大斷面小凈距隧道施工技術(shù)

 小凈距隧道雙洞的中夾巖柱寬度介于連拱隧道和雙線隧道之間，一般小于1.5倍隧道開挖斷面的寬度。
位于南充西山風(fēng)景區(qū)的西山隧道最小凈距為4m，隧道內(nèi)輪廓凈寬13.16，屬于典型的雙線、雙洞、小凈距隧道。地質(zhì)鉆探資料揭示該隧道巖石條件較差，以泥巖、砂巖為主。隧道巖層近于水平，受西山向斜影響，局部存在小扭曲，褶皺現(xiàn)象，主要泥巖構(gòu)成，易吸水軟化，失水開裂，相對于上、下層位的泥質(zhì)砂巖，便形成了“泥化軟弱夾層”。此隧道以Ⅳ～Ⅴ類圍巖為主。隧道左線長1140m，右線長1151m，圍巖情況為：左線Ⅳ類圍巖480m，Ⅴ類圍巖660，右線Ⅳ類圍巖480m，Ⅴ類圍巖671m。該隧道支護(hù)和襯砌共有5種類型：Ⅳ2型襯砌適用于車行橫道與隧道交叉口段的Ⅳ級圍巖段、Ⅳ1型襯砌適用于非車行橫道與隧道交叉口段的Ⅳ級圍巖段、Ⅴ1型襯砌適用于地表無建筑物且隧道凈距大于18m的Ⅴ級圍巖段、Ⅴ2型襯砌適用于地表存在建筑物且隧道凈距為5～18m的Ⅴ級圍巖段、Ⅴ3型襯砌適用于隧道凈距小于5m的Ⅴ級圍巖段，洞門結(jié)構(gòu)16m。
西山隧道是四川南充市市政隧道中典型的小凈距隧道。本文以該隧道為例，介紹小凈距隧道關(guān)鍵的施工方法和技術(shù)要點。
1 超前支護(hù)
1.1 超前大管棚 為了防止洞口開挖時坍塌，隧道洞口淺埋段采用注漿大管棚超前支護(hù)。大管棚采用Ф127×8mm熱軋無縫鋼管，環(huán)向間距為40cm，進(jìn)口大管棚長25m，出口大管棚長40m。大管棚定位采用長度為2m的Ф140×5熱軋無縫鋼管，大管棚管身按梅花形布設(shè)注漿孔，間距15cm～20cm，孔徑Ф10～Ф16。水泥砂漿注漿，水灰比：0.8：1～1：1。
超前大管棚結(jié)合導(dǎo)向墻施工，導(dǎo)向墻采用C20混凝土截面尺寸為1.2m×2m（高×長），導(dǎo)向墻中預(yù)埋Ф140導(dǎo)向管，外插角為3°。通過導(dǎo)向管將大管棚打入圍巖，注漿前將導(dǎo)管口外徑與孔口周邊密封，預(yù)留一小通氣孔。采用水泥砂漿注漿，在孔口設(shè)置止?jié){閥。注漿初壓為0.8MPa，終壓為2MPa。從兩邊向中間注漿，終壓持續(xù)15min以上，漿液注入量已達(dá)到計算值的80%以上。最后一孔注漿時注漿終壓達(dá)到2MPa以上，并持續(xù)注漿30min方可結(jié)束注漿。
1.2 超前小導(dǎo)管 Ⅴ3型襯砌及隧道凈距大于12m且下穿構(gòu)筑物的Ⅴ2型襯砌采用超前雙層小導(dǎo)管，其余襯砌類型均采用單層超前小導(dǎo)管。小導(dǎo)管采用Ф42×3.5mm熱軋無縫鋼管，管身按梅花形布設(shè)注漿孔，間距15cm，孔徑Ф6～Ф8。水泥砂漿注漿，水灰比0.8：1～1：1注漿壓力為0.5～1MPa。超前雙層小導(dǎo)管小外插角<10°，大外插角為40°，小外插角與大外插角導(dǎo)管環(huán)向間距為20cm。超前小導(dǎo)管外插角<10°，環(huán)向間距40cm?？v向設(shè)置的超前小導(dǎo)管搭接長度不小于1m。
