巴掌湾小净距隧道进口浅埋偏压段施工技术.doc

巴掌湾小净距隧道进口浅埋偏压段施工技术摘 要：本文通过工程实例，对小净距浅埋偏压隧道的地表加固、反压挡护、超前支护、中间岩柱加固、锚喷支护、洞身开挖、监控量测等关键工序的施工方法和技术措施进行了探讨和总结。关键词：小净距；浅埋偏压；施工技术。1.概述1.1隧道总体概况巴掌湾小净距隧道位于安徽省岳西县境内，为新建六潜高速公路岳潜段YQ-03标段内最长的一座隧道，采用并行双线小净距隧道形式。隧道平面全部位于右偏曲线上，隧道双洞轴线间距为29.2m，中间岩柱宽度为17.8m。隧道左洞起讫桩号ZK82+145ZK83+152，长1007m；右洞起讫桩号YK82+165YK83+138，长973m。隧道设计为双向四车道，单洞净宽10.5m，单洞净高7.03m。左洞进口明洞长5m，右洞进口明洞长10m。本隧道地处大别山腹地，山体地形起伏较大，植被发育，洞口位于陡峭深沟壑旁。隧道穿过的山体岩性单一，为全弱风化花岗片麻岩，地表为风化覆盖层，未见有断层。隧道所处地区未见地下水露头，地下水主要源于基岩裂隙水，赋存于基岩裂隙和破碎带中，受大气降水补给，水量不大，季节影响小。1.2进口浅埋偏压段隧道情况巴掌湾小净距隧道进口端左洞ZK82+150ZK82+295段及右洞YK82+175YK82+240段均为级围岩浅埋偏压隧道。本段左右洞身埋深浅，左、右洞埋深最薄处分别为1.6m和0.7m，并且进口处左侧山体自然坡度较陡，最陡处达50，洞身处于严重浅埋偏压状态，其中，进口端左洞ZK82+150ZK82+260段和右洞YK82+175YK82+220段均为浅埋偏压尤为突出，属于典型的隧道贴坡进洞情形。左右洞身浅埋偏压代表性的断面见下图1和图2。图1 左洞浅埋偏压代表性的断面图2 右洞浅埋偏压代表性的断面进口浅埋偏压段围岩为级全强风化花岗片麻岩：灰白灰黑色，鳞片中粒变晶结构，块状构造，风化裂隙发育，微张，呈角砾碎块松散结构。围岩稳定性差，施工易坍塌，处理不当容易出现大坍塌。属弱透水层，裂隙水渗入产生线流现象。2.进洞前施工技术措施2.1明洞开挖处理明洞开挖前，首先施工洞口上边仰坡外的截水天沟及周围排水沟，以避免水流冲刷边坡产生落石、边坡失稳、坍塌等现象。明洞采用明挖法施工，严格按设计坡率开挖，明洞临时边坡、仰坡坡采用“锚、网、喷”支护，确保隧道施工过程中边仰坡的稳定。2.2进洞前洞口超前小导管注浆预支护明洞开挖及边仰坡喷锚完成后，进洞前，先在洞口拱部打设35根长4.5m，环向间距0.3m的504注浆小导管，外插角6。钢管壁每隔15cm交错打孔眼，眼孔直径8mm，管尾1.2m不打孔。注浆浆液为水泥浆，注浆压力0.51.0Mpa，施工中严格控制注浆压力，并在管口处设止浆阀。通过超前注浆小导管注浆加固拱部级风化松散围岩，确保进洞安全。2.3地表加固和反压挡墙施工由于进口段处于浅严重埋偏压状态，且级围岩风化破碎，所以进洞前须对地表岩体采取加固措施，并对洞身偏压一侧采取反压挡护措施，保证隧道在施工和运营期间的安全和稳定。