(東平湖管理局梁山黃河河務(wù)局，山東 濟(jì)寧 272000)

近年來(lái)，我國(guó)公路隧道建設(shè)高速發(fā)展，規(guī)模大、速度快。建設(shè)過(guò)程中，受復(fù)雜水文地質(zhì)條件、地震及規(guī)劃設(shè)計(jì)調(diào)整等多方面因素影響，施工期采用洞內(nèi)改線的方式避繞不良地質(zhì)段落或新建山嶺隧道穿越既有廢棄洞室小角度交叉口，運(yùn)營(yíng)期采用洞內(nèi)改線保證隧道與周邊路網(wǎng)的銜接，該施工新技術(shù)取得了良好的效果。

1 施工工藝特點(diǎn)及原理

1.1 施工工藝特點(diǎn)

新建隧道與既有隧道間空間位置形態(tài)為小角度相交，可在滿足線路平順的前提下，為公路隧道線路布置提供更多的方案選擇。

新建隧道段開(kāi)挖將對(duì)圍巖造成二次擾動(dòng)，本技術(shù)充分利用圍巖的自穩(wěn)能力，根據(jù)交叉口開(kāi)挖跨度及中夾巖厚度不同，分區(qū)進(jìn)行施工，無(wú)須采取大斷面擴(kuò)挖的方式，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)性好。

在廢棄洞段設(shè)置施工支洞通往新建洞段，可形成兩個(gè)工作面。利用通往交叉口方向的工作面對(duì)交叉口位置的新建隧道進(jìn)行施工，可降低施工難度；利用遠(yuǎn)離交叉口方向的工作面可進(jìn)行新建隧道的施工。

利用監(jiān)控量測(cè)指導(dǎo)施工，動(dòng)態(tài)修正施工方法和支護(hù)參數(shù)。當(dāng)?shù)刭|(zhì)條件發(fā)生變化，監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)異常時(shí)，可快速調(diào)整施工工序及支護(hù)參數(shù)，確保施工安全。

本技術(shù)適用于山嶺隧道穿越既有洞室，新建隧道與既有洞室交叉角度小，交叉口圍巖級(jí)別為Ⅲ級(jí)及以上，具有一定自穩(wěn)能力的情況。

1.2 施工工藝原理

本技術(shù)采用新奧法基本原理，視圍巖為結(jié)構(gòu)的一部分，以充分發(fā)揮圍巖自承載能力為原則進(jìn)行施工。

基于既有隧道及新建隧道的線形，根據(jù)隧道開(kāi)挖跨度將交叉口分為4個(gè)區(qū)：護(hù)壁區(qū)、減跨區(qū)、擴(kuò)挖區(qū)及一般區(qū)。同時(shí)在一般區(qū)段和既有隧道之間適當(dāng)位置設(shè)置施工支洞，達(dá)到新建隧道正常掘進(jìn)與交叉口處理平行作業(yè)，以及減小交叉口處理難度的目的。交叉口分區(qū)見(jiàn)圖1。

圖1 交叉口分區(qū)(單位：m)

a.一般區(qū)為新建隧道與既有隧道中加夾巖厚度d>0.75B的洞段(B為新建隧道開(kāi)挖跨度)。

b.護(hù)壁區(qū)為新建隧道與既有隧道中加夾巖厚度0

c.減跨區(qū)為總開(kāi)挖寬度B總≥14m的洞段至中夾巖的起始段。按公路隧道開(kāi)挖跨度分類，開(kāi)挖跨度大于14m的隧道為大跨度隧道，該區(qū)段采用澆筑混凝土立柱作為永久結(jié)構(gòu)，可以減小結(jié)構(gòu)跨度。

d.擴(kuò)挖區(qū)為總開(kāi)挖寬度B總<14m段的洞段。對(duì)該區(qū)段進(jìn)行擴(kuò)挖處理，并采用漿砌片石及混凝土回填既有隧道與新建隧道之間的空間。

各交叉口典型分區(qū)見(jiàn)圖2～圖4。

圖2 護(hù)壁區(qū)典型襯砌結(jié)構(gòu)

圖3 減跨區(qū)典型襯砌結(jié)構(gòu)

圖4 擴(kuò)挖區(qū)典型襯砌結(jié)構(gòu)

2 施工工藝流程及操作要點(diǎn)

