山区公路改线隧道开挖及支护技术

摘要：四川雅砻江卡拉至杨房沟水电站交通专用公路面上湾段（K37+312～K37+685）受2012年强降雨影响，路基部位出现严重沉降，经方案比选与论证采用隧道绕行避开崩坡积体，新增加隧道与已施工完成的面上湾隧道和上苦苦隧道在洞内切线相接。项目施工中采用合理的施工工艺，加强围岩监控量测技术，安全、快速地完成施工任务，即保证了工期，又节约成本。该技术对其他类似工程具有借鉴作用。

文献标识码：A

文章编号：1673-1816(2015)03-0001-05

收稿日期：2015-04-18

作者简介：张秋莹（1963-），男，天津宝坻人，学士，研究方向隧道施工。

1 工程概况

雅砻江卡拉、杨房沟水电站交通专用公路面上湾段（K37+312～K37+685）为斜坡地貌，地表主要以第四系崩坡积混合土碎石覆盖，结构松散，叠合架空现象明显，后壁为陡壁，坡度近直立，基岩裸露。原设计该路段采用明线的形式通过，两端分别与面上湾隧道和上苦苦隧道相连。路基施工完成后受2012年强降雨影响，出现3～8 m不同程度的沉降，高挡墙出现下沉及外移现象，主线上下方崩坡积体内出现多处裂缝，断续延伸。为保证施工及运营安全，经方案比选与论证采用隧道绕行避开崩坡积体，将已施工完成的面上湾隧道和上苦苦隧道连通。新增隧道起点位于面上湾隧道进口27 m位置，终点位于上苦苦隧道进口进口165 m位置。为保证工期及方便施工，原设计在既有隧道内增设两条施工支洞，施工支洞断面形式为墙拱式结构，墙体高度为6 m，拱部为半圆形，直径为4 m。新增隧道及原来隧道断面采用统一形式，即净宽为8.5 m，净高为5.0 m，双向2车道。线型布置图见图1。

新增隧道为弱风化二云石英片岩及石英岩，岩体破碎，围岩稳定性差，围岩级别为Ⅴ级。支护形式为φ42超前小导管，长度为4.5 m，环向间距为40 cm；φ22系统锚杆，长度为3.0 m，间距为1.0 ×1.0 m；φ6.5钢筋网，间距为20×20 m； I16型钢拱架，间距为1.0 m；C25喷射混凝土，厚度为20 cm；C25混凝土二次衬砌，厚度为45 cm。

2 进洞方案比选

新增隧道长度为726 m，根据施工现场条件，新增隧道施工可采用以下两种施工方案：其一：按照原设计施工方案，分别在面上湾隧道和上苦苦隧道开挖1 #支洞和2 #支洞，到新增隧道主线位置，分别向中间施工，主洞完成后，再施工两端交叉段。其二：由1 #支洞或者2 #支洞单头施工到另一端出洞，然后再施工另一个交叉段。

2.1 双支洞相向施工方案

新增隧道起点到1 #支洞的距离为102.4 m，隧道之间净距由1 #支洞位置的15.2 m逐渐变为两条隧道汇交在一起；新增隧道终点到2 #支洞位置为152 m，隧道之间净距由2 #支洞位置的16.7 m逐渐变为两条隧道汇交在一起。1 #支洞和2 #支洞之间距离为471.7 m。此方案需要两套作业班组，每个班组施工363 m。按照该隧道围岩情况及正常施工水平，5个月可施工完毕。优点是施工任务平均分解，施工时间短；缺点是需要布置两套施工人员、设备及相应的风水管路、供电设施，施工成本增加。

