田建強

陜西省第四建筑工程公司

 

    南秦河隧道是藍商高速公路中的一座（分離式雙洞）長3467m的隧道，位于商州市境內。隧道進口段位于3座大山的環包之中，以30°角斜穿302省道，斜交長度40米。隧道拱頂距省道路面（覆土厚僅8~9m）。

 

    隧道進口段120m范圍的主要地層為殘破積粘性土、碎石質粘性土、人工填土（石）、山澗沖溝淤積層、強風化晶屑熔巖、弱風化晶屑熔巖，地下水發育。

 

    原設計采用大開挖設計方案，截斷302省道，施作明洞，然后再恢復省道；在施工期間，修建臨時便道維持通車。經反復論證，為最大限度地保證公路通行，最后決定改用“大管棚超前支護，暗挖施工”的方案。

 

    大管棚采用 ￠108熱軋無縫鋼管（壁厚6mm）施作，沿隧道拱部150°角范圍設置38根，間距45cm。小導管采用￠50熱軋無縫鋼管（壁厚5mm) 制成，長度為5m。在大管棚穿過地段，小導管沿隧道縱向每2m設置一環，小導管相對隧道中軸線的外插角為14°；在大管棚沒能達到的地段，采用雙向小導管作為補充，小導管沿隧道縱向每1m設置1環，相鄰兩環小導管的外插角分別為14°和30°環向間距50cm. 依次交替其成梅花狀設置。

 

    初期支護設計為系統錨桿，雙層鋼筋網，工字鋼支撐，濕噴混凝土。濕噴射混凝土采用C20，厚度為25cm 。錨桿采用 ￠25中空注漿錨桿，長350cm, 沿隧道全斷面布設，縱橫間距為50cm ×100c m,錨桿中注水泥漿。鋼筋網采用￠６鋼筋制成20cm×20cm的鋼筋網片。鋼支撐采用18號工字鋼，沿隧道縱向0.5 m設置1榀，每榀之間采用￠22螺紋鋼筋連接，連接筋環向間距為1.0m。二次初砌采用Ｃ25防水鋼筋混凝土，襯砌厚度50cm。采用整體模板臺車施工防水混凝土的綜合措施。防水采用在巖壁和初期支護中設置多重半圓管，二次襯砌背后設置EVA復合防水板，施工縫設置止水條，變形縫設置止水帶。

 

    3.1 管棚的施工

    在隧道進口段特殊的水文地質環境下，若采用大管棚通常的施工方法，即“先施工明洞，在明洞上施作套拱，利用明洞作平臺再施作大管棚”，勢必要將302省道邊坡開挖至隧道底部高程，省道路肩路基明顯偏壓，加上雨水、地下滲水浸泡沖刷，極易導致洞口路基失穩而滑塌，引起行車道斷裂，危及行車進洞安全，甚至導致整個變更方案的失敗。為避免意外，施工時采取了超“常規”的做法，即在省道路基邊坡上，在管棚位置輪廓下，開挖臺階式小平臺，安裝鉆機，施工大管棚。

 

    為避免鉆孔不侵入隧道開挖限界，在測量放線時特意將大管棚的孔位，在開挖輪廓線上放大了25cm，開鉆時，鉆桿與隧道中軸線成5°角施鉆。采用MJG --50型和CIR--90型地質鉆機鉆孔，從拱腳開鉆，依次從兩側向拱頂施工。施工中，為避免在大管棚全部安裝后注漿出現漿液穿至相鄰孔位，堵塞鋼管，導致部分鋼管注漿困難的情況發生，采取了鉆１孔，安裝１孔，注（漿）１孔的施工方法。

 

    大管棚設計成奇數，孔位安裝有孔鋼管，偶數孔位安裝無孔鋼管，但在施工時發現，注漿量達不道設計量，由此推測鋼管四周擴散半徑難以達到設計值。后通過在相鄰孔位打孔，佐證了這一點。為使大棚盡可能發揮設計的作用，施工時將偶數孔的鋼管改成了有孔注漿鋼管，作為對奇數孔注漿的補充。

鋼管采用3m和6m兩種長度，奇數孔位和偶數孔位第一節鋼管分別采用3m和6m管，以使相鄰孔位的鋼管接頭不在同一橫截面上。鋼管利用懸錘和挖掘機推入孔內，通過對口焊接加幫條（5mm鋼片）焊接連接。

 

    注漿采用UBJ3型擠壓式灰漿汞施工。注漿液為純水泥漿。注漿自鋼管底部向口部分段進行。注漿量以設計參數為基礎，通過試驗確定最佳注漿量。在注漿壓力達到3Mpa，并穩定10~15min后，終止注漿。每根鋼管注漿完成后，及時用壓力水清除鋼管內的漿液，隨后將鋼管內注滿M30水泥沙漿，以增強鋼管的剛度和強度。

 

    3.2  雙向超前小導管施工

    南秦河隧道斜穿302省道路基長達40m。而大管棚超前支護施工長度僅26m，要在洞內繼續施工大管棚，必須先要設置大管棚工作室，勢必在隧道設計開挖輪廓線外擴大1m以上開挖，長度至少3m。這樣做不僅在公路下方停留的時間長，加大了不安全因素，且費工費時。鑒于此，施工中采用設置“雙向超前小導管”部分替代大棚管。

 

    小導管管壁四周鉆￠8小孔，作為壓漿孔；鋼管前端加工成尖錐狀，尾部焊上加勁箍。超前小導管采用風槍打眼。利用沖擊錘置入孔中。管內注漿采用UBJ3型擠壓式灰漿泵。小導管尾部盡可能同鋼拱架或系統錨桿焊接，以便共同受力。

