超偏压碎石土连拱隧道施工关键技术

李超杰

(保利长大工程有限公司，广东 广州 510410)

0 前 言

连拱隧道因其占地面积少、土地利用率高、线形优美流畅，在用地紧张、地形地貌受限、环保要求高的生态敏感区适用能力强，连拱隧道已成为目前公路隧道中的重要结构形式[1]。但是连拱隧道因双洞紧邻、施工步序繁琐、作业空间狭小等原因，施工过程中左右洞、单洞不同工序相互影响大，受力体系频繁转化，围岩应力和衬砌荷载始终处于动态变化过程中。尤其在超偏压、自稳成拱能力差的软弱围岩隧道施工过程中，若不能有效掌握施工要点，很有可能出现变形甚至坍塌、衬砌破损等安全、质量问题。本文以卓合高速公路捏业隧道为依托，对超偏压碎石土连拱隧道施工的各种技术措施进行总结。

1 工程概况

捏业隧道位于甘肃省卓尼县柳林镇捏业村东北，隧道进口桩号L2K2+353，出口L2K2+585，全长232 m，属连拱式短隧道。隧道全部是V级围岩，主要由粉质黏土、碎石土互层组成，洞身围岩松散、易失稳，隧底围岩易沉降变形。隧道最大埋深41.38 m，最小埋深5.65 m，开挖跨径13.08 m，存在浅埋情况；隧道进口右洞右侧存在高53.43 m六级边坡，出口右洞右侧存在高41.36 m五级高边坡，隧道洞身处于超偏压环境。隧道施工存在位移、沉降大、掉块甚至坍塌、支护变形开裂等施工风险。

2 关键技术

2.1 超前地质预报及监控量测

目前，隧道施工常用的超前地质预报方法主要是在前期地勘的基础上进行钻探、物探。为了更直观地反映前方地质情况，对地质灾害产生的可能性及灾害程度进行准确预报，常以施工前期长物探及超前水平钻探预报结果为基础，利用地质素描、短超前导洞及锚杆钻孔等方法对隧道地层岩性、地质构造及地下水情况进行“物钻结合、长短结合”的全过程、多角度的超前地质预报。

按照规范和设计要求进行监控量测，重点进行洞内外观察、地表沉降和洞身位移和收敛监控量测，当发现地表有裂缝、地表沉降速率>规范要求时，应立即停止施工，通知现场管理人员并向上级领导汇报，同时加密监测频率。掌握围岩动态，对围岩稳定性作出评价，并据此合理调整施工工法、支护参数。

2.2 施工工法

目前连拱隧道施工以“管超前、严注浆、短进尺、强支护、早封闭、勤量测”18字方针为原则[2]，主要的工法有中导洞法、三导洞法、单洞全断面法和双洞全断面法。考虑到捏业隧道全部由粉质黏土、碎石土组成，围岩松散、力学性质差，自稳成拱能力差，采用三导洞法减少开挖跨度，尽早封闭成环，控制开挖进尺在1～2榀钢拱架间距，控制先后行洞距离在30～40 m内，保证施工安全。捏业隧道出口洞门图如图1所示。

1-中导洞超前小导管注浆预支护；2-中导洞开挖及中导洞初期支护(安装钢支撑、挂钢筋网、安装锚杆、喷射混凝土)；3-浇筑中墙；4-左(右)导洞超前及该范围主洞的超前小导管注浆预支护；5-左(右)导洞开挖(上下分台阶)及左(右)导洞初期支护(安装钢支撑、挂钢筋网、安装锚杆、喷射混凝土)；6-左(右)主洞超前小导管(管棚)注浆预支护；7-左(右)主洞上部开挖及左(右)主洞拱部初期支护(安装钢支撑、挂钢筋网、安装锚杆、喷射混凝土)；8-左(右)主洞先中部后下部开挖；9-左(右)洞仰拱初支(安装钢支撑、喷射混凝土)；10-浇筑左(右)洞主洞仰拱衬砌；11-全断面模注左(右)洞主洞二次衬砌。

