大跨隧道洞口淺埋段工法轉(zhuǎn)換

1、 大跨隧道洞口淺埋段工法轉(zhuǎn)換摘要：本文以馬鞍山、井溝嶺兩座三車道大跨隧道洞口淺埋段的施工為工程背景，系統(tǒng)地闡述了在超前大管棚預(yù)支護下，采用雙側(cè)壁導(dǎo)坑法進洞，因相關(guān)條件而轉(zhuǎn)換為單側(cè)壁、臺階法等施工的過程。分析比較雙側(cè)壁導(dǎo)坑法、單側(cè)壁導(dǎo)坑法、臺階法優(yōu)缺點,總結(jié)靈活采用臺階法、單側(cè)壁導(dǎo)坑法、雙側(cè)壁導(dǎo)坑法成功穿越洞口超淺埋段的成功經(jīng)驗。結(jié)果表明：工程造價略有節(jié)省，隧道的施工進度則有較大的提高。關(guān) 鍵 詞：大跨隧道；淺埋段；超前支護；施工工法；轉(zhuǎn)換；一、工程概況馬鞍山、井溝嶺兩座隧道是青蘭高速邯涉段的控制性工程，其中馬鞍山隧道全長超過4300m，井溝嶺隧道全長超過3000m，均為標(biāo)準(zhǔn)分離式三車道隧道。隧

2、道建筑限界寬度14m,高度為5m，洞口段（v級加強）開挖寬度16.81m，開挖高度11.75m。隧址區(qū)地震動反應(yīng)譜特征周期為0. 350. 40s,地震動峰值加速度為0. 100. 15g,對應(yīng)抗震設(shè)防烈度為度。二、工程地質(zhì)條件馬鞍山隧道出口段上部為第四系山前沖洪積亞粘土及碎石組成，下部為強風(fēng)化頁巖，洞口圍巖穩(wěn)定性較差，埋設(shè)較淺，屬于軟弱圍巖大跨隧道淺埋段。井溝嶺隧道進口洞口段為第四系山前沖洪積亞粘土及碎石組成，亞粘土呈硬塑性堅硬狀，碎石成分為石灰?guī)r，含量6070%，土質(zhì)不均，上部具濕陷性。洞口圍巖穩(wěn)定性差，埋設(shè)淺，屬于典型的軟弱圍巖大跨隧道淺埋段。三、進洞方案大跨淺埋軟弱圍巖隧道施工，安全進

3、洞猶為重要，稍有不慎可能會造成塌方、冒頂?shù)葹?zāi)害。此段施工時迫近冬季寒冷天氣,如11月份不能順利進洞,面臨著冬季被迫停工的局面。根據(jù)洞口土石方開挖所暴露出的圍巖情況，均采用雙側(cè)壁導(dǎo)坑法進洞。1、超前支護超前支護采用40m108大管棚。熱軋無縫鋼管外徑108mm，內(nèi)徑8mm，采用15cm絲扣連接，管內(nèi)設(shè)鋼筋籠。注漿采用水泥漿+水玻璃雙液漿，二者體積之比為1：0.05，水泥漿水灰比1：1，水玻璃濃度：35be，模數(shù)為2.4，注漿壓力為初壓0.51mpa，終壓為2.0mpa。注漿完畢后再灌注m30的砂漿增強強度。套拱采用2m長、80cm厚的c25混凝土拱。套拱骨架為4榀間距0.5m的i20b鋼架，鋼架

