弱围岩浅埋偏压四车道公路隧道安全施工技术分析

滕志平

（中交二公局铁路建设有限公司，陕西 西安 710000）

0 引言

四车道公路隧道跨度较宽，开挖断面较大，遇到软弱围岩、浅埋偏压时施工风险较高。软弱围岩力学效应复杂，关系到整个工程作业的安全。施工安全是工程建设中大事，我国政府历来重视生产安全、人民生命和财产安全。因此，对于软弱围岩浅埋偏压四车道公路隧道安全施工问题，工程建设各方都会放在工程管理的首位。本文结合案例工程，对弱围岩浅埋偏压四车道公路隧道安全施工技术进行分析，为工程建设各方提供参考。

1 工程概况

一四车道公路隧道项目（K105+212~K110+935）总里程5.723km，设计速度80km/h，设计行车视距110m，一般最小半径1020m，竖曲线最小半径为700m，竖曲线最小长度为30m，最大纵坡3.5%，最小坡长438m。工程变速车道宽度为3.5m，选择直接式减速+并行式加速行驶，长度分别为110m、180m，变速车道外侧硬路肩与主线方向相同。工程隧道工程量为4969m/2 座，占项目线路长度87%，隧道挖方量为147.7m，具体见表1 所示。由表1 可知，项目特长隧道（超出3000m）为2 座，具有技术标准高、隧道比例高、投资规模大、建设难度大、弃渣方量大的特点，特别是②隧道，存在较大下穿漏斗区风险。工程计划建设期为35.5 个月，工期控制压力较大，工程要求作业期间无一般及以上生产安全责任事故，无一般及以上职业病危害责任事故，无一般及以上突发环境事件，风险源识别率100%，风险源预案覆盖率100%，隐患整改率达100%，安全教育培训覆盖率达100%。

表1 四车道公路隧道项目工程量

工程所在地为“两山夹一沟携一漏斗形式”，地形地质条件十分复杂，沿线地形起伏剧烈、岩溶发育、沟壑纵横、山高坡陡。①隧道穿越煤层、岩溶区；②隧道穿越富水区，地下水为松散岩类孔隙水、碳酸盐岩类裂隙溶洞水、碎屑岩类孔隙裂隙水。工程所在地为亚热带湿润季风气候，年最高温17.3℃，最低温15.8℃，多年平均降水量1057.2~1078.7mm，常年平均相对湿度为81%。

2 隧道安全施工方案

2.1 标段①特长隧道施工方案

标段①特长隧道施工全长2883m，出口段左洞达2890m，右洞长2876m，作业任务艰巨，是四车道公路隧道安全施工控制关键目标。因洞身穿越灰岩富水地段、瓦斯地段等不良地质段，加之隧道洞口位于山体坡面中间位置，与山顶旅游路、沟底距离分别达70m、50m，进洞难度较高[1]。同时隧道洞口位于2 道冲沟之间，其中一侧对应薄层滑坡体（水流冲刷碎石土），自稳实现难度大，极易随隧道开挖口而偏压；隧道顶部为狭窄旅游路，原地貌被严重破坏，开挖边坡裸露陡峭，危石掉落、滑坡、塌方等风险发生概率较高。为确保作业安全，依据最不利条件开展技术方案设计筹划，提前安排资源，全程落实早预防、早封闭、勤观测的原则，消除安全隐患，降低安全风险。特别是对于灰岩富水地段，综合应用超前水平钻、红外线探水、地质雷达等超前地质预报方式，适时开展钻孔引排、注浆等操作。同时持续修筑施工便道至隧道左洞口，待左洞进洞后经横通道进入隧道右洞，期间加强隧道顶部危岩、两侧冲沟处理，确保操作安全。

2.2 标段②特长隧道施工方案

标段②特长隧道全长2086m，左线长2082m，右线长2090m，洞身围岩为IV、V 级软弱围岩，洞身穿越较软岩页岩，自稳能力不佳且存在局部渗水、坍塌、掉块风险。标段②特长隧道穿越灰岩富水层底部，周边岩溶水系、岩山暗河发达，暗河出水量较大。隧道进口K110+300~800 段地表为碗状漏斗形盆地，地表汇水量较大，加之穿越车盘向斜及接龙场正断层，突水、涌水风险进一步提高。而在标段②特长隧道上方K110+820 右侧192m 位置存在溶洞暗河，作业过程中暗河减小或中断风险较大[2]。因此，技术人员应依据最不利条件开展技术指导，缜密筹划，剔凿做好超前地质预报，在贯彻落实早预防、勤观测、早封闭方针的基础上，根据车盘向斜轴段地质勘测资料，开展超前支护、超前预注浆，并控制进口段极小净距隧道处理参数，最大限度减少开挖进尺与炸药用量，确保作业过程安全。

