古滑坡体上小净距隧道施工工艺研究

作者:张昌勇

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古滑坡体上小净距隧道施工工艺研究 张昌勇 周勇 摘要：在山岭隧道洞口段软弱破碎岩层中开挖小间距并行隧道是隧道施工的难点，而当这种隧道坐落于古滑坡体上时，就更增加了工程施工的挑战性。本文以都汶高速公路董家山隧道为工程背景，分析了在古滑坡体中修筑小间距隧道所应考虑的主要问题并详细阐述了在施工工艺层面上相应的对策。分析表明，与连拱隧道相比，小间距隧道具有工艺简单、造价较低的优点。 关键词：古滑坡体，小间距隧道，施工工艺 中图分类号： 文献标识码：A 1.引言 在山区、重丘地区修建高等级公路时，由于受地形或桥梁的，不可避免地出现了两相邻隧道的最小净距超出设计规范―小于1.5倍隧道开挖断面宽度的小净距隧道。都(江堰)汶(川)高速公路在董家山隧道由于受庙子坪岷江特大桥的影响－该桥位于紫坪埔水库库区内，桥长1.3km，最高墩高98m。董家山隧道出口段由两座分离式隧道渐变为小净距隧道，岩柱最小宽度为3.73m。小净距隧道施工过程中，施工顺序、岩柱的稳定及加固、开挖进度、围岩的变形检测、初期支护方式等问题都是施工中的重点和难点。 2. 工程概况 2.1隧道概况与基本地质情况 董家山隧道是国道317（213）线的共用段成都～汶川第一座隧道，全长2×4095m，是都汶高速公路最长的隧道。出口洞口段位于古滑坡体内，岩体破碎，左右洞之间中岩柱最小厚度仅3.73米。属于典型的双线、双洞、小净距隧道。该隧道的岩质较差，围岩以灰色薄层状泥岩，砂质泥岩为主夹少量炭质泥岩及薄煤层（小于0.5m），并与黄灰色粉砂岩呈不等厚互层组成。软质岩约占

2/3，硬质岩约占1/3。泥质岩及炭质泥岩失水后易崩解，遇水易软化，裂隙发育，易破碎。围岩多呈块碎状镶嵌结构，稳定性较差。层中赋存瓦斯等有害气体。隧道围岩以Ⅲ类为主。出口段1540m围岩分类情况为：II类围岩235m，Ⅲ类围岩1209.42m，Ⅳ类围岩95.58m。 2.2 古滑坡体概况 隧道出口位于下白果坪滑坡地带，隧道轴线与滑坡主轴基本一致，所处路段LK17+378~LK17+520，纵长142m,宽160m,面积约2.1万m2，厚8-18m，体积27.3万m3，属中型堆积层古滑坡。滑体上地表多为耕地果林。滑体地貌宏观上较明显，总体呈圈椅状。岩体以块碎状镶嵌结构为主。浅埋，强风化段为II类围岩。通过勘测地表未发现新的裂缝和变形迹象，表明古滑坡处于稳定状态，滑坡体中前部堆积较厚，滑面平缓，有反压阻滑作用。由于双洞连拱洞口开挖（开挖后高度达12-16m，宽度达20余米），加之前部深路堑及岷江大桥桥台施工，开挖后滑体前部原有反压阻滑物质已大部份挖除，经分析计算，开挖后将会影响和破坏滑体的稳定状态，引起滑坡后部及两侧局部复活滑移。 3 滑坡体与洞口加固措施 3.1滑坡体加固 滑坡体从洞顶上垂直高度为90m，分设九级，每级高10m，坡脚设2m宽的平台，坡比1:1～1:1.25，大部分采用竖梁锚杆＋喷播有机基材防护，局部采用网格骨架挂三维土工网植草、植灌木防护。在隧道出口左右两侧共设截面面积为2.0*3.0m或1.8*2.4m，间距5m的抗滑桩30根。在左侧第5～6级原自然边坡设垫墩锚索6根。 先施工

