李 新 生，孫 慕 楠

(1.95338部隊(duì)，廣東 廣州 510000；2.中國(guó)水利水電第七工程局有限公司 第一分局 ，四川 彭山 620860)

1 概 述

龍泉山區(qū)間隧道YDK44+150～YDK44+300(150 m)、ZDK44+130～ZDK44+300(170 m)段下穿已通車的快速路張萬溝大橋。區(qū)間圍巖為強(qiáng)風(fēng)化泥巖夾砂巖，處于向斜富水帶。隧道穿越張萬溝大橋樁基礎(chǔ)，穿越段1#橋墩樁底高程為579.913 m，橋臺(tái)臺(tái)底高程為589.666 m。左線隧道位于橋臺(tái)與橋墩之間，距橋臺(tái)7.5 m，距橋墩中心線12.5 m，隧道拱頂距橋臺(tái)底32.94 m，距橋墩底23.19 m。采用淺埋暗挖法下穿該段區(qū)間時(shí)，隧道的開挖施工將對(duì)上覆土體造成擾動(dòng)作用并對(duì)土體結(jié)構(gòu)應(yīng)力平衡造成破壞、導(dǎo)致土體應(yīng)力重新分布，土層發(fā)生位移，引起橋梁構(gòu)造物及地表不均勻沉降甚至嚴(yán)重變形垮塌[2]，給施工帶來極大的安全風(fēng)險(xiǎn)。對(duì)此，為了確保隧道順利下穿張萬溝大橋，必須加強(qiáng)土體結(jié)構(gòu)變形控制。而土體結(jié)構(gòu)變形又受隧道工程埋深、開挖施工技術(shù)等因素影響。研究發(fā)現(xiàn)：為減小對(duì)地表土層的影響，可適當(dāng)增加隧道工程埋深[3]，但需要注意的是：埋深過大會(huì)產(chǎn)生高額的造價(jià)且施工技術(shù)難度較大。

考慮到該段隧道地處富水帶且埋深較淺等不利因素，不但要保證龍泉山隧道順利下穿張萬溝大橋，而且不能影響到張萬溝大橋的正常交通。經(jīng)技術(shù)人員分析后決定，該工程首先應(yīng)用地震波反射法(TSP)探知隧道前方的地質(zhì)情況，為隧道施工中及時(shí)采取防范措施提供依據(jù)，進(jìn)而有效控制地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生；其次，在了解前方地質(zhì)情況的前提下通過采用超前帷幕注漿和超前大管棚雙重預(yù)加固措施穩(wěn)固巖體；最終實(shí)行光面爆破以減少爆破后圍巖產(chǎn)生爆破裂縫的數(shù)量，從而減少對(duì)張萬溝大橋的擾動(dòng)。筆者對(duì)所采取的施工技術(shù)進(jìn)行了闡述。

2 所采取的施工技術(shù)

2.1 地震波反射法(TSP)

地震反射波法[4]是利用地震反射波進(jìn)行人工地震勘探的方法。其測(cè)量結(jié)果能較準(zhǔn)確地確定界面的深度和形態(tài)，圈定局部構(gòu)造，判斷地層巖性。

將TSP203超前地質(zhì)預(yù)報(bào)系統(tǒng)的測(cè)線布設(shè)在掌子面附近的邊墻上，它由兩個(gè)接收器孔(孔深2 m)和24個(gè)炮孔(孔深1.5 m，間距1.5 m)組成，兩個(gè)接收器孔對(duì)稱分布在兩個(gè)邊墻，24個(gè)炮孔等間距布置在邊墻，每個(gè)炮孔的炸藥用量為60～80 g，采用瞬發(fā)電雷管逐個(gè)引爆。

炮孔從掘進(jìn)頭向后在巷道邊墻布置，第一個(gè)炮眼距掌子面退后5 m，孔深1.5 m，其它23個(gè)炮眼以同樣孔深、間距1.5 m向后依次布置。接收孔位置距第24號(hào)炮眼的距離為16 m。

施工過程對(duì)鉆孔的要求：

(1)炮孔：24個(gè)，垂直邊墻深度為1.5 m，間距1.5 m，高度1 m，孔徑42 mm；

(2)接收孔：2個(gè)，深度2 m，距第24號(hào)炮孔16 m，高度1 m，孔徑50 mm；

(3)炮孔和接收孔在巷道邊墻布置成一條直線，高度1 m，平行于巷道走向布置；

(4)所有孔均垂直于邊墻；

(5)數(shù)據(jù)的采集與分析：洞內(nèi)數(shù)據(jù)的采集主要由接收器、數(shù)據(jù)記錄設(shè)備以及起爆設(shè)備三大部分組成。洞內(nèi)數(shù)據(jù)的采集包括打接收器孔、爆破孔、埋置接收器管、連接接收信號(hào)儀器、接收放炮信號(hào)等過程。通過專門的數(shù)據(jù)處理軟件處理得知龍泉山隧道在YDK44+150-260(110 m)、ZDK44+130～260(130 m)區(qū)間均為向斜富水帶。

