偏压滑坡体连拱－分岔隧道进洞施工技术研究

包 珍

(中国铁建港航局集团有限公司 广东广州 511442)

1 工程概况

在广东省河源市连平县境内某隧道为分岔隧道，结构形式复杂，进口段为双连拱隧道，目前为广东省首例。隧道平面由直线及圆曲线组成，曲线最小半径左线R＝700 m(右线R＝810)，隧道纵坡采用人字坡，为进口1.0%，左线出口0.628%，右线出口0.6%，隧道最大埋深约110 m(见图1)。隧道连拱段结构形式复杂，以Ⅳ、Ⅴ级围岩为主。安全风险高，技术难度大。

本隧道进口端和出口端均采用端墙式洞门。两端洞门以外为山间河流谷底。右线隧道已露拱，且既有地形十分陡峭，洞门施工难度较大。

隧道结构变化形式为:从隧道进口到出口依次由整体式直墙连拱段、整体式曲墙连拱段、复合式连拱段、超小净距段、较小净距段组成(见表1)，设计为从进口段往出口段掘进，即连拱段往小间距段施工。

表1 隧道分类统计 m

隧道穿过丘陵地貌区，地面标高276.01～391.36 m，相对高差为115.35 m，地形起伏较大，临河陡崖分布，断层、褶皱等构造较发育，丘陵山体植被发育，局部基岩出露。

隧址区地层岩性为坡积碎石土、泥盆系砂岩、印支期侵入辉长岩及其风化层。围岩主要为碎石、块石、强风化石英砂岩，局部为中风化石英砂岩，土质不均，强度低，原始地形陡，局部雨季受扰动易崩塌，基岩裂隙发育，易渗水。

隧道位于丘陵区，地表水不发育，主要为大气降雨形成地表水沿山谷汇流，为季节性地表水。

隧址区内地下水类型主要为第四系松散层孔隙潜水、石英砂岩基岩裂隙水及断裂构造破碎带脉状水。隧道单洞正常进水涌水量取值为12 526.03 m3/d，单洞最大进水涌水量为13 940.96 m3/d。

2 工程重难点分析

(1)围岩差

隧道围岩差，以Ⅳ、Ⅴ级围岩为主(见表2)，连拱段隧道双洞的洞身开挖断面面积为236～274 m2，软弱岩层对大断面开挖、多次扰动开挖和小净距隧道开挖带来了难度。

表2 隧道围岩分级统计

根据区域地质资料，拟建隧址区位于内莞向斜的南东翼，为下坪正断层和内莞逆冲断层所夹持，出露的地层较单一，主要为泥盆系中下统桂头群砂岩、石英砂岩，滑坡、断层、褶皱等不良地质发育，勘察采用钻探和地质测绘相结合的方法实施。洞口明洞段区域分布3条线形断层构造，分别为F1(产状45°＜80°)、F2(产状320°＜30°)、F3(产状160°＜80°)。

(2)洞口大偏压，右线存在崩滑体，环境条件差

隧道进口端左侧临山右侧临河，且河道不能侵占，因此严重限制了隧道进口端连拱段左右隧道设计线间距，左右线间距不能完全拉开。

隧道进口存在偏压，隧道在陡崖条件下进洞，且右线存在崩滑体，对连拱隧道进洞十分不利(见图2)。

图2 隧道洞口段地形地貌

(3)隧道连拱进洞，工序复杂，质量安全风险大

本隧道连拱隧道方式进洞，采用三导洞开挖，先施工中间墙，后施工两侧洞，施工工序复杂，工艺转变多，质量安全风险大。

3 偏压滑坡体连拱－分岔隧道进洞施工技术

3.1 总体施工方案

(1)上边坡防护:洞口段左侧边坡及仰坡较高，为了降低边仰坡高度，减少地形偏压对隧道洞口的影响，保证隧道施工及营运安全，洞口段路基边坡采用抗滑桩＋锚索格梁及明洞隧道综合处治方案[1－3]。

(2)大边墙支护:由于本隧道为连拱隧道，跨度较大，进洞段右洞露拱严重，且既有地形十分陡峭，需要在陡崖下进洞，为了减少洞口开挖对山体的扰动，采用大边墙＋套拱＋回填的方案进洞。

洞口段先做大边墙和套拱 20b工字钢，随即施工隧道暗洞初支、二衬，最后施工套拱外侧的回填土。

(3)护面墙防护:隧道右洞露拱至暗挖过渡段埋深较浅，岩性稳定性较差，因此超薄埋深地段采用护面墙护坡，保证山体的稳定性。

施工顺序:边仰坡防护施工→大边墙、护面墙施工→隧道入口段进洞施工。

3.2 护面墙防护施工技术

护面墙及岩壁锚杆防护设置在YK32＋658～YK32＋668段，沿既有山体坡面设置，岩面打设φ22砂浆锚杆，锚杆长度为2.5 m，锚杆端头50 cm预留与护面墙内钢筋网焊接，设置间距为1.2 m×1.2 m，梅花形布置。护面墙混凝土等级为C20，基坑底部开挖宽度为3 m，深度2 m。墙身高为14.33 m，墙厚为2.5 m，内部设置双层 C14钢筋网，网片间距20 cm×20 cm，护面墙断面图见图3。

