广巴高速公路元包子连拱隧道施工技术研究

　　摘要：连拱隧道具有平面线形顺畅、占地面积少、洞口位置选择自由度大、便于运营管理等优点，在山区公路隧道中应用越来越多，但同时具有埋深浅、偏压、跨度大、结构复杂的特点，因而其施工难度大。结合广巴高速公路元包子连拱隧道工程实际，介绍了连拱隧道“短进尺、弱爆破、快封闭、勤量测”以及格栅钢架安装、注浆锚杆、喷射砼等方面的施工技术。
　　关键词：连拱隧道；中导洞开挖；信息化施工
　　
　　0引言
　　随着我国公路建设的快速发展，山区高速公路建设越来越多。由于山区地形地质水文条件十分复杂，为了适应行车的需要和生态环境保护，公路隧道也越建越多。连拱隧道作为公路隧道的一个组成部分，由于其平面线形顺畅、占地面积少、洞口位置选择自由度大、便于运营管理等优点，故在特定条件下已越来越多地被采用。按照隧道设计规范要求,高速公路与高等级公路通常应为上、下行分开的双洞结构,当隧道偏压严重,或是在市郊区域场地狭窄,使得双洞分开建造受到限制时,从总体线型、桥隧衔接方式、工程造价等因素的综合考虑，为获得良好的技术经济效果，一般设计为连拱隧道。但是，连拱隧道一般具有埋深浅、偏压、跨度大、结构复杂的特点，加上我国连拱隧道建设的起步较晚，我国的连拱隧道在断面形状与尺寸、结构型式与参数等方面的差异较大，因而其设计、施工难度较大,存在问题还很多。从目前国内已建成的为数不多的连拱隧道工程来看，在施工中不同程度地出现了开挖过程中围岩坍塌、衬砌产生大面积裂缝、衬砌接头处严重漏水等问题。随着山区高速公路的进一步发展，连拱隧道将大量出现，因而，针对连拱隧道施工技术进行必要的研究是非常重要的。下面结合广巴高速公路元包子连拱隧道工程实际对连拱隧道施工技术进行分析。
　　1工程概况
　　包子连拱隧道位于广元至巴中高速公路ZK（YK）146+935~ZK(YK)147+247，隧道左线全长312m，双洞单向行车，隧道洞身最大埋深约50m。广元端左右洞端口高程为420.08m，巴中端左右洞端口高程为425.58m，洞内纵向设计为人字坡，隧道净空（宽×高）为2×10.25×5m。隧道洞口开挖遵循“早进晚出”的原则，采用“无仰坡”开挖技术进洞。洞门型式采用1:1.5的同断面削竹式洞门。广元端左右线明洞长度均为20m，巴中端左右线长度均为19m。隧道洞身结构按新奥法施工原理进行设计，即以系统锚杆、喷砼，钢筋网，格栅钢架等组成的初期支护与二次模注砼相结合的复合衬砌型式。
　　洞身穿越泥岩和砂岩，泥岩分布于底部。隧址区场地位于恩阳向斜北翼，未发现断层、滑坡、地下采空区等不良地质现象，地质构造较为简单，围岩受构造影响微弱，无液化失稳、失效的可能，现状整体稳定。地层产状平缓，为单斜构造，岩层优势产状倾向为184°,倾角为3°,围岩级别级Ⅳ、Ⅴ级。场地内地下水类型主要为松散层孔隙水和基岩裂隙水，地下水分布不广，岩层透水性强，赋水性差，具有良好的地下水排水条件，不利于地下水的富集。
　　2连拱隧道施工技术
　　2.1基本指导思想
　　国内的连拱隧道所采用的施工方法大多为“三导坑先墙后拱法”。以新奥法原理为指导，在施工中遵循“弱爆破、短进尺、多循环、勤测量、强支护、快衬砌”的原则，先进行中导坑的开挖及支护，贯通后进行中隔墙浇注，然后根据地形情况选择左洞或右洞的施工。左洞与右洞间隔一定距离开挖（通常为洞径的2倍距离）。洞开挖根据不同的围岩类型采用导洞法、分部法、全断面法进行开挖及支护，使初期支护与围岩形成共同的受力结构，充分发挥围岩的自承能力，建立监控体系，及时掌握围岩及支护状况，保证安全及围岩稳定。
　　针对元包子隧道的实际情况，坚持“光面爆破喷锚紧跟监控量测，及时反馈和修正”的原则，在施工中结合设计，积极推广国内外隧道施工新技术，采用大型施工机械设备配套施工。开挖、出碴、喷锚支护与二次衬砌施工相配合一条龙作业。隧道洞身主要穿越的是泥岩，岩层产状平缓，在开挖后隧道拱部易发生掉块或小的坍塌，施工中严格遵循“短进尺、弱爆破、快封闭、勤量测”的指导原则，洞口加强段和浅埋段优先采用留核心土开挖法和侧壁导坑法开挖，洞身部分采用上下台阶法（短台阶法）开挖，对软岩、破碎岩层，实施浅眼多循环，超前支护及强支护、早封闭的开挖原则。隧道洞内按无轨运输组织施工，挖、装、运，锚喷施工支护、衬砌等工序按配套完善、匹配合理原则组织机械化作业。采取必要的措施、方案，克服施工中可能发生的一切问题，高速、优质的完成隧道的建设，确保隧道施工安全。
