市政大跨度隧道软弱围岩段安全、快速施工技术措施

高晓波

摘要：近年来大跨度隧道在我国很多工程中越来越多地出现，这些大跨度隧道在实施时不可避免会遇到具有软弱围岩特性的特殊地段，如何安全、稳步快速进行这种特殊地段施工，隧道施工技术措施十分关键。文章通过对杭州秋石快速路二期半山隧道软弱围岩段施工的工程实践，总结了大跨度隧道软弱围岩段快速安全施工的经验，对以后大跨度隧道尤其是城市大跨度隧道的软弱围岩段安全快速施工有很好的借鉴作用。

关键词：隧道；大跨度；软弱围岩；安全施工；施工周期

中图分类号：U455 文献标识码：A文章编号：1009-2374（2012）06-0078-04

一、工程概况

半山隧道位于杭州市拱墅区半山镇境内，为杭州秋石快速路二期的控制性工程。半山隧道呈南北走向穿越半山、老虎山，隧道采用上下行分离式、双向6车道布置，设计车速为80km/h，左（西）线隧道长2200m，右（东）线隧道长2191m，隧道单洞断面净宽15.25m，净高5m，开挖跨度达17.5m，属典型大跨度城市市政隧道。

二、工程地质、水文地质概况

（一）工程地质概况

1．隧道进出口段。隧道进口段山坡植被发育，覆盖层厚3.0～5.0m。洞口两侧和洞顶以含碎石亚粘土为主。基岩为康山组（S2K）灰黄，青灰色，中厚层状细粒岩屑砂岩、细粒岩屑石英砂岩，夹中薄层状泥岩及粉砂质泥岩。本段岩体完整性差，围岩类别为Ⅴ级。

隧道出口段洞顶以覆盖层、全风化及强风化基岩为主，为Ⅴ级围岩；两侧洞壁为弱风化基岩，由于岩屑石英砂岩夹有薄层粉砂质泥岩，泥岩软化系数低，遇水已崩解，围岩类别为Ⅴ级。

2．隧道洞身段。左、右线洞线在同一山体内穿越，工程地质条件相近。洞身段穿越康山组（S2K）中细粒岩屑砂岩，唐家坞组（S3t）的岩屑石英砂岩及西湖组（D3x）的石英砂岩，围岩为Ⅴ、Ⅳ、Ⅲ围岩，以Ⅴ、Ⅳ级软弱围岩为主。

洞身段主要有F1、F2、F3三条大断层。F1与洞线近正交，带宽约20～30m，带内岩体挤压破碎，性状差，两侧岩体受其影响，同产状节理发育，影响带宽为100m。F2、F3断层与洞线交角小，带宽10～30m，在两侧洞壁及洞顶易产生掉块。断层破碎带及节理密集带围岩类别为Ⅴ级。

（二）水文地质条件

隧道测区内无河流分布，在半山、老虎山两侧山脚山间冲沟分布泉点，局部泉眼常年有水。进口段右侧为龙山水库；龙山水库集雨面积0.13km2，水库总库容39900m3，正常库容29500m3，水库最高蓄水位高程为20m。

三、施工方法及技术措施

（一）洞口段软弱围岩段施工

半山隧道洞口段均为V级围岩，围岩整体性差，洞口边仰坡及成洞面要逐级开挖逐级防护，在洞口防护完成并完成成洞面超前预支护后方可进洞开挖，为确保施工及结构安全，采取的进洞加强措施如下：

1．做好边仰坡外的截水沟、洞口排水沟，保持排水系统畅通；

2．加强地表和洞内量测，当地表沉降和支护下沉异常时，调整支护参数；

3．及时进行洞口及洞顶防护及绿化工作，避免雨水冲刷；

4．制定进洞施工实施方案及安全保证措施，做好技术交底；

5．采用大管棚、小导管对洞口软弱围岩进行超前预注浆加固。

（二）正洞软弱围岩段施工

当围岩软弱、松散时，围岩变形快，侧压力大，自稳时间短，初期支护早期强度不能满足围岩稳定的要求，甚至开挖后便产生围岩失稳坍塌而产生安全事故，为了防止此类事故发生，在半山隧道Ⅴ级、Ⅳ级软弱围岩施工中，为了确保施工安全，我们采取的对策是：严格遵循了“短开挖，禁爆破，快支护，勤量测，紧衬砌，早成环”的原则，选择合理的施工方法，Ⅴ级围岩采用双侧壁导坑法、Ⅳ级围岩采用单侧壁导坑法（CD法）施工。

1．Ⅴ级围岩段施工。在采用大管棚（小导管）超前支护后，按双侧壁导坑法，开挖断面分六步进行，用风镐配合挖掘机开挖施工，个别孤石和少量硬质岩段采取风钻打眼、微药量解体，风镐修凿轮廓，循环进尺控制在0.5m（一榀钢拱架间距），各工作面步距控制在1.2m，保证开挖后尽快初支成环。左、右两侧隧道错开50m以上后平行作业。Ⅴ级围岩施工方法及工艺见图1：