左右两侧的抗滑桩，特别是右侧。对仰坡及左侧边坡先施工滑坡后部主滑段，后施工滑坡中前部堆积体（反压阻滑段），自上而下逐级开挖逐级防护。 3.2仰坡加固 锚喷、挂网支护的施工顺序是先喷射5cm厚混凝土，施作Φ42注浆小导管L=6.0m@1.2*1.2m呈梅花型布置，挂设Φ8钢筋网25*25cm；再喷射第二层混凝土（厚5cm）。 3.3洞口加固 为防止洞口II类围岩开挖时坍塌，围岩洞口浅埋段施工中左洞采用注浆长管棚超前支护进行加固，长管棚长度30m，环向间距为40cm，采用6mm厚Φ108热轧无缝钢管制作。管壁间隔15cm，梅花形布眼，眼孔直径为8mm。右洞采用双排Φ42注浆小导管L=6.0m，环向间距为40cm，两排间距20cm，洞内搭接长度3.0m。管壁间隔15cm，梅花形布眼，眼孔直径为6mm。注浆采用水泥～水玻璃双液浆。配合比为：水泥：水玻璃=1：0.5（体积比）。长管棚沿隧道开挖环行轮廓线以外20 cm布设，以10°的外插角纵向钻孔，将长管棚打入围岩，用胶泥封堵导向管与长管棚之间空隙之后进行双液注浆。 4.洞身开挖 4.1 II类围岩浅埋段（A型）开挖及施工顺序 虽然开挖隧道浅埋段时，施工对围岩的扰动越大，围岩松动变形后作用于支护上的压力也越大。但是滑坡已经处理并基本稳定，并且右洞采用双排小导管、左洞采用长管棚进行超前支护，左右洞均选用正台阶法。按线路方向右洞先于左洞施工。洞口段属II类围岩浅埋段，右洞开挖断面超前左洞开挖断面应控制在40m左右。双洞每循环进尺为0.6m，与Φ18工字钢钢拱架间距相同，开挖后及时施作初期支护。上下台阶开挖间距应保持在5～10 m左右，开挖后及时施作初期支护。在右洞仰拱填充作完后左洞方能开挖下台阶。同时对中间岩柱施作Φ42小导管加固。 为了减小大断面爆破对中间岩柱的震动，在开挖上台阶之前先超前加固中间岩柱。上断面开挖到位后随即进行初喷、钢筋网、架设钢支撑，施作锚杆、复喷等初期支护，进行中间岩柱对拉锚杆连接并施加预应力加固。II类围岩浅埋段施工顺序如图2所示。 ①右洞上台阶开挖 ⑨右洞施作仰拱及填充砼 ②右洞拱部初支(锚喷、Ⅰ18钢拱架、超前支护) ⑩左洞下台阶开挖(落后右洞下台阶40～50m) ③右洞下台阶开挖(落后上台阶5～10m) ○11左洞边墙初支(锚喷、Ⅰ18钢拱架) ④右洞边墙初支(锚喷、Ⅰ18钢拱架) ○12左洞进行中岩柱加固(Φ42小导管注浆、复加预应力至90kn) ⑤中岩柱加固(小导管注浆、预应力锚杆加初始应力)○13右洞对预应力锚杆复加应力至90kn ⑥左洞上台阶开挖(落后右洞上台阶40～50m) ○14左洞仰拱开挖及支护(喷砼、Ⅰ18钢拱架) ⑦左洞拱部初支(锚喷、Ⅰ18钢拱架) ○15左洞施作仰拱及填充砼 ⑧右洞仰拱开挖及支护(喷砼、Ⅰ18钢拱架) ○16○17右、左洞施作二衬拱墙砼 图2、Ⅱ类围岩A型施工工序 4.2 II类围岩深埋段（B型）开挖及施工顺序 左右洞均采用Φ42注浆小导管作超前支护，因而选用正台阶法。