張周平+吳旭+祝河清

摘 要：結(jié)合湖北麻城至竹溪高速公路宜城至?？刀蜯ZTJ-4標(biāo)二分部軟弱圍巖區(qū)小凈距隧道施工實(shí)例，總結(jié)分析了其施工方法、中夾巖加固措施、雙洞的合理間距、監(jiān)控量測等內(nèi)容，旨在提高施工技術(shù)人員對小凈距隧道的認(rèn)識，提高軟弱圍巖區(qū)小凈距隧道施工的技術(shù)水平，保證施工質(zhì)量和安全，為日后的相關(guān)工程提供參考。

關(guān)鍵詞：軟弱圍巖；小凈距隧道；掌子面間距；中夾巖

中圖分類號：U455.4 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2016.04.128

1 小凈距隧道

近年來，我國高速公路建設(shè)不斷向中西部多山地區(qū)發(fā)展，山區(qū)高速則成為了高速公路建設(shè)的主題。高速公路建設(shè)主要強(qiáng)調(diào)的是環(huán)境保護(hù)和土地利用率，但是，受地形限制，隧道左、右洞間距過大，不能滿足設(shè)計(jì)要求，因此，小凈距隧道便應(yīng)運(yùn)而生了，而且非常受歡迎。小凈距隧道既能解決接線難、土地利用率低等問題，又比連拱隧道施工造價(jià)低、難度小。

湖北麻城至竹溪高速公路宜城至保康段MZTJ-4標(biāo)二分部共有隧道7座，其中，4座為小凈距隧道。黃堡隧道長621 m，Ⅴ級占53.3%，中夾巖距15.8 m；香山隧道長431 m，Ⅴ級占40.8%，中夾巖距8.7 m；張弓隧道長757 m，Ⅴ級占22.7%，中夾巖距12.4 m；羅漢關(guān)隧道長957 m，Ⅴ級占31.7%，中夾巖距14.5 m。

2 水文地質(zhì)

該項(xiàng)目位于湖北省西北部襄陽市?？悼h，路線呈東西走向。該地處于剝蝕低中山區(qū)，山戀重疊，溝壑縱橫，河谷兩側(cè)斜坡陡峭，出露地層為寒武系、奧陶系、志留系的碎屑巖、碳酸鹽巖，主要為頁巖。該地區(qū)屬亞熱帶季風(fēng)氣候，氣候溫和，四季分明，降雨主要集中在5—9月，夏季災(zāi)害性天氣比較多，常有暴雨-強(qiáng)降雨出現(xiàn)。頁巖遇水容易滲漏、軟化，給隧道施工造成不利的影響。

3 小凈距隧道的特點(diǎn)

小凈距隧道的并行雙洞間距比較小，而夾巖厚度介于連拱隧道與分離式隧道之間。因此，在隧道設(shè)計(jì)和施工過程中，必須要考慮雙洞的相互影響，不能按照獨(dú)立雙洞考慮隧道結(jié)構(gòu)，而且軟弱圍巖區(qū)小凈距隧道的圍巖穩(wěn)定性和支護(hù)結(jié)構(gòu)受力狀況遠(yuǎn)比分離式隧道復(fù)雜。該項(xiàng)目的4座小凈距隧道雙洞間距為8.7～15.8 m。由具體的施工情況可知，軟弱圍巖區(qū)小凈距隧道的特點(diǎn)是：①圍巖強(qiáng)度低。一般將單軸飽和抗壓強(qiáng)度低于25 MPa的巖石稱為軟巖，而典型的軟巖有泥巖、頁巖和千枚巖等。該項(xiàng)目隧道軟弱圍巖區(qū)均為頁巖。②巖體破碎。受地質(zhì)構(gòu)造影響嚴(yán)重的堅(jiān)硬巖石又被稱為軟弱圍巖，其節(jié)理、裂隙、斷層等結(jié)構(gòu)面發(fā)育，圍巖強(qiáng)度低，自穩(wěn)性差。③賦存環(huán)境差。隧道圍巖一旦賦存于富水、高地應(yīng)力等不良的地質(zhì)環(huán)境中，就會引發(fā)涌水、塌方等地質(zhì)災(zāi)害。④在小凈距隧道的施工過程中，受雙洞的相互影響，當(dāng)洞身處于軟弱圍巖地段時(shí)，這種影響更加顯著。⑤中夾巖受力比較集中。洞身開挖打破了圍巖原有的應(yīng)力平衡，重新分布應(yīng)力，特別是受到后行洞開挖的再次擾動(dòng)，二次應(yīng)力場在中夾巖處疊加，出現(xiàn)了應(yīng)力集中的情況。⑥中夾巖容易開裂失穩(wěn)。施工爆破工作對中夾巖的影響比較大，再加上雨季和地下水的影響，頁巖極速軟化下沉、開裂，出現(xiàn)了失穩(wěn)的情況，形成流變。

