大断面公路隧道贯通施工技术

肖志明

(四川路桥建设股份有限公司公路隧道分公司，四川成都610200)

1 工程概况

双碑隧道位于重庆市沙坪坝区双碑，双碑隧道工程全长4 373 m，隧道路线中线间距为20 m，双向6车道，V级围岩开挖宽度约16 m(不同级别的围岩稍有差别)，停车带开挖宽度19.31 m。隧道平面线形为直线，纵断面采用0.3%/1630 m及-2.794%/3500 m的人字坡。工程原计划总工期30个月，现工期已滞后，双碑隧道为本项目的控制工程。

隧道所穿越中梁山地层含煤，为瓦斯隧道，隧址区域地下水分布广泛，中梁山地表、地下水联系十分复杂，岩溶构造及富水主要发育再观音峡背斜两翼的三叠系雷口坡组和嘉陵江组地层中，同时，本隧道所穿越的中梁山地表水库、泉眼、鱼塘密布，地下水资源丰富，洞内可能涌水较大，施工困难。

2 施工方案

根据目前施工进度情况及围岩情况，进出口按原有施工方案组织施工，开挖后及时支护。

2.1 超前地质预报

隧道施工采取长距离宏观预报与短距离准确预报相结合、隧道内探测与洞外地面调查相结合、地质与物探方法相结合，开展多层次、多手段的综合超前地质预报，并贯穿施工全过程，先探后掘，在通过超前预报判断无异常及危险前，不得掘进施工；根据不同的地质复杂程度，针对不同类型的地质问题，选择不同的方法和手段开展超前地质预报。

在贯通前通过超前地质预报了解到前方岩石稳定性较好，可以直接进行爆破施工。

2.2 爆破方案

根据《公路隧道施工技术规范》JTGF60-2009规定，隧道双向开挖接近贯通时，开挖面岩体已较薄，不管是从围岩稳定还是安全等角度考虑，都应采取浅眼轻药弱爆破。因此决定当两端掌子面相距50 m时，改双向掘进为单向掘进，根据目前的施工情况，相距50 m时，双碑端停止掘进，由西永端贯通。施工时采用短进尺，弱爆破，勤量测，早支护，紧封闭的原则组织施工。

剩余围岩属飞仙关组和嘉陵江组的灰岩和泥灰岩，灰岩地段属Ⅲ级围岩，此段落的泥岩比较完整，围岩级别为Ⅳ级。围岩支护参数如下表所示。施工采用钻爆法开挖。

目前进出口掌子面以灰岩为主夹少量泥质灰岩，围岩完整性一般，节理裂隙不发育，基本无水。

爆破采用光面爆破，上台阶掘进爆破掏槽孔及辅助掏槽孔采用矩形布置，孔深均为2.9 m。内层掏槽孔上下排距0.5 m，孔口距5.0 m，与掌子面夹角为37°。外层掏槽孔排距0.5 m，孔口距为6.0 m，与掌子面夹角为45°。

掘进孔大致成半圆弧形设置，孔深为2.7 m，排距为0.9 m左右，孔距约1.0～1.2 m。

周边光面爆破孔沿距开挖边界布置，其钻孔角度与掌子面夹角约为2°，即向外侧倾斜，孔底落于开挖边界外0.05 m。

上台阶掘进爆破的炮孔布置如图1和图2所示。施工作业时，掘进炮孔的位置允许在5～10 cm范围内，孔深调整则不能大于5 cm。

图1 2.5 m循环进尺上台阶掘进爆破炮孔布置立面布置(单位：mm)

图2 2.5 m循环进尺上台阶掘进爆破炮孔布置剖面(单位：mm)

2.3 监控量测

按照新奥法要求，监控量测是施工核心，通过监控量测数据真实反映围岩收敛变形情况，对数据进行分析处理，从而合理指导施工，确保安全。

施工中委托重庆交通大学进行监控量测，接近贯通时加大监控量测频率，及时获得围岩变形数据，绘制位移-时间关系曲线，预测围岩变形趋势及支护安全状况。

(1)当位移速率大于1 mm/d时，表明围岩处于急剧变形阶段，应密切关注围岩动态。

(2)当位移速率在1～0.2 mm/d之间时，表明围岩处于缓慢变形阶段。

(3)当位移速率小于0.2 mm/d时，表明围岩已达到基本稳定，可以进行二次衬砌作业。

本隧道严格进行监控量测，在确定围岩基本稳定的情况下进行二次衬砌的施工作业。

3 贯通测量

3.1 贯通面的选择及贯通误差估算

根据进出口端界定的分界里程和施工情况，贯通里程暂定为右洞K4+376.7，左洞Kz4+422.8。

3.1.1 洞外控制测量

双碑隧道单洞长约4 373 m，进口与出口分别建立了三等GPS平面控制网和三等高程控制网。洞内采用左右洞串联四等平面控制网和四等高程控制网。根据《工程测量规范》GB 50026-2007对各等级控制的精度要求做贯通误差估算。

洞外三等GPS控制点联测，形成大地四边形控制网形。其中GⅡ128、Ⅳ811、Ⅳ812为双碑端洞外控制网点。Ⅳ813、Ⅳ814为西永端洞外控制网点(网形如图3所示)。高程控制网采用三等水准测量，将ⅢSB05、Ⅳ813点高程分别引至左右洞口。

图3 洞外控制点平面

3.1.2 洞内控制测量

洞内控制网采用洞口控制点Y1、Z1点引入两洞，在洞内150～250 m设置一个控制点，目前两洞共有控制点32个。洞内控制网采用宾得全站仪R-422N测量四等平面控制和四等水准高程控制。

