下穿高速公路大断面双线隧道的施工技术

宋健

（上海浦东路桥建设股份有限公司，上海市 201210）

下穿高速公路大断面双线隧道的施工技术

宋健

（上海浦东路桥建设股份有限公司，上海市 201210）

结合31省道诸暨王家湖至五泄段改建工程横山岗隧道下穿杭金衢高速公路施工实践，介绍大断面双线隧道下穿高速公路的施工方案、施工组织、监控量测、路面沉降观测，为今后类似工程提供借鉴和参考。

大断面；双线隧道；高速公路；路面沉降

1　工程概况

横山岗隧道位于31省道诸暨王家湖至五泄段改建工程第5合同段内，为上下分离式隧道，左洞长度590 m，右洞长度530 m。隧道在ZK16+338（YK16+341）处下穿杭金衢高速公路，范围为ZK16+310～ZK16+365及YK16+317～YK16+372，交叉角度75°，左右洞与高速公路相交处桩号分别为K236+060、K236+090，路面影响长度450 m。隧道下穿杭金衢高速公路处于半填半挖路基，下穿段隧道设计标高28.08 m，杭金衢高速公路最低标高47.02 m，隧道拱顶距离杭金衢高速公路路面9.96 m，约0.58D（D：隧道开挖跨径，为17.24 m）。

隧道下穿杭金衢高速公路段埋深浅，围岩体为强-中风化岩体，粉砂岩夹砂岩、泥质粉砂岩，呈块碎石镶嵌结构，日晒水浸易风化、易软化、掉块，稳定性一般。隧道区地下水主要为基岩裂隙水，主要为大气降水入渗。

该工程重难点主要在于：

（1）隧道开挖宽度为17.2 m，高度为10.5 m，开挖断面大，成洞较为困难。

（2）隧道埋深浅，拱顶覆盖层厚度仅为9～11 m，开挖跨度大，施工过程中容易造成冒顶坍塌。

（3）隧道下穿正在运营中的杭金衢高速公路，施工过程中对高速公路路面沉降、爆破振动速度、右侧边坡稳定性要求高，保证行车安全责任重大。

（4）双侧壁导坑法工序复杂，工艺要求高。

（5）下穿施工过程中做好洞内监控量测和路面沉降观测，根据量测资料和沉降数据，及时修改支护参数，优化施工工艺。

2　施工方案

横山岗隧道下穿杭金衢高速公路段属于浅埋段，围岩破碎，且进洞口与浙赣铁路、甬绍金衢成品油管道较近，爆破施工安全风险大，控制难度高。如何最大限度地减少对周边的扰动，充分利用其自身的稳定性，安全、快速穿过高速公路是隧道施工的关键。

根据现场情况采用由出口端向进口端施工的工作面进行组织，左右洞施工范围分别为ZK16+310～ZK16+365、YK16+317～YK16+372，各55 m。首先进行右洞下穿段施工，为保证隧道施工安全，右洞下穿高速公路段施工完成后，左洞再跟进施工。根据围岩情况采用洞内超前大管棚支护，双侧壁导坑法进行施工。

双侧壁导坑法采用八部开挖结合双二衬施工，严格控制掘进进尺，主洞拱部开挖及进尺0.5 m，初二衬进尺不大于1 m；仰拱与拱部掌子面距离12～16 m，二衬与拱部掌子面距离15～20 m。

对全风化～强风化围岩尽量采用人工或机械开挖，中风化围岩采用微振爆破。应及时封闭掌子面，防止产生于掌子面的塌方。加强洞内监控量测和高速公路路面沉降观测，及时调整支护参数和施工方案，防止地表沉降与开裂。

施工前到高速公路主管部门进行施工专项方案安全评估，评估通过后与高速公路管理部门做好沟通联系，在施工过程中根据施工情况做好交通管制。

3　主要施工方法

3.1超前大管棚施工

3.1.1管棚工作室及导向墙施工

为提高管棚施工质量和定位精度，在ZK16+ 302～ZK16+310及YK16+309～YK16+317处设置管棚扩大工作室（见图1）。至设计拱顶开挖轮廓线高度时，垂直下挖至设定的上半断面底部，临时喷射10 cm混凝土封闭掌子面。精确测量放出洞口位置，定出大管棚及导向墙的位置。

图1　管棚工作室纵面示意图

沿开挖轮廓线环向紧贴安装4榀18号工字钢钢架，每榀钢架间焊接22的固定钢筋。导向管采用170×4 mm的钢管，间距0.4 m，倾角平行与线路纵坡，方向与线路中心线方向平行。施工时在型钢上标注170×4 mm导向钢管的位置，环向间距0.4 m，逐根焊接于钢架上固定，导向管两端封堵，以防进浆。导向墙厚度为0.9 m，长度为1.5 m，采用C30混凝土浇筑。

3.1.2管棚施工

根据场地条件及管棚长度，选用1台YGL-150A型履带式工程钻机。该机采用履带底盘装载、全液压驱动、动力头钻进，钻孔深度可达130～150 m，设有举高大臂机构，多角度多高度桅杆调节，能适用于隧道管棚全方位施工。钻孔施工顺序由下向上、由两边向中间依次进行。

