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浅埋、偏压小净距隧道洞口穿越堆积体综合施工技术

摘要：本文就浅埋、偏压小净距隧道洞口穿越堆积体施工技术等问题进行深入的研究，对隧道进洞施工安全进行详细地分析，并采取了一些关键的技术，可以很好的解决类似地质条件的难题。
关键词：小净距隧道；洞口段；堆积体
1引言
在高速公路小净距隧道设计以及施工过程当中通常都会遇到洞口段为浅埋偏压段，结合地质情况，隧址区应该属于峡谷山地的地貌单元，而洞口段为崩坡积碎石土，体积非常大，基岩为三叠系板岩夹砂岩，局部为板岩、砂岩互层，板理、节理发育为切层剪节理，可以将砂岩和板岩切割成大小不相等的菱形块，造成了围岩的破碎，岩层的走向和洞线的走向小角度相交，这样既不利于围岩的稳定。本文就此问题展开深入研究，结合临合高速曲奥隧道工作经验分析研究出行之有效、切实可行的方案。
2工程概况
曲奥隧道为一座左、右线分离的四车道高速公路小净距、偏压、浅埋隧道，且隧道洞口处于破碎、松散的堆积体上。隧道起讫桩号左线ZK39+833～ZK40+177长344m，右线YK39+846～YK40+166长320m。进口段两隧隧道轴线距离约为13.5米，两隧道中夹岩净距约9.9m。左、右线两隧道走向基本平行于等高线，隧道浅埋段处于严重偏压状态。
曲奥隧道隧址区地层岩性主要为第四系坡积块（碎）石土、下三叠系砂质板岩夹砂岩，存在较为严重的偏压。曲奥隧道进口端地表为含腐殖质粉土的坡积碎石土，厚度达17.4m,基岩为下三叠系板岩夹砂岩岩层。板岩中厚层状结构，变余泥质结构，板理、层理发育，板岩单层厚度20-30cm，风化带板岩敲击易沿板理面开裂；砂岩中厚块层状构造，单层厚20-50cm，层理发育，层面平整。隧道洞身段围岩为三叠系板岩夹砂岩，局部段为板岩、砂岩互层。板岩灰黑色-深黑色，砂岩青灰色，板岩中厚层-薄层状构造，变余泥质结构，板理、层理发育，板岩单层厚度20-30cm，薄层厚度5-10cm，砂岩碎屑结构，中厚层块状构造，单层厚20-50cm，层理发育，层面平整。
3进口浅埋偏压段隧道情况
曲奥距隧道左洞ZK39+833～ZK40+177段及右洞YK39+846～YK40+166段均为Ⅴ级围岩浅埋偏压隧道。本段左右洞身埋深浅，左、右洞埋深最薄处分别为1.6m和0.7m，并且进口处左侧山体自然坡度较陡，最陡处达50º，洞身处于严重浅埋偏压状态，其中，进口端左洞ZK39+833～ZK39+960段和右洞YK39+846～YK39+980段均为浅埋偏压尤为突出，属于典型的隧道贴坡进洞情形。左右洞身浅埋偏压代表性的断面见下图1和图2。
进口浅埋偏压段围岩为地表为含腐殖质粉土的坡积碎石土，厚度达17.4m,基岩为下三叠系板岩夹砂岩岩层。板岩中厚层状结构，变余泥质结构，板理、层理发育。围岩稳定性差，施工易坍塌，处理不当容易出现大坍塌。属弱透水层，裂隙水渗入产生线流现象
4进洞前施工技术措施
4.1明洞开挖处理
明洞开挖前，首先施工洞口上边仰坡外的截水天沟及周围排水沟，以避免水流冲刷边坡产生落石、边坡失稳、坍塌等现象。明洞采用明挖法施工，严格按设计坡率开挖，明洞临时边坡、仰坡坡采用“锚、网、喷”支护，确保隧道施工过程中边仰坡的稳定。
