高曉波

摘要：近年來大跨度隧道在我國很多工程中越來越多地出現(xiàn)，這些大跨度隧道在實施時不可避免會遇到具有軟弱圍巖特性的特殊地段，如何安全、穩(wěn)步快速進行這種特殊地段施工，隧道施工技術措施十分關鍵。文章通過對杭州秋石快速路二期半山隧道軟弱圍巖段施工的工程實踐，總結了大跨度隧道軟弱圍巖段快速安全施工的經(jīng)驗，對以后大跨度隧道尤其是城市大跨度隧道的軟弱圍巖段安全快速施工有很好的借鑒作用。

關鍵詞：隧道；大跨度；軟弱圍巖；安全施工；施工周期

中圖分類號：U455 文獻標識碼：A文章編號：1009-2374（2012）06-0078-04

一、工程概況

半山隧道位于杭州市拱墅區(qū)半山鎮(zhèn)境內，為杭州秋石快速路二期的控制性工程。半山隧道呈南北走向穿越半山、老虎山，隧道采用上下行分離式、雙向6車道布置，設計車速為80km/h，左（西）線隧道長2200m，右（東）線隧道長2191m，隧道單洞斷面凈寬15.25m，凈高5m，開挖跨度達17.5m，屬典型大跨度城市市政隧道。

二、工程地質、水文地質概況

（一）工程地質概況

1．隧道進出口段。隧道進口段山坡植被發(fā)育，覆蓋層厚3.0～5.0m。洞口兩側和洞頂以含碎石亞粘土為主。基巖為康山組（S2K）灰黃，青灰色，中厚層狀細粒巖屑砂巖、細粒巖屑石英砂巖，夾中薄層狀泥巖及粉砂質泥巖。本段巖體完整性差，圍巖類別為Ⅴ級。

隧道出口段洞頂以覆蓋層、全風化及強風化基巖為主，為Ⅴ級圍巖；兩側洞壁為弱風化基巖，由于巖屑石英砂巖夾有薄層粉砂質泥巖，泥巖軟化系數(shù)低，遇水已崩解，圍巖類別為Ⅴ級。

2．隧道洞身段。左、右線洞線在同一山體內穿越，工程地質條件相近。洞身段穿越康山組（S2K）中細粒巖屑砂巖，唐家塢組（S3t）的巖屑石英砂巖及西湖組（D3x）的石英砂巖，圍巖為Ⅴ、Ⅳ、Ⅲ圍巖，以Ⅴ、Ⅳ級軟弱圍巖為主。

洞身段主要有F1、F2、F3三條大斷層。F1與洞線近正交，帶寬約20～30m，帶內巖體擠壓破碎，性狀差，兩側巖體受其影響，同產狀節(jié)理發(fā)育，影響帶寬為100m。F2、F3斷層與洞線交角小，帶寬10～30m，在兩側洞壁及洞頂易產生掉塊。斷層破碎帶及節(jié)理密集帶圍巖類別為Ⅴ級。

（二）水文地質條件

隧道測區(qū)內無河流分布，在半山、老虎山兩側山腳山間沖溝分布泉點，局部泉眼常年有水。進口段右側為龍山水庫；龍山水庫集雨面積0.13km2，水庫總庫容39900m3，正常庫容29500m3，水庫最高蓄水位高程為20m。

三、施工方法及技術措施

（一）洞口段軟弱圍巖段施工

半山隧道洞口段均為V級圍巖，圍巖整體性差，洞口邊仰坡及成洞面要逐級開挖逐級防護，在洞口防護完成并完成成洞面超前預支護后方可進洞開挖，為確保施工及結構安全，采取的進洞加強措施如下：

