山区高速公路小间距隧道施工技术初探

山区高速公路小间距隧道施工技术初探摘要：以湖北宜巴高速公路花栎包隧道为例，分析山区高速公路小间距隧道施工的技术难点和关键点，HYPERLINK"/work/"总结小间距隧道的施工方法、工艺和施工技术措施，从而确保施工安全和隧道在运营阶段的结构安全。山区高速公路在上、下行隧道受地形限制、使得两相邻隧道的最小间距不能满足设计规范要求时，多设计为单线双洞连拱隧道。由于连拱隧道的工程造价、施工难度、施工周期、病害及隐患等均比双线双洞隧道大得多，因而，在工程实践中衍生出一种新的结构形式——小间距隧道。花栎包隧道位于湖北宜巴高速公路巴东县境内，左线起止桩号为ZK157+675～ZK158+365，长690m；右线起止桩号为YK157+680～YK158+370，长690m。隧道最大埋深约170m。隧道左右线间距约25m，其中进口约18.5m，出口约28m。隧道左右线纵坡均为-2.1%的单向坡（沿路线前进方向上坡为正）。本隧道进口设计有28m的Ⅴ级围岩小间距段及20m的Ⅵ级围岩小间距段。根据小间距隧道施工工程实践，小间距隧道施工必须妥善解决以下技术难点：(1)先掘隧道对后掘隧道的偏压影响；(2)后掘隧道对先掘隧道的扰动影响；(3)两隧道中间T型土体在两次开挖扰动情况下的稳定；

(4)两条隧道先后开挖引起的地面沉降等围岩变形控制；

根据小间距隧道的围岩变形特点和技术难点，设计、施工中必须尽可能减少对围岩的扰动，特别是对中间岩体的扰动。同时，支护强度和刚度要大，支护结构的整体性要强，以限制围岩变形，保持围岩自身强度和承载力，促使围岩一支护系统及时达到长期稳定。而且，要减少和控制先掘和后掘隧道开挖时的相互影响。总体目标是，合理利用围岩自承能力，保证围岩与支护结构共同作用。

因此，小间距隧道施工中，采用单一的、单方面的或局部的方法、措施难以达到上述目标和要求。而应在施工方法、施工工艺、支护形式与参数、特殊施工方法的应用等方面采用综合性技术、措施，其要点如下：