3 安全施工技术控制要点

3.1 修建便道

根据四车道公路隧道工地建设标准，结合项目结构物分布山大、坡陡、沟深的特点，贯彻经济性、安全性、实用性、便于维护的原则，进行便道修建，路面为20cm 水泥稳定碎石+5cm 沥青混凝土路面，设计时速20km/h，设计纵坡<10%（困难地段极限<12%），连续纵坡<400m，为沿线材料运输以及开挖运渣作业开展提供依据[3]。工程主便道借用旅游路改扩建（如图1 所示），其中一个支便道为426.3m 新建便道+地方道路（含错车道，如图2 所示）。旅游路到标段②特长隧道及弃土场支便道总长1326.3m；另外一个支便道为695.7m 新建便道+480m 地方道路，总长1175.7m，剩余便道形式分别为600m 借用地方道路、580m 借用地方道路，总长分别为600m、580m。图2 中，支便道错车道路面宽度为6.5m，长度超出30m。

图1 改扩建便道断面结构

图2 支便道错车道布置

3.2 隧道开挖与支护

3.2.1 标段①特长隧道施作

鉴于标段①特长隧道地形特殊、洞口距离沟底高差大，避开雨季，以隧道左洞进洞为主要模式。

第一步：开展左洞明暗交界（ZK108+112）施工，前期施作坡面防护、排水天沟，借助超前大管棚注浆加固进洞。

第二步：进洞80m 后，将一车型横通道增设到ZK108+032 位置，准备穿越右洞。期间借助通道、主洞弃渣进行右洞洞口场地分层填筑扩宽，并施作管棚、偏压墙、洞口抗滑桩以及边坡仰坡防护[4]。管棚为预制钢支撑（已设计加工成型），中间设纵向连接筋，在管棚安装时，技术人员可以先将其放置在牢固基础，再沿着垂直隧道中线调整，必要时设置混凝土垫块缩小管棚、围岩间隙。调整完毕后，借助喷射机（含喷头速凝剂）湿喷操作，自下而上、自左而右填平管棚、偏压墙、边坡仰拱，期间旋转半径为15cm，每次蛇形长度为3.5m±0.5m。

第三步：由右洞K108+032 位置横通道面向大里程组织掘进贯通，掘进方式为台阶法（如图3所示），台阶长10~15m，上半断面超前15~20m。进而左洞、右洞向小里程方向正常掘进。

图3 隧道台阶开挖示意图

3.2.2 标段②特长隧道施作

根据标段②特长隧道进口整体地形条件佳的特点，选择右洞滞后左洞30m的开挖方式。

第一步：在开挖进洞前，施作洞顶截水沟，配合多级泵站移动式潜水泵接力排水，阻断地表水渗入开挖面渠道，保证明洞边坡、成洞面稳定。

第二步：开挖方式为环形开孔预留核心土法，在开挖期间进行边坡防护。二次衬砌紧跟开挖面，初期支护落底后进行仰拱回填以及二次衬砌（滞后开挖面20~30m），直到成洞面周边，并预留核心土体。在仰拱操作前，清除底部虚渣、积水，借助防水砂浆找平表面，并冲洗湿润[5]。湿润后，借助整体弧形模板，由仰拱中心向两侧对称浇筑前期配置混凝土，并密实捣固仰拱与边墙衔接位置，指导仰拱混凝土设计强度达70%；二次衬砌紧跟初期支护，借助自行式全液压整体模板衬砌台车，由两侧拱脚至拱顶对称连续浇筑混凝土至拱顶，密实填充拱顶全部空间后养护7d及以上。

第三步：根据洞口地质特点，开展洞口长管棚施工，施工后开挖核心土体进洞，配合明洞衬砌及时回填洞口，反压明洞开挖后方、仰坡高度超15m位置。

4 安全施工效果量测分析

在四车道公路隧道施工期间，以围岩内部位移、围岩压力、支护及衬砌内力为监测对象，每个断面设置4个测点，相邻断面间隔10m，在监测点预埋位移计、全站仪反射片、压力盒（振弦式土压力），统计各测点的量测结果[6]，并按下式进行计算分析：

式中：P——土压力，MPa；

K——仪器标定系数，MPa/Hz2；

fi——荷载频率；

f0——初始频率。

根据（1）式计算的监测结果（平均值）见表2所示。

由表2可知，②隧道围岩内部位移偏大，但从总体来看，围岩内部位移均处于安全范围内，表明工程安全作业目标顺利达成，对隧道围岩扰动较小。在支护及衬砌施工7d内，围岩压力较大，支护及衬砌内力处于不稳定波动状态，而在支护及衬砌完成后，二次衬砌混凝土逐步硬化，促使隧道结构应力重新分布，围岩压力稳定在0.35~0.70MPa，支护及衬砌内力稳定在-20.5MPa 内，表明衬砌效果良好，可以为四车道公路隧道施工安全提供保障。

5 结束语

综上所述，在有序推进洞口工程、正洞开挖及支护、正洞衬砌（仰拱+二次衬砌）、附属工程施工等环节的基础上，应用超前地质预报技术，缜密观察、勘测四车道公路隧道周边软弱围岩浅埋偏压情况，在进入灰岩富水段时采取钻孔引排与预注浆衬砌支护操作，有效地降低了突水、涌水、危石掉落、滑坡、塌方等风险发生概率，确保了该项目公路隧道施工过程的安全。