2.2 超前帷幕注漿

龍泉山隧道在YDK44+150～260(110 m)、ZDK44+130～260(130 m)區(qū)間均為向斜富水帶，采用超前帷幕注漿預(yù)加固措施能夠防止隧道開挖過程中引起的張萬溝大橋沉降變形。

(1)止?jié){墻及鉆孔施工。在隧道掌子面施工到距設(shè)計(jì)周邊注漿里程前5 m位置，在掌子面設(shè)置厚度為2 m的C20混凝土止?jié){墻。采用管棚鉆機(jī)進(jìn)行鉆孔，鉆孔直徑為108 mm，鉆孔2 m后設(shè)置1 m長(zhǎng)、φ108孔口管，壁厚6 mm。注漿采用全斷面注漿法，掌子面設(shè)置5圈注漿孔，每循環(huán)注漿段長(zhǎng)30 m(開挖25 m，保留5 m長(zhǎng)止?jié){巖盤)。

鉆孔順序宜先鉆內(nèi)圈孔、后鉆外圈孔，先無水孔、后有水孔。鉆進(jìn)過程中經(jīng)常測(cè)定其位置，并根據(jù)鉆機(jī)鉆進(jìn)的狀態(tài)判斷成孔質(zhì)量，及時(shí)處理鉆進(jìn)過程中出現(xiàn)的事故。鉆進(jìn)過程中必須確保動(dòng)力器、扶正器、合金鉆頭按同心圓鉆進(jìn)。

(2)注 漿。注漿材料主要為水泥漿液，水泥水玻璃雙漿液主要在封孔或突涌時(shí)使用。注漿順序?yàn)橄韧馊υ賰?nèi)圈，同圈孔間隔施工。采用分段后退式注漿，分段長(zhǎng)度為0.6～1 m。鉆孔完成后，在孔內(nèi)設(shè)置止?jié){塞，從孔底開始分段進(jìn)行注漿，第一分段注漿完成后，后退一個(gè)分段長(zhǎng)度進(jìn)行第二分段注漿，如此往復(fù)，直到整個(gè)注漿段完成，注漿終壓為1.5～2 MPa。

2.3 超前大管棚施工

為保證隧道下穿張萬溝大橋施工過程中橋梁的結(jié)構(gòu)安全，在隧道右線YDK44+190～230(40 m)段及左線ZDK44+170～210(30 m)段設(shè)置大管棚。大管棚采用直徑108 mm，壁厚6 mm的熱軋無縫鋼花管制作，管棚施工角度為3°。大管棚長(zhǎng)45 m，環(huán)向間距為40 cm。左右線管棚設(shè)計(jì)各30根，共計(jì)60根。管棚導(dǎo)向墻設(shè)計(jì)為1 m寬，厚0.6 m，采用C25噴射混凝土澆筑。φ140導(dǎo)向管與導(dǎo)向墻型鋼焊為整體，中心距下底邊30 cm，距上底邊30 cm。導(dǎo)向管環(huán)向間距為40 cm，安裝導(dǎo)向管外插角3°。為滿足大管棚施工，需對(duì)上臺(tái)階斷面進(jìn)行擴(kuò)挖，擴(kuò)挖段總長(zhǎng)7 m，過渡段1 m，擴(kuò)挖厚度為1 m。上臺(tái)階擴(kuò)挖段施工時(shí)，下臺(tái)階施工至擴(kuò)挖段起點(diǎn)后停止開挖施工，待上臺(tái)階管棚施工完成后采用C25噴射混凝土將擴(kuò)挖段回填至設(shè)計(jì)開挖斷面后進(jìn)行下臺(tái)階的施工。

(1)導(dǎo)向墻施工。導(dǎo)向架采用2榀Ⅰ18型鋼鋼架作為管棚導(dǎo)向墻，間距0.6 m。2榀鋼架間縱向采用φ22縱向鋼筋，環(huán)向1 m間距布置并與鋼架焊接牢固。工字鋼底部至內(nèi)模頂面的距離為5 cm。

(2)導(dǎo)向管施工。工字鋼架設(shè)完成后進(jìn)行導(dǎo)向管的安裝，導(dǎo)向管采用直徑144 mm的熱軋無縫鋼花管，其壁厚為5 mm，導(dǎo)向管的長(zhǎng)度為1.5 m，環(huán)向間距為40 cm。為防止導(dǎo)向管在灌注混凝土?xí)r發(fā)生位移，將導(dǎo)向管焊接在工字鋼架上。