4.2进洞前洞口超前小导管注浆预支护
明洞开挖及边仰坡喷锚完成后，进洞前，先在洞口拱部打设35根长4.5m，环向间距0.3m的φ50×4注浆小导管，外插角6º。钢管壁每隔15cm交错打孔眼，眼孔直径ф8mm，管尾1.2m不打孔。注浆浆液为水泥浆，注浆压力0.5~1.0Mpa，施工中严格控制注浆压力，并在管口处设止浆阀。通过超前注浆小导管注浆加固拱部Ⅴ级风化松散围岩，确保进洞安全。
4.3地表加固和反压挡墙施工
由于进口段处于浅严重埋偏压状态，且Ⅴ级围岩风化破碎，堆积体严重松散，所以进洞前须对地表岩体采取加固措施，并对洞身偏压一侧采取反压挡护措施，保证隧道在施工和运营期间的安全和稳定。根据左右洞身浅埋偏压的具体情况和现场实际围岩地质情况，左、右洞分别采取如下措施：
1、左洞浅埋偏压处理措施
左洞的右侧地表先清除表层覆土后打入3.0m长的早强砂浆锚杆，间距@=120×120cm，锚杆外露出清表后的地面1.0m，梅花型布置，然后施作2.0m厚的C15混凝土护坡反压挡墙，混凝土护坡反压挡墙内布设φ12，间距@=15×15cm的钢筋网，以增强护坡反压挡墙的整体性，反压挡墙施工采用分段挖槽，分段立模浇筑，防止挡墙基础开挖影响浅埋偏压陡坡的稳定，具体见下图4.3.1。
2、右洞浅埋偏压处理措施
右洞根据不同地段的不同的浅埋偏压特点，采取不同的处理措施：右洞YK39+846～YK39+866处于超浅埋严重偏压状态，尤以偏压状态更为明显，采取的措施是先将浅埋处表层覆土清除至初衬外边缘线后，施作60cm厚的C25混凝土套拱，套拱内设Ⅰ20a工字钢骨架，间距75cm，套拱两端基础延伸入围岩内60cm深以上，并在套拱两端设置长3.0m的Φ22早强砂浆锁脚锚杆。同时施工外侧6.1m高的C15混凝土反压挡墙。套拱和反压挡墙完成后回填2.5m厚以上的8%水泥碎石稳定土，再在稳定土上回填50cm后的粘土隔水层，回填后再在回填土上植草恢复自然地表植被，具体见下图4.3.2。
右洞YK39+866～YK39+876主要处于超浅埋状态，偏压状态相对较轻，采取的清表、套拱、回填水泥碎石稳定土及粘土隔水层及植草恢复自然地表植被等措施同YK39+866～YK39+876段，取消混凝土挡墙，在回填外侧边缘设2.0m宽1.5m深的梯形排水沟，以利排出山坡汇水，防止冲刷，具体见下图4.3.3。
5洞身开挖
小净距隧道洞口Ⅴ级围岩浅埋偏压段由于其围岩级别低且大部分是松散堆积体，施工条件复杂，要确保施工的安全与质量，洞身开挖方法和施工工序的选择就显得尤为关键。右洞暗洞进洞里程为YK39+846，左洞暗洞进洞里程为ZK39+833，左右暗洞洞身设计进洞里程相互错开13m。本隧道先行开挖左洞，左洞YK39+833~YK39+853段20m的洞身开挖采用侧导洞法施工，左洞开挖至YK39+853以后采用三台阶法预留核心土施工，中台阶开挖落后于上台阶20m左右，下台阶落后于中台阶20米。左洞台阶开挖掌子面超前左洞开挖掌子面距离保持20m以上，右洞进口浅埋偏压段洞身开挖采用侧导洞法施工，侧导洞仍设置在偏压洞身断面的左侧，侧导洞超前开挖后立即对中间岩柱打入中空注浆锚杆支护进行加固。之后，再进行左洞上、下断面开挖和支护，施工工序与左洞相同。洞身开挖每循环进尺为1.0m即2榀钢拱架间距，洞身开挖每2.0m预先在拱部打设超前注浆小导管，对拱部围岩进行预支护。开挖后必须及时施作初级支护封闭围岩。仰拱采用跳槽法开挖。洞口Ⅴ级围岩浅埋偏压段施工工序详见下图5.1。