1．做好邊仰坡外的截水溝、洞口排水溝，保持排水系統(tǒng)暢通；

2．加強地表和洞內量測，當?shù)乇沓两岛椭ёo下沉異常時，調整支護參數(shù)；

3．及時進行洞口及洞頂防護及綠化工作，避免雨水沖刷；

4．制定進洞施工實施方案及安全保證措施，做好技術交底；

5．采用大管棚、小導管對洞口軟弱圍巖進行超前預注漿加固。

（二）正洞軟弱圍巖段施工

當圍巖軟弱、松散時，圍巖變形快，側壓力大，自穩(wěn)時間短，初期支護早期強度不能滿足圍巖穩(wěn)定的要求，甚至開挖后便產生圍巖失穩(wěn)坍塌而產生安全事故，為了防止此類事故發(fā)生，在半山隧道Ⅴ級、Ⅳ級軟弱圍巖施工中，為了確保施工安全，我們采取的對策是：嚴格遵循了“短開挖，禁爆破，快支護，勤量測，緊襯砌，早成環(huán)”的原則，選擇合理的施工方法，Ⅴ級圍巖采用雙側壁導坑法、Ⅳ級圍巖采用單側壁導坑法（CD法）施工。

1．Ⅴ級圍巖段施工。在采用大管棚（小導管）超前支護后，按雙側壁導坑法，開挖斷面分六步進行，用風鎬配合挖掘機開挖施工，個別孤石和少量硬質巖段采取風鉆打眼、微藥量解體，風鎬修鑿輪廓，循環(huán)進尺控制在0.5m（一榀鋼拱架間距），各工作面步距控制在1.2m，保證開挖后盡快初支成環(huán)。左、右兩側隧道錯開50m以上后平行作業(yè)。Ⅴ級圍巖施工方法及工藝見圖1：

圖1Ⅴ級圍巖施工方法示意圖

通過上述分析，Ⅴ級圍巖地段的施工步驟如下：

施工步驟一：洞身拱部注漿小導管超前預支護施工。

施工步驟二：

（1）施工①部超前中空注漿錨桿支護。

（2）人工或機械開挖①部。

（3）噴5cm厚砼封閉①部掌子面。

（4）施作①部導坑周邊的初期支護和臨時支護，即初噴4cm厚砼，掛第一層φ6.5鋼筋網(wǎng)，架設I20a工字鋼拱架和I20a工字鋼臨時支撐，并設鎖腳錨桿，安設I20a工字鋼臨時仰拱。

（5）施作徑向φ42×4mm注漿小導管或φ25系統(tǒng)中空注漿錨桿，掛第二層φ6.5鋼筋網(wǎng)，復噴C20砼至設計厚度。

施工步驟三：

（1）在滯后于①部30m后，施作②部超前中空注漿錨桿支護。

（2）人工或機械開挖②部。

（3）噴5cm厚砼封閉②部掌子面。

（4）施作②部導坑周邊的初期支護和臨時支護，即初噴4cm厚砼，掛第一層φ6.5鋼筋網(wǎng)，架設I20a工字鋼拱架和I20a工字鋼臨時支撐，并設鎖腳錨桿，安設I20a工字鋼臨時仰拱。

