破碎堆积体环境下公路浅埋隧道近接施工技术研究

彭小庆

(山西省交通建设工程质量检测中心(有限公司)，山西 太原 030006)

1 项目背景

此公路工程项目的全线长度为18.31 km，其中包括一条穿山隧道，该隧道项目的长度为2.08 km，采用的是单洞双向通车，隧道进口端处在高山的山腰之上，属于峡谷地貌，同时下穿既有国道，隧道洞口的覆盖层结构是破碎堆积体，其最小埋深为11 m，由于受到不同工况条件的影响边坡可能会出现大面积失稳现象，从而致使洞顶坍塌，甚至产生冒顶危险，直接影响既有国道通车安全，因此，进洞施工难度系数比较高。此浅埋隧道的进口端地质剖面情况见图1。

图1 隧道进口端地质剖面图

2 施工工艺

此公路浅埋隧道进洞施工严格贯彻“零开挖、早进洞，短进尺、弱爆破、强支护、多量测”的基本原则[1]。首先制作抗滑桩增强破碎堆积体的稳定性；然后建立排水系统，实现有效排水；边坡清理作业，并实施边仰坡锚喷支护，其中洞口、明洞土石方的开挖施工需要分为两步，首先对隧道的拱部以上部分进行开挖支护，从而为暗洞施工创造有利条件，然后对隧道拱部的下部土石方进行开挖作业，当暗洞掘进到稳定地层之后，需要把握时机进行开挖。此外，暗洞拱顶施工选择的是大管棚超前支护技术，而循环开挖选用的是超前小导管注浆固结破碎堆积体中的盲区，径向选用的是中空注浆锚杆加固，然后实施钢架支护与喷射混凝土支护，隧道洞口段选择三台阶方式进行开挖，其中循环进尺大约是1榀拱架，从而实现安全进洞。

3 进洞准备

3.1 抗滑桩

在隧洞的右侧建立4根长度为28 m的抗滑桩(具体规格为2 m×2.5 m)，以增强破碎堆积体的稳定性，以免边坡发生坍塌。而桩护壁与锁口选择喷射C25混凝土(厚度为2.5 cm)，节长度为1.0 m[2]。锁口长度为2.18 m，必须保证锁口和护壁相配套。抗滑桩选择的是人工开挖方式，按照由上至下的顺序进行，首先开挖中间土方，然后向四周开挖，每一节的高度需要结合土质、施工条件情况而定(基本为1 m)，开挖后需要及时浇筑C20护壁混凝土，以增强孔壁的稳定性。而钢筋是工厂下料加工，然后在孔内进行绑扎成型，主筋以套筒方式进行连接。桩身选择的是C30混凝土，以直流方式浇筑，在浇筑施工完成后应按照规定要求实施养护。

3.2 排水系统

隧道进洞必须提前完成排水系统施工，以保证洞口排水顺畅，防止洞口段土体受排水影响而出现沉降变形。选取隧洞仰坡与地面交线的6 m外建立矩形截水沟(0.4 m×0.6 m)，详细位置应结合工程现场地形条件进行调整。综合分析径流与设计基本要求，可以建立急流槽等，合理地引入路堑天沟。

3.3 边仰坡

需要贯彻从上至下的顺序进行分层开挖，以2 m为单位开挖一层，开挖施工以机械设备为主，此阶段必须重视防护处理，可以设置被动防护网，同时开挖施工与开挖线间隔距离为1 m，通过风镐人工方式完成开挖，以免出现超欠挖等现象，在清刷边坡之后才可以开始实施边坡、仰坡锚喷支护[3]。边坡、仰坡都选择锚网喷防护，具体参数如下：①砂浆锚杆，直径为22 mm，长度为3.5 m，Φ6钢筋网(20 cm×20 cm)；网喷C25混凝土，厚度为10 cm。

3.4 管棚施工

选择管棚钻进设备从隧道拱部的115°之内，以1°～3°的外插角完成钢管棚(长度为30 m)施工，其中管棚使用的是热轧无缝钢管(规格为Φ89×6 mm)，节段长度分别为3、6 m，环向间隔距离为40 cm，建立在衬砌拱115°范围之内，同时完成注浆充填与松土层的有效固结，以增强隧道拱部围岩结构强度与稳定性[4]。

