小净距浅埋偏压隧道施工技术要点

王懿杰

（福建省高速公路集团有限公司龙岩管理分公司，龙岩 364000）

福建高速公路山岭隧道建设环境复杂， 地质条件为主要影响因素，常遇到浅埋、偏压、岩溶发育等不良地质条件。伴随行业技术水平的逐步提高，在单一的不良地质环境中已经形成较好的解决方式， 但在多种不良地质的情况下，隧道施工技术仍表现出不适用的问题。鉴于小净距浅埋偏压隧道的特殊性， 笔者认为有必要探讨相适应的施工方法。

1 工程概况

海西高速公路古武线永定至上杭段A2标段松树坪隧道为分离式结构形式，设计时速80 km/h。 现场施工环境苛刻，含小净距、浅埋、偏压等多种不良条件，不利于施工作业。左线、右线明洞分别为27 m、15 m，暗洞口纵向间距52 m，具体情况见图1。山体伴有明显倾斜现象，最大高差23.04 m，可见洞口段存在极明显的偏压现象，具体情况见图2。 左右线隧道洞口段开挖边线距离8.31 m，开挖宽16.2 m、高11.65 m。

图1 隧道洞口平面图(m)

图2 洞口横断面(m)

2 施工方案

鉴于小净距浅埋偏压隧道地质环境的特殊性， 需选择与施工条件相适应的施工方法， 现阶段的可选方式主要有如下3种.

（1）CD法：既中隔壁法，主要适用于地层较差和不稳定岩体、且地面沉降要求严格的地下工程。呈块状但裂隙填充物少的硬质Ⅳ级围岩，不适合采用中隔壁法，这类围岩一般采用弱爆破效果差， 采用常规爆破则破坏临时支护，中隔壁无法失去作用，反而形成施工安全隐患。 该法要求考虑时空效应，每一步开挖必须快速施工，及时步步成环，采用喷射砼封闭，消除由于工作面应力松弛而增大沉降值的现象。

（2）台阶分部法：此法的优势在于开挖分部少，现场作业条件良好，可配置大型机械设备以便高效出渣；不足之处在于上台阶开挖高度大，包含大量的支护作业，难以做到及时封闭成环，有较明显的安全隐患。

（3）三台阶法：此法的优势在于顶部开挖面积小，可在短时间内完成初期支护作业，施工现场较安全；不足之处在于开挖工序多，存在较明显的扰动现象，导致拱脚失稳，且出渣效率偏低。

结合该隧道实际施工条件， 洞口段以三台阶开挖法较为合适，能保障施工安全，伴随施工作业的持续推进，进洞40 m后则转变为台阶分部法， 期间加强监控量测和地质预报，及时评价现场施工情况。

3 施工方法及技术措施

3.1 破口进洞施工方案

3.1.1 左线隧道洞口加固措施

本工程中， 左线隧道洞口表现出极为明显的偏压现象，为保证施工作业的安全性，进洞前应采取边仰坡喷锚支护措施（锚杆L=4 m、每1.2 m长/宽布设一根锚杆，选择C20混凝土， 经过喷射施工后形成厚度约10 cm的结构层），并设置超前小导管（φ42、L=3.5 m、间隔每40 cm一根），完成注浆作业。 明洞左侧施工中，设抗偏压挡墙，并反压回填混凝土。做好进洞前的全面防护，于暗洞口处设置套拱，尺寸要求为长12 m、厚50 cm。

3.1.2 右线隧道洞口加固措施

加强洞口边仰坡的防护，于该处采取喷锚支护措施，并分别在拱部左侧90°、右侧55°设超前小导管（φ42、L=4 m、间隔每40 cm一根），采取双排布设的形式，并完成注浆作业。 暗洞口的防护选择的是2榀I22工字钢套拱，通过焊接手段使其与小导管端部稳定连接， 从而构成完整的结构。拱部覆盖层偏薄，必须在完成洞口加固作业后才可正式破口。 需注意的是，破口第1环时需要注重对拱部岩体的防护，因而周边眼钻孔后不装药。

3.2 偏压小净距段施工

本隧道工程的洞口段偏压严重， 在此条件下明显增加了洞口加固工作量，右线隧道先开挖进洞，将实际施工进度与左线暗洞口对比分析， 超过30 m且同时满足支护稳定的要求后方可安排人员组织左隧的施工作业。 开挖作业按照"短进尺、弱爆破"的理念完成，循环进尺设为50 cm。 分块开挖过程中要在最短的时间内封闭成环，做好施工现场的监测工作，根据监测结果分析实际情况，灵活调整分块开挖纵向间距。 监测断面分别设置在洞口段地表和洞内，按照4 m的间距依次布设，采取每天监测2次的方式，若现场各结构稳定性较好，则变更为每日1次。

