斗篷山隧道下穿运营高速公路施工技术

任永华

摘要：为确保浅埋隧道下穿贵新高速公路施工开挖过程中围岩稳定，保证贵新高速公路在施工过程中安全运营和隧道施工安全，本文主要介绍施工过程中的超前支护、开挖方法、支护措施、安全保证措施以及对高速公路路面、隧道初期支护的监控量测等方法，可为类似工程施工提供参考。

关键词：高速铁路浅埋隧道超前支护动态爆破设计监控量测

1、工程概况

1.1地质情况

斗篷山隧道出口DK106+065～DK106+210段为古崩塌堆积体，埋深浅，地质条件差。主要不良地质为浅埋、软质岩和断层破碎带等。

1.2加强支护类型(表1)

1.3斗篷山隧道出口与高速公路的位置关系

斗篷山隧道出口DK106+100～DK106+210为暗洞明作，明暗交界里程为DK106+100，暗洞下穿正在运营中的贵新高速公路，交角为60°，相交处贵新高速公路里程为K141+500,贵广铁路里程为DK106+023(相交范围为DK106+013～DK106+037)，高速公路路面距隧道拱顶20.4m(图1)。

2、施工特点及难点

2.1超前支护和初期支护要求高。隧道穿越地段为贵新高速公路，重型车辆来往频繁，地面动载变化大，对隧道超前支护和初期支护的施工质量提出了较高要求。

2.2开挖进尺和爆破控制严。穿越地段最薄覆盖层为20.4m，且上部16.4m为古崩塌堆积土，下部4.0m为Ⅴ级强风化页岩，爆破开挖对路面影响较大，因此要严格控制开挖进尺和爆破震动。

2.3过程动态调整勤量测。施工过程要加强沉降、收敛和震速测量，并根据观测数据不断调整支护参数和爆破设计。

3、施工方案选定

3.1超前支护方式

超前支护方法有超前大管棚、小导管、锚杆及超前注浆等多种方法，由于下穿贵新高速公路，要求沉降变形小且均匀。采用超前小导管或锚杆，不能完全保证沉降均匀，而施工大管棚与钢架组合成预支护系统，以支撑和加固自稳力极低的围岩，对防止软弱围岩的下沉、松弛和坍塌等有显著效果。能保证沉降一致，故选择下穿贵新高速公路DK106+045～+DK106+010段采用φ108大管棚超前支护。

3.2施工方法

原设计开挖工法为CRD法，由于下列原因将工法变更为三台阶七部开挖法。

3.2.1在DK106+070下台阶即揭露出岩层，主要为页岩、钙质砂岩(图2)。CRD法各部位面积较小，设有临时型钢钢架及临时喷混凝土，不利于大型机械作业，初支封闭成环速度较慢，因此CRD法已经不适应该段隧道的施工要求。

3.2.2根据前期监控量测数据分析，DK106+085、DK106+080周边收敛累计值为12.12mm、11.37mm，符合Ⅴ级围岩拱脚水平相对净空变化0.2～0.5%；拱顶下沉累计值为11.2mm、11.7mm，符合Ⅴ级围岩拱顶相对下沉0.08～0.16%。

3.2.3超前地质预报资料推测DK106+047～+037段为岩体破碎带，节理裂隙发育； DK106+030～+027段发育宽张裂隙或溶缝，富水。

为防止软质围岩开挖出现大变形，同时为了确保DK106+003～DK106+065段的施工安全，该段工法变更为三台阶七步法开挖。三台阶七步开挖法是以弧形导坑预留核心土法为基本模式，三台阶七部法分上中下台阶距离小，各部位面积较大，以机械开挖为主，辅以人工修凿开挖，各分步平行作业，平行施作初期支护，各分部初期支护衔接紧密，初支封闭成环速度较快。能及时的形成闭合支护体系，有利于控制围岩的变形，能有效的控制地表沉陷，故选择了三台阶七部开挖法，并针对性对爆破参数性动态设计，控制每循环进尺在0.8m左右。

4、施工流程及工艺

本隧明洞施工时先施工隧道顶（贵新高速公路边）11根防护桩(图5)，再进行边仰坡开挖、锚杆框架梁防护(图4)，然后施工桩基托梁(图5)，最后施工明洞套衬及护拱。

本隧暗洞按照钻爆开挖、锚喷构筑法施工，采用无轨运输，压入式通风。仰拱采用弧形模板和简易栈桥整幅一次性灌注，再施工填充混凝土，拱墙二次衬砌采用整体模板台车灌注。出口采用40m长φ108大管棚超前支护进洞，采用“三台阶七步开挖法”施工。下穿贵新高速公路时，DK106+045～+DK106+005段采用φ108大管棚（每环51根，环向间距0.3m，单根长40m）超前支护；加强支护为全环I20b工字钢架，纵向间距为0.5m/榀。同时须加强监控量测，并要求进行爆破震动监测，以确保高速公路运营安全。