2.1 施工工藝流程

山嶺隧道穿越既有洞室小角度交叉口施工工藝流程見(jiàn)圖5。

2.2 施工工藝流程中的操作要點(diǎn)

2.2.1 施工準(zhǔn)備

施工前嚴(yán)格測(cè)量控制，復(fù)測(cè)導(dǎo)線點(diǎn)，新建洞段施工中線及高程滿足要求，使新建洞段與既有洞段順利過(guò)渡。編制施工方案及技術(shù)交底文件，根據(jù)洞室尺寸加工工字鋼拱架，對(duì)施工支洞、新建洞段所需型鋼拱架等施工材料分類標(biāo)示。

圖5 山嶺隧道穿越既有洞室小角度交叉口施工工藝流程

2.2.2 總體開(kāi)挖方式

隧洞開(kāi)挖前先進(jìn)行地質(zhì)預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)，探測(cè)不良地質(zhì)情況，及早采取超前注漿、提前支護(hù)等預(yù)防措施。洞身采用先下導(dǎo)洞再擴(kuò)挖的方法開(kāi)挖，以減少爆破對(duì)圍巖的影響。開(kāi)挖采用鑿巖臺(tái)車鉆孔，非電毫秒微差爆破，周邊光爆，循環(huán)進(jìn)尺2～2.5m。隧洞的開(kāi)挖與噴錨支護(hù)應(yīng)同時(shí)進(jìn)行，由于隧洞的斷面不大，采用全斷面開(kāi)挖方式，爆破采用光面爆破，隧洞爆破一段出渣完后進(jìn)行噴錨支護(hù)，開(kāi)挖一段支護(hù)一段(中硬巖一次開(kāi)挖長(zhǎng)度為2.0～2.5m，軟質(zhì)巖石一次開(kāi)挖長(zhǎng)度為1.0m),以確保安全。

a.爆破方式采用成洞光面爆破，光面爆破能夠有效地控制周邊開(kāi)挖輪廓，減少對(duì)圍巖的擾動(dòng)，保持圍巖穩(wěn)定，有效控制超欠挖，提高工程質(zhì)量和進(jìn)度，確保施工安全。

b.炮眼布置。采用風(fēng)動(dòng)鑿巖機(jī)鉆孔，炮眼位置及數(shù)量嚴(yán)格按照規(guī)范要求及技術(shù)交底施工，特別是周邊眼和掏槽眼的位置、間距及個(gè)數(shù)，未經(jīng)工程師的許可不得隨意改動(dòng)。準(zhǔn)確定位鉆桿，鉆孔位置誤差不大于5cm。

c.爆破參數(shù)。由于隧洞開(kāi)挖過(guò)程中圍巖類別千變?nèi)f化，在現(xiàn)場(chǎng)施工時(shí)，采用工程類比法初選爆破參數(shù)，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)及時(shí)調(diào)整并確定有關(guān)爆破參數(shù)，以取得最佳爆破效果。

d.裝藥結(jié)構(gòu)。軟弱破碎圍巖地段，采用不耦合裝藥結(jié)構(gòu)，使用200個(gè)φ25小直徑炸藥間隔綁扎裝藥結(jié)構(gòu)，炮眼直徑為40mm，不耦合系數(shù)一般在1.4～2.0范圍內(nèi)，采用不耦合裝藥結(jié)構(gòu)，可進(jìn)一步減弱爆破對(duì)圍巖的破壞，以維護(hù)軟弱圍巖的穩(wěn)定。

2.2.3 支洞施工

a.對(duì)支洞開(kāi)口處鋼拱架進(jìn)行錨管鎖腳加固。

b.剝離支洞開(kāi)挖輪廓線范圍內(nèi)已施作噴射的混凝土，割除支洞輪廓范圍內(nèi)鋼拱架后，及時(shí)設(shè)置型鋼門架，作為正洞鋼架的落腳平臺(tái)。

c.施工支洞開(kāi)挖支護(hù)。由于支洞斷面不大，采用全斷面開(kāi)挖，每循環(huán)進(jìn)尺為1～1.5m，及時(shí)施作系統(tǒng)錨桿、鋼筋網(wǎng)、型鋼拱架，噴射混凝土，封閉成環(huán)。鋼架、網(wǎng)片錨噴支護(hù)要緊跟開(kāi)挖進(jìn)行，以利于發(fā)揮圍巖的自承能力，保證施工安全。

