浅埋小净距及大断面隧道施工技术

杨银刚

（中交第四公路工程局有限公司公司，北京 100022）

1 引言

白羊村隧道为分离式长隧道，右幅起止里程为K26+240～K27+670.46，全长1430.46 m，最大埋深265.074 m，左幅起止里程为ZK26+245～ZK27+667.96，全长1422.96 m，最大埋深255.231 m，隧道左右幅纵坡均为0.8%。隧道净宽10.25 m，限界净高5 m，属于小净距高速公路隧道。行车道宽度2×3.75 m，人行横道净宽2.0 m、净高2.5 m，设计速度80 km/h。

2 施工难点及应对策略

2.1 施工难点

本工程施工难点主要包括以下4点：

1）隧址区围岩为Ⅳ级、Ⅴ级围岩，缺乏足够的稳定性。开挖断面达到106～113 m2，属于大断面隧道。在该地质条件和工程条件下，以何种方式高效完成开挖与支护作业至关重要。

2）左、右洞施工存在较为明显的干扰，中岩墙必须具有足够的稳定性，否则会影响小净距隧道的施工质量以及施工安全。

3）隧道施工范围内存在含煤地层和瓦斯，隧道施工安全隐患较多；存在遗留的老窑采空区，其稳定性不足，易塌陷。

4）隧道最大埋深约38 m，施工中若未合理应用施工技术以及采取控制措施，则容易出现局部坍塌、穿越公路开裂等质量问题。

2.2 应对策略

针对本项目施工难点，提出6点应对措施：

1）根据现场地质条件采用合适的施工方法，Ⅳ级围岩段采用环形开挖预留核心土法，Ⅴ级围岩段采用三台阶七步法。

2）隧道施工期间，加强对现场的全方位监测，准确识别危险源，采取控制措施，主动降低施工风险。注重超前地质预报，根据所掌握的地质预报信息对前方施工情况做出判断，进而采取合适的控制措施，如采用超前地质水平钻孔等方法，以保证施工安全。施工期间遇老窑采空区时，为保证该部分的稳定性，采用片石混凝土回填。

3）根据路线规划可知，施工中存在穿越公路段，该部分洞内设长管棚，以改善施工条件，同时按Ⅴ级围岩予以支护。施工中加强对地表沉降量的监测，超过3 cm时随即封闭交通并暂停施工，根据现场情况加强支护，直至地表沉降得到有效控制为止。

4）在公路两端设减速带，以降低车辆的通行速度，安排施工人员24 h值班。并由专员组建监控测量小组，负责日常监测工作，利用监测数据指导施工。

5）右洞隧道衬砌超前左洞掌子面20 m。根据施工要求，中岩墙必须具有足够的稳定性，因此，在该处采取注浆、设预应力对拉锚杆等方法，起到加固的作用。

6）爆破时，采用微振控制爆破技术，有效控制单段炸药量，尽可能减小爆破所造成的扰动作用。以下穿公路部分的爆破施工为例，要求公路地表爆破振动速率不超过2 cm/s，否则可能会对公路的稳定性造成影响。

3 浅埋小净距大断面隧道的开挖与支护

业主、设计、监理、施工单位协同勘察，准确掌握现场施工情况。遵循“零开挖”进洞原则，综合考虑现场测量结果，合理选定施工技术，由专员有效开展隧道开挖、支护等各项工作[1]。

3.1 洞口段开挖与支护

洞口明洞段施工采用挖掘机开挖、自卸车装运联合作业方案。按照自上而下的顺序依次开挖，并根据实际开挖进度及时采取边、仰坡防护措施。随开挖进程的推进，到达暗挖段拱顶开挖轮廓线高度时，按设计坡度要求向下开挖，直至其能够到达上半断面的底部为止，经开挖后及时喷射混凝土，目的在于以最短的时间封闭掌子面。

进洞施工前，施作超前大管棚，同时采取超前小导管注浆支护措施。具体施工中，洞口开挖至仰拱底，首先将钢架混凝土套拱施工成型，预埋管棚导向管，再施作长管棚，构成完整且稳定的洞室轮廓。为规避水侵蚀墙脚和隧底的问题，在洞口段加强防排水。

3.2 洞身开挖与支护

隧道开挖分两种情况考虑，即Ⅴ级围岩、Ⅳ级围岩，各自分别采取的是三台阶七步法、环形开挖预留核心土法。其中，在Ⅴ级围岩地质条件下施工时，采取的是挖掘机与风镐联合作业的模式，局部开挖难度较大时，采用风钻打眼弱爆破的方法。除此之外的其他地段，施工设备均为YT-28凿岩机，必要时可爆破，方法为非电毫秒雷管微差控制爆破。

穿越公路段（K35+020～K35+040）施工时，除了保证现场正常施工外，还需考虑到所穿越公路的稳定性，加强监测，利用监测数据指导现场施工，及时采取控制措施。为保证开挖断面尺寸的准确性，可用激光断面仪测定开挖轮廓线以及炮孔位置。开挖期间产生的弃渣利用ZL50C侧式装载机装载，用20 t自卸汽车及时运输至指定堆放场所，避免现场堆积[2]。

3.3 Ⅴ级围岩开挖

上台高3 m、中台高2.8 m、下台高3 m，仰拱安排在最后开挖，高度为1.6 m，并使仰拱滞后20～30 m。开挖过程中预留核心土，尺寸为长3～5 m、宽5～6 m、高1.5～2.0 m，中台及下台两侧台阶错开量控制在2～3 m，在下台中部开挖时则适当预留宽度为4 m的斜坡道。有序开挖，单个循环进尺为0.6 m。