2.2 单支洞独头施工方案

根据施工现场情况分析，面上湾隧道出口位置工作面狭窄，不便于布置施工场地；由于明线路基下沉造成施工便道遭到严重破坏，整修困难，并且便道位于滑坡体上面存在安全隐患。

在上苦苦隧道进口开阔位置布置拌和站、空压供风站、高压水池等设施，在2 #支洞设计位置附近选择围岩较为稳定的部位作为进洞地点。此方案需要一套作业班组，施工长度为726 m。按照该隧道围岩情况及正常施工水平，10个月可施工完毕。优点是需要布置一套施工人员、设备及相应的风水管路、供电设施就可以完成施工任务，降低施工成本，缺点是施工作业时间较长。

综合考虑新增隧道长度、可利用施工工期及不同围岩施工强度，决定采用从上苦苦隧道开挖2 #支洞进洞，单头施工。

3 施工难点分析

由于新增隧道围岩稳定性差，原上苦苦隧道全部有钢拱架支护；支洞位置到隧道两端新老隧道之间间距小，爆破时会影响原有隧道稳定；支洞开口需要割除原有拱架，施工前首先需要对原有拱架进行加固；新旧隧道汇交处临空面大，需要割除原有钢拱架，故支洞到两条隧道交汇点为本工程难点。

4 开挖与支护施工

4.1 支洞施工

首先对支洞开口轮廓线位置钢拱架进行加固。剥离支洞开挖轮廓线范围内钢拱架喷射混凝土，在支洞顶部开挖轮廓线以上30 cm位置的拱架两侧钻孔，施工φ22砂浆锚杆，长度为3.0 m，将锚杆端头与钢拱架焊接牢固，并将拱架两侧锚杆焊接为一体。在支洞顶部沿开口轮廓线布设3道φ22钢筋，间距为10 cm，与钢拱架焊接牢固，以增加支洞拱架的整体性。然后采用C25喷射混凝土将支洞轮廓范围以外的钢拱架补喷。

由于支洞口位置岩体临空面大，支护结构受力复杂，处理不当容易发生坍塌事故，在割除支洞轮廓范围内钢拱架后，及时支立支洞锁口拱架。锁口拱架与原拱架焊接，形成整体，以提高拱架的整体稳定性。

由于支洞断面不大，采用全断面开挖，每循环进尺为1～1.5 m，按照设计及时施工系统锚杆、钢筋网、型钢拱架，喷射混凝土，封闭成环。

开挖到新增隧道位置后按照支洞进口方法施工锁口拱架，以保持支洞稳定，支洞施工完毕，为正洞施工创造了条件。支洞具体施工方法参照正洞施工。

4.2 正洞施工

正洞Ⅴ级围岩、Ⅳ级围岩采用拱部环形开挖留核心土法，Ⅲ级围岩采用全断面光面爆破开挖。4.2.1 测量放线

钻孔前测量放样，准确绘出开挖轮廓线及周边眼、掏槽眼和辅助眼的位置，用激光铅直仪控制边线。距开挖面50 m处埋设中线桩，每100 m设置临时水准点。每次测量放线的同时，要对上次爆破断面进行检查，利用隧道开挖断面量测系统对测量数据进行处理，及时调整爆破参数，以达最佳爆破效果。

4.2.2 钻孔作业

钻眼前，钻工要熟悉炮眼布置图，严格按钻爆设计实施，定人定位，周边眼、掏槽眼由经验丰富的司钻工司钻。

4.2.3 装药及起爆

严格控制周边眼装药量，采用合理的装药结构，尽量使炸药沿孔深均匀分布。施工时采用不偶合装药结构，不偶合装药系数一般控制在1.4～2.0范围内。

4.2.4 超前小导管注浆

超前小导管预注浆采用外径φ42 mm，壁厚4 mm的热轧无缝钢管加工制成，长4.5 m，在前部钻注浆孔，孔径6 mm，孔间距15 cm，梅花形布置。钢管前端加工成锥形，尾部焊接钢筋加筋箍，并预留15 cm作为不钻孔的止浆段。