根据左右洞身浅埋偏压的具体情况和现场实际围岩地质情况，左、右洞分别采取如下措施：2.3.1左洞浅埋偏压处理措施左洞的右侧地表先清除表层覆土后打入3.0m长的早强砂浆锚杆，间距=120120cm，锚杆外露出清表后的地面1.0m，梅花型布置，然后施作2.0m厚的C15混凝土护坡反压挡墙，混凝土护坡反压挡墙内布设12，间距=1515cm的钢筋网，以增强护坡反压挡墙的整体性，反压挡墙施工采用分段挖槽，分段立模浇筑，防止挡墙基础开挖影响浅埋偏压陡坡的稳定，具体见下图3。图3 左洞浅埋偏压处理断面图2.3.2右洞浅埋偏压处理措施右洞根据不同地段的不同的浅埋偏压特点，采取不同的处理措施：右洞YK82+175YK82+220处于超浅埋严重偏压状态，尤以偏压状态更为明显，采取的措施是先将浅埋处表层覆土清除至初衬外边缘线后，施作60cm厚的C25混凝土套拱，套拱内设20a工字钢骨架，间距75cm，套拱两端基础延伸入围岩内60cm深以上，并在套拱两端设置长3.0m的22早强砂浆锁脚锚杆。同时施工外侧6.1m高的C15混凝土反压挡墙。套拱和反压挡墙完成后回填2.5m厚以上的8%水泥碎石稳定土，再在稳定土上回填50cm后的粘土隔水层，回填后再在回填土上植草恢复自然地表植被，具体见下图4。图4 右洞YK82+175YK82+220段浅埋偏压处理断面图右洞YK82+220YK82+240主要处于超浅埋状态，偏压状态相对较轻，采取的清表、套拱、回填水泥碎石稳定土及粘土隔水层及植草恢复自然地表植被等措施同YK82+175YK82+220段，取消混凝土挡墙，在回填外侧边缘设2.0m宽1.5m深的梯形排水沟，以利排出山坡汇水，防止冲刷，具体见下图5。图5 右洞YK82+220YK82+240段处理断面图3.洞身开挖施工小净距隧道洞口级围岩浅埋偏压段由于其围岩级别低，施工条件复杂，要确保施工的安全与质量，洞身开挖方法和施工工序的选择就显得尤为关键。左洞暗洞进洞里程为ZK82+150，右洞暗洞进洞里程为YK82+175，左右暗洞洞身设计进洞里程相互错开25m。本隧道先行开挖左洞，左洞ZK82+150 ZK82+175段25m的洞身开挖采用侧导洞法施工，侧导洞设在偏压洞身断面的左侧，左洞开挖至ZK82+175以后采用上、下台阶法施工，下台阶开挖落后于上台阶20m左右。左洞上、下台阶开挖掌子面超前右洞开挖掌子面距离保持50m以上，右进口浅埋偏压段洞身开挖采用侧导洞法施工，侧导洞仍设置在偏压洞身断面的左侧，侧导洞超前开挖后立即对中间岩柱打入中空注浆锚杆支护进行加固。之后，再进行右洞上、下断面开挖和支护，施工工序与左洞相同。洞身开挖每循环进尺为1.0m即2榀钢拱架间距，洞身开挖每2.0m预先在拱部打设超前注浆小导管，对拱部围岩进行预支护。开挖后必须及时施作初级支护封闭围岩。仰拱采用跳槽法开挖。洞口级围岩浅埋偏压段施工工序详见下图6。 图6 洞口级围岩浅埋偏压段施工步序示意图4.超前预支护及初级支护和加强措施本隧道采用新奥法施工，复合式衬砌。