d.開(kāi)挖到新建隧道位置后，以圓曲線形式上坡挑頂至正洞設(shè)計(jì)內(nèi)輪廓，最后落底形成全斷面開(kāi)挖，開(kāi)挖一定距離后，轉(zhuǎn)向相反方向擴(kuò)挖未達(dá)到正洞設(shè)計(jì)內(nèi)輪廓的部分，使新建洞段交叉口形成設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)斷面。施工時(shí)應(yīng)做到隨挖隨支，并在支洞口部設(shè)置型鋼支撐門架，作為新建洞段鋼架的落腳平臺(tái)。

2.2.4 一般區(qū)段施工

根據(jù)地勘報(bào)告，本區(qū)段隧洞可采用全斷面法進(jìn)行爆破開(kāi)挖，如遇局部軟巖層，為保證施工安全，可采用臺(tái)階爆破或分塊環(huán)形爆破開(kāi)挖法(或半斷面法)進(jìn)行施工，將隧洞分為上下兩層向前掘進(jìn)，先開(kāi)挖上部分，完成支護(hù)后再開(kāi)挖下部分。

根據(jù)實(shí)際爆破效果及時(shí)對(duì)爆破參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，嚴(yán)格控制爆破參數(shù)，最大幅度地減小對(duì)圍巖的擾動(dòng)，并嚴(yán)格控制超挖。

2.2.5 護(hù)壁區(qū)段施工

為保證中夾巖柱穩(wěn)定，在既有隧道內(nèi)靠近新建隧道一側(cè)增設(shè)1.5m厚C25混凝土護(hù)壁，并且分別在既有隧道拱肩及護(hù)壁底部設(shè)置C20砂漿錨桿，將混凝土護(hù)壁柱與中夾巖柱連接為整體。

混凝土護(hù)壁澆筑之前，應(yīng)鑿除既有隧道已施作的噴射混凝土，立柱澆筑后，盡快在其頂部進(jìn)行水泥漿注漿回填，確?；炷磷o(hù)壁與開(kāi)挖基巖密貼。

既有隧道加固完成后，進(jìn)行護(hù)壁區(qū)段隧道開(kāi)挖、支護(hù)。開(kāi)挖時(shí)應(yīng)采用短進(jìn)尺、弱爆破施工工藝，減小爆破對(duì)混凝護(hù)壁的破壞，并保證初期支護(hù)與混凝土密貼。該段宜采用超前導(dǎo)洞及周邊擴(kuò)挖法。

2.2.6 減跨區(qū)段施工

根據(jù)新建隧道的開(kāi)挖輪廓，澆筑C25混凝土立柱。立柱一側(cè)與擬建隧道的開(kāi)挖輪廓一致，另一側(cè)直立，并保證最小厚度為1.5m。既有隧道拱肩及立柱底部設(shè)置C20砂漿錨桿，錨桿外露一定長(zhǎng)度埋入混凝土立柱。

立柱澆筑之前，應(yīng)鑿除既有隧道已施作的噴射混凝土，立柱澆筑后，頂部采用水泥漿注漿回填，確保立柱與開(kāi)挖巖面密貼。

既有隧道加固完成后，進(jìn)行減跨區(qū)段隧道開(kāi)挖、支護(hù)。新建隧道開(kāi)挖過(guò)程中，需要割除既有隧道鋼拱架，并設(shè)置鎖腳錨管。開(kāi)挖時(shí)應(yīng)采用短進(jìn)尺、弱爆破施工工藝，減小爆破對(duì)混凝土立柱的破壞，并保證初期支護(hù)與混凝土立柱密貼。

2.2.7 擴(kuò)挖區(qū)段施工

擴(kuò)挖時(shí)涉及割除既有隧道鋼架，應(yīng)在鋼架切割前設(shè)置鎖腳錨管。施工中，每循環(huán)開(kāi)挖長(zhǎng)度不應(yīng)大于2榀拱架間距，并保證開(kāi)挖一循環(huán)，支護(hù)一循環(huán)，再割除一循環(huán)。

為保證新建隧道初期支護(hù)受力良好，初期支護(hù)背后的既有隧道采用漿砌片石或混凝土進(jìn)行回填。對(duì)于回填寬度大于等于1m的洞段，采用漿砌片石回填，回填高度不小于5m；對(duì)于回填寬度小于1m的洞段，采用泵送混凝土或噴射混凝土密實(shí)回填。