近幾年，小凈距隧道被廣泛應(yīng)用，但是，施工人員對其施工特性的認(rèn)識不足，仍采用分離式隧道的施工方法進(jìn)行小凈距隧道施工，再加上施工工藝不到位、現(xiàn)場管理薄弱等，在施工過程中，發(fā)生了初支大變形、坍方和二襯開裂等事故。

4 施工方法

隧道施工可以分為洞口施工和暗洞施工兩部分。結(jié)合小凈距隧道施工的具體情況，簡要探討了軟弱圍巖區(qū)小凈距隧道施工技術(shù)的相關(guān)內(nèi)容。

4.1 洞口施工

洞口施工是隧道施工的開始，洞口的穩(wěn)定性直接影響著進(jìn)洞開挖等后續(xù)工程的順利進(jìn)行。對于小凈距隧道，由于兩洞距離比較近，洞身開挖會對洞口邊仰坡、中夾巖柱造成疊加性的影響，所以，小凈距隧道對邊仰坡、成洞面中夾巖穩(wěn)定性的要求比較高。洞口施工應(yīng)盡量避開雨季，因?yàn)橛晁疀_刷極易導(dǎo)致邊仰坡滑塌。修建施工便道時(shí)，盡量不要破壞隧道洞口的山體坡腳，以免影響洞口山體的穩(wěn)定性。

在洞口施工時(shí)，要先根據(jù)設(shè)計(jì)設(shè)置截水溝，埋設(shè)地表監(jiān)測點(diǎn)，盡量減少洞口邊仰坡的開挖，及時(shí)施作超前長管棚并注漿，提前做好洞口中夾巖的加固處理，而且2個(gè)洞口工程應(yīng)一次性施作完畢后再開挖先行洞。

在進(jìn)洞開挖前，要先加固成洞面中夾巖，預(yù)先固結(jié)距離比較長的中夾巖，防止后期暗洞開挖過程中其過度松弛而變形。加固工作可采用類似長管棚的形式，利用管棚設(shè)備打設(shè)長導(dǎo)管注漿加固距離較長的中夾巖。

4.2 暗洞施工

在軟弱圍巖區(qū)小凈距隧道暗洞的施工過程中，應(yīng)選擇恰當(dāng)?shù)氖┕し椒ǎ瑴p少對軟弱圍巖的擾動(dòng)。同時(shí)，要讓中夾巖變形收斂，及時(shí)對其進(jìn)行加固，合理設(shè)置兩洞掌子面的間距，以減小雙洞的相互干擾。另外，還要適時(shí)施作二次襯砌，并保證其施工質(zhì)量。在暗洞施工時(shí)，中夾巖處理是否得當(dāng)是控制施工質(zhì)量和安全的關(guān)鍵。

4.2.1 選擇施工方法

軟弱圍巖區(qū)小凈距隧道開挖工法主要包括三臺階預(yù)留核心土法、CD法、CRD法和雙側(cè)壁導(dǎo)坑法等。在選擇開挖工法時(shí)，在保證安全的前提下，選用的施工方法越簡單越好。施工時(shí)，主要采用的是三臺階預(yù)留核心土法，洞口處則采用CD法配合。選擇這種方法的原因有3點(diǎn)：①滿足小凈距隧道施工的要求；②與雙側(cè)壁導(dǎo)坑法、CRD法等相比，這種方法操作簡單，易于控制；③三臺階預(yù)留核心土法相對經(jīng)濟(jì)合理，能保證施工安全。

在開挖過程中，對于軟弱圍巖區(qū)小凈距隧道，首選的是機(jī)

械開挖，可采用預(yù)裂爆破的方法，使用空氣間隔裝藥，以減小爆破對圍巖的擾動(dòng)。每循環(huán)進(jìn)尺要控制為1～2榀鋼架的間距，嚴(yán)禁單側(cè)拉槽過長，每班爆破后均應(yīng)檢查爆破效果，及時(shí)修正爆破參數(shù)，控制用藥量。在中、下臺階的施工過程中，宜先開挖支護(hù)靠近中夾巖柱的一側(cè)，使薄弱部位先形成支承。