2 洞身開挖及施工順序
2.1 鉆爆作業(yè) 隧道左右線最小間距僅為4～30m，屬小凈距隧道。行洞與后行洞距離、爆破震動參數(shù)及地表沉降控制不當(dāng)或中巖柱加固強度不夠均會導(dǎo)致中巖柱失穩(wěn)。
為了確保隧道施工安全，后行洞與先行洞掌子面之間的距離不得小于40m，且雙洞開挖爆破不可同時進(jìn)行。先行洞二次襯砌施作完成并達(dá)到設(shè)計強度后，方可進(jìn)行相鄰位置的后行洞爆破開挖；先行洞二次襯砌施工作業(yè)面超前后行洞掌子面15m以上。采用減振爆破技術(shù)，達(dá)到控制質(zhì)點振動速度、降低隧道爆破地震動強度的目的。后行洞爆破開挖時，中巖柱靠先行洞一側(cè)拱腰位置處的最大震速不可超過15cm/s。鉆爆作業(yè)中應(yīng)監(jiān)測圍巖擾動深度、爆破震動對周邊及中巖柱的破壞程度，以便對爆破震動加以控制，以利于中巖柱的穩(wěn)定。
2.2 Ⅴ類圍巖開挖及施工順序 隧道凈距小于5m地段及下穿建（構(gòu)）筑物的Ⅴ級圍巖段采用雙側(cè)壁導(dǎo)坑法開挖，其余Ⅴ級圍巖段采用中壁法開挖。根據(jù)現(xiàn)場條件和施工組織，隧道采用進(jìn)出口同時掘進(jìn)的方法施工，左右洞掌子面距離不得小于40m。
2.2.1 雙側(cè)壁導(dǎo)坑法開挖及施工順序 雙側(cè)壁導(dǎo)坑法施工，每循環(huán)進(jìn)尺為0.6m與工字鋼拱架間距相同，開挖后及時施作初期支護(hù)，同時對中巖柱施作Ф42注漿系統(tǒng)錨管注漿加固。為了減少大斷面爆破對中巖柱的震動，右洞開挖必須在左洞開挖進(jìn)尺大于40m，注漿固結(jié)后預(yù)應(yīng)力錨桿施加50%的預(yù)應(yīng)力后才能施工。開挖采取短進(jìn)尺，隨即架設(shè)鋼支撐、臨時鋼支撐，施作錨桿、鋼筋網(wǎng)噴射混凝土等初期支護(hù)。將中巖柱中的錨桿對拉連接、施加預(yù)應(yīng)力加固之后，再進(jìn)行右洞的開挖和支護(hù)，右洞不再進(jìn)行中巖柱注漿及施作預(yù)應(yīng)力錨桿其余工序與左洞相同。施工順序詳見圖1。
左洞施工工序說明：
①拱部超前支護(hù)及中隔壁超前支護(hù)
②左側(cè)導(dǎo)坑上臺階開挖
③左側(cè)導(dǎo)坑上臺階初期支護(hù)及臨時支護(hù)
④左側(cè)導(dǎo)坑下臺階開挖
⑤左側(cè)導(dǎo)坑下臺階初期支護(hù)及臨時支護(hù)
⑥右側(cè)導(dǎo)坑拱部超前支護(hù)及中隔壁超前支護(hù)
⑦右側(cè)導(dǎo)坑上臺階開挖
⑧右側(cè)導(dǎo)坑上臺階初期支護(hù)（中巖柱注漿、預(yù)應(yīng)力錨桿）臨時支護(hù)
⑨右側(cè)導(dǎo)坑下臺階開挖
⑩右側(cè)導(dǎo)坑下臺階初期支護(hù)（中巖柱注漿、預(yù)應(yīng)力錨桿）
{11}拱部超前支護(hù)
{12}上部環(huán)形導(dǎo)坑開挖
{13}拱部初期支護(hù)
{14}上部核心土開挖