施工中针对隧道浅埋偏压段自身特点和小净距隧道施工难点，在超前预支护及初级支护方面采取如下针对性的施工措施和对策：
(1).超前预支护加强措施:进口浅埋偏压段为Ⅴ级强风化围岩，围岩自稳能力差，为加强围岩的自稳能力，每次掘进对前面洞身轮廓线外的围岩采取超前小导管预支护，注浆加固拱圈围岩，形成小导管刚性骨架和加固围岩圈共同作用的受力体系，确保后续掘进施工安全。考虑到进口段浅埋偏压十分严重，将超前注浆小导管环向间距由40cm变更为30cm，小导管纵向搭接长度由3.0m变更为2.0m，以进一步加强超前预支护效果。
(2).洞身围岩及小净距隧道中间岩柱加固：小净距隧道浅埋偏压Ⅴ级强风化围岩自承能力差，为加固松散较软弱岩体，增强围岩的整体性和结构承载力；在隧道初级支护中设置径向系统锚杆，并且系统锚杆采用注浆效果比普通砂浆锚杆更好的Φ25中空注浆锚杆，锚杆梅花型布设，长度4.0m。为增加锚杆对围岩的加固效果，施工时将拱圈及中间岩柱内的锚杆间距由@=100×60cm变更调整为@=100×50cm。此外，加固中间岩柱的两侧对穿中空注浆锚杆长度由4.0m调整为6.0m，确保浅埋偏压小净距隧道中间岩柱的稳定性。中空注浆锚杆布设情况见下图6.1。
中空注浆锚杆施工的关键，一是锚杆施打方向必须是沿隧道轮廓径向或与围岩节理面垂直，方向不合理的锚杆将失去作用；二是注浆一定要饱满，注浆不饱满的锚杆起不到支护作用。
(3).钢拱架喷射混凝土初级支护:钢拱架喷射混凝土施工后立即受力，并且其强度和刚度较大，可以承受浅埋偏压Ⅴ级围岩的松动变形压力。采用钢拱架喷射混凝土不仅提高了初级支护的强度和刚度，而且初级支护可以及时承受开挖后的早期围岩压力，确保松散破碎围岩开挖后的稳定性。钢拱架由Ⅰ20a型工字钢制作而成，考虑到巴掌湾小净距隧道进口Ⅴ级围岩浅埋偏压段的工程特点，钢拱架每榀纵向间距由@=60cm调整为@=50cm。另外，变更调整增加了左洞仰拱的钢拱架喷射混凝土初级支护，使左洞同右洞一样，其仰拱钢拱架喷射混凝土初级支护与上部拱圈的初支形成一个整体的受力圆环，增强初支受力的整体性能，具体见上图7。喷射混凝土采用“湿喷”施工工艺，以降低粉尘，减少回弹率，严格控制水灰比，保证喷射混凝土质量。
7结束语
综上所述，小净距隧道施工要非常重视施工工序的衔接，注重隧道周边围岩的稳定性，揣摩设计的理念，合理的制定专项施工方案，保证隧道结构安全以及施工的安全。小净距隧道中加岩厚度非常薄，承受应力通常比较集中，施工的过程应该优先加固中加岩，减少对中加岩的扰动，尤其是控制爆破震动影响，围岩的稳定性是小净距隧道控制施工的核心要素。对于隧道穿越堆积体来讲，隧道的施工应该注意环保，尽可能地“零扰动”进洞施工，这样可以避免“大开挖”施工，半明半暗抗压设计理念就是为了保证隧道洞口围岩的稳定。浅埋以及偏压小净距隧道施工的核心就是怎么样保证偏压段内外压力的平衡，施工需围绕抗偏压的核心来确定施工方案。
参考文献：
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