(3)模板的安裝及澆筑。為保證導(dǎo)向墻端頭噴射混凝土面光滑平順，需在導(dǎo)向墻安裝端頭模板。導(dǎo)向墻的端頭模板采用2.5 cm厚的木板，木板間的連接采用加背撐方式進(jìn)行加固，木模板與鋼模板之間采用扒釘或鋼釘連接牢固，模板與混凝土接觸面涂刷脫模劑。

導(dǎo)向墻采用C25噴射混凝土澆筑，采用潮噴工藝。

(4)大管棚施工。為滿足洞內(nèi)大管棚施工，需對(duì)上臺(tái)階斷面進(jìn)行擴(kuò)挖，擴(kuò)挖段總長(zhǎng)7 m，過渡段長(zhǎng)1 m，擴(kuò)挖厚度為1 m。

(5)跟管鉆進(jìn)施工。鉆孔采用管棚鉆機(jī)，鉆孔直徑為127 mm。在打設(shè)每孔的第一節(jié)管時(shí)，奇偶孔分別采用長(zhǎng)度為1.5 m和2 m的鋼管并安裝管系。以后的每一節(jié)管均采用1.5 m長(zhǎng)的鋼管。

(6)管棚加工。大管棚為直徑108 mm、壁厚6 mm的熱軋無縫鋼花管。在大管棚管壁上鉆注漿孔，孔徑為10～16 mm，孔縱向間距為15～20 cm，梅花形布置，尾部留長(zhǎng)度不小于100 cm的不鉆孔止?jié){段。

大管棚鋼花管標(biāo)準(zhǔn)段鋼管長(zhǎng)度為1.5 m。為提高導(dǎo)管的抗彎能力，在導(dǎo)管內(nèi)增設(shè)鋼筋籠。鋼筋籠由四根主筋和固定環(huán)組成，主筋直徑為16 mm，鋼筋之間每1 m間距用5 cm長(zhǎng)、直徑48 mm的鋼管連接，鋼管壁厚3.5 mm。

(7)管棚注漿。管棚安裝完成后進(jìn)行注漿，漿液采用水灰比為1∶1的水泥漿液。由于管棚間距較小，鉆成一孔便開始注漿(有水時(shí)從無水孔向有水孔進(jìn)行)，同時(shí)可以讓漿液在松散的巖層中擴(kuò)散填充，將破碎的巖層固結(jié)，有利于相鄰孔在鉆孔時(shí)減少掉塊，避免發(fā)生卡鉆或掉鉆、掉釬現(xiàn)象。

注漿分兩步完成。當(dāng)?shù)谝淮巫{的漿液充分收縮后進(jìn)行第二次注漿，以使管棚填充密實(shí)。

注漿完成后，采用鋼板在鋼管口進(jìn)行焊接封堵，預(yù)留注漿管，注漿管安裝閥門，堵頭必須封閉嚴(yán)實(shí)。注漿完成后，采用快干水泥砂漿封堵鋼花管與導(dǎo)向管之間的空隙。

2.4 爆破開挖

區(qū)間段采用臺(tái)階法施工，采取短進(jìn)尺、光面控制爆破進(jìn)行開挖，每循環(huán)掘進(jìn)60 cm，地表爆破震動(dòng)速度不大于5 cm/s。

根據(jù)裝藥參數(shù)和爆破震動(dòng)速度反算爆破安全距離，采用以下公式進(jìn)行計(jì)算：

R=(K/V)1/aQ1/3

式中V為地面質(zhì)點(diǎn)峰值震動(dòng)速度，cm/s；Q為炸藥量(延遲起爆時(shí)為最大一段裝藥量)，kg；R為觀測(cè)點(diǎn)(計(jì)算)到起爆源的距離，m；K，a為與爆破方式、裝藥結(jié)構(gòu)、爆破點(diǎn)至計(jì)算點(diǎn)間地形、地質(zhì)條件等有關(guān)的系數(shù)和衰減系數(shù)。

已知爆破震動(dòng)速度V=5 cm/s，通過查閱《爆破安全規(guī)程》(GB6722-2003)中的K值和a值與巖性的關(guān)系得知：軟巖石：K值取250～350，a值取1.8～2；通過計(jì)算可以得出爆破安全允許距離R為18.12～24.79 m。將觀測(cè)點(diǎn)安裝在1#墩橋墩上，實(shí)測(cè)觀測(cè)點(diǎn)地面高程為601.8 m，觀測(cè)點(diǎn)距1#墩樁底距離為21.88 m；觀測(cè)點(diǎn)距離下方隧道左線開挖拱頂距離為45.07 m>R最大值(24.79 m)，采用爆破設(shè)計(jì)裝藥參數(shù)滿足爆破震動(dòng)速度<5 cm/s的要求。