图3 护面墙断面图

(1)基础施工

基坑开挖深度2 m，宽度3 m，基坑开挖后进行地基承载力试验，承载力小于400 kPa时进行地基加固处理，地基加固采用φ76×5 mm钢管打入强风化层，深度不小于2 m，并注浆加固。基坑两侧放坡坡率为1∶0.3，坡面防护采用喷C25混凝土，厚度5 cm。

基坑验收合格后方可浇筑C20基础混凝土。

(2)施工平台搭设

护面墙工程施工先搭设施工作业平台脚手架，采用落地扣件式三排φ48×3.5 mm钢管脚手架方式搭设，每级平台满铺20 cm×5 cm木板，并绑扎牢固。钢管架分层搭设，每层高度根据每循环护面墙浇筑高度确定，架宽3 m，为增加抗风能力，架体两外侧立杆采用双立杆搭设[4－5]。

(3)锚杆施工

锚杆采用φ22砂浆锚杆，锚杆长度为2.5 m，设置间距为1.2 m×1.2 m，梅花形布置，锚杆端头50 cm预留与护面墙内钢筋网焊接。

(4)护面墙施工

混凝土护面墙墙身高为14.33 m，墙厚为2.5 m，内部设置双层φ14钢筋网，网片间距20 cm×20 cm。

3.3 大边墙支护施工技术

隧道进口处共设置两段大边墙(见图4)，其中YK32＋645～YK32＋658段大边墙在护面墙施工完成后施工，YK32＋635～YK32＋645段大边墙及端墙在明洞二衬施工完成后施工。

图4 大边墙断面图(单位:cm)

(1)基础施工

大边墙基坑开挖深度2～3.35 m，宽度3.48～8.33 m，基坑开挖后进行地基承载力试验，承载力小于400 kPa时进行地基加固处理，地基加固采用φ76×5 mm钢管打入强风化层，并注浆加固。基坑两侧放坡坡率为1∶0.3，坡面防护采用喷C25混凝土，厚度5 cm。基坑验收合格后方可浇筑C30基础混凝土[6]。

(2)墙身混凝土浇筑施工

洞门大边墙混凝土强度等级为C30，墙身分段分层浇筑，每层浇筑高度不超过2 m，边墙坡率为1∶0.4，基础及每层墙身浇筑完成时安装φ22接插筋，接插筋伸出混凝土面不小于50 cm，布置间距为0.5 m×0.5 m。

YK32＋645～YK32＋658段大边墙墙身浇筑至拱腰处，预先埋设护拱钢板，纵向间距为1 m，预埋15 mm厚钢板尺寸为24 cm×24 cm(预埋钢板示意见图5)。

图5 护拱预埋钢板

3.4 上边坡防护施工技术

ZK32＋635～ZK32＋645路堑左侧边坡位于内莞隧道的明洞上方，为四级边坡，在路基高边坡施工时开挖至隧道明洞顶部，边坡安全设计要求高。坡脚设锚索抗滑桩(2 m×3 m)，桩间距6 m。桩顶按1∶0.3的坡率切坡，分级坡高15 m，平台宽度2 m；坡面采用锚杆垫墩和预应力锚墩进行加固，坡面挂主动防护网，堑顶设截水沟和被动防护网。隧道洞口路基高边坡及仰坡施工后进行边坡稳定性监控量测，在确保边坡、仰坡稳定后开挖明洞段土石方。

3.5 直墙连拱隧道施工技术研究

隧道连拱段结构形式复杂，从隧道进口到出口依次由整体式直墙连拱段、整体式曲墙连拱段、复合式连拱段组成[7－8]。

连拱隧道采用三导洞法施工(见图6)，先开挖中导洞施作中隔墙，待中隔墙达到设计强度后可开挖侧壁导坑。

图6 连拱隧道开挖顺序

图6中阿拉伯数字代表开挖步序，罗马数字代表支护施工顺序。

3.5.1 中隔墙施工技术

(1)开挖

中导洞采用采用上下台阶法开挖，开挖循环进尺为2～3 m。

中导洞施工过程中若侧导坑横向收敛过大，则应设置底部横撑或临时仰拱。

(2)混凝土浇筑

隧道二次衬砌采用模板台车浇筑钢筋混凝土，双连拱中隔墙模板支撑体系为:模板用P3015标准钢模板拼装，内楞钢架用 16工字钢弯制而成，钢架纵向间距750 mm，外楞用100 mm×100 mm方木，支架采用φ48×3.2 mm钢管搭设，横向步距750 mm，纵向步距为750 mm，施工断面示意见图7。