为了避免围岩内孔隙水通过钻孔流出而引起地面沉降，必须及时进行注浆。采用KBY50/70型双液注浆泵，水泥浆水灰比为0.8∶1，添加5%的水玻璃，注浆压力控制在0.5～1 MPa，初压为2 MPa。注浆期间安排专人对高速公路路面和边坡进行观察，防止浆液通过围岩裂隙外泄。

3.2双侧壁导坑法施工

双侧壁导坑法是一项边开挖边支护的施工技术。其原理是利用两个中隔壁把整个隧道大断面分成左中右3个小断面施工，左、右导洞先行，中间断面紧跟其后；初期支护仰拱成环后，拆除两侧导洞临时支撑，形成全断面。两侧导洞皆为倒鹅蛋形，有利于控制拱顶下沉。采用双侧壁导坑法能够控制地表下沉，保持掌子面的稳定，安全可靠。

3.3施工工序（见图2）

图2　双侧壁导坑法施工工序横断面图

（1）a.利用洞身上一循环架立的钢架施作隧道侧壁导坑纵向超前支护。b.开挖①部，每进尺0.5 m，掌子面喷5 cm厚混凝土封闭。c.施作①部导坑周边的初期支护和临时支护，架立钢架（包括导坑的临时钢架和横撑），并设锁脚钢管。d.安装径向锚杆后复喷混凝土至设计厚度。e.施作初期二衬混凝土。

（2）a.在滞后①部一段距离后开挖②部，每进尺0.5 m，掌子面喷5 cm厚混凝土封闭。b.施作②部导坑周边的初期支护和临时支护，架立钢架（包括导坑的临时钢架和横撑），并设锁脚钢管。c.安装径向锚杆后复喷混凝土至设计厚度。d.施作初期二衬混凝土。

（3）在滞后②部一段距离后开挖③部并施作导坑周边的初期支护和临时支护，步骤及工序同（1）。

（4）在滞后③部一段距离后开挖④部并施作导坑周边的初期支护和临时支护，步骤及工序同（2）。

（5）a.开挖⑤部，喷5 m厚混凝土封闭掌子面。b.架设拱部型钢钢架，钻设径向锚杆后复喷混凝土至设计厚度。c.施作初期二衬混凝土。

（6）a.在滞后⑤部一段距离后开挖⑥部，喷5 cm厚混凝土封闭掌子面。b.架设拱部型钢钢架，钻设径向锚杆后复喷混凝土至设计厚度。c.施作初期二衬混凝土。

（7）a.在滞后⑥部一段距离后开挖⑦部、⑧部，喷5 cm厚混凝土封闭掌子面。b.导坑底部安设钢架封闭成环，复喷混凝土至设计厚度。c.施作初期二衬混凝土。

（8）拆除下部横撑，安设型钢钢架仰拱单元，使之封闭成环。

（9）根据监控量测结果分析，待初期支护收敛后，逐步拆除临时钢架和横撑，利用仰拱栈桥浇仰拱混凝土和仰拱填充。

（10）利用衬砌模板台车一次性浇筑二次衬砌。

4　隧道及路面监控量测方案

为保证隧道的施工安全和高速公路行车安全，根据可能出现影响安全的因素，选择布置适当的监控方案，使其能客观地反映隧道通过高速公路时的安全状况。监控量测是该隧道下穿高速公路施工中非常重要的一个环节，合理、及时、准确的施工监测将为制定施工方法和保证施工安全提供可靠的科学依据，使施工过程完全处于信息化控制中。

4.1洞内与路面量测点的布置

隧道洞内监控量测项目主要为地质和初期支护观测、拱顶下沉、水平净空收敛、地表下沉。洞内测点布置见图3所示。

图3　隧道洞内测点布置图

横山岗隧道下穿杭金衢高速公路影响段共布置13个纵断面、14个横断面，每5 m一个断面，共182个测点，其中基点位于ZK16+310高速公路一侧20 m外ZK16+290处（见图4）。配套采用测量机器人和水准仪相结合进行半自动化监测，实现了数据现场采集，超出预警值范围的量测数据能够及时报警。

图4　杭金衢高速公路路面测点布置图

4.2量测频率（见表1）

表1　隧道监控量测项目及量测频率一览表

4.3量测资料管理、数据分析及信息反馈

监控量测由专人负责，取得量测数据后，及时由监测人员整理分析监测数据。结合围岩、支护受力及变形情况进行分析判断，将实测值与允许值进行比较，及时绘制各种变形或应力～时间关系曲线，了解其变化趋势，预测变形发展趋向。观察及量测发现异常时，及时向总工程师、监理工程师、设计人员汇报，修改支护参数。

5　总结体会

（1）31省道诸暨王家湖至五泄段改建工程横山岗隧道下穿杭金衢高速公路施工段通过洞内大管棚超前支护加固岩层，采用双侧壁导坑法严格按照管超前、弱爆破、少爆破、短进尺、早封闭、勤量测和及时衬砌的原则施工。施工影响段高速路面最大沉降量为10 mm，大部分点在5 mm左右，在保证杭金衢高速公路行车安全的同时确保了施工安全。

（2）施工过程中要做好超前地质预报工作，及时掌握前方围岩情况。

（3）在初期支护拱部开挖过程中，由于失水产

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2016-03-08

宋健（1982-），男，湖北荆门人，工程师，从事施工技术管理工作。