{15}下部核心土開挖
{16}下部核心土初期支護(hù)
{17}拆除臨時支護(hù)施作仰拱及小邊墻襯砌
{18}施作仰拱填充
{19}施作拱墻二次襯砌
2.2.2 中壁法開挖及施工順序 Ⅴ級圍巖Ⅴ2型襯砌采用中壁法施工，每循環(huán)進(jìn)尺0.6m，與工字鋼拱架間距一致，開挖后及時初期支護(hù)同時預(yù)應(yīng)力錨桿施工。待錨桿孔內(nèi)水泥砂漿強度達(dá)到設(shè)計強度后，對預(yù)應(yīng)力錨桿施加預(yù)應(yīng)力。右洞落后于左洞40m以上且左洞二襯混凝土達(dá)到設(shè)計強度，二襯作業(yè)面超前右洞掌子面15m以上才能開挖。右洞工序與左洞一致。
左洞施工工序說明：
施工工序：
①左側(cè)導(dǎo)坑拱部超前支護(hù)及中隔壁超前支護(hù)
②左側(cè)導(dǎo)坑上臺階開挖
③左側(cè)導(dǎo)坑上臺階初期支護(hù)及臨時支護(hù)
④左側(cè)導(dǎo)坑下臺階開挖
⑤左側(cè)導(dǎo)坑下臺階初期支護(hù)及臨時支護(hù)
⑥右側(cè)導(dǎo)坑拱部超前支護(hù)
⑦右側(cè)導(dǎo)坑上臺階開挖
⑧右側(cè)導(dǎo)坑上臺階初期支護(hù)及臨時支護(hù)
⑨右側(cè)導(dǎo)坑下臺階開挖
⑩右側(cè)導(dǎo)坑下臺階初期支護(hù)（施作預(yù)應(yīng)力錨桿）
{11}拆除臨時支護(hù)施作仰拱及小邊墻襯砌
{12}施作仰拱填充
{13}施作拱墻二次襯砌
2.3 Ⅳ類圍巖開挖及施工順序 Ⅳ級圍巖段開挖采用YT28氣腿式鑿巖機，淺孔小藥量光面爆破，短進(jìn)尺、臺階法掘進(jìn)，鋼拱架支撐隨后跟進(jìn)，確保施工安全。根據(jù)施工循環(huán)安排及時進(jìn)行錨桿、鋼筋網(wǎng)噴砼、鋼支撐等支護(hù)工作。右洞開挖落后于左洞40m以上，兩洞不能同時爆破。右洞和左洞施工工序相同。
施工工序：
①超前支護(hù)→②上臺階開挖→③上臺階初期支護(hù)→④下臺階開挖→⑤下臺階初期支護(hù)→⑥施作仰拱及小邊墻襯砌→⑦施作仰拱填充→⑧施作拱墻二襯。
上部臺階開挖工作面采用自制的鋼架開挖臺車，每循環(huán)開挖結(jié)束后，立即施作上臺階臨時橫撐并及時噴砼支護(hù)。
3 中夾巖柱加固及初期支護(hù)
設(shè)計圖對Ⅴ類圍巖隧道凈距小于6m段必須加固中夾巖柱，隧道凈距小于5m中夾巖柱加固方式包括中夾巖柱注漿及對拉預(yù)應(yīng)力錨桿。隧道凈距5～6m中夾巖加固方式為對拉預(yù)應(yīng)力錨桿。為確保開挖過程中圍巖的穩(wěn)定，減少因隧道間距小導(dǎo)致圍巖變形、爆破震動等不利因素，滿足小凈距隧道中夾巖柱特有的加固要求。隧道施工部署是先開挖左洞，在開挖支護(hù)后對中夾巖柱進(jìn)行注漿加固和對拉預(yù)應(yīng)力錨桿加固，左洞超前右洞40m以上后才能進(jìn)行右洞開挖。
