洞口滑坡体下超大跨径隧道进洞关键施工技术分析.pdf

123NO.5/OCTOBER.2023交通建设与管理 影响有影响的人 洞口滑坡体下超大跨径隧道进洞关键施工技术分析李 震（保利长大工程有限公司，广东 广州 510000）摘要：广州市增天高速公路长岭居隧道增城端右线在洞口小净距、浅埋偏压、滑坡体、超大跨径及软弱围岩的条件下，采用边仰坡加固、钢花管+锚索冠梁加固滑坡体、长管棚超前支护、大边墙+明洞施工及回填反压和双侧壁导坑开挖工法等关键技术，确保“零风险”进洞，为今后类似工程的施工提供一定的参考价值。关键词：隧道；洞口滑坡体；超大跨径；偏压；进洞施工中图分类号：U455 文献标识码：A 文章编号：1673-8098（2023）05-0123-031 工程概况长岭居隧道位于广州市黄埔区境内，是广州增城至佛山高速公路（增城至天河段）控制性重难点工程之一。隧道下穿黄埔区油麻山，该地区属于丘陵地貌，左洞全长 1944m，右洞全长1923m，级围岩分级比例 15.1%，级围岩分级比例 15.4%，级围岩分级比例 32.5%，级围岩分级比例 36.6%。长岭居隧道为双洞分离式、洞口小净距、浅埋偏压及超大跨径隧道，设计为双洞六车道，设计速度为 100km/h，建筑限界净宽为18.0m，建筑限界净高 5.0m，其中右洞进口端洞门采用端墙式，明洞长度 46m，进洞时洞身为级软弱围岩，且洞口处存在滑坡体，进洞安全系数要求较高、施工难度较大，为整个隧道进洞的施工重点，其工程施工条件及其重难点如下：1.1 工程地质条件1.1.1 地形地貌隧道穿过丘陵山区，地面标高 70.5 432.6m，相对高差约 362.1m，山体植被发育，地形陡峻。山体植被茂密，主要为松树、柏树、桉树、竹林、荔枝林、龙眼林及低矮灌木。1.1.2 地质构造及地层岩性根据本区域地质资料，结合地质调绘成果，隧址未见断裂构造形迹，属稳定地块。根据现场踏勘的地表情况来看，覆盖层主要组成部分为粉质黏土、耕植土、全强风化混合花岗岩，右线隧道区间覆盖层厚度在 7 41m 之间，勘察资料显示纵波波速在 550 1000m/s 之间，属于稳定性较差。根据钻孔及地质调绘成果，隧道区间地层岩性为坡残积粉质黏土和晚志留世混合花岗岩（包括其风化层）。1.1.3 水文地质隧道所处地形为丘陵地形，地表水主要为大气降雨形成的沿山谷汇流，属于季节性地表水。地下水是存在于坡残积层、基岩岩层中的第四系松散层孔隙水及基岩裂隙水，水位标高会随着季节变化，水量则受岩石裂隙影响，局部破碎带可能富集。地下水的主要补给方式为降水，排泄方式主要为蒸发和侧向径流。1.2 工程重难点1.2.1 洞口小净距隧道进洞段左右洞均为级围岩，中夹岩厚度为 32 48m，属于小净距隧道。1.2.2 浅埋偏压隧道右洞增城端洞口埋深约 1.6m，属浅埋地段，同时洞口地势为一左高右低斜坡，存在明显偏压段。1.2.3 滑坡体在右洞进口端明洞左侧上部自然山体处，发生有 2 处浅层滑塌。第一处滑塌宽 30m，高 56m，深 5m，滑动方向与线路走向斜交。第二处滑塌宽 10m，高 20m，深 2 3m，滑动方向与124 Academic Papers学术交流影 响 有 影 响 的 人 线路正交。边坡位于 2 处滑塌体前缘。滑塌体上部主要为块石、碎石堆积体，厚度约 5m，下部为中微风化混合花岗岩，该滑塌体对隧道进口端边仰坡稳定性及洞口围岩稳定性有较大影响。