4.2.2 暗洞中夾巖加固

在施工過程中，洞身開挖會對薄弱的中夾巖柱產(chǎn)生擾動(dòng)，靠近中夾巖一側(cè)的初支極易變形、開裂，甚至?xí)?dǎo)致二襯開裂，因此，中夾巖加固工作非常重要。

中夾巖加固主要采用的是小導(dǎo)管注漿的形式，超前導(dǎo)管注漿結(jié)合系統(tǒng)導(dǎo)管注漿對中夾巖加固有較好的效果。系統(tǒng)導(dǎo)管在靠近中夾巖一側(cè)可適當(dāng)增加打設(shè)長度，加強(qiáng)中夾巖的加固效果。中夾巖超前導(dǎo)管注漿加固是在中、下臺階靠近中夾巖一側(cè)斜向前方約45°打設(shè)超前導(dǎo)管注漿。

4.2.3 兩洞掌子面間距設(shè)置

施工時(shí)，后行洞、先行洞之間相互影響，情況十分復(fù)雜。由于對其認(rèn)識不足，施工人員沒有考慮到先行洞、后行洞的施工間距，而且后行洞開挖后，應(yīng)力會再次釋放。由于兩洞間距小，牽引先行洞圍巖會出現(xiàn)二次應(yīng)力釋放疊加的情況，因此，在實(shí)際施工過程中，后行洞開挖掌子面極易導(dǎo)致對應(yīng)的先行洞初支下沉、開裂，甚至還會導(dǎo)致二襯開裂等。通過對項(xiàng)目小凈距隧道施工過程的監(jiān)控和分析，及時(shí)調(diào)整了施工間距。比較理想的兩洞施工間距如圖1所示。

兩洞掌子面間距要控制在15～20 m，先行洞掌子面、仰拱均超前后行洞掌子面，后行洞掌子面對應(yīng)先行洞初支成環(huán)、二襯未施工段落，使得先行洞已成環(huán)初支有較強(qiáng)的承受能力抵抗因后行洞爆破引起的二次應(yīng)力釋放，同時(shí)，還能避免爆破時(shí)的瞬時(shí)振動(dòng)對先行洞二襯的影響。因?yàn)橄刃卸匆殉森h(huán)初支抵抗圍巖的變形能力大大增強(qiáng)，所以，可在一定程度上降低初支開裂掉塊情況發(fā)生的概率，而預(yù)留變形量的存在也使得初支不至于被侵限。先行洞二襯滯后于后行洞仰拱是較為理想的狀態(tài)，如此能在一定程度上減小后行洞開挖對先行洞二襯造成的影響。

4.2.4 二次襯砌施作時(shí)機(jī)

在二次襯砌施工過程中，除了要考慮兩洞的施工間距外，還應(yīng)把握好二次襯砌的施作時(shí)機(jī)。在初支變形未基本穩(wěn)定前，即施作二次襯砌或出現(xiàn)初支大變形時(shí)，試圖通過施作二襯來抵擋變形，進(jìn)而導(dǎo)致二襯開裂。二襯施作滯后會影響工程質(zhì)量和施工安全，所以，把握二襯施作時(shí)機(jī)是非常重要的。在施工過程中，要重視監(jiān)控量測在施工中的作用，在監(jiān)控結(jié)果滿足下列條件時(shí)進(jìn)行二次襯砌施工是比較合適的，即：①各測試項(xiàng)目所顯示的位移率明顯收斂、減緩，并已基本穩(wěn)定；②已產(chǎn)生的各項(xiàng)位移達(dá)到預(yù)計(jì)位移總量的80%～90%；③周邊位移速率小于 0.10～0.2 mm/d，或拱部下沉速率小于 0.10～0.15 mm/d。