3.1 中夾巖柱注漿 左洞隧道開挖后，及時施作初期支護(hù)和臨時支護(hù)，在進(jìn)行系統(tǒng)錨桿作業(yè)時同時進(jìn)行中夾巖柱注漿。中夾巖柱注漿系統(tǒng)錨管采用Ф42×3.5mm熱軋無縫鋼花管，長度與隧道凈距一致，環(huán)向間距40cm，縱向間距100cm。系統(tǒng)錨管位于兩隧道之間并與隧道垂直。系統(tǒng)錨管僅于左洞內(nèi)邊墻布置，并一次加固到右洞相應(yīng)段落的內(nèi)邊墻側(cè)墻，系統(tǒng)錨管與隧道拱部系統(tǒng)錨桿同工序施工。注漿初壓為1.0MPa，終壓為1.5MPa，水泥砂漿水灰比為0.8：1～1：1。
安裝注漿管時，在注漿管孔口處預(yù)留不小于30cm的止?jié){段，孔口加止?jié){閥止?jié){。注漿前進(jìn)行壓水試驗，通過試驗確定注漿參數(shù)，從而保證砂漿將土和巖石良好膠結(jié)硬化，達(dá)到加固的目的。注漿結(jié)束后及時對注漿效果進(jìn)行檢查，如未到達(dá)設(shè)計要求時，必須補充孔再注漿。
3.2 中夾巖柱預(yù)應(yīng)力對拉錨桿 中夾巖柱預(yù)應(yīng)力對拉錨桿采用Ф25螺紋鋼筋，張拉設(shè)備采用千斤頂。錨桿預(yù)張拉力為100KN。具體施工為左洞對拉錨桿孔內(nèi)水泥砂漿強度達(dá)到設(shè)計強度后，對錨桿施加預(yù)應(yīng)力為設(shè)計值的50%進(jìn)行初張拉；右洞開挖暴露出錨桿端部后，施加預(yù)應(yīng)力至設(shè)計值，然后對左洞錨桿補拉至設(shè)計值。錨桿在同一截面上間隔進(jìn)行張拉，以避免產(chǎn)生局部壓應(yīng)力集中現(xiàn)象。
施工中千斤頂端部及非張拉端鋼筋端部嚴(yán)禁站人，并加設(shè)防護(hù)措施。張拉后的鋼筋在未灌漿前嚴(yán)禁碰擊、踩踢。灌漿工作必須避開鋼筋端部，以防預(yù)應(yīng)力鋼筋突然斷裂彈出傷人。在有油壓的情況下，嚴(yán)禁拆卸油壓系統(tǒng)中的任何零件。
3.3 初期支護(hù) 西山小凈距隧道的初期支護(hù)包括掛鋼筋網(wǎng)、噴鋼纖維混凝土、中空注漿錨桿、砂漿錨桿、工字鋼拱架等，依據(jù)圍巖類別的不同分別設(shè)置。初期支護(hù)緊跟開挖面及時施作。減少圍巖暴露時間，控制圍巖變形，防止圍巖短期內(nèi)松弛。
4 結(jié)束語
①小凈距雙洞隧道施工的關(guān)鍵是加固中間巖柱。由于該類隧道圍巖的自穩(wěn)性及支護(hù)結(jié)構(gòu)的受力較一般隧道復(fù)雜，對于凈距較小的軟弱圍巖必須采取中巖柱注漿及預(yù)應(yīng)力錨桿對拉等措施加固。以確保中間巖柱的穩(wěn)定。②小凈距雙洞隧道施工的爆破作業(yè)，必須采用光面爆破技術(shù)，以減少爆破震動對隧道結(jié)構(gòu)的影響。施工過程中嚴(yán)格遵循“預(yù)加固，少擾動、勤量測、早封閉”的原則，使開挖后圍巖變形得到抑制，保證中巖柱穩(wěn)定。③小凈距雙洞隧道施工應(yīng)嚴(yán)格控制工序。通過正確安排雙洞的開挖、支護(hù)及二次襯砌的間隔和順序，可有效的控制隧道之間由于凈距較小引起的圍巖變形，保證隧道結(jié)構(gòu)的安全。