1.2.4 超大跨径本隧道设计为单洞三车道，进洞时开挖跨度达到 21.39m，开挖高度达到 13.85m，洞身断面面积达到 231.8m2，该结构属于超大跨径隧道，目前我国国内并不多见。这种超大跨径公路隧道结构的特点是大跨度、形状扁平、拱圈较薄，这种结构设计的围岩受力和支护特性变化较大，结构稳定性不利因素多，特别是在施工过程当中各种工序之间的相互影响，导致围岩多次受到扰动，支护结构受力多变，特别容易出现围岩的失稳，还有后期隧道二衬开裂等问题。1.2.5 软弱围岩隧道进口段主要由坡残积土，全中风化混合花岗岩组成，岩石节理裂隙发育，岩体极破碎，强度较低，遇水易软化，设计定义为级软弱围岩。2 关键施工工艺2.1 截排水系统合理规划为了保证洞口施工安全，必须首先施作截水沟1，根据长岭居隧道洞口地形条件，在洞口开挖线 5m 处设置截水沟，沟体截面为矩形，内底宽度为 80cm，高度为 80cm，厚度为 25cm 的C20 混凝土和 10cm 砂砾垫层，并且截水沟与附近洞外排水沟自然顺接，防止地表水倒流入洞内和洞口积水。2.2 滑坡体加固处理为减少洞内开挖对滑坡体的影响，预防洞口左侧滑坡体滑移，确保右洞进洞具备完好的安全条件，采用钢花管注浆+锚索冠梁工艺对滑坡体进行加固稳定。注浆钢花管采用直径 89mm无缝钢管制作，钢管壁厚不小于 4mm，长度为 10m，间距为1m，按照梅花形布置，共设置 3 排。注浆材料采用水泥浆，一次注浆水灰比为 0.5，二次劈裂注浆水灰比为 0.7，注浆采用分段分次进行。顶部设置锚索+C25 钢筋混凝土冠梁，冠梁背部紧靠山体。每道锚索由 6 束直径 15.2mm 钢绞线组成，长度为20m，其中锚固长度 10m，设计抗拔力为 600kN，张拉时进行超张拉，超张拉力为 650kN。为对加固处理后滑坡体整体稳定性进行监控量测，根据上边坡滑坡体特征，在冠梁施工时合理埋设监测点。冠梁长度46m，监测点布置间距要求不少于 5m，沿冠梁方向布置，必要时根据现场滑坡体实际情况，适当加密监测点。2.3 长管棚超前支护隧道洞口段落为级软弱围岩，为了控制开挖断面，尽量减少对围岩的扰动，保证其稳定性，施作超前长管棚与支护钢拱架及洞外套拱连成一体，保证了整个开挖断面的受力均匀性，增加了开挖的安全系数，避免因受力不均造成的坍塌。在隧道右洞明暗交界线外缘施作超前长管棚，主要参数如下。管棚固定端采用 C30 混凝土套拱，套拱在明洞外轮廓线以外，紧贴掌子面施作，套拱厚度 80cm，长 200cm。套拱基底由人工开挖修整，开挖完毕后对基地进行夯实，地基承载力要求不小于 300kPa。管棚采用 1276mm 无缝钢管，共设置 65 根，每根长30m，间距为 40cm，外插角为 1 3，方向与路线中线平行。管棚注浆遵循着“先外后内、跳孔注浆、由稀到浓”的原则，跳孔进行注浆施工。管内采用压注水泥-水玻璃双液浆，注浆压力 1.5 2MPa，注浆结束后采用 M30 水泥砂浆填充钢管，以增强管棚的刚度和强度，形成管棚支护体系。2.4 大边墙+明洞施工及回填反压当右洞滑坡体及边仰坡加固处理完毕后，及时施作大边墙和明洞。在混凝土强度达到设计强度要求后，采用碎石土分层回填、分层压实，顶层回填材料采用黏土以利于隔水。回填反压后有利于增强边仰坡整体稳定性，最大程度地减轻进洞开挖对滑坡体的扰动，大大提高了进洞安全系数。