3.1.3 横向贯通误差估计

导线的终点是导线精度的最弱点，横向贯通中误差是由导线测角误差及导线边长误差所引起，而横向贯通中误差主要影响隧道的贯通精度，下面主要分析横向贯通中误差。

根据误差传播定律，导线测角及测边是相互独立的两个量，则可得导线测角中误差所引起的横向贯通中myb误差为:

(1)

式中：mb为导线测角中误差；

导线测边误差所引起的横向贯通中mys误差为：

(2)

式中:ms为导线边长向对中误差；

那么，导线测量误差在贯通面上所引起的横向贯通中误差my为:

(3)

由于隧道贯通误差受到洞外控制网的误差和洞内控制网的误差影响，而且是由各点误差累计形成。

洞外控制网采用相应的GPS数据处理软件进行平差处理分析。洞内控制网采用《南方平差易2002》进行平差处理。

洞外控制网的精度为3.4 mm(小于规范中误差35 mm)，洞内控制网最弱点的中误差为52.1 mm(小于规范中误差65 mm)，则最弱点的中误差为：

根据《工程测量规范》 GB 50026-2007要求长度大于4 000 m的隧道贯通限差为150 mm。按照一般测量精度要求将中误差的2倍作为限差，则规范中误差应为150÷2=75 mm，大于测量最弱点52 mm的要求。故贯通误差满足规范要求。

高程测量：

满足测量规范要求。

3.2 现场贯通误差测定

隧道贯通面位于直线段上，贯通后由两个相向工作的导线点测出贯通面的中线坐标，将得出两组坐标值。由进口端导线点测量得出的坐标(Xj，Yj、Hj),由出口端导线点测量得出的坐标(Xc，Yc、Hc)，由此得出:

(4)

即为实际贯通误差。高程贯通误差由ΔH=Hj-Hc得出。

现场贯通误差测量示意图如图4。

图4 贯通测量示意

现场实际测量出右洞隧道贯通误差为

ΔX=-45 mm,ΔY=-94 mm,则

换算至中线误差值为88.4 mm≤150 mm。右洞高程贯通误差为

ΔH=20 mm≤70 mm

左洞贯通误差为ΔX=-47 mm, ΔY=-101 mm,则

换算至中线误差为106 mm≤150 mm。左洞高程贯通误差为:

ΔH=21 mm≤70 mm

因此，贯通误差符合GB 50026-2007《工程测量规范》、JTG/T F60-2009《公路隧道施工技术细则》的精度要求，所以隧道内的加密导线点能够满足隧道整体施工及验收规范要求。

3.3 贯通误差调整

3.3.1 平面贯通误差调整

隧道贯通平面误差调整应视S值的大小选择调整方法。根据上述贯通误差预计可知平面贯通误差将在12 cm左右，采用导线平差调整法调整误差。通过进口端、出口端临近贯通面的两个控制点联测平差，重新调整控制点的坐标。因隧道衬砌在设计的基础上放大了5 cm，在不影响隧道净空的情况下尽可能的加长调整段长度。务必保证隧道贯通面的圆顺。

3.3.2 高程贯通误差调整

贯通后将进口端、出口端的高程控制点联测，平差后取得分界里程处的高程。进行高程贯通误差调整时，贯通点附近的水准点高程，采用由进出口分别引测的高程平均值作为调整后的高程。

4 安全保证措施

(1)当两相对开挖工作面相距150 m时，起动贯通量测，两端施工加强联系，两端放炮时，都要通知对方。放炮前1 h，第1次通知对方，以便对方计划好施工，如混凝土尽快浇筑完毕，装药时则停止装药，等对方放炮完毕后再装药，爆破物品要放在安全的地点，以免振动发生危险，工字钢架安设好后要尽快施作锁脚锚杆，以免放炮振动发生倒塌；放炮前15 min，第二次通知对方，在接到对方第2次通知时，掌子面人员要尽快撤离至安全地带，不得停留或继续施工。

(2)对方放炮后进入掌子面要认真观察对方放炮是否对初支及围岩产生大的影响，如检查有无初支开裂、变形，围岩是否发生掉块等。

(3)建立严格规范的质量技术管理制度，工程技术人员做好地质描述，确保各种措施、技术交底的落实，保证标准化作业。开挖过程中24 h轮流值班，及时发现地质变化，进而指导监控现场施工。

(4)质检工程师和质检人员严把质量关，对个施工环节质量进行控制，保证质量管理体系正常运行。

(5)隧道开挖采用浅眼轻药控制爆破技术，按《爆破安全规程》操作施工。加强监测，根据监测结果和地质情况及时调整爆破参数，保证爆破安全。

(6)隧道通风符合设计和施工规范要求。开挖后通风时间不得少于0.5 h，才能进入掌子面。采用洒水降尘防尘措施。

(7)洞内供电线路，严格按施工组织设计选择布置，洞内变压器接动力、照明用电时，必须严格执行《公路隧道施工技术安全规则》的有关规定。洞内电器设备的使用，必须由专业人员作业，并严格执行《公路隧道施工技术安全规则》的有关规定。

5 结论

根据超前地质预报制定了合理的爆破施工方案。通过严格的监控量测来考察围岩的稳定性，在确定围岩基本稳定之后再进行二次衬砌作业。并且根据隧道长度制定最优的测量方案，最终测出左洞贯通误差为106 mm,高程贯通误差为20 mm，右洞贯通误差为88.4 mm,高程贯通误差为21 mm，误差均满足GB50026-2007《工程测量规范》、JTG/T F60-2009《公路隧道施工技术细则》的精度要求。最终该隧道顺利贯通。该方案可以给同类隧道施工做参考。

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