现场加工小导管，喷射混凝土封闭岩面，风动凿岩机钻孔，并用风动凿岩机的顶推力将小导管推送入孔，测斜仪控制钻孔角度，注浆泵压注水泥浆。

4.2.5 砂浆锚杆

测量放样，按设计要求准确放出锚杆孔位，采用风动凿岩机钻孔。利用高压风清孔，清孔完成后进行孔道检查，检查开孔孔径、孔深、孔道倾斜度。

采用单管注浆工艺，直接将注浆管插入锚杆孔底，开始注浆后反复将注浆管向孔底送，使砂浆将孔内多余的水挤压出孔外，随后边注浆边拔出注浆管。注浆后应及时放置锚杆。

锚杆孔内砂浆达到设计强度80 %以上时，进行垫板安装。

4.2.6 钢筋网

按设计要求加工钢筋网，在加工棚分块预制成钢筋网片，长宽尺寸为100 cm～200 cm，洞内铺挂，钢筋网在初喷2 cm厚混凝土后设置，同系统锚杆固定牢固。钢筋网与受喷面的间隙为3 cm左右，其保护层大于2 cm。搭接长度为1～2个网格。

在开始喷射时，适当缩短喷头至受喷面的距离，并适当调整喷射角度，使钢筋网背面混凝土达到密实。

4.2.7 钢拱架安装

钢拱架用冷弯机在钢材加工厂弯制，机械运至安装现场，人工配合装载机安装。

钢拱架用纵向钢筋联结，拱脚必须放在牢固的基础上。拱脚标高不足时，不允许用块石、碎石砌垫，应设置钢板进行调整，或用混凝土浇筑，混凝土强度不低于C20。

钢拱架在初喷C25混凝土约4 cm后进行架设，焊接好纵向连接筋后，复喷至设计厚度。

4.2.8 喷混凝土

喷射混凝土混合料由拌和站搅拌均匀后，运至工作面，再经湿喷机二次拌和，以高压风为动力，经喷头射至受喷面。采用湿喷机喷混凝土分二次进行，第一次喷射厚度应不少于5 cm，按设计要求施作锚杆等，再进行第二次喷射至设计厚度。

4.3 支洞到交汇口段施工

隧道支洞到交汇口分四部分施工：新老隧道水平净距大于6 m段、新老隧道水平净距小于6 m大于0 m段、新老隧道水平净距小于0 m到重合三分之二、新老隧道重合三分之二到两隧道完全重合。

4.3.1 水平净距大于6 m段

根据隧道围岩分级，按照正洞施工方法正常施工。施工过程中短进尺开挖，并及时支护。同时加强监控量测，及时对量测资料进行整理分析，指导开挖施工。根据实际爆破参数效果及时对爆破参数进行调整，严格控制爆破参数，最大幅度地减小对围岩的扰动，严格控制超挖。

4.3.2 水平净距6 m～0 m段

隧道上部山体覆盖层厚，中间岩柱承受压力大。为保证中间岩柱永久稳定，在原有隧道内靠近新增隧道一侧增设1.5 m厚C25混凝土立柱，并且分别在原有隧道拱肩及立柱底部设置φ22砂浆锚杆，将混凝土立柱与两隧道之间岩柱连接为整体，最后将原有隧道剩余空间用洞渣回填，即增加了岩柱刚度，又可以增强隧洞整体稳定性。

原有隧道拱肩及立柱底部锚杆为φ22砂浆锚杆，长度为4.5 m，间距为0.8（横向）×1.2 m（纵向），锚杆端部外露50 cm，预埋至模筑立柱混凝土中。锚杆施工时垂直岩面打设，角度可根据现场实际情况调整。立柱浇筑之前，首先凿除原隧道已施作的喷射混凝土，立柱浇筑后，尽快在其顶部进行水泥浆注浆回填，确保立柱与开挖基岩密贴，然后对既有洞室全段进行洞渣回填。