(1)施工方法主要采用台阶法、单侧壁导坑法或两者组合，并控制循环进尺；(2)控制和减小开挖对围岩的扰动；

(3)左、右线隧道开挖面错开一定距离；

(4)提高支护的强度、刚度和整体性，控制围岩变形；

(5)两隧道前方土体和两隧道间T型土体预加固；

(6)加强先掘隧道支护，及时施做先掘隧道的二次衬砌，促使围岩一支护系统及时达到长期稳定；

(7)及时施做仰拱，形成封闭支护结构；

(8)监控量测，信息化施工。本隧道在进洞施工中除严格遵循“管超前、严注浆、弱爆破、短进尺、强支护、快封闭、勤量测”方针外，结合本隧道特点，合理安排两洞施工工序，减少两洞之间的相互干扰。现将具体施工步骤介绍如下：1、洞口段超前支护为防止隧道开挖塌方和仰坡变形，在隧道进口浅埋段施工采用注浆长管棚超前支护进行加固。管棚入土深度结合地形、地质情况确定。管棚钢管均采用Ф108×6mm热轧无缝钢管，环向间距50cm，接头用长15cm的丝扣直接对口连接。当长管棚已深入微风化岩层时可以适当缩短长管棚长度。钢管设置于衬砌拱部，平行路面中线布置。要求钢管偏离设计位置的施工误差不大于20cm，沿隧道纵向同一横断面内接头数不大于50%，相邻钢管接头数至少须错开1.0m。为增强钢管的刚度，注浆完成后管内以30号水泥浆填充。为了保证钻孔方向，在明洞衬砌外设60cm厚C25钢架砼套拱，套拱纵向长2.0m。考虑钻进中的下垂，钻孔方向应较钢管设计方向上偏1度。钻孔位置，方向均应采用测量仪器测定，在钻进过程中也必须用测斜仪测定钢管偏斜度，发现偏斜有可能超限，应及时纠正，以免影响开挖和支护。2、双洞洞身开挖及施工顺序根据现场施工条件和施工组织，花栎包隧道从进口端单向掘进施工，按掘进方向左洞先于右洞施工。为减少两洞之间的相互干扰，左洞开挖断面超前右洞25m以上。小间距隧道钻爆施工质量直接关系到隧道施工的成败，因此，对钻爆施工进行了严格的监测和控制，具体在施工过程中的实施委托专业监控量测单位执行。对于小间距隧道先行左洞开挖的衬砌处震动速度控制在15cm/s以内，后行右洞衬砌处震动速度应控制在10cm/s以内。以上结果，根据施工现场震动测试结果进一步调整。为避免爆破震动波的叠加，必须采用微差控制爆破，各段起爆时间应根据震动测试确定，或按经验以大于200ms为宜。2.1、Ⅴ级围岩小间距段开挖施工顺序Ⅴ级围岩地段原则上采用人工开挖，若需要爆破采用控制爆破。右线隧道左侧（后期开挖洞室的内侧）如果需要爆破开挖，则要求采用预裂爆破。爆破震动速度不大于20m/s。开挖每循环进尺控制在0.5～0.6米。左洞采用短台阶留核心土法开挖，右洞采用中隔墙法开挖。如果下半断面仅需人工开挖，则二次衬砌距离下半断面开挖面不大于15米，如果下半断面需要爆破开挖，则二次衬砌距离下半断面开挖面保持在20～30米。在施作二次衬砌前注意防水板及排水管的铺设。图1-1Ⅴ级围岩小间距段施工工序立面示意图图1-2Ⅴ级围岩小间距段施工工序平面示意图主要施工工序如下：⑴开挖左洞上半断面。采用弧形导坑法，导洞超前5～10米，超前支护应先期施作；⑵施作左洞拱部初期支护；⑶交错开挖左洞下半断面的两侧；⑷施作左洞两侧边墙初期支护；⑸开挖左洞核心土体及仰拱；⑹施作左洞仰拱初期支护及二次衬砌、仰拱回填；⑺开挖右洞内侧上导坑，如果需要爆破应采用预裂爆破，超前支护应先期施作；⑻施作右洞内侧上导坑初期支护与侧导坑初期支护；⑼开挖右洞内侧下导坑，如果需要爆破应采用预裂爆破，超前支护应先期施作；⑽施作右洞内侧下导坑初期支护与侧导坑初期支护；⑾开挖右洞外侧上导坑；⑿施作右洞外侧上导坑初期支护；⒀开挖右洞外侧下导坑；⒁施作右洞外侧下导坑初期支护；⒂施作右洞仰拱二次衬砌、仰拱回填；⒃施作右洞室的二次衬砌。2.2、Ⅳ级围岩小间距段开挖施工顺序开挖每循环进尺控制在0.5～0.6米。左右洞均采用短台阶留核心土法开挖，保证左右洞施工距离应错开25m以上。如果下半断面仅需人工开挖，则二次衬砌距离下半断面开挖面不大于15米，如果下半断面需要爆破开挖，则二次衬砌距离下半断面开挖面保持在20～30米。在施作二次衬砌前注意防水板及排水管的铺设。主要施工工序如下：⑴开挖左洞上半断面。采用弧形导坑法，导洞超前5～10米，超前支护应先期施作；⑵施作左洞拱部初期支护；⑶交错开挖左洞下半断面的两侧；⑷施作左洞两侧边墙初期支护；⑸开挖左洞核心土体及仰拱；⑹施作左洞仰拱初期支护及二次衬砌、仰拱回填；⑺开挖右洞上半断面。采用弧形导坑法，导洞超前5～10米，超前支护应先期施作；⑻施作右洞拱部初期支护；⑼交错开挖右洞下半断面的两侧；⑽施作右洞两侧边墙初期支护；⑾开挖右洞核心土体及仰拱；⑿施作右洞仰拱初期支护及二次衬砌、仰拱回填。图2-1Ⅳ级围留小间距段施工工序立面示意图图2-2Ⅳ级围留小间距段施工工序平面示意图为确保开挖过程中围岩的稳定，减少由于隧道间距小导致围岩变形，Ⅴ级和Ⅳ级围岩地段在开挖内侧分别采用D25中空注浆锚杆和Ф22砂浆锚杆进行加固；D25中空注浆锚L=600cm，纵环向间距60（纵）×120（环），梅花形布置。Ф22砂浆锚杆L=600cm，纵环向间距100（纵）×120（环），梅花形布置。3、监控量测3.1、监控量测项目根据本隧道的实际情况，在施工过程中必须进行的监控量测项目有：洞口浅埋地段地表下沉观测、洞室周边位移变形监控量测、钢支撑、锚杆应力及裂缝观测。3.2、监控量测数据的处理本隧道成立以项目总工为组长，测量队长为副组长的监控量测小组。量测小组每天整理量测数据资料绘制“位移—时间”曲线，送至总工师审阅和决策。当“位移—时间”曲线趋于平缓时，通过数据处理或回归分析，推算最终位移和位移变化规律；当位移急剧增长时，表明围岩和支护已处于不稳定状态，必须停止开挖，对危险地段要加强支护，密切监视围岩动态，采取补救措施妥善处理。通过量测数据的分析处理，可以判断围岩和支护系统是否稳定，掌握围岩稳定性变化规律，提出改进支护、衬砌设计的参数和施工方法，确定二次衬砌和仰拱的施做时间。4、结语花栎包隧道进洞小间距段施工，按照以上施工方案和施工工序确保了进洞施工安全及隧道的结构安全。分析该隧道施工的成功经验，可以得出以下结论：（1）小间距隧道施工的重点是工序控制。通过正确安排双洞的开挖、支护的间隔和顺序，有效控制两隧道之间由于净距较小引起的围岩变形，保证隧道结构安全。（2）小间距隧道施工的难点是爆破作业。必须采用预裂爆破和控制爆破技术，减少爆破震动对隧道结构的影响。（3）由于该类型隧道围岩自稳性及支护结构的受力较一般隧道复杂，对于中间“T”型岩柱必须采取特殊措施进行加固。（4）加强监控量测工作，根据量测结果及时施做二次衬砌和仰拱。以保证初期支护安全，发挥二次衬砌的承载能力。（5）在地形条件受制约、地质条件良好时，小间距双洞隧道是一种较好的隧道结构形式。其施工难度、工期和造价略高于普通双线双洞隧道，但明显低于单线双洞连拱隧道。同时，可以采用进出口间距较小