图1Ⅴ级围岩施工方法示意图

通过上述分析，Ⅴ级围岩地段的施工步骤如下：

施工步骤一：洞身拱部注浆小导管超前预支护施工。

施工步骤二：

（1）施工①部超前中空注浆锚杆支护。

（2）人工或机械开挖①部。

（3）喷5cm厚砼封闭①部掌子面。

（4）施作①部导坑周边的初期支护和临时支护，即初喷4cm厚砼，挂第一层φ6.5钢筋网，架设I20a工字钢拱架和I20a工字钢临时支撑，并设锁脚锚杆，安设I20a工字钢临时仰拱。

（5）施作径向φ42×4mm注浆小导管或φ25系统中空注浆锚杆，挂第二层φ6.5钢筋网，复喷C20砼至设计厚度。

施工步骤三：

（1）在滞后于①部30m后，施作②部超前中空注浆锚杆支护。

（2）人工或机械开挖②部。

（3）喷5cm厚砼封闭②部掌子面。

（4）施作②部导坑周边的初期支护和临时支护，即初喷4cm厚砼，挂第一层φ6.5钢筋网，架设I20a工字钢拱架和I20a工字钢临时支撑，并设锁脚锚杆，安设I20a工字钢临时仰拱。

（5）施作径向φ25系统中空注浆锚杆，挂第二层φ6.5钢筋网，复喷C20砼至设计厚度。

施工步骤四：

（1）在滞后于②部30m后，人工或机械开挖③部。

（2）喷5cm厚砼封闭③部掌子面。

（3）施作③部导坑周边的初期支护和临时支护，即初喷4cm厚砼，挂第一层φ6.5钢筋网，架设I20a工字钢拱架和I20a工字钢临时支撑，并设锁脚锚杆。

（4）施作径向φ42×4mm注浆小导管，挂第二层φ6.5钢筋网，复喷C20砼至设计厚度。

施工步骤五：

（1）在滞后于③部30m后，人工或机械开挖④部。

（2）喷5cm厚砼封闭④部掌子面。

（3）施作④部导坑周边的初期支护和临时支护，即初喷4cm厚砼，挂第一层φ6.5钢筋网，架设I20a工字钢拱架和I20a工字钢临时支撑，并设锁脚

锚杆。

（4）施作径向φ25系统中空注浆锚杆，挂第二层φ6.5钢筋网，复喷C20砼至设计厚度。

施工步骤六：

（1）在滞后于④部30m后，人工或机械开挖⑤部。

（2）喷5cm厚砼封闭⑤部掌子面。

（3）施作⑤部导坑周边的初期支护和临时支护，即初喷4cm厚砼，挂第一层φ6.5钢筋网，架设I20a工字钢拱架并设锁脚锚杆，安设I20a工字钢临时仰拱。

（4）施作径向φ25系统中空注浆锚杆，挂第二层φ6.5钢筋网，复喷C20砼至设计厚度。

施工步骤七：

（1）在滞后于⑤部30m后，人工或机械开挖⑥部。

（2）喷5cm厚砼封闭⑥部掌子面。

（3）施作⑥部导坑周边的初期支护，即初喷4cm厚砼，挂第一层φ6.5钢筋网，架设I20a工字钢拱架封闭成环。

（4）挂第二层φ6.5钢筋网，复喷C20砼至设计厚度。

施工步骤八：

（1）根据监控量测的结果分析，拆除临时钢架支撑及临时钢架仰拱。

（2）灌注仰拱C30钢筋砼二次衬砌。

（3）灌注C15仰拱填充砼。

（4）基底C20砼垫层施工。

（5）灌注边墙C30钢筋砼二次衬砌。

（6）利用模板台车一次性灌注拱墙C30钢筋砼二次衬砌。

2．Ⅳ级围岩段施工。Ⅳ级围岩段采用单侧壁导坑法（CD法）施工，开挖断面分四步进行，采用光面爆破施工，循环进尺控制在1.0m（一榀钢拱架间距），施工严禁冒进。导洞上台阶采用风钻钻眼爆破，人工辅助反铲翻碴至下台阶后进行上半断面初期支护及中隔壁施作，并进行下一循环拱部超前锚杆支护，再进行下台阶开挖，采用风动凿岩钻眼爆破，机械出碴。左、右两侧隧道前进线最后掌子面与后进线最前掌子面视围岩情况保持30～50m距离平行作业。Ⅳ级围岩段施工方法及工艺见图2：