（5）施作徑向φ25系統(tǒng)中空注漿錨桿，掛第二層φ6.5鋼筋網(wǎng)，復噴C20砼至設計厚度。

施工步驟四：

（1）在滯后于②部30m后，人工或機械開挖③部。

（2）噴5cm厚砼封閉③部掌子面。

（3）施作③部導坑周邊的初期支護和臨時支護，即初噴4cm厚砼，掛第一層φ6.5鋼筋網(wǎng)，架設I20a工字鋼拱架和I20a工字鋼臨時支撐，并設鎖腳錨桿。

（4）施作徑向φ42×4mm注漿小導管，掛第二層φ6.5鋼筋網(wǎng)，復噴C20砼至設計厚度。

施工步驟五：

（1）在滯后于③部30m后，人工或機械開挖④部。

（2）噴5cm厚砼封閉④部掌子面。

（3）施作④部導坑周邊的初期支護和臨時支護，即初噴4cm厚砼，掛第一層φ6.5鋼筋網(wǎng)，架設I20a工字鋼拱架和I20a工字鋼臨時支撐，并設鎖腳

錨桿。

（4）施作徑向φ25系統(tǒng)中空注漿錨桿，掛第二層φ6.5鋼筋網(wǎng)，復噴C20砼至設計厚度。

施工步驟六：

（1）在滯后于④部30m后，人工或機械開挖⑤部。

（2）噴5cm厚砼封閉⑤部掌子面。

（3）施作⑤部導坑周邊的初期支護和臨時支護，即初噴4cm厚砼，掛第一層φ6.5鋼筋網(wǎng)，架設I20a工字鋼拱架并設鎖腳錨桿，安設I20a工字鋼臨時仰拱。

（4）施作徑向φ25系統(tǒng)中空注漿錨桿，掛第二層φ6.5鋼筋網(wǎng)，復噴C20砼至設計厚度。

施工步驟七：

（1）在滯后于⑤部30m后，人工或機械開挖⑥部。

（2）噴5cm厚砼封閉⑥部掌子面。

（3）施作⑥部導坑周邊的初期支護，即初噴4cm厚砼，掛第一層φ6.5鋼筋網(wǎng)，架設I20a工字鋼拱架封閉成環(huán)。

（4）掛第二層φ6.5鋼筋網(wǎng)，復噴C20砼至設計厚度。

施工步驟八：

（1）根據(jù)監(jiān)控量測的結果分析，拆除臨時鋼架支撐及臨時鋼架仰拱。

（2）灌注仰拱C30鋼筋砼二次襯砌。

（3）灌注C15仰拱填充砼。

（4）基底C20砼墊層施工。

（5）灌注邊墻C30鋼筋砼二次襯砌。

（6）利用模板臺車一次性灌注拱墻C30鋼筋砼二次襯砌。

2．Ⅳ級圍巖段施工。Ⅳ級圍巖段采用單側壁導坑法（CD法）施工，開挖斷面分四步進行，采用光面爆破施工，循環(huán)進尺控制在1.0m（一榀鋼拱架間距），施工嚴禁冒進。導洞上臺階采用風鉆鉆眼爆破，人工輔助反鏟翻碴至下臺階后進行上半斷面初期支護及中隔壁施作，并進行下一循環(huán)拱部超前錨桿支護，再進行下臺階開挖，采用風動鑿巖鉆眼爆破，機械出碴。左、右兩側隧道前進線最后掌子面與后進線最前掌子面視圍巖情況保持30～50m距離平行作業(yè)。Ⅳ級圍巖段施工方法及工藝見圖2：