　　2.2具体技术措施
　　2.2.1洞口工程
　　根据据隧道洞口的工程地质现状和地面斜坡，进洞前对洞口、洞顶地表进行预加固。加固时，首先在仰、边坡刷坡顶外5m处作双向截水沟，以拦截地表水，防止流水冲刷洞门造成危害。对洞门顶部斜面刷坡用锚杆并结合地表网喷射砼进行加固,锚杆长度为3m，呈梅花型布置，间距0.6×0.8m。
　　隧道进出口均地处Ⅴ级围岩，土质或风化破碎岩层，地质条件差。洞口采用路堑式明洞开挖法，进洞前先完成地表预加固，洞口加强段采用留核心土开挖法或侧壁导坑法开挖。
　　广元端洞口ZK146+935～ZK147+946.5段，L=11.5M，洞门进口～拱顶起点，V级围岩，按设计洞门做成削竹段式，ZK147+946.5～ZK147+955为明洞部分。巴中端洞口ZK147+235.5～ZK147+247段，L=11.5，拱顶起点～洞门进口，V级围岩，按设计洞门做成削竹段式，ZK147+228～ZK147+235.5为明洞部分。两侧外露坡面表面将松散土清理，清水洗干净，临时边坡采用挂网喷砼防护，挂Φ6.5@30cm钢筋网，喷C20砼。施工做到“短进尺、弱爆破、快封闭、勤量测”，确保洞口段施工安全。
　　2.2.2洞内施工
　　（1）短进尺。对V、VI级围岩段采用超短台阶法施工，台阶长3～5m，用风镐和十字镐人力开挖，确需爆破时采用短进入（1.0～1.5m）分阶段起爆的控制爆破。台阶法施工每次掘进1.2m。
　　（2）超前支护。在进、出口围岩破碎段，采用3.5m长的锚杆进行超前预支护。对于隧道其它地段，结合现场地质实际情况，对浅埋、破碎及断层等地质不良地段，会同设计、监理，共同制定超前支护方法，稳妥掘进，确保施工安全。
　　（3）中导洞开挖。洞身ZK146+955～ZK147+228采用中导洞法施工，中导洞先贯通，进一步查明隧道地质情况为主洞施工提供参考。主洞开挖采用台阶法，后行洞掌子面宜落后先行洞掌子面30～40m。开挖工序从上而下进行，衬砌工序从下而上。
　　（4）快封闭。喷锚支护作为稳定围岩，确保施工安全的必要措施，必须在开挖后立即进行。支护作业视围岩稳定程度，依据设计文件，采用不同的支护参数。Ⅴ、Ⅵ级围岩喷锚施工支护必须紧跟开挖面实施，安设系统锚杆，拱墙部挂钢筋网加设格栅钢架，喷C20早强速凝混凝土。对于软弱破碎围岩喷射混凝土作业应紧随工作面，随挖随喷，当工作面岩体自稳时间小于一个掘进循环时，除加强量测和修改施工方法外，工作面应及时采用喷射砼加固，锚杆安装应采用速凝早强砂浆锚杆，锚杆施工尽早安排，一般不超过24h。
　　（5）隧道衬砌。模筑衬砌的施工时间根据施工工序安排，原则上与开挖面的距离不大于50m，在洞口浅埋、破碎带，适当布点进行监控量测，量测项目为拱顶下沉周边收敛量测，用以指导施工，尽早进行模筑衬砌。对有明显流变或未胶结松散地层，由于围岩压力大和支护变形无收敛趋势时，应及时提前做二次衬砌。并会同有关部门对这类二次衬砌进行加强。模筑衬砌采用衬砌台车，采用混凝土输送泵灌注，机械振捣。
　　(6)弱爆破。台阶法爆破掘进时，采用7655型风钻钻眼；人工装二号岩石硝铵炸药或乳化油炸药，非电导爆管微差起爆网络。光面爆破施工总工艺流程是：依据掌子面的地质情况，确定围岩类别，选定爆破方案→据爆破设计放线布眼→7655型风钻钻眼→（按规程领取加工爆破火工品）装药→人员设备退场→起爆→排烟→检查爆破效果→修正爆破设计→进入下道工序。
　　光面爆破时，炮眼的位置、角度、装药量等是光爆效果是否好的关键，应认真按爆破设计进行布眼、钻眼，并对钻爆操作人员进行岗前培训，强化过程管理，确保光爆效果良好。装药采用人工进行，周边眼按爆破设计方案，采用间隔装药法装药，药卷与药卷之间用木棍进行间隔。其它炮眼按设计的装药量，进行偶合连续装药结构。爆破结束后，经排烟完毕，检查爆破效果，如爆破进尺、轮廓线超欠挖、炮痕保存率、爆方石块大小、抛距等情况，并综合考虑，逐步修正爆破设计，以达到满意的钻爆效果。