图2Ⅳ级围岩施工方法示意图

Ⅳ级围岩地段的施工步骤如下：

施工步骤一：

先施作洞身拱部中空注浆锚杆超前预支护。

施工步骤二：

施工左侧导洞①部超前中空注浆锚杆支护，开挖①部、打设初支锚杆及临时支护锚杆、立初支型钢拱架级临时支护型钢拱架、挂网、喷射混凝土。

施工步骤三：

①部超前②部3m至4m后对②部进行开挖、打设初支锚杆及临时支护锚杆、立初支型钢拱架级临时支护型钢拱架、挂网、喷射混凝土。

施工步骤四：

①部超前③部15m后对③部进行开挖、打设初支锚杆及临时支护锚杆、立初支型钢拱架级临时支护型钢拱架、挂网、喷射混凝土。

施工步骤五：

③部超前④部3m至4m后对④部进行开挖、打设初支锚杆及临时支护锚杆、立初支型钢拱架级临时支护型钢拱架、挂网、喷射混凝土。

施工步骤六：

（1）根据监控量测的结果分析，拆除临时钢架支撑及临时钢架仰拱。

（2）灌注仰拱C30钢筋砼二次衬砌。

（3）灌注C15仰拱填充砼。

（4）基底C20砼垫层施工。

（5）灌注边墙C30钢筋砼二次衬砌。

（6）利用模板台车一次性灌注拱墙C30钢筋砼二次衬砌。

（三）施工中应注意的事项

1．严格按照“先探测、管超前、严控水、强支护、弱爆破、早衬砌”等隧道施工原则组织施工。

2．做好超前地质预报工作，采用超前钻孔、地质雷达及TSP203超前地质预报系统相结合的综合探测方法，探明前方的地质及水文情况，以及时根据地质情况调整支护及施工参数。

3．粉砂质泥岩在富水段施工时，采用全断面注浆防水，必要时采取隧道内降水等措施确保施工

安全。

4．严格控制开挖进尺，及时施作初支和临时仰拱，尽早使开挖断面封闭成环。

5．坚持信息化指导施工，合理安排施工工序，优化施工方法。

四、施工绩效

半山隧道主体工程仅用约13个月时间，2009年3月正式施工，2010年4月全线贯通，实际施工时间比国家定额工期节省约4个月。施工过程中Ⅴ级围岩地段平均单口月成洞90m，最高单口月成洞102m，Ⅳ级围岩地段平均单口月成洞120m，最高单口月成洞135m，创国内三车道大跨度隧道施工进度新高，施工过程中未发生任何安全事故，达到了快速、安全的施工目的。

五、体会和认识

（一）注重调查研究，优化施工组织，是优质快速施工的前提

1．施工前应详细调查研究隧道所通过地段的不良地质现象，准确判断围岩类别，特别是在断层地段，对地下水情况应做到心中有数。

2．根据软弱围岩的水文地质与工程地质特征，结合工期及质量要求，确定合理的施工方案及施工方法，优化资源配置。

（二）重视隧道施工现场管理

1．长大软弱围岩隧道无轨运输施工，通风工作至关重要。半山隧道施工过程中及时打通左右隧道之间的横通道，使气流形成循环通路，从而大大地降低了通风困扰施工的难题。

2．水是控制土质围岩类别的一个重要指标，也严重影响石质围岩的稳定性。因此软弱围岩隧道施工必须严格控制施工用水及地下水，制定切实可行的排水措施。

（三）设计、施工、监理单位密切配合

隧道施工受地质困素影响极大，开挖揭露出的地质情况可能千变万化，在设计阶段也不可能全部预知，因此在施工中要有一个再认识的过程。隧道施工一旦进入正常生产，各工序衔接紧凑，要求各个环节紧密配合，出现问题及时处理。新奥法施工原则强调“信息化设计”程序，施工单位应及时将量测结果向设计部门反馈；设计部门应按反馈的量测信息及时修正设计、调整支护参数；监理部门应积极配合，做到设计、施工、监理一体化。

六、结语

半山隧道在软弱围岩地段施工所采取的技术措施很好地解决了隧道软弱围岩地段开挖的安全性及施工进度问题，且结构简单，安全可靠，施工快速，经济效益显著。施工中以监控量测作为指导，真正做到了“短进尺、早支护、勤量测、速反馈”，充分保证了施工过程和隧道结构的安全，成功解决了安全风险高、工期紧张、工艺复杂、互相干扰大等困难，为以后大跨径隧道在软弱围岩地段的施工积累宝贵

经验。

参考文献

[1]王梦恕．地下工程浅埋暗挖法技术通论[M]．安徽教育出版社，2004.

[2]公路隧道施工技术规范（JTG F60-2009）[S]．北京：人民交通出版社，2009.

[3]王成光．公路隧道施工[M]．北京：人民交通出版社，2001．

[4]夏才初，李永胜．地下工程测试理论与监测技术[M]．上海：同济大学出版社，1999.

（责任编辑：赵秀娟）