圖2Ⅳ級圍巖施工方法示意圖

Ⅳ級圍巖地段的施工步驟如下：

施工步驟一：

先施作洞身拱部中空注漿錨桿超前預支護。

施工步驟二：

施工左側導洞①部超前中空注漿錨桿支護，開挖①部、打設初支錨桿及臨時支護錨桿、立初支型鋼拱架級臨時支護型鋼拱架、掛網(wǎng)、噴射混凝土。

施工步驟三：

①部超前②部3m至4m后對②部進行開挖、打設初支錨桿及臨時支護錨桿、立初支型鋼拱架級臨時支護型鋼拱架、掛網(wǎng)、噴射混凝土。

施工步驟四：

①部超前③部15m后對③部進行開挖、打設初支錨桿及臨時支護錨桿、立初支型鋼拱架級臨時支護型鋼拱架、掛網(wǎng)、噴射混凝土。

施工步驟五：

③部超前④部3m至4m后對④部進行開挖、打設初支錨桿及臨時支護錨桿、立初支型鋼拱架級臨時支護型鋼拱架、掛網(wǎng)、噴射混凝土。

施工步驟六：

（1）根據(jù)監(jiān)控量測的結果分析，拆除臨時鋼架支撐及臨時鋼架仰拱。

（2）灌注仰拱C30鋼筋砼二次襯砌。

（3）灌注C15仰拱填充砼。

（4）基底C20砼墊層施工。

（5）灌注邊墻C30鋼筋砼二次襯砌。

（6）利用模板臺車一次性灌注拱墻C30鋼筋砼二次襯砌。

（三）施工中應注意的事項

1．嚴格按照“先探測、管超前、嚴控水、強支護、弱爆破、早襯砌”等隧道施工原則組織施工。

2．做好超前地質預報工作，采用超前鉆孔、地質雷達及TSP203超前地質預報系統(tǒng)相結合的綜合探測方法，探明前方的地質及水文情況，以及時根據(jù)地質情況調整支護及施工參數(shù)。

3．粉砂質泥巖在富水段施工時，采用全斷面注漿防水，必要時采取隧道內降水等措施確保施工

安全。

4．嚴格控制開挖進尺，及時施作初支和臨時仰拱，盡早使開挖斷面封閉成環(huán)。

5．堅持信息化指導施工，合理安排施工工序，優(yōu)化施工方法。

四、施工績效

半山隧道主體工程僅用約13個月時間，2009年3月正式施工，2010年4月全線貫通，實際施工時間比國家定額工期節(jié)省約4個月。施工過程中Ⅴ級圍巖地段平均單口月成洞90m，最高單口月成洞102m，Ⅳ級圍巖地段平均單口月成洞120m，最高單口月成洞135m，創(chuàng)國內三車道大跨度隧道施工進度新高，施工過程中未發(fā)生任何安全事故，達到了快速、安全的施工目的。

五、體會和認識

（一）注重調查研究，優(yōu)化施工組織，是優(yōu)質快速施工的前提

1．施工前應詳細調查研究隧道所通過地段的不良地質現(xiàn)象，準確判斷圍巖類別，特別是在斷層地段，對地下水情況應做到心中有數(shù)。

2．根據(jù)軟弱圍巖的水文地質與工程地質特征，結合工期及質量要求，確定合理的施工方案及施工方法，優(yōu)化資源配置。

（二）重視隧道施工現(xiàn)場管理

1．長大軟弱圍巖隧道無軌運輸施工，通風工作至關重要。半山隧道施工過程中及時打通左右隧道之間的橫通道，使氣流形成循環(huán)通路，從而大大地降低了通風困擾施工的難題。

2．水是控制土質圍巖類別的一個重要指標，也嚴重影響石質圍巖的穩(wěn)定性。因此軟弱圍巖隧道施工必須嚴格控制施工用水及地下水，制定切實可行的排水措施。

（三）設計、施工、監(jiān)理單位密切配合

隧道施工受地質困素影響極大，開挖揭露出的地質情況可能千變萬化，在設計階段也不可能全部預知，因此在施工中要有一個再認識的過程。隧道施工一旦進入正常生產，各工序銜接緊湊，要求各個環(huán)節(jié)緊密配合，出現(xiàn)問題及時處理。新奧法施工原則強調“信息化設計”程序，施工單位應及時將量測結果向設計部門反饋；設計部門應按反饋的量測信息及時修正設計、調整支護參數(shù)；監(jiān)理部門應積極配合，做到設計、施工、監(jiān)理一體化。

六、結語

半山隧道在軟弱圍巖地段施工所采取的技術措施很好地解決了隧道軟弱圍巖地段開挖的安全性及施工進度問題，且結構簡單，安全可靠，施工快速，經(jīng)濟效益顯著。施工中以監(jiān)控量測作為指導，真正做到了“短進尺、早支護、勤量測、速反饋”，充分保證了施工過程和隧道結構的安全，成功解決了安全風險高、工期緊張、工藝復雜、互相干擾大等困難，為以后大跨徑隧道在軟弱圍巖地段的施工積累寶貴

經(jīng)驗。

參考文獻

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（責任編輯：趙秀娟）