1)导向套拱。根据设计图纸要求建立导向套拱，断面尺寸为60 cm×200 cm，在护拱内安装了3榀I18工字钢架，同时设置锁脚导管。此外，钢架外缘需要安装导向钢管(规格为Φ108×4 mm)，将钢架和导向钢管连接成为一个整体，但必须提高其稳定性。

2)建立管棚。隧道洞口覆盖层属于破碎堆积体，若是选择普通引孔顶进施工形式，在钻进施工阶段易发生卡钻与塌孔问题，从而难以确保施工效果。由此该隧道工程选择“跟管”技术方式，且导管和钻头同步实施钻进，以防止发生塌孔等现象，从而符合设计规定要求。选择管棚钻机设备，通过动力钻头完成内钻杆与大管棚的共同实施，通过高压气流把孔内杂物清理干净，从而实现一次成孔。为了保证钻机顺利施工，应在开挖面上搭设钻机施工平台，必须确保平台稳定，以免钻孔施工过程中钻机摆动而影响钻孔效果。当钻机就位之后，需要结合钻孔实际要求调整定位方向，然后把钻杆穿过孔口管，并对钻杆延伸平行线进行固定，从而为钻机钻进施工提供导向。钻进阶段应保证导管与钻头相跟进，其中导管直径为90 mm，节长度分别为3、6 m，要将钢管的接头进行错开，而导管以螺旋套丝的方式相连接。在钻进时必须严格控制钻杆回转，以免损坏钻头或者是造成钻杆脱节。

3)管棚注浆。注浆施工选择的是单液注浆泵，操作顺序为由低至高，注浆材料为纯水泥浆(比例为1∶1)，注浆压力为1～2 MPa，当压力达标后维持约15 min则停止注浆[5]。此阶段应先对“单”号孔进行注浆，然后对“双”号孔进行注浆。为了能够增强管棚钢管的刚度，当注浆施工完成之后管内应选择砂浆泵进行M30水泥砂浆压注，具体方式是通过注浆管注入底部，一边退一边注地将管内注满砂浆。

4 洞身开挖

隧道进口端洞身开挖需要贯彻“管超前、短进尺、弱爆破、强支护、多量测”的基本原则进行施工，开挖形式为环形开挖预留核心土，而台阶应分部进行开挖，将隧道开挖面按照从大至小的顺序实现断面开挖，每一次循环进尺需要控制为1榀拱架。开挖施工流程如图2所示。针对局部注浆未达标区域，应选择超前小导管进行二次注浆加固，以提高围岩注浆密实度。小导管材料为热轧无缝钢管(规格为Φ42×4 mm)，长度为3.5 m，环向间隔距离为40 cm，仰角为9°，注浆液选用的为水泥净浆(水灰比例为1∶1)，建立在衬砌拱部位置。

隧道洞身开挖选择的是机械开挖方式，其中上台阶、中台阶以及下台阶的断面高度分别为4.09、3.02、2.53 m。首先对上台阶进行开挖，同时保留核心土，而开挖进尺和拱架间隔距离基本一致，初喷混凝土(厚度为3～5 cm)实现掌子面封闭处理，建立中空注浆锚杆(型号为SV-1)，通过纵向连接筋(22 mm)把所有榀拱架连接成为一个整体，上台阶的钢拱架两侧拱脚位置需要建立注浆锁脚锚管(Φ42 mm，数量为2根，长度为3.5 m)。在拱部支护施工结束之后，需要取掉核心土，以左右错开的方式对中台阶马口进行开挖，错开间隔距离为3 m。中台阶进尺为5 m，并左右错开进行下台阶马口开挖，当下台阶初期支护结束之后，应及时取掉核心土，并进行仰拱施工，保证钢拱架闭合成环。

图2 隧道洞口开挖段施工流程

5 总 结

破碎堆积体环境下公路浅埋隧道工程近接施工难度级别比较高，安全风险系数大，所以必须严格贯彻“零开挖、早进洞”的基本原则，选择边坡处治、排水施工、管棚施工以及小导管注浆等一系列措施，从而保证隧道施工质量及安全。

[ID:013263]