右洞开挖断面超前左洞开挖断面应控制在40m左右。双洞每循环进尺为0.6m，与Φ18工字钢钢拱架间距相同，开挖后及时施作初期支护。上下台阶开挖间距应保持在5～10 m左右，开挖后及时施作初期支护。在右洞仰拱填充作完后左洞方能开挖下台阶。同时对中间岩柱施作Φ42小导管加固。II类围岩深埋段施工顺序如图2所示 ①右洞上台阶开挖 ⑧右洞隧底开挖及仰拱填充砼施作 ②右洞拱部初支(锚喷、Ⅰ18钢拱架、超前支护) ⑨左洞下台阶开挖(落后右洞下台阶40～50m) ③右洞下台阶开挖(落后上台阶5～10m) ⑩左洞边墙初支(锚喷、Ⅰ18钢拱架) ④右洞边墙初支(锚喷、Ⅰ18钢拱架) ○11

左洞进行中岩柱加固(Φ42小导管注浆) ⑤中岩柱加固(小导管注浆) ○14左洞隧底开挖及仰拱填充砼施作 ⑥左洞上台阶开挖(落后右洞上台阶40～50m) ○13○14右、左洞施作二衬拱墙砼 ⑦左洞拱部初支(锚喷、Ⅰ18钢拱架) 图4、Ⅱ类围岩B型施工工序 4.3 III类围岩开挖及施工顺序 该隧道Ⅲ类围岩深埋段同样采用正台阶法开挖，下台阶落后于上台阶8-10m，上、下台阶的初期支护施作必须紧跟开挖。右洞开挖掌子面超前左洞开挖掌子面应控制在40m左右。双洞每循环进尺为0.8m，与格栅钢拱架间距相同，开挖后及时施作初期支护。在中岩柱厚度较薄处即8.55～12.36m对应右洞里程K17+390～＋350，左洞里程LK17+385～+345段采用预应力非对穿式锚杆对中间岩柱进行加固。其他地段对中岩柱按常规的系统锚杆加固即可。施工顺序如图3所示。 ①右洞上台阶开挖 ⑧右洞隧底开挖及仰拱填充砼施作 ②右洞拱部初支(锚喷、格栅钢拱架) ⑨左洞下台阶开挖(落后右洞下台阶40～50m) ③右洞下台阶开挖(落后上台阶5～10m) ⑩左洞边墙初支(锚喷、格栅钢拱架) ④右洞边墙初支(锚喷、格栅钢拱架) ○11左洞进行中岩柱加固(非对穿式预应力锚杆) ⑤中岩柱加固(非对穿式预应力锚杆) ○14左洞隧底开挖及仰拱填充砼施作 ⑥左洞上台阶开挖(落后右洞上台阶40～50m) ○13○14右、左洞施作二衬拱墙砼 ⑦左洞拱部初支(锚喷、格栅钢拱架) 图5、Ⅲ类围岩施工工序 4.4 爆破作业控制 （1）小净距隧道由于中间岩柱的宽度较小，后开挖隧道的爆破震动对前开挖隧道产生较大影响，应将前开挖隧道衬砌处的震动速度控制在15cm/s以内，并以此做为后开挖隧道各段爆破药量的计算依据。为避免震动波的叠加，必须采用微差控制爆破，各段起爆时间应根据震动测试确定，或按经验值取大于200ms为宜。震动速度根据其衰减规律，采用下列公式进行预估算： V=K(Q1/3/R)a (1) 其中 V----质点震动速度，cm/s； K----与爆破场地有关的系数，取值参见表2； Q----装药量（齐发时为总药量，延发时为最大一段装药量，Kg）; R----测点到爆破中心的最小距离，m； a----地质条件相关系数，取值参见表1。 (2)爆破时间间隔计算是通过记录爆破震动持续时间确定的，也可按下式计算 △t=Ri/vs+Tyj-(Ri+1)/Vs=(Ri-Ri+1)/vs+Tyi (2) 式中 Ri、Ri+1-----第i、i+1段爆破中心距控制震动点的距离; VS----岩石中的波速; Tyi----第I段爆破震动持续时间。 对于Ⅲ类以下围岩地段的施工采用预裂爆破作业,根据围岩性质、工程类比经验或施工规范，合理选择周边眼间距及最小抵抗线、相对距离和装药集中度等参数。周边眼沿设计开挖轮廓线布置，必须采用小直径药卷，严格控制装药量，并使药量沿炮眼全长合理分布，采用毫秒雷管微差顺序起爆，以使周边爆破时产生临空面。掏槽炮眼布置在开挖断面的稍靠下部，以使底部岩石破碎，减少飞石。辅助炮眼应交错均匀地布置在周边眼和掏槽眼之间，并垂直于开挖面，这样可使爆破的石碴块体大小适合装碴运输的需要。 钻爆作业中应检测围岩爆破扰动深度、爆破震动对周边及中间岩柱的破坏程度，对爆破震动加以控制，以利于中间岩柱的稳定。 4.5初期支护及二次衬砌 4.5.1 初期支护 初期支护包括喷钢纤维混凝土、网喷混凝土、Φ25中空注浆锚杆、I18工字钢钢拱架、格栅钢架支撑等，依据围岩类别的不同分别设置。初喷紧根开挖面及时施工作业，紧接着立拱架、打锚杆及复喷至设计厚度。以减少围岩暴露时间，控制围岩变形，防止围岩短期内松弛。 4.5.2 二次衬砌 小净距隧道的二次衬砌混凝土与普通双线双洞隧道施工方法相同，不再

详述。 5.岩柱加固 由于岩土工程的特点，对于软弱围岩先加固再开挖与先开挖再加固可能会出现完全不同的结果，所以结构设计中对于Ⅱ、Ⅲ类围岩，一般遵循下列原则进行加固： （1）中岩柱处初期支护的锚喷、钢支撑设计参数比普通双洞隧道的参数略有加强，对中岩柱小于12m的必须加固。 （2）中岩柱深层围岩加固主要采用贯穿两洞的水平预应力对拉锚杆、小导管注浆、非对穿式锚杆，施作范围要求从两洞中岩柱侧拱顶60°以下至墙脚处。 （3）对中岩柱大于12m的，将系统锚杆加长0.5~~1m，同时加强二次衬砌。 为确保开挖过程中围岩的稳定，减少因隧道间距小导致围岩变形、爆破震动等腰三角形不利因素，满足小净距隧道中间岩柱特有的加固要求，隧道施工步骤是先开挖左洞，同时在右洞中间岩柱处施作Φ42小导管加固中间岩柱、安装预应力锚杆并加初始应力，在开挖支护后再进行左洞开挖，施作初期支护后施作Φ42小导管加固中间岩柱、对预应力锚杆复加应力。 5.1中间岩柱注浆 5.1.1 在掌子面对岩柱超前注浆 在掌子面的超前注浆是利用前面提到的长管棚支护方式，这种超前注浆不仅能够对Ⅱ、Ⅲ类等较软弱围岩起到预加固的作用，同时对岩柱的稳定也能起到预加固的作用。 5.1.2 从开挖断面上对岩柱预注浆。 洞口刷坡时，两隧道中间岩柱坡口处原地面土体应暂时保留，以支挡坡面。洞口临时防护完成后，挖除中间岩柱坡口土体，立即沿隧道轴向对中间岩柱正面打入5mm厚Φ42小导管，注浆加固中间岩柱坡面。向前掘进4m后从开挖面对中间岩柱改为水平斜向前方小导管注浆（图6）。注浆初始压力为0.5MPa，终止压力为1.5 MPa，浆液配合比（体积比）为：水泥：水玻璃=1：0.5。 注浆前浆液在拌和机内进行搅拌，注浆结束后至开挖的时间间隔，采用水泥-水玻璃浆液时为4h左右，以保证注浆材料有充分的胶凝时间，与地层充分胶结硬化，达到加固，堵水的目的。 