2.3 中隔墙处理

中隔墙是连拱隧道特有的结构，也是连拱隧道的主要传力、承力部位，是维系洞室稳定的枢纽[3]，中隔墙处理效果的好坏直接影响到隧道的安全及质量。捏业隧道采用三导洞法施工，存在先行洞与后行洞初期初支不对称的情况，中隔墙一侧受推加上隧道处于的超偏压环境，隧底围岩围岩软弱易沉陷，中隔墙受推更加明显，中隔墙的加固处理尤为重要。在应对捏业隧道中隔墙偏移、沉降问题，主要采用“上下加固，临时支撑”的技术措施。

1)在中隔墙底部打设注浆小导管，通过水泥注浆固结土体并利用小导管“桩体”提高隧底承载力；同时将中导洞顶部及底部预留锚杆(管)浇筑在中隔墙，使中隔墙与围岩成为整体，增加其抗推、抗沉陷能力。

2)在中隔墙底部以上2.5 m范围内，用0.5 m碎石土和0.5 m C15混凝土回填夯实，在中隔墙2.5～4.5 m增设Φ108 mm×6 mm钢花管作为临时支撑，防止因受力体系转换及偏压环境造成中隔墙偏斜或产生大变形(如图2所示)。

图2 中隔墙处理示意图(单位：cm)

3 辅助措施

3.1 超前支护

1)长管棚。针对捏业隧道洞口浅埋偏压情况、洞身围岩情况，洞口段选择40 m长管棚辅助进洞。长管棚沿开挖轮廓线外扬1°～3°安设并注浆，通过注浆在开挖轮廓线外形成“固结小块”，无数“固结小块”相互嵌挤粘结在开挖轮廓线外形成硬壳，起到固结围岩的作用；其次管棚通过注浆、增设钢筋笼大大提高了自身抗弯能力，“梁”效应也显著增加[4]。在软弱围岩偏压洞口段，长管棚防坍抗偏压效果显而易见。

2)在粉质黏土、碎石土互层等软弱围岩管棚施工过程中，因塌孔、扩孔、偏斜造成的侵限、漏浆等问题也应引起重视，本项目主要通过控制导向管安装精度、采用跟管法钻进、控制钻管轴向、钻速等措施保证管棚施工质量。

3)超前小导管。与长管棚作用效果类似，主要利用注浆加固形成硬壳层、利用自身刚度抗弯防坍。综合适用性、可操作性、经济性，洞内超前支护多采用注浆小导管，在特别松散、易失稳软弱段落，可采用双层小导管提高超前支护质量。

3.2 注浆技术

常用的注浆技术主要有超前注浆、径向注浆、地表注浆[3]。超前注浆在超前支护中已提及，此处不做赘述；地表注浆适用于浅埋段，其目的在于加固围岩，在洞顶形成硬壳；径向注浆适用于偏压隧道，当隧道发生明显收敛时径向注浆可以很好地抑制围岩收敛。

隧道施工过程中，注浆技术的主要控制点有浆液配比、注浆量和注浆压力，隧道注浆常用水泥净-水玻璃双液浆，一般注浆量≥设计注浆量，注浆终压在0.8～1.0 MPa，具体参数要进行现场注浆试验，根据浆液扩散度和围岩加固效果等综合选定最佳注浆参数。

3.3 反压支挡

隧道偏压问题是隧道施工过程中的常见问题也是棘手问题，如若处理不好轻则出现小位移、小裂缝，重则出现洞身推移、坍塌。

鉴于捏业隧道隧道进口右洞右侧存在高53.43 m六级边坡，出口右洞右侧存在高41.36 m五级高边坡，属超偏压且进口端有潜在滑塌的风险。所以，在进行偏压处理时综合考虑各种技术措施：采用锚索框格梁对边坡进行锚固加固；高陡边坡坡脚设置6根22 m长，截面尺寸为3 m×2 m抗滑桩；在偏压侧明洞段设置偏压挡墙；明洞施工完成后及时填土反压；及时封闭初支钢架，严格控制开挖步距等施工技术措施。经监控量测数据反馈，捏业隧道位移速率稳定保持在0.2 mm/d，隧道围岩处于稳定状态。

4 结束语

超偏压碎石土连拱隧道施工严格遵循“管超前、严注浆、短进尺、强支护、早封闭、勤量测”18字原则，做好前期地质勘察，结合工程现场实际地质情况和相关类似工程施工经验，同时抓住连拱隧道结构特点、薄弱点，强化管理、精细施工，保证了工程的整体质量。

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