開挖注意事項(xiàng)：

(1)采用爆破開挖時(shí)一定要按審批通過的爆破設(shè)計(jì)進(jìn)行鉆孔裝藥爆破，嚴(yán)格控制鉆孔深度，避免進(jìn)尺過大導(dǎo)致地表出現(xiàn)沉降；

(2)裝藥時(shí)避免集中裝藥，采用控制爆破以減少爆破震動(dòng)對(duì)建筑物的影響；

(3)開挖完成后，及時(shí)施做初期支護(hù)，拱架間距及鎖腳錨桿的深度必須滿足設(shè)計(jì)要求，鎖腳錨桿注漿一定要飽滿密實(shí)。

2.5 監(jiān)控量測(cè)

該段隧道施工前在路面埋設(shè)了監(jiān)測(cè)量測(cè)點(diǎn)。右線施工前，于道路兩側(cè)埋設(shè)了監(jiān)測(cè)點(diǎn)，每排7個(gè)點(diǎn)，從中心線向兩邊點(diǎn)間距為2～5 m，共4排。左線施工前在橋臺(tái)及橋墩上埋設(shè)沉降點(diǎn)，每個(gè)橋墩1個(gè)點(diǎn)，橋臺(tái)4個(gè)點(diǎn)。施工期間對(duì)測(cè)點(diǎn)進(jìn)行了變形監(jiān)測(cè)。

(1)監(jiān)控量測(cè)頻率。在下穿張萬溝大橋施工期間，監(jiān)控量測(cè)人員每24 h對(duì)控制點(diǎn)進(jìn)行一次數(shù)據(jù)采集并編制監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)分析表，及時(shí)發(fā)布在監(jiān)控量測(cè)群里，遇監(jiān)控量測(cè)數(shù)據(jù)超過預(yù)警值時(shí)必須及時(shí)采取處理措施。

(2)施工期間，該段公路1 km范圍內(nèi)限速為30 km/h并設(shè)置顯著的警示標(biāo)志。隧洞爆破時(shí)，采取交通臨時(shí)管制措施。

該橋梁允許的最大沉降控制標(biāo)準(zhǔn)為：

(1)橋面地表沉降控制值小于20 mm。

(2)橋臺(tái)豎向沉降控制值小于15 mm，橋臺(tái)不均勻沉降控制值小于5 mm。

(3)橫橋向同一蓋梁兩個(gè)墩柱不均勻沉降位移差控制值小于5 mm，縱橋向相鄰橋墩不均勻沉降位移差控制值小于15 mm。

(4)同一蓋梁豎向不均勻沉降控制值小于3.5 mm，隧道拱頂范圍內(nèi)同一蓋梁豎向不均勻沉降控制值小于3 mm。

監(jiān)測(cè)結(jié)果分析情況：

通過采取以上施工技術(shù)措施，得到了隧道左、右線地表、橋墩以及橋臺(tái)的最大沉降隨施工位置的豎向變形結(jié)果(表1、2)。

表1 右線隧道下穿引起地表沉降匯總表 /mm

表2 左線隧道下穿引起橋墩、橋臺(tái)沉降匯總表 /mm

由上述數(shù)據(jù)結(jié)果可以看出：隨著隧道不斷向前掘進(jìn)，地表沉降值、拱頂橋墩與橋臺(tái)沉降值均在控制范圍之內(nèi)。說明此次通過地震波反射法超前地質(zhì)預(yù)報(bào)，采用超前帷幕注漿、大管棚雙重預(yù)加固、實(shí)施上下臺(tái)階光面爆破施工技術(shù)使隧道在下穿快速公路張萬溝大橋施工時(shí)的安全得到了保障，亦使得淺埋軟弱圍巖地段的施工能順利進(jìn)行，對(duì)順利下穿張萬溝大橋起到了決定性的作用。

3 結(jié) 語

淺埋軟弱圍巖隧道下穿張萬溝大橋工程作為隧道施工的難點(diǎn)工程存在極大的挑戰(zhàn)性，通過采取上述有效的施工技術(shù)，本次工程施工右線橋面最大地表沉降值為6.2 mm，橋臺(tái)豎向沉降最大值為8.3 mm，橋臺(tái)最大不均勻沉降值為2.1 mm。橫橋向同一蓋梁兩個(gè)墩柱的最大不均勻沉降位移差值為0.5 mm，縱橋向相鄰橋墩不均勻沉降位移差為5.3 mm。各沉降均在允許值范圍之內(nèi)，說明所采取的帷幕注漿以及大管棚超前支護(hù)對(duì)地層穩(wěn)固的作用明顯，注漿加固地層使地層的強(qiáng)度以及完整性均明顯提高[5]。