原有隧道加固完成后，开始新增隧道开挖，根据隧道围岩分级，按照正洞施工方法正常施工。

4.3.3 水平净距等于0 m到新老隧道重合三分之二段

本段落原有隧道加固形式与水平净距为6 m～0 m段落基本相同，区别在于混凝土立柱位置随着施工里程变化而变化，由开始的紧贴原有隧道一侧逐渐变为原有隧道的三分之二位置。另一点不同之处是在新增隧道开挖过程中，需要割除原有隧道钢拱架。新增隧道开挖采用短进尺、弱爆破施工工艺，严格控制装药量，开挖后及时支护。割除原有隧道拱架后及时支立钢拱架，封闭成环。

4.3.4 新老隧道重合三分之二到完全重合段

本段落施工取消了C25混凝土立柱，将洞渣回填改为M7.5浆砌片石回填，其余施工项目与水平净距等于0 m到新老隧道重合三分之二段落相同。

5 施工监控量测

按新奥法原理设计，隧道的开挖及支护全部在监控量测的指导下进行施工。由于本改线隧道部分段落为小间距，部分段落类似于连拱隧道，部分段落新旧隧道又交汇在一起，洞身开挖对围岩扰动非常大，所以必须加强对围岩的监控量测。在本隧道施工过程中，主要对地表下沉、拱顶下沉、周边收敛、爆破振动、锚杆内力及洞内围岩观测等项目进行了监控量测，及时反馈量测信息，保证了隧道的施工安全。

6 施工注意事项

（1）严格按照“短进尺、弱爆破、强支护、紧封闭、勤量测”的原则开挖作业，减少超挖量，防止造成塌方；（2）合理用药：用于光面爆破的炸药采用低猛度、低爆速、传爆性能好的炸药，在炮眼底部，为了克服眼底岩石的夹制作用，改用高爆速炸药；（3）采用小直径药卷不偶合装药结构：在装药结构上，采用比炮眼直径小的小直径药卷连续或间隔装药；（4）锚喷支护或钢拱架支撑，紧跟开挖面，每循环进尺后及时支护；（5）喷射混凝土前，埋设标志或利用锚杆头外露长度以控制喷射混凝土厚度。喷射混凝土施工时，达到岩面基本平顺，以利于防水层铺设，确保初支，防水、隔离层和二次衬砌尽量密贴；（6）当岩面普遍渗水时，可先喷射砂浆，并加大速凝剂掺量，保证初喷后，再按原配比施工。当局部出水量较大时采用埋管、凿槽，树枝状排水盲沟措施，将水引导疏出后，再喷混凝土。

7 结语

面上湾改线隧道地质构造复杂，围岩破碎，稳定性差。新旧隧道交叉段隧道净距逐渐变小，中间墙体应力集中，处理不当极易造成坍塌。采用合理的施工方案，及时对薄弱墙体进行加强支护，辅以对旧隧道及时进行洞渣回填，大大降低了开挖对围岩的扰动，对围岩受力薄弱环节进行了加强。严格控制关键工序：新旧隧道交叉段关键工序为隧道开挖的钻孔布置、装药量；控制超前支护的质量；中间岩柱加固的措施等。只有关键工序严格控制，才能保证隧道施工的质量与安全。只有通过监控量测反馈的信息，才能确定隧道施工方案的可行性，从而更好的指导隧道的施工。

Excavation and support Technology of the Tunnel Diversion in Mountainous Area

ZHANG Qiu-ying

(Tunnel Engineering Corporation of China Railway 18th Bureau Group Co.Ltd., Beibei Chongqing 400700 China)

Abstract：This paper presents the excavation and support technology of a tunnel diversion constructed on the accommodation road from Kala to Yangshuifang hydropower station in Yalongjiang, Sichuan.The subgrade of the Mianshangwan section (K37+312～K37+685)of the accommodation road was settled seriously due to the heavy rain in 2012.It was determined that a tunnel diversion should be constructed to avoid the colluvial deposit and connect the existing Mianshangwan Tunnel and Shangkuku Tunnel inside.The results show that this technology is safe, quick and economical, which can provide references for similar constructions.

Key words：tunnel diversion confluence section excavation support central pile-column monitoring measurement