安装注浆管时，在注浆管孔口处用胶泥与麻丝缠绕，使之与钻孔孔壁充分挤压塞紧，实现注浆管的止浆和固定。胶凝结固到有足够强度后方可注浆，注浆结束后及时对注浆效果进行检查，如未达到设计要求时，必须补充注浆。 5.2 中岩柱预应力锚杆 中岩柱锚杆采用Φ25螺纹纲筋，张拉设备扭力扳手。锚杆预张拉力为90kN，锚杆安装前应向孔内灌注M20早强水泥砂浆（要求浇筑12h小时后抗压强度不小于20MPa），然后插入锚杆。对穿式锚杆段，在右洞开挖并待钻孔内水泥砂浆强度达到设计强度后施加预应力40 kN;左洞开挖暴露锚杆端部后，拆除预安装的丝扣保护包装，施加预应力到90kN,然后右洞补张拉到90kN。非对穿式锚杆段，在隧道开挖并待钻孔内水泥砂浆强度达到设计强度后一次施加预应力90 kN。 6 监控量测 现场监控量测是隧道实施施工组织设计的一项重要内容，认真实施监控量测的作用有：验证支护与衬砌的设计效果，为小净距隧道设计与施工工程类比积累经验。该隧道施工进行监控量测的项目有：工程地质及现状观测；周边收敛位移量测；拱顶下沉量测；地表下沉量测；钢支撑、锚杆应力及裂缝观测。图7为右洞（先行隧道）拱顶沉降观测结果。 量测小组每天整理量测数据资料，并绘制位移时间曲线。当位移趋于平缓时，通过数据处理或回归分析，推算最终位移和位移变化规律；当位移急骤增长时，表明围岩和支护已处于不稳定状态，必须停止开挖。对危险地段要加强支护，密切监视围岩动态，采取补救措施妥善处理。通过量测数据的分析处理，可以判断围岩和支护系统是否稳定，掌握围岩稳定性变化规律，提出改进支护、衬砌设计参数和施工

方法，确定二次衬砌和仰拱的施作时间，施工过程中未对爆破产生的震动速度进行检测，只是通过式（1）计算复核，以确保爆破产生的震动速度均能控制在15cm/s以内。 7 结论 小净距段施工全过程中，确保了施工安全及隧道的结构安全，单位工程质量获优良等级。分析该隧道施工的成功经验，可以得出以下结论： （1）小净距隧道施工的关键是加固中岩柱，事关隧道施工的成败。由于该类型隧道围岩自稳性及支护结构的受力较一般隧道复杂，对与软弱围岩必须通过注浆及设置预应力对拉锚杆等加固措施，以确保中岩柱的稳定。工程实践表明：如果有效地减少对岩柱的扰动，并采取一定的加固措施是可以保证其稳定和支护结构安全的。 （2）小净距隧道施工的难点是爆破作业必须采用预裂爆破或光面爆破技术，才能减小爆破震动对隧道结构的影响；小净距隧道施工的重点是工序控制，通过正确安排双洞的开挖、支护的间隔和顺序，有效地控制两隧道之间由于净距较小引起的围岩变形，从而保证隧道结构的安全。 （3）小净距隧道的支护参数略强于传统分离式双洞隧道的设计参数，但施工工艺相对连拱隧道要简单得多，因此，较连拱隧道投资省、工期短，是一种较好的隧道结构形式，具有很好的推广前景。 参考文献 〔1〕 中华人民共和国交通部 JTJ042-94 公路隧道施工技术规范 人民交通出版社，1995 〔2〕 丛恩伟 并行双洞小净距公路隧道施工技术 铁道标准设计，2003 作者简介 张昌勇 男 工学学士 工程师