的作用比较突出；

2、大跨径、小净距隧道V级围岩段的施工，必须采用预裂爆破或者光面爆破技术，减少因为爆破震动对隧道结构和岩柱的扰动；

3、合理的安排开挖顺序，减少由于净距小而引起的隧道围岩变形；当隧道跨径大时，单洞开挖多采用台阶法开挖。

4、监控测量工作必不可少，尤其是V级围岩段的地表下沉量测。