 

    3.3  施工明洞和套拱

    右洞進洞開挖前，為避免洞口右側挖除邊坡后的公路路基滑塌，分次施作明洞；在明洞之上施作了套拱，將大管棚外露端包裹其中。

 

    左洞進洞口拱部右半部⒊5m高范圍位于302省道的擋墻內。經過擋墻下探孔觀察，發現擋墻墻體僅60cm厚為漿砌，其余皆為干砌片石。為防止開挖洞口引起擋墻垮塌，在開挖洞口之前，對擋墻墻體下部5m高范圍壓注了水泥漿。壓漿即加固了擋墻，又堵住了擋墻5m高度范圍縫隙的滲水。擋墻開挖后，沿開挖弧面及時設置了4根工字鋼支撐，并澆注混凝土，形成一個有鋼肋的混凝土拱，確保了擋墻的安全。之后，施工明洞和套拱。

 

    經過技術經濟比較，確定采用較經濟可行的“留核心土開挖法”進行施工。結合初期支護中鋼支撐的分節彎制長度，將隧道開挖分為3個臺階，六部分施工法，開挖每完成1部，即初噴混凝土5cm，封閉巖面；接著架立鋼拱架，同時，在鋼拱背后張掛鋼筋網，利用干硬混凝土填充鋼支撐與開挖輪廓間的空隙；隨后打孔安裝系統錨桿，再分2次完成噴混凝土。

 

    施工中，把公路路面沉降觀測、超前地質預報、拱頂下沉、收斂量測、鋼支撐受力量測作為圍巖量測的重點。依據量測數據和時間位移坐標圖分析，作出了分小段及時初砌的決策，有效阻止了圍巖和初期支護的過量形變，保證了施工安全和施工質量。

 

    由于二次襯砌設計為鋼筋混凝土，從鋼筋綁扎到完成立模有一個時間過程，洞口段偏壓明顯，加之邊墻基坑中積水難以完全排除，同時偏壓的土體受公路行車動載的影響，變形速度和量值明顯加大。為確保施工安全和質量，采取了每開挖1段，即及時襯砌1段的措施。因而在洞口段，先后施作了4、4、6、6m共4個小段襯砌。

 

    開工之前，在分析地質、比選方案，確定施工步驟時，充分認識到該段工程采用暗挖施工的風險和可能出現的意外，針對各種不利條件和種種可能的意外，施工單位制定了應對措施。

 

    5.1  成立“監控量測小組”，專職負責對洞內外量測項目的監控量測，隨時整理分析數據，反饋信息。

 

    5.2  施工中嚴格遵循以下８項原則：不打眼（對土質或強風化層，采用挖掘機或風鎬開挖）；多打眼（對開挖面中局部存在的硬巖，加密打眼）；打淺眼（炮眼深取50~75cm,滿足架立1榀鋼支撐）;放小炮(嚴格控制1次放炮孔數);弱爆破(爆破以松動巖石為目的);強支護(開挖后各種初期支護及時完成,速度快,措施強);勤量測(加大圍巖量測頻率,及時反饋信息);緊襯砌(在條件許可的情況下,力爭早完成二次襯砌)。

 

    5.3  為減弱地下水對隧道施工的影響，開工前，在302省道內側增建截水溝，改排山溝內地表水流方向，大大減少了地表水的下滲。

 

    5.4　右洞口明洞施工，為確保受偏壓和動載的省道路基不滑塌，采用依次分小段開挖，分小段及時施作明洞的做法。右洞進洞開挖前，錨桿掛網噴混凝土保護坡面；左洞進洞開挖前，對擋土墻進行注漿和設置鋼支撐混凝土拱，完善擋土墻下部受力。

 

    5.5　由于隧道頂距省道路面覆蓋層厚僅８～９m，為減少重載汽車駛過隧道時產生的動載，在取得公路和交警部門的同意后，派專人指揮交通，對過往車輛限制車速和行駛路線（半幅行車），減少了動載對洞口段的影響。

 

    6.1超前大管棚的設置長度 ，在2倍洞高長度較有利于施工 ，并能充分發揮其作用。

    6.2  大管棚注漿擴散半徑，在不同地層中明顯不一樣。在弱風化~微風化巖石裂縫發育地層，擴散較為理想；在土層和弱風化地層，擴散范圍很小，一般僅為鋼管直徑的2倍。

    6.3  采用雙向小導管部分替代大管棚，在一定條件下使用有其合理性，可以節約造價，方便施工。                            

    6.4  在隧道圍巖為土體和強風化的巖體時，初期支護采用中空注漿錨桿，注漿困難，短時間內很難達到設計要求的拉拔力，且費工費時。在滿足同樣設計要求的前提下，換用特制的￠ 22螺紋錨桿，利用藥管狀錨固劑做固結物，可縮短施工時間，且固結速度快，對及早發揮錨桿的作用十分有利。

    6.5  該段隧道施工時正值雨季，地下水豐富，開挖面滲露水明顯，甚至出現股流。為此 ，開挖初噴混凝土后，沒有先打設錨桿，而是先架立于工字鋼支撐，同時完成鋼筋網片的張掛，并充填密實鋼支撐與巖面的空隙，有利于控制局部坍塌。在鋼支撐和鋼筋網的防護下，施工錨桿更為安全。

 

 

(本文來源：陜西省土木建筑學會  文徑網絡：文徑 尹維維 編輯  劉真 審核)