4、外側(cè)焊接127的無縫鋼管作為導(dǎo)向管，外插角12。2、洞身支護系統(tǒng)錨桿為r25中空注漿錨桿，長4m，間距75cm×75 cm；i20b工字鋼拱架，間距50cm/榀；8鋼筋網(wǎng)，網(wǎng)格尺寸20 cm×20 cm；噴射混凝土厚度26cm；二襯65cm c25鋼筋混凝土。3、臨時支護噴射混凝土c2018cm；22砂漿錨桿，間距100cmx75cm，l=2m，6.5鋼筋網(wǎng)，網(wǎng)格尺寸為20cmx20cm；i16工字鋼拱架，間距50cm/榀。四、洞口施工方法的轉(zhuǎn)換采用雙側(cè)壁導(dǎo)坑法施工，開挖工作面狹小，開挖與支護不能平行作業(yè)，循環(huán)進尺頻繁，初期支護與臨時支護干擾較大，嚴重制約施工進度。綜合多種

5、因素，從技術(shù)角度考慮，在確保安全、質(zhì)量的前提下，先后對四個洞口的施工方法進行了優(yōu)化。1、馬鞍山隧道出口左線工法的轉(zhuǎn)換1.1、調(diào)整雙側(cè)壁正常施工順序馬鞍山隧道出口左線（進洞里程zk157+685）采用雙側(cè)壁導(dǎo)坑法進洞，左線i部完成開挖支護15m，iii部完成開挖支護28m，掌子面里程zk157+657。雖然掌子面為v級圍巖，但圍巖風(fēng)化強度隨進深減弱，地下水不發(fā)育。監(jiān)控量測顯示沉降量小，圍巖穩(wěn)定性較好，且有40m的超前管棚保護，因此對雙側(cè)壁導(dǎo)坑法進行調(diào)整：暫停ii部、iv部開挖與支護，先將i部施工至zk157+657，再進行部開挖與支護，最后進行ii部、部、部的開挖支護。減弱vi部臨時支護，進一步

6、增強v部的支護，可在確保安全的前提下加快施工進度（下圖所示）。v部增強以下兩項支護：（1）、增加超前砂漿錨桿支護，其參數(shù)為：25、環(huán)向間距40cm，縱向排距2m,l=4.0m,搭接長度2.0m。（2）、增加i20b鋼架固定砂漿錨桿，其參數(shù)為:25長4m、環(huán)向間距1m、縱向間距0.5m的砂漿錨桿來固定v部拱部鋼拱架。采取的工程措施：加強監(jiān)控量測，根據(jù)量測信息來確定中隔墻臨時支護拆除的時間和數(shù)量；為確保安全，采用間隔拆除的方法，同時把預(yù)留的鋼拱架采用22的鋼筋重新連接成整體受力結(jié)構(gòu)，v部噴射砼達到設(shè)計強度再拆除其余臨時鋼拱架。1.2、雙側(cè)壁導(dǎo)坑法轉(zhuǎn)換三臺階法施工施工至zk157+657里程后，掌子

7、面圍巖情況明顯變好，斷面上部78m為灰質(zhì)頁巖，下部為灰?guī)r，近水平層理，整體性較好。監(jiān)控量測結(jié)果表明，開挖支護后圍巖變形較小，整體較為穩(wěn)定，遂進一步調(diào)整雙側(cè)壁為三臺階法施工，取消臨時支護（如下圖）。采用三臺階法的關(guān)鍵是控制拱頂水平巖層的穩(wěn)定性。對超前大管棚下與開挖輪廓線上的不穩(wěn)定的三角體，采用超前小導(dǎo)管注漿來加固，使之與管棚支護形成整體受力，以利前方圍巖穩(wěn)定。同時開挖爆破堅持多打眼、少裝藥、弱爆破，以降低對圍巖的擾動。初期支護的參數(shù)增強如下：（1）、鋼拱架增設(shè)砂漿定位錨桿：25、200cm、l=3米，每榀二環(huán)；（2）、增設(shè)超前小導(dǎo)管：4240cm，縱向排距2m,l=3m，搭接長度1m；（3）、噴