大边墙及明洞地基承载力要求不小于 250kPa，否则进行地基换填处治。大边墙采用 C25 混凝土，竖向钢筋直径 22mm，纵向钢筋直径 12mm，间距均为 25cm。内外两层钢筋设置直径8mm 构造拉筋，间距为 5050cm，按照梅花形布置。明洞采用C40 模筑混凝土，纵向钢筋直径 14mm，间距 25cm，环向钢筋直径 25mm，间距 16.67cm。同时设置直径 8mm 箍筋，提高钢筋骨架整体结构受力，环向间距 50cm，纵向间距 16.67cm。2.5 双侧壁导坑工法开挖及初支在上述工程特点下，隧道进洞采取了双侧壁导坑分部分节段开挖的工法，开挖的顺序为24689101213（阿拉伯数字代表开挖步序，罗马数字代表支护施工顺序，详见图 1），一次开挖长度控制在 50cm；侧导洞开挖时超前中槽 10 15m2，如采用上下台阶开挖，侧导洞上、下掌子面间距不大于 5m；侧导洞初期支护临时钢拱架应在主洞初期支护钢拱架闭合且变形稳定之后方可拆除，一次最大拆除长度不大于 15m。施工过程中按照仰拱开挖长度，调整导洞初期支护临时钢拱架拆除长度，降低施工安125NO.5/OCTOBER.2023交通建设与管理 影响有影响的人 全风险。初期支护：开挖后施作中空注浆锚杆，直径 25mm，长度5m，环向间距 1m，纵向间距 50cm，梅花形布置，设置第一层钢筋网，钢筋直径 8mm，网孔尺寸 20cm。钢支撑在挂网初喷后架设并设置第二层钢筋网，靠围岩侧净保护层厚度为 6cm，靠二衬侧净保护层厚度为 4cm，喷射混凝土厚度达 30cm，标号为 C25。钢支撑：采用 HW200*200 型钢，一榀间距为 50cm。纵向联结筋：钢支撑之间采用直径 22mm 钢筋连接，环向间距 1m。预留沉降量：开挖预留变形量 20cm，施工中应根据围岩监控量测结果及时调整预留变形量、开挖方式和修正支护参数，确保安全。尤其在洞口开挖时，需适当考虑预留变形量，避免二衬施工前拱架变形侵线。图 1 双侧壁导坑法施工工序示意图2.6 现场监控量测隧道洞口浅埋段进洞前主要量测项目为地表下沉，地表下沉量测应从开挖工作面前方，距离为隧道埋深与开挖高度之和处布置测点并开始测量3，隧道右洞开挖工作面埋置深度约15.2m，共设置测点17个。地表下沉量测时间直到衬砌结构封闭，下沉基本停止时为止。通过量测，判断隧道开挖对洞口边仰坡、浅埋地面是否产生显著影响，分析该影响的范围、程度及其与隧道施工的时空关系，进而判断隧道施工的安全性和隧道施工对地面边仰坡稳定性的影响。3 结语通过分析长岭居隧道在洞口小净距、浅埋偏压、滑坡体、超大跨径及软弱围岩的条件下，采用喷锚支护边仰坡、钢花管+锚索冠梁加固滑坡体、长管棚超前支护、大边墙+明洞施工及回填反压和双侧壁导坑开挖工法等关键技术，为隧道安全进洞创造有利条件。同时，在各道工序施工过程中，必须加强地表下沉、滑坡体位移等监控量测，严格按照监控量测数据指导现场施工，坚持“安全第一、预防为主、综合治理”方针，采取“事前预防、事中控制、事后总结”全过程管理措施，保障隧道进洞安全。参考文献1 中华人民共和国交通运输部.公路隧道施工技术规范：JTG/T 36602020S.北京：人民交通出版社，2020.2 广东省交通运输厅.广东省公路工程施工标准化指南 S.北京：人民交通出版社，2021.3 孔祥金.沈大高速公路扩建工程金州大跨径隧道将通车 J.广东公路勘察设计，2004（4）：57.