浅埋偏压段原超前预支护及初级支护参数见下表1：表1 原超前预支护及初级支护参数表序预支及初支类型预支及初支参数部位备注1C25早强喷射砼25cm厚拱圈及仰拱26钢筋网=1515cm拱圈320a钢拱架=60cm左洞拱圈右洞拱圈及仰拱425中空注浆锚杆L=4.0m，=10060cm拱圈及中间岩柱梅花型布置5504超前小导管L=4.5m，=40cm，a=6，纵向搭接长度3.0m拱圈上部根据本隧道进口段小净距级严重浅埋偏压的工程现场实际情况，施工时对超前预支护及初级支护进行了变更调整，对超前预支护及初级支护进行了加强，变更调整后的超前预支护及初级支护参数见下表2：表2 变更调整后超前预支护及初级支护参数表序号预支及初支类型预支及初支参数部位备注1C25早强喷射砼25cm厚拱圈及仰拱26钢筋网=1515cm拱圈320a钢拱架=50cm左、右洞拱圈及仰拱425中空注浆锚杆L=4.0m，=10050cm拱圈梅花型布置L=6.0m，=10050cm中间岩柱5504超前小导管L=4.5m，=30cm，a=6，纵向搭接长度2.0m拱圈上部施工中针对隧道浅埋偏压段自身特点和小净距隧道施工难点，在超前预支护及初级支护方面采取如下针对性的施工措施和对策：(1).超前预支护加强措施:进口浅埋偏压段为级强风化围岩，围岩自稳能力差，为加强围岩的自稳能力，每次掘进对前面洞身轮廓线外的围岩采取超前小导管预支护，注浆加固拱圈围岩，形成小导管刚性骨架和加固围岩圈共同作用的受力体系，确保后续掘进施工安全。考虑到进口段浅埋偏压十分严重，将超前注浆小导管环向间距由40cm变更为30cm，小导管纵向搭接长度由3.0m变更为2.0m，以进一步加强超前预支护效果。(2).洞身围岩及小净距隧道中间岩柱加固：小净距隧道浅埋偏压级强风化围岩自承能力差，为加固松散较软弱岩体，增强围岩的整体性和结构承载力；在隧道初级支护中设置径向系统锚杆，并且系统锚杆采用注浆效果比普通砂浆锚杆更好的25中空注浆锚杆，锚杆梅花型布设，长度4.0m。为增加锚杆对围岩的加固效果，施工时将拱圈及中间岩柱内的锚杆间距由=10060cm变更调整为=10050cm。此外，加固中间岩柱的两侧对穿中空注浆锚杆长度由4.0m调整为6.0m，确保浅埋偏压小净距隧道中间岩柱的稳定性。中空注浆锚杆布设情况见下图7。图7 中空注浆锚杆布设图中空注浆锚杆施工的关键，一是锚杆施打方向必须是沿隧道轮廓径向或与围岩节理面垂直，方向不合理的锚杆将失去作用；二是注浆一定要饱满，注浆不饱满的锚杆起不到支护作用。(3).钢拱架喷射混凝土初级支护:钢拱架喷射混凝土施工后立即受力，并且其强度和刚度较大，可以承受浅埋偏压级围岩的松动变形压力。采用钢拱架喷射混凝土不仅提高了初级支护的强度和刚度，而且初级支护可以及时承受开挖后的早期围岩压力，确保松散破碎围岩开挖后的稳定性。钢拱架由20a型工字钢制作而成，考虑到巴掌湾小净距隧道进口级围岩浅埋偏压段的工程特点，钢拱架每榀纵向间距由=60cm调整为=50cm。另外，变更调整增加了左洞仰拱的钢拱架喷射混凝土初级支护，使左洞同右洞一样，其仰拱钢拱架喷射混凝土初级支护与上部拱圈的初支形成一个整体的受力圆环，增强初支受力的整体性能，具体见上图7。喷射混凝土采用“湿喷”施工工艺，以降低粉尘，减少回弹率，严格控制水灰比，保证喷射混凝土质量。5.二次衬砌浅埋偏压段二次衬砌采用4580cm厚的钢筋混凝土，在洞身存在偏压的一侧，从拱顶向拱脚处二衬厚度由45cm渐变加厚至80cm，以增强二次衬砌抵抗围岩的偏压力。