直中墙连拱段中导洞顶支护与中墙衬砌是紧贴的，中墙分两步施工，先浇筑直立式中墙至特定高度处，再用两根预留注浆管将中墙顶与中导洞顶之间充填C20混凝土。

3.5.2 主洞施工技术

左、右主洞施工应在中导洞贯通、中隔墙施作完成后进行[9－10]。

(1)开挖技术

连拱段两侧主洞在中隔墙施工完成施工，主洞主要采用单侧壁导坑法进行开挖，对于浅埋段隧道，调整为预留核心土弧形导坑开挖；对于软岩段变形较大时，侧导洞调整为上下台阶法开挖。开挖从隧道进口端向出口端方向开挖。

隧道首先进行右侧主洞开挖施工，在右侧主洞上台阶开挖进尺超过左侧洞口20 m后可进行左侧主洞开挖施工。侧导洞超前主洞上台阶长度不小于15 m；主洞上下台阶掌子面间距不小于10 m，主洞二次衬砌待初支封闭、围岩变形稳定后施工。

隧道主洞开挖按Ⅴ级围岩架立1榀钢拱架为一循环进尺，Ⅳ级围岩架立1～2榀钢拱架为一循环进尺，初期支护边开挖边支护。

中导洞施工结束后，主洞右洞先暗挖进洞，为确保安全，应先对中导洞左侧回填，加强段中墙临时支撑，随即进行主洞隧道开挖掘进。

中墙临时支撑要求:

隧道右侧主涧开挖时，必须先做好中隔墙左侧空洞的临时支护工作；

临时支护采用50 cm碎石＋50 cm混凝土回填组合的形式交替进行(见图8)；

在中隔墙临时支护拆除时，距主洞掌子面15 m范围内的临时支护不可拆除。

右洞掌子面距二衬不小于50 m；洞口浇筑一板二衬后即可进行明洞施工。

爆破严格采用微震爆破，Ⅴ级围岩不大于5 cm/s，Ⅳ级围岩不大于8 cm/s。

(2)支护技术

①隧道导洞初期支护采用C25喷射混凝土，厚度为26 cm。初期支护钢架采用 20a型钢钢架，间距为60 cm。在Ⅳ级围岩段，隧道导洞初期支护采用C25喷射混凝土，厚度为20 cm。初期支护钢架采用 16型钢钢架，间距为80 cm。

②主洞、导洞钢支撑分别由 22b工字钢(Q235钢)组成，段与段之间采用螺栓连接，分别焊接在24 cm×24 cm ×1.5 cm、29 cm ×22 cm ×1.5 cm、22 cm×22 cm×1.5 cm铁板上。钢支撑纵向采用钢筋连接，纵向连接钢筋的环向间距为1.0 m，与钢支撑焊接。钢支撑均采用双面焊接，焊缝厚度不得小于5 mm。

(3)超前预报

采用长短结合、物探与钻探相结合的综合地质预报技术，将超前地质预报纳入隧道施工工序中，准确判断不良地质段的位置及性质，制定相应的施工措施[11－12]。

(4)排水技术

①直墙连拱段，中墙为渗漏水高发部位，为排泄中墙顶积水，通过中墙顶设两根φ110 mm PE横向排水管，将中墙顶的积水与衬砌背后环向排水管中的水引入中墙内预埋的φ110 mm PE排水管中，再通过中墙墙角处的φ110 mm PE横向排水管将水引入侧式排水暗沟内，最后通过暗埋纵向排水管将水排出洞外。

②在隧道路面基层下设置纵、横向10 mm×50 mm扁形排水盲沟。

③衬砌背后集中出露的小面积股水，可用聚氯乙烯管将其直接引入侧沟内排除。

④明洞段衬砌采用外贴两布一膜防水层，洞顶回填并设置黏土隔水层，洞顶设截排水沟。

⑤为了便于对纵向排水管定期采用管道及时疏通，在二次衬砌墙脚每隔50 m设置检查维修井。

4 结语

(1)连拱隧道是在隧道施工领域中难度较大的设计形式，做好中导洞与左右主洞之间的施工先后顺序，并中隔墙顶部设置专用排水通道，保证施工质量。

(2)连拱隧道主洞开挖时需对侧中间墙进行回填，作为临时支撑，可保证中间墙的稳定性和主动开挖施工安全。

(3)大偏压、大滑坡体等特殊环境条件下，大断面进洞时，需做好上边坡稳定性，并对露拱部分采用大边墙，浅埋段落采用护面墙技术可保证隧道的进洞安全性和稳定性。