考虑到隧道周边围岩的稳定性要求，对其采取超前预加固措施，在确保其具有足够的稳定性后，再组织三台阶分步平行开挖作业，此处分为两部分，上半断面环形部分用风镐开挖（人工作业），除此之外的其他部分均利用挖掘机以机械化作业的方式高效完成。

按流程有序将三台阶七步法施工流程中的各项工作落实到位，主要注意事项有5个。

1）上部弧形导坑开挖。开挖时间安排在拱部超前支护完成后，预留核心土，长度为3～5 m，宽度为隧道开挖宽度的1/3～1/2。严格控制开挖循环进尺≤0.96 m，每完成一部分开挖后及时喷锚网支护，同时根据要求架设钢架，构成防护体系；确定拱架拱脚以上30 cm的位置，在该处打设φ42 mm锁脚锚管（下倾角按30°控制，并紧贴钢架两侧边沿设置），将其与钢架焊接于一体，再复喷混凝土，直至其能够满足设计厚度要求为止。

2）左、右侧中台阶开挖。此部分的开挖高度为2.8 m，开挖循环进尺≤0.6 m，左右侧台阶错开2～3 m，加强防护，开挖后随即初喷3～5 cm混凝土并喷锚网支护，确定拱架拱脚以上30 cm的位置，在该处打设φ42 mm锁脚锚管（下倾角按30°控制，并紧贴钢架两侧边沿设置），将其与钢架焊接于一体，再复喷混凝土，直至其能够满足设计厚度要求为止。

3）左、右侧下台阶开挖。此部分的开挖高度为3 m，开挖循环进尺≤0.6 m，左右侧台阶错开2～3 m，加强防护，开挖后随即初喷3～5 cm混凝土并喷锚网支护，确定拱架拱脚以上30 cm的位置，在该处打设锁脚锚管（下倾角按30°控制，并紧贴钢架两侧边沿设置），将其与钢架焊接于一体，再复喷混凝土，直至其能够满足设计厚度要求为止。

4）预留核心土开挖。在上、中、下台阶开挖时，分别根据要求预留合适尺寸的核心土。对于开挖进尺的控制，该值与各台阶循环进尺相同。

5）隧底开挖。在此部分施工中，每循环开挖长度按2～3 m控制，遵循随挖随支护的原则，及时施作仰拱初期支护。按前述方法完成2个隧底的开挖和支护作业，施作仰拱（采取分阶段依次设置的方法，单个节段的长度为4～6 m）[3]。

4 质量控制

4.1 开挖作业

在实施三台阶七步开挖法时，要尽量保证工序之间的良好衔接，最大限度地缩减围岩暴露的时间，防止因为过分暴露而发生围岩失稳的意外。还需控制初期支护的成环时间，一般15 d较为适宜，将闭合时间进一步缩减。超前支护一定要按照要求严格进行，超前支护外插角也要控制好，对地层进行加固时也要把握好注浆工艺，以确保在超前支护的保护下完成隧道施工。开挖台阶时，应当对中、下台阶按照左、右的方式间距2～3 m进行，不能按对开的方式开挖。

4.2 支护作业

对锚杆钻孔时尽量依照直线的方式进行，且垂直于岩层面，要保证钻孔的直径、方向和深度等与设计相符。制作和架设钢架都需要遵守设计要求，并将其架设在坚实基面上。施工中避免支架拱角出现虚渣。搭设好拱架之后，在拱脚上方30 cm的位置搭设长达4 m的长锁脚锚杆，使其沿着两侧下倾30°，锁脚锚杆必须牢牢焊接在钢筋上。

搭接的钢筋网片长度必须超出20 cm，在初喷混凝土结束后才能铺设钢筋网，而且要保证锚杆、钢筋以及钢筋网之间紧密连接。在喷射混凝土前，先对岩块进行处理，及时处理松动部分，并把岩壁面和边脚部分的杂物清理干净。如果岩面发生渗漏现象，可以采取埋设引排的方式进行处理。初次喷射混凝土时，要按照一定的顺序进行，一般从两侧开始，对称展开，先喷射钢架和围岩之间的空隙，后喷射钢架之间的混凝土。

5 监控量测

5.1 监控量测的主要目的

有效落实第三方单位监控量测制度，由专业技术人员开展监控量测工作，借助此途径掌握围岩稳定程度、应变、初支应力，将所得数据作为后续施工的参考，并在此基础上合理修正初期支护参数。

5.2 监控量测的主要内容

严格依据规范开展监控量测工作，需考虑到净空变化、拱顶下沉、浅埋段地表沉降等，除此之外，还要定期安排洞内、外的巡检，做全面的观察，以拍照的方式记录实际情况。加强对钢支撑、锚杆的应力监测。

5.3 监测点的布置

以监测方案为准，在洞内围岩开挖前合理布置观测点。首先，在洞顶地表合适部位进行布置，再结合隧道开挖进程，适时在隧道内予以布置。对于隧道上方拱顶下沉和洞身净空变化两部分的观测点，宜将其布置在洞内同断面处，此外，于拱顶中线上方周边位置布设拱顶下沉观测点。针对隧道宽度较大的情况，有必要在拱顶上方布设3个观测点，以便做全方位的观测。

图1 地表沉降横向测点布置示意图

6 结语

综上所述，浅埋小净距大断面隧道的施工难度较大，施工时易受到现场地质、水文等多重因素的干扰，且施工中存在较强的扰动作用，易影响围岩、既有结构以及既有设施（如现状公路）等的稳定性。本文立足于浅埋小净距大断面隧道的施工难点，探讨其施工技术，分Ⅳ、Ⅴ两级围岩考虑，阐述开挖和支护的作业要点，希望可以给同仁提供参考。