　　2.2.3格栅钢架安装技术
　　格栅钢架在现场制作平台上就地加工，人工就地安装成型，装载机配合安装。首榀钢架加工完成后应放在水泥地面上试拼，当各部尺寸符合设计要求时，才可进行批量生产。周边接装允许偏差为±3cm，平面翘曲应小于2cm。施工注意:⑴安装前分批按设计图检查验收加工质量，不合格禁用。⑵安装钢架前，应检查开挖断面的中线及高程，开挖轮廓线应符合设计要求，中线、高程允许偏差为±3cm。⑶清除干净底脚下的虚碴及其他杂物，超挖部分宜用混凝土填充。安装允许偏差横向和高程均为±5cm，垂直度允许偏差为±2゜。⑷按设计焊连定位筋及纵向连接筋，段间连接安设垫片拧紧螺栓，确保安装质量。⑸钢架与岩面间安设鞍形砼垫块，确保岩面与钢架密贴。⑹确保初喷质量，钢架在初喷4cm后架立。⑺钢架与混凝土必须紧密接触，空隙处用垫块楔紧，没榀钢架不少于8处，每处一号垫块1块，二号垫块两块，施工时刻酌情调整。
　　2.2.4注浆锚杆施工技术
　　锚杆采用φ20钢筋，L＝3m，施工范围内梅花型布置，环向间距0.8～1.1m，纵向间距0.6～0.9m。采用7655型风钻钻眼，孔眼方向垂直于岩面，钻孔直径至少应大于锚杆直径15mm。锚杆安装采用砂浆锚杆时，应根据设计要求截取杆体并整直和除锈。锚杆注浆安装前须先做好材料、机具、脚手平台和场地准备工作，注浆材料使用标号大于等于425#水泥，粒径小于3mm的砂子、并需过筛，水灰比为0.4～0.45m，注浆应用强水泥砂浆（等级不低于M20）。砂浆锚杆作业程序是：先注浆，后放锚杆。
　　具体操作是：先将水和稀浆湿润管路，然后将已调好的砂浆倒入泵内，将注浆管插至锚杆眼底，将泵盖压紧密封，一切就绪后，慢慢打开阀门开始注浆，在气压推动下，水在前，砂浆在后，水湿润泵体和管路，引导砂浆进入锚杆孔中，随着砂浆不断压入眼底，注浆管跟着缓缓退出眼孔，直至砂浆注满眼孔后，立即把锚杆插入眼孔，接着用推、锤击方法，把锚杆插至眼底，然后用大楔塞紧眼口，防止砂浆流失。注浆压力不宜过大，保持在0.2Mpa为宜。压注浆时，必须密切注视压力表，发现压力过高，须立即停风，排除堵塞。锚杆孔中必须注满砂浆，发现不满需拔出锚杆重新注浆。注浆管不准对人放置，注浆管在未打开阀门前，不准搬动，关启密封盖，以防止高喷出物射击伤人。使用掺速凝剂砂浆时，一次拌制砂浆数量不应多于3个孔，以免时间过长，使砂浆在泵、管中凝结。
　　2.2.5喷射砼施工技术
　　喷射砼配合比,需符合砼的强度和喷射工艺要求,通过经验选择,并通过试验确定。速凝剂掺量通过试验确定，一般为水泥重量为2～4%，水泥选用普通硅酸盐水泥，水泥标号不得低于425号，细骨料采用坚硬耐久的中砂或粗砂。细度模数宜大于2.5，含水率控制在5～7%。粗骨料采用坚固耐久的碎石或卵石，粒径不宜大于15mm。
　　采用强制式搅拌机搅拌，射采用TK961型湿式混凝土喷射机喷射。喷射前做好喷面尺寸检查、清除障碍物等准备工作。加强喷射混凝土材料控制、检查喷射混凝土是否密实，加强养生。
　　2.2.6动态化信息施工
　　监控量测是喷锚构筑法的重要组成部分。通过监控量测对围岩动态和支护工作状态作出正确评价，为隧道施工的安全提供依据。元包子隧道属浅埋短隧道，V类围岩较长，洞门均在软岩层面上。在元包子隧道设立监控量测小组，对隧道地质和支护状况、周边位移、拱顶下沉、锚杆轴力、地表下沉等项目进行观察和量测，掌握围岩和支护的动态信息,根据围岩和支护的变位、应力量测结果及时调整支护系统的参数，提供二次衬砌施作的合理时机，验证支护型式、支护参数，评价支护结构、施工方法的合理性，并为优化设计参数、调整施工工艺提供根据，达到安全生产的目的。
　　3结束语
　　双连拱隧道的结构形式新颖美观，但其施工序较复杂，工序较多，必须根据地质条件、水文质条件、埋深、断面形状及尺寸、施工技术条件、工期等许多因来确定不同的施工方法。元包子隧道Ⅳ、Ⅴ类围岩是本工程的一个显著特色，Ⅳ类、Ⅴ类围岩采用中导洞、正短台阶分部法开挖，在实施动态信息化施工技术，既确保了工程的质量和安全、加快了施工进度、降低了工程成本，证明施工方法是合理的有效的方法。