4 施工技术要点

4.1 开挖

根据隧道拱部的施工条件，开挖循环进尺设为50 cm，按照50 cm的间距依次布设适量的周边眼，使用岩石乳化炸药，通过电雷管起爆。①步开挖过程中必须预留核心土；②步开挖遵循的是持续性原则，即一次开挖到位，期间加强对各项工作参数的控制，具体要求见表1。开挖结合了多种方法，左线63 m和右线43 m统一选择的是三台阶法（图3）， 后续遇到Ⅳ级围岩则在原基础上转变为台阶分部法。偏压小净距段施工过程中，①步开挖10 m后进入中台阶开挖环节，经过12 m开挖作业若质量达标，则组织下台阶开挖作业，及时观测现场施工数据，根据所得结果调整台阶长度。 左右隧道分别设置有掌子面，检测两者所形成的纵向间距，超过30 m则优先选择光面爆破方式。 开挖进洞达到6 m后通过现场监测可以得知拱部左侧伴有明显的夹泥地层，于该处加密支护，并针对拱背处采取径向注浆措施，全程并未发生失稳现象，初期支护与围岩无任何异常。

表1 隧道洞口段开挖参数

图3 三台阶法开挖示意图

4.2 洞身开挖施工

左右暗洞洞身的布设特点在于两者进洞里程错开量达到25 m，经分析后选择先行开挖左洞的方式，最初的25 m采取侧导洞法，后续转变为上下台阶法。 大管棚及孔口钢套管分别采用φ108 mm×6 mm与φ127 mm×4 mm的热轧无缝钢管，大管棚平均长度为30.5 m(其中入土长度25 m)，双洞共两环，环向间距50 cm，每环32根，按有孔和无孔交替布置。右洞进口浅埋偏压段选择的是侧导洞法，加固中间岩柱， 先对中夹岩柱部分进行小导管注浆预支护， 待注浆达到强度后， 再开挖和对导洞初喷一层混凝土，然后对中夹岩施加预应力锚杆，锚杆一端通过钢垫板锁紧，另一端锚固在岩体内，后施加预应力，并锁定，最后注浆， 中夹岩加固长度以中夹岩两侧围岩类别较低一侧的围岩长度为控制设计。 对于小净距隧道先行修建隧道初期支护的及时跟进对改善隧道的变形和受力条件极为有利，使后行修建隧道对中岩墙的影响明显降低，位移显著降低，塑性区范围减小，能有效地保证岩墙的稳定。 于该处设置中空注浆锚杆，再组织上、下断面的开挖作业，期间及时采取支护措施。洞身开挖易发生失稳现象，每循环进尺1.0 m便要组织一次钢拱架支护作业。

5 监控量测分析

以施工时间节点为基准，提前1个月在现场设地表沉降监测点， 在安装工字钢时要同时完成拱顶沉降和水平收敛测点的布设，在尚未喷射混凝土前便组织一次测量，将所得结果作为初始值。整理监控量测结果，以此为依据分析围岩偏压情况，视实际情况合理调整工艺方法。

5.1 拱顶沉降

各段拱顶的沉降存在差异， 最大为YK33+756处，达到17 mm，后续在开挖进尺逐步增加的条件下，拱顶覆盖层厚度随之加大，从而表现出拱顶沉降下降的变化趋势；总体上， 拱部开挖后15 d存在较明显的拱顶沉降变形现象，但都处于许可范围内。

5.2 地表沉降

拱部开挖前后10 d是地表沉降的集中发生时间段，中台阶和下台阶的稳定性较好，仅存在微弱的地表沉降。根据监测横断面信息得知，各部分地表沉降中，以偏压地形覆盖层薄的区域较为明显，最大值为-38.5 mm（图4）。

图4 地表沉降曲线图

5.3 水平收敛及位移

所得结果表明，最大水平收敛为10.2 mm；位移现象主要发生于拱部覆盖层对应偏压侧的侧墙处，各处均存在差异，最大为6 mm；由于应用了抗偏压措施，因此可有效减小隧道偏压的不良影响，虽然存在水平位移但相对较小，位移均值都可控制在6 mm以内。

6 结论

本工程为典型的小净距浅埋偏压隧道，施工难度较大，本文对施工技术要点展开分析，现就本次研究作如下总结：

（1）通过小导管注浆、挡墙、反压回填混凝土相结合的方式可营造安全施工环境，浅埋偏压隧道施工难度大的问题得到有效解决。

（2）洞口段施工作业选择的是三台阶法，加强对爆破的控制，确保隧道间中岩柱的稳定性，此外洞口段初期支护稳定可靠，从实际监测结果来看，各项指标都处于可控状态。

（3）Ⅳ级围岩施工条件苛刻，于洞外反压回填混凝土，与此同时在洞内开挖过程中加强初期支护，此过程并无明显偏压现象。 在多种途径相结合的施工方案下，隧道开挖安全可靠，实际质量满足预期要求。