8、砼:厚度由26cm增為30cm。施工工序調(diào)整如下：開挖支護1; 開挖; 開挖支護3; 開挖支護4; 開挖; 開挖支護6; 開挖支護7;施作仰拱；鋪設(shè)防水板；二襯。在二、三臺階中增加、是為了對、 、開挖增加臨空面，以減少對周邊圍巖的擾動，加強圍巖的穩(wěn)定性。通過12m的施工驗證，由雙側(cè)壁轉(zhuǎn)換為三臺階法是成功的，圍巖穩(wěn)定，支護可行。但鋼拱架的連接鋼板與水平基巖面不垂直，拱腳處理困難，受力效果較差，同時臺階高度較低，不利于機械施工，只能采用短臺階，工序較多，進度較為緩慢。1.3、三臺階變更為臺階法施工施工至zk157+620里程，掌子面圍巖為厚層頁巖及灰?guī)r，地下水不發(fā)育，圍巖等級為iv級。采用上下臺階

9、法施工，將上臺階底部開挖到起拱線位置，同時適當(dāng)增強超前支護與初期支護：（1）、格柵鋼鎖腳定位錨桿：每榀增加6根22、l=3.5米砂漿錨桿，對稱布置；（2）、超前支護：25砂漿錨桿間距由40cm變更為30cm，縱向排距由3m變更為2m,l=4m，每環(huán)62根，保證開挖搭接長度1m。臺階法施工爆破斷面增大，巖體較堅硬，加之開挖面縱向離山頂危石越來越近，使爆破難度成倍增加。故而加強對山頂危石進行專業(yè)化監(jiān)控，進一步優(yōu)化前期的爆破設(shè)計參數(shù)，采用多打眼、少裝藥，循環(huán)進尺嚴格控制在2m之內(nèi)。通過以上技術(shù)措施，順利的通過了該洞口段的施工，安全、質(zhì)量可控?？v觀此隧道的各種工序的轉(zhuǎn)換，其優(yōu)點為：根據(jù)圍巖條件優(yōu)化了施

10、工方法，取消臨時支護，節(jié)約了部分投資，加強了初期支護，確保隧道安全，適當(dāng)?shù)奶岣吡耸┕みM度，為后續(xù)施工提供便利條件。但工序的多次轉(zhuǎn)換，對現(xiàn)場管理、技術(shù)水平、操作工人都有較高的要求。2、馬鞍山隧道出口右線工法的轉(zhuǎn)換馬鞍山隧道出口右線（進洞里程yk157+695）采用雙側(cè)壁導(dǎo)坑法通過洞口段40m后，掌子面圍巖逐漸變好。通過對監(jiān)控量測成果、掌子面圍巖的評價分析，同時吸取左線工法轉(zhuǎn)換的經(jīng)驗，決定變雙側(cè)壁導(dǎo)坑法為小的單側(cè)壁施工：i部繼續(xù)向前施工，iii、v部同步施工，后續(xù)再施工其他部分。此法的優(yōu)點為：（1）、有利于洞口雙側(cè)壁導(dǎo)坑法的延續(xù)，便于工序的順利轉(zhuǎn)換；（2）、在確保安全的情況下，iii、v部同時施工

11、，有利于機械化施工，提高施工效率。確保進入冬季后，減弱冬季寒冷天氣的影響，可進行洞內(nèi)較大規(guī)模施工。（3）、單側(cè)壁小導(dǎo)坑超前的開挖，起到揭示前方圍巖的作用，為后續(xù)施工提供依據(jù)，同時超前小導(dǎo)坑開挖之后，釋放了部分圍巖應(yīng)力，減輕了后續(xù)大斷面的應(yīng)力分配。此法的缺點為：iii、v部合并施工，斷面面積較大，對于相對較弱圍巖，一次較多方量爆破，不利隧道安全。實際效果驗證，小單側(cè)壁施工方法可行，圍巖支護結(jié)構(gòu)穩(wěn)定。i號小導(dǎo)坑施工至yk157+610后，圍巖為中層灰?guī)r，節(jié)理發(fā)育不良，圍巖穩(wěn)定性較好，并且此時埋深較深。據(jù)此調(diào)整小單側(cè)壁為臺階法施工：暫停i部開挖，加快iii與v部開挖支護，待與i部平齊后，自然變小單側(cè)