4.2三台阶七步开挖法施工

4.2.1三台阶七步开挖法

三台阶七步开挖法是以弧形导坑预留核心土法为基本模式，分上、中、下三个台阶七个开挖面，各部位的开挖与支护沿隧道纵向错开，平行推进的施工方法。

4.2.2三台阶七步开挖法施工工序

施工工序：Ⅰ超前支护；1上部弧形导坑开挖，Ⅱ上部初期支护；2、3中部两侧错开开挖，Ⅲ、Ⅳ中部两侧初期支护；4、5下部两侧错开开挖，Ⅴ、Ⅵ中部两侧初期支护；6-1、6-2、6-3上、中、下核心土开挖；7仰拱开挖，Ⅶ仰拱初期支护，Ⅷ仰拱及填充混凝土；Ⅸ拱墙二次衬砌。

4.3弱爆破开挖

为确保地表路面及其行车的安全，有效控制爆破产生的震动对地表高速公路路面的影响，爆破技术方案主要从两个方面考虑，一是采用爆破干扰降震技术降低爆破对围岩的震动；二是使用国产IDTS3850型震动信号自动记录仪1台配合计算机对爆破震速进行监测处理。分两个阶段实施，一是试验阶段，在隧道进入DK106+045～DK106+065时进行爆破试验，总结钻爆参数，优化爆破设计开挖，最终的爆破设计见下页图；二是爆破施工阶段，将合理的爆破设计方案在DK106+005～DK106+045段进行全面实施。

5.2收敛变形量测

隧道开挖后，周边点的位移是围岩和

初期支护力学形态变化最直接、最明显的反

映，净空的变化是围岩变形最明显的体现。

本隧道收敛监控量测以每5.0m一个断面，

每个收敛监控量测断面有两组收敛测线，分别

置于中、下部台阶，采用JSS30A型数显示收敛

计配合地质罗盘，水平仪，水平尺，挂钩钢尺等

进行量测，并用中科院西南分院研制的监控量测图6 隧道内监控量测点布置示意图

分析软件进行数据分析，提供施工参数。

5.3微震爆破的监控量测

微震爆破监控量测采用国产IDTS3850型震动信号自动记录仪1台，探头4个，计算机1台（配合topivew1.5测试软件处理程序），组成监测仪器进行爆破震动监测。监测时测点选择每次爆破里程对应的前后4个地面监测点，监测频率与爆破次数相同。

5.4监控量测成果分析

5.4.1路面沉降观测结果分析

洞外地表沉降观测共埋设6个断面计46个观测点，通过监测，位移累计值最大的点是DK106+068的C4点，为32mm。最大变化速率最大为1.5mm/d,选择DK106+068作为代表断面分析如下：

从监控量测的数据来看，按三台阶七步法施工，洞内拱顶下沉、净空变化的累计值均控制在基准范围之内，且变化趋于稳定，可见严格按该工法施工目前能满足隧道施工的安全要求。并辅以Φ108大管棚超前支护及注浆固结围岩，将使隧道下穿高速公路施工的安全性又大大提高。

5.4.3爆破监控量测结果分析

监控量测结果：在施工中，通过对贵新高速公路爆破震动的观测，测得爆破震速值在6.82cm/s以内，达到设计要求（根据《爆破安全规程GB6722-2003》中爆破震动安全允许标准，距隧道周边净距30m处爆破震动速度不得大于10cm/s），说明爆破设计符合高速公路运营安全的需要。

6、高速公路安全保证措施

6.1施工前与贵新高速公路管理部门建立联系机制，报批隧道施工方案、下穿贵新高速公路安全保证措施及应急预案措施，并与贵新高速公路管理部门签订安全协议。同时请高速公路管理部门派员到驻地现场指导，把隧道施工对高速公路安全隐患降到最低。

6.2在下穿段贵新高速路边200米范围内设置限速警示牌和施工提示牌，并在施工段落放置交通专用锥形筒，在距隧道中心线50m处设置减速带，以提示行驶车辆减速注意安全。

6.3下穿贵新高速公路隧道开挖严格按三台阶七步开挖法，采用人工配合挖机开挖，若遇岩层，隧道洞身开挖以弱爆破为主，采用减震爆破技术，降低爆破药量，减小扰动破坏围岩自身稳定。对爆破效果进行检查，及时调整爆破参数，实行动态爆破设计。初期支护及二次衬砌紧跟开挖工作面。

6.4隧道施工坚持“弱爆破、短进尺、强支护、早封闭、勤量测”的原则。严格控制初期支护和二次衬砌质量，确保洞顶上方贵新高速公路的通行安全。

6.5洞内外继续监控量测至少1个月，变形稳定后，方可通知高速公路管理单位解除限速慢行要求。

7、结束语

7.1对于浅埋地段软弱破碎围岩隧道采用大管棚施工工艺，提前发挥超前支护作用，增加了施工安全性，提高隧道的长期稳定性，具有显著的经济效益和社会效益；在大管棚支护下开挖，可减少地表下沉和防止隧道围岩坍塌；大管棚钻孔可作为地质预探预报，也为洞身开挖提供地质资料。

7.2爆破时产生的地震效应对临近的建筑物、桥隧、公路等设施可能造成影响。因此，爆破震动的影响已成为隧道爆破工程设计与施工必须考虑的内容。爆破地震波在产生和传播过程中，受到多种因素的影响。其中。药量、距离、传播介质的特性以及测点处土质条件的影响更为显著。只有在真正弄清楚爆破地震波的机制及其对不同建筑物的破坏过程基础上，才有可能更准确地提出爆破震动的破坏依据，从而更合理地进行爆破设计，这还需要做大量的理论研究和试验分析。

注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。