对于本小净距隧道进口浅埋偏压级围岩段，为保证洞内施工安全，二次衬砌需及时施工，二衬紧跟掌子面的距离保持4060m内。二次衬砌采用钢筋混凝土，以保证浅埋偏压软弱围岩状态下的隧道二衬结构的受力抗裂性能。二衬施工采用先墙后拱法，仰拱完成并回填后及时施工矮边墙，再用12m长的自行式液压全断面二衬台车一次浇注拱圈二衬模筑混凝土。6.施工监控量测隧道现场监控量测是新奥法复合式衬砌设计、施工的核心关键技术之一，通过现场监控量测可以掌握围岩和支护在施工过程中的力学状态及稳定程度，保障施工安全，同时也为评价和修改初级支护参数，进行力学分析及二次衬砌施作时间提供信息依据。针对巴掌湾小净距隧道洞口级围岩浅埋偏压段的具体条件，施工中重点进行了如下监控量测项目，具体见下表3。表3 监控量测项目、方法及测量频率表监测项目测试方法和仪表测点布置监测时间频率115d1630d3190d必测项目地质观察现场观察、地质罗盘全长度开挖后及初期支护后进行每次爆破后或初级支护后地表下沉精密水准仪、塔尺洞室中心线上，并与洞轴线正交平面一定范围内12次/d1次/2d12次/周周边收敛收敛仪每10m一个断面每断面3对测点12次/d1次/2d12次/周拱顶下沉水平仪、水准尺或测杆每10m一个断面每断面3个测点12次/d1次/2d12次/周中间岩柱围岩压力压力盒每洞3个断面每断面15测点12次/d1次/2d12次/周主要监控量测项目的测点布置见下图8。图8 监控量测项目的测点布置图将同一断面的各量测数据如位移、收敛、沉降等数量随时间变化的动态曲线进行回归分析，以确定围岩变形的规律及围岩的稳定性特征。一般情况会出现如下两种特征曲线，见下图9：位移收敛位移收敛tt(a) 正常曲线 (b) 反常曲线图9 位移、收敛等特征曲线图(a)图表示量测值逐渐减小，围岩、初支结构趋于稳定。(b)图表示变化异常，出现反弯点，初级支护出现严重变形，这时及时通知施工管理人员，该段支护采取加强措施，确保隧道不坍方；严重时施工人员须立即撤离现场，保证人员安全。由于采取了各种有效的技术和施工措施，并且施工中严格按设计及施工规范要求进行，根据对各监控量测数据分析结果来看，位移、收敛、沉降等呈现(a)图的正常曲线状态，确保了施工安全和质量。7结束语小净距隧道是双洞隧道净距介于连拱隧道与规范要求上下行分离式隧道最小净距之间的一种特殊隧道结构形式。由于隧道净距小，施工时双洞相互影响较大，特别是当小净距隧道处于洞口浅埋偏压段时，隧道安全施工就显得尤为关键。通过一系列有效的技术措施，掘进、支护工作顺利进行，全过程围岩稳定。实践证明，在巴掌湾小净距隧道洞口级围岩浅埋偏压段施工方法和技术措施是有效可行的。总之，在隧道新奥法施工的全过程中特别是小净距隧道洞口级围岩浅埋偏压段始终要严格按照“管超前，严注浆，弱爆破，短进尺，强支护，早封闭，勤量测”的施工原则，做到“注浆一段、开挖一段、支护一段、封闭一段”，确保施工安全。参考文献：1.陈少华、刘伟，小净距隧道的结构受力特点及工程措施，国际隧道研讨会论文集，2002，北京；2.姚广志、秦洲、卢晓玲等，巴掌湾隧道两阶段施工图设计及变更文件，中交第一公路勘察设计研究院2005.7，西安；3.公路隧道施工技术规范.JTJ0042-94，人民交通出版社，1995，北京。