12、壁為臺階法，取消臨時支護，同時為確保施工安全，增強超前支護，加固臨空圍巖。3、井溝嶺隧道進口左線工法的轉(zhuǎn)換井溝嶺隧道進口左線與馬鞍山隧道出口右線情況近似，因此整個隧道工序的轉(zhuǎn)化與之一樣，只是相似圍巖長度不同，所走里程不一。4、井溝嶺隧道進口右線工法轉(zhuǎn)換井溝嶺隧道進口右線（進洞里程yk158+330）采用雙側(cè)壁導(dǎo)坑法完成洞口v級加強段部40米，部20米。部里程為k158+370，洞身圍巖依次為：碎石土（10米）強分化頁巖（9米）弱風(fēng)化灰質(zhì)頁巖(21米），圍巖風(fēng)化強度逐漸減弱，地下水不發(fā)育。掌子面為弱風(fēng)化頁巖，水平層理，層狀結(jié)構(gòu)，巖層穩(wěn)定性相對較好。監(jiān)控量測成果顯示圍巖沉降、收斂變形量小，趨于穩(wěn)定

13、時變形量不超過1cm，遂決定由yk158+370里程，把雙側(cè)壁導(dǎo)坑法轉(zhuǎn)變?yōu)閱蝹?cè)壁導(dǎo)坑法，工序轉(zhuǎn)化采用漸變形式:首先進行部施工，循環(huán)進尺75cm，每立一榀i20b拱架，橫向依次向隧道中線擴移20cm，前進8m后，臨時支護拱架逐漸擴移至隧道中線位置，此時停止橫移，i部以此斷面面積向前推進。然后進行iii部施工，當(dāng)iii部開挖至如下圖所示位置，在a部留2米巖柱，以穩(wěn)定圍巖。在臺階處按50cm/榀架設(shè)i16鋼支撐。以后采取單側(cè)壁導(dǎo)坑法開挖，逐步將雙側(cè)壁導(dǎo)坑法轉(zhuǎn)換為單側(cè)壁導(dǎo)坑法。（雙側(cè)壁轉(zhuǎn)換單側(cè)壁平面示意圖）此法的優(yōu)點為：（1）、雙側(cè)壁導(dǎo)坑比較平穩(wěn)的轉(zhuǎn)換為大單側(cè)壁法施工，相對于斷面突變，有利減輕應(yīng)力的過

14、度集中，利于初期支護的穩(wěn)定。（2）、在漸變段及洞口加強段預(yù)留15m的保護立柱，有利于洞口大跨淺埋支護的穩(wěn)定，利于洞口段的安全，利于冬季施工。（3）、i部、iii部貫通之后，利于機械施工，便于機械掉頭與縮短運距。此法缺點為：漸變段施工，工法較復(fù)雜，施工質(zhì)量要求高，對施工管理水平是個考驗，因此選擇此法需慎之又慎。采用此法通過洞口段施工，根據(jù)對現(xiàn)場支護結(jié)構(gòu)變形觀察、圍巖評價等，施工方法調(diào)整后措施得當(dāng)，支護參數(shù)滿足支護穩(wěn)定要求，方法可行。至yk158+540里程，采用與小單側(cè)壁相同的方法，轉(zhuǎn)換單側(cè)壁為臺階法。五、結(jié)語上述的工法各有利弊，故而進洞方案及洞內(nèi)工序的轉(zhuǎn)換需慎重選擇，經(jīng)論證成功的方案還必須高質(zhì)量的完成。這其中必不可少的是對不同地段的圍巖情況、支護情況進行分析，確保安全順利地通過大跨隧道洞口段淺埋段。在實施過程中要始終堅持及時準(zhǔn)確地進行監(jiān)控量測、掌子面地質(zhì)圍巖評價等相關(guān)工作，充分