4.3 監(jiān)控量測

在施工過程中，除了要監(jiān)測拱頂沉降、周邊收斂外，還應(yīng)監(jiān)測爆破震動(dòng)的情況，同時(shí)，還要加大對軟弱圍巖區(qū)的監(jiān)測頻率。當(dāng)監(jiān)測結(jié)果出現(xiàn)異常時(shí)，要停止掌子面的開挖，調(diào)整爆破參數(shù)，減小擾動(dòng)。對于初支變形過大的段落，要補(bǔ)注漿加強(qiáng)、施作仰拱成環(huán)或加設(shè)臨時(shí)護(hù)拱等，待初支穩(wěn)定后恢復(fù)掌子面施工。另外，施工人員還可以根據(jù)監(jiān)測結(jié)果適時(shí)調(diào)整預(yù)留變形量，初支變形未穩(wěn)定不宜進(jìn)行二襯施工。例如，相鄰項(xiàng)目的某些隧道施工時(shí)出現(xiàn)了初支持續(xù)變形的問題，但未采取有效手段穩(wěn)定初支，而是通過施作二襯來抵擋初支大變形，致使后期工程因?yàn)槎r受力過大而開裂。因此，最終破除二襯更換了初支。

針對小凈距隧道施工過程中出現(xiàn)的問題，施工人員及時(shí)在初支中安裝了壓力盒，并在施工過程中設(shè)置了2種不同的開挖工序，以監(jiān)測圍巖的情況。當(dāng)兩掌子面間距在20 m左右時(shí)，其圍巖壓力和監(jiān)控量測曲線最終收斂穩(wěn)定；當(dāng)兩掌子面間距在50 m時(shí)，中夾巖變形持續(xù)增長，形成流變，導(dǎo)致其開裂。

5 調(diào)整細(xì)部工序

施工時(shí)，極易出現(xiàn)初期支護(hù)大變形或是二襯開裂，甚至是一些小凈距隧道在施工過程中出現(xiàn)后行洞邊開挖先行洞邊開裂的情況。出現(xiàn)上述病害，除了施工間距安排不合理外，另一個(gè)重要的原因是圍巖的加固工作不到位。在隧道施工過程中，允許圍巖有一定的變形，但是，要有效控制其變形速率，防止過度變形導(dǎo)致圍巖失穩(wěn)的情況發(fā)生。

目前，在隧道施工過程中，加固軟弱圍巖時(shí)經(jīng)常使用導(dǎo)管注漿，但是，受各種因素的制約，極易出現(xiàn)以下問題：①受到工期和成本的影響，超前注漿不及時(shí)；②在打設(shè)系統(tǒng)導(dǎo)管時(shí)，受施工臺階空間的限制，導(dǎo)管打設(shè)角度不理想，加固效果差；③注漿順序不合理，注漿機(jī)壓力不夠且不安裝止?jié){閥，注漿效果差；④仰拱分幅施工，未及時(shí)成環(huán)。

為了解決上述問題，可對現(xiàn)場施工進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整：①配置三四人的注漿專班，當(dāng)中、下臺階施工時(shí)，要及時(shí)對上臺階超前導(dǎo)管注漿。②調(diào)整施工工序。上臺階施工時(shí)，要先做好鎖腳工作，待中臺階施工完成后，將臺車作為平臺，統(tǒng)一打設(shè)上臺階、中臺階系統(tǒng)導(dǎo)管，避免鉆桿振動(dòng)對開挖面的破壞，有效保證導(dǎo)管的打設(shè)角度和間距。③開工前，要準(zhǔn)備進(jìn)場隧道專用的HS-6型雙液灰漿泵，并為其配備相應(yīng)的輔助工具。同時(shí)，注漿專班要進(jìn)行技術(shù)交底工作，注漿要遵循“由下而上、先側(cè)墻后拱頂”的原則。④仰拱要全幅一次完成，嚴(yán)禁半幅施工，以起到早閉合，防變形、塌方的作用。經(jīng)過必要的優(yōu)化調(diào)整后，在小凈距隧道施工中，軟弱圍巖加固取得了良好的效果。

6 結(jié)束語

在高速公路建設(shè)工作中，小凈距隧道被廣泛應(yīng)用。而在麻竹項(xiàng)目小凈距隧道的后續(xù)工程中，減小爆破振動(dòng)，合理布置左右洞的施工間距，抓住中夾巖注漿加固的關(guān)鍵，適時(shí)施作二襯，取得了明顯的效果。本文總結(jié)了軟弱圍巖區(qū)小凈距隧道的施工經(jīng)驗(yàn)，以期不斷提高小凈距隧道的施工質(zhì)量，降低安全事故發(fā)生的概率，使小凈距隧道能夠健康發(fā)展。

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〔編輯：白潔〕