2.2.8 廢棄洞段回填

由內(nèi)而外對(duì)減跨區(qū)、護(hù)壁區(qū)范圍廢棄洞段采用洞渣回填，以增加立柱及護(hù)壁混凝土的穩(wěn)定性，減小廢棄洞段的永久高度。洞渣回填高度按不小于5m控制。

2.2.9 施工支洞封堵

交叉口施工完成后，對(duì)靠近新建隧道一側(cè)的施工支洞口部采用混凝土回填封堵，封堵厚度不小于2m。

3 工程應(yīng)用

3.1 卡楊公路面上灣隧道

原面上灣隧道、上苦苦隧道位于卡楊專用公路K37+041～K38+350段，為三級(jí)公路隧道，建筑限界為8.5m×5.0m(限寬×限高)，兩隧道之間以明線道路相連。兩隧道分別于2012年1月和2012年7月貫通。受2012年汛期強(qiáng)降雨影響，兩隧道之間原本處于穩(wěn)定狀態(tài)的崩坡積體發(fā)生較大變形，路基上、下方邊坡均出現(xiàn)多處裂縫，斷續(xù)延伸，路基發(fā)生沉降，路肩擋墻下沉并外移，存在整體失穩(wěn)的重大風(fēng)險(xiǎn)。為確保該段線路施工及運(yùn)營(yíng)期的安全，經(jīng)方案比選與專家論證，該隧道采用洞內(nèi)改線的方案繞避出口垮塌段，不再采用已出現(xiàn)險(xiǎn)情的明線段。面上灣隧道施工期明線路基大變形見(jiàn)圖6。

面上灣改線段采用隧道形式將原面上灣隧道、上苦苦隧道相連。改線段隧道與既有兩座隧道在洞身段相接，并形成小角度交叉口，原面上灣隧道進(jìn)口段、上苦苦隧道出口段保持不變。面上灣隧道改線方案見(jiàn)圖7，施工情況見(jiàn)圖8～圖9。

圖6 面上灣隧道施工期明線路基大變形

圖7 面上灣隧道改線方案平面圖

圖8 護(hù)壁區(qū)及回填

圖9 施工支洞及新隧道

3.2 卡楊公路巴斗羅隧道

巴斗羅隧道位于卡楊公路Ⅱ標(biāo)段，隧道長(zhǎng)887m，采用公路三級(jí)標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)，設(shè)計(jì)時(shí)速為30km/h。施工期間，受雨季期間局部超強(qiáng)降雨的影響，隧道出口尚未施工的明線段(K11+720～K12+300)路基上方的山體自然邊坡出現(xiàn)大規(guī)模的塌方，最高邊坡高達(dá)140～180m，原有地形、地貌發(fā)生了改變，按原設(shè)計(jì)線路進(jìn)行施工極其困難，且無(wú)法確保運(yùn)行期安全。該隧道采用洞內(nèi)改線的方案繞避出口垮塌段。巴斗羅隧道改線方案見(jiàn)圖10，巴斗羅隧道洞內(nèi)小角度改線施工情況見(jiàn)圖11。

圖11 巴斗羅隧道洞內(nèi)小角度改線施工

4 結(jié) 語(yǔ)

隧道內(nèi)小角度交叉口是新建隧道和廢棄洞室的交匯點(diǎn)，該段的施工制約著隧道的工期。本技術(shù)利用圍巖自穩(wěn)能力，通過(guò)錨噴支護(hù)、澆筑混凝土立柱(護(hù)壁)及監(jiān)控量測(cè)等常規(guī)工程措施，實(shí)現(xiàn)中夾巖加固和安全施工的目的，因無(wú)須大規(guī)模擴(kuò)挖圍巖，經(jīng)濟(jì)性較好，通過(guò)增設(shè)施工支洞，可形成正反兩個(gè)工作面，不僅可以降低交叉口施工難度，而且可保證新建隧道的正常施工進(jìn)度。

本技術(shù)在卡楊公路兩座隧道繞避不良地質(zhì)段的洞內(nèi)改線施工中得到成功應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了安全施工、環(huán)境保護(hù)、按期完工的目標(biāo)，具有較好的推廣應(yīng)用價(jià)值。