■劉唐斌

（中鐵十八局集團(tuán)第四工程有限公司，天津 300350）

小凈距隧道指的是雙洞的中夾巖柱寬度介于連拱隧道和雙線(xiàn)隧道之間,一般小于1.5倍隧道開(kāi)挖斷面的寬度。具有兩個(gè)基本條件，其一具有明顯著隧道項(xiàng)目力學(xué)的影響范圍，其二是具有可行的中間巖相關(guān)加固技術(shù)。小凈距隧道與正常分離式隧道比較有三個(gè)突出的特點(diǎn)：左右隧道之間的間距較小、隧道整體圍巖較差、隧道埋深較淺。小凈距隧道工程可充分應(yīng)用中間圍巖的承載力，縮小隧道之間的間距，減少隧道工程兩側(cè)的接線(xiàn)項(xiàng)目工作量，提升隧道自由空間，降低項(xiàng)目成本[1]。但開(kāi)挖和支護(hù)一直是小凈距隧道工程施工的重難點(diǎn)，如何有效保證開(kāi)挖效果和支護(hù)質(zhì)量，是整個(gè)工程施工建設(shè)的關(guān)鍵?；诖耍_(kāi)展小凈距隧道工程的開(kāi)挖與支護(hù)施工技術(shù)的分析研究就顯得尤為必要。

一、工程概述

本合同段為際豐隧道左洞，本隧道全長(zhǎng)293m，左右洞呈小凈距布置，為短隧道。隧道縱坡坡率/坡長(zhǎng)：2.5%/293m。隧道進(jìn)口設(shè)計(jì)樁號(hào)ZK28+211，進(jìn)口設(shè)計(jì)高程為240.622m；隧道出口設(shè)計(jì)樁號(hào)為ZK28+504，出口設(shè)計(jì)高程為248.290m。本隧道場(chǎng)址區(qū)屬侵蝕、剝蝕丘陵地貌，地形起伏較大，軸線(xiàn)最高點(diǎn)海拔為333m，山坡植被發(fā)育，第四系覆蓋土層厚度約為2-4m，進(jìn)口段坡度約20°～35°，出口段坡度約30°～40°。沿線(xiàn)地表植被發(fā)育，主要為雜木、杉木及竹林。隧道區(qū)地下水主要為風(fēng)化基巖中網(wǎng)狀裂隙-孔隙水及急眼裂隙水，隧道最大總涌水量約94.80m3/d。本隧道在區(qū)域上未見(jiàn)斷裂構(gòu)造帶，地殼整體相對(duì)穩(wěn)定。

二、小凈距隧道工程的開(kāi)挖施工技術(shù)

在開(kāi)挖之前，需要先進(jìn)行圍巖超前預(yù)加固和地表加固，尤其是針對(duì)Ⅳ級(jí)圍巖可采用上下臺(tái)階和正反單向側(cè)壁導(dǎo)洞組合的開(kāi)挖方法。其中先行洞開(kāi)挖工序比較簡(jiǎn)單，采用上下臺(tái)階法開(kāi)挖即可。后行洞地質(zhì)比較松軟，為保證施工的安全性，需要先加固中夾巖，再利用側(cè)壁臨時(shí)支護(hù)進(jìn)行穩(wěn)固處理，以降低后行洞開(kāi)挖對(duì)中夾巖造成的擾動(dòng)。針對(duì)巖性比較好的Ⅲ級(jí)以上圍巖，可采用超前導(dǎo)坑預(yù)留爆破層法施工。

（一）明洞和洞門(mén)開(kāi)挖

本工程施工中，洞口位置地質(zhì)結(jié)構(gòu)相對(duì)穩(wěn)定，經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)勘察，使用明挖施工技術(shù)可滿(mǎn)足施工要求，并且還能降低施工難度，保證施工效率。具體開(kāi)挖方案為：機(jī)械配合人工開(kāi)挖，通過(guò)轉(zhuǎn)載機(jī)裝碴，自卸車(chē)將碴運(yùn)輸?shù)街付壊陥?chǎng)。

溝槽開(kāi)挖是明挖施工的重點(diǎn)內(nèi)容，為保證施工效率和安全性，需要合理做好排水處理，并且要提前完成截水溝布設(shè)工作。具體的開(kāi)挖原則為：最大限度上降低洞口刷坡，并盡量完成早進(jìn)洞，因地制宜地開(kāi)挖。如果在明挖過(guò)程中，一側(cè)立足在圍巖之上，而另一側(cè)位于土層結(jié)構(gòu)上，在具體開(kāi)挖時(shí)，為避免發(fā)生基礎(chǔ)不均勻沉降，當(dāng)土層開(kāi)挖到巖層上時(shí)，要形成臺(tái)階，并砌筑片石，保證明洞基礎(chǔ)可以有效落實(shí)到穩(wěn)定性強(qiáng)、結(jié)構(gòu)承載力強(qiáng)的基礎(chǔ)上，一旦發(fā)現(xiàn)基礎(chǔ)穩(wěn)定性不足，必須及時(shí)處理，保證明洞開(kāi)挖基礎(chǔ)的承載力大于400kPa。

在洞門(mén)開(kāi)挖時(shí)，基礎(chǔ)要盡量布置在比較穩(wěn)定的地層上，及時(shí)清除虛碴及各種雜物，夯實(shí)洞門(mén)頂部回填土，洞門(mén)砌筑和墻后回填應(yīng)當(dāng)同時(shí)進(jìn)行。此外，在洞門(mén)開(kāi)挖時(shí)，要盡量避免采用集中藥包爆破以免影響邊坡和仰坡的穩(wěn)定性。

（二）Ⅴ級(jí)圍巖開(kāi)挖施工

案例工程中，Ⅴ級(jí)圍巖開(kāi)挖是開(kāi)挖工程的重中之重，受到地質(zhì)條件和施工技術(shù)等因素的共同限制，采用了隔壁開(kāi)挖施工方法，具體方法為：先通過(guò)人工開(kāi)挖的方式，整平Ⅴ級(jí)圍巖開(kāi)挖，然后進(jìn)行弱爆，弱爆產(chǎn)生碴土，通過(guò)裝載機(jī)及時(shí)清理。由于隧道工程為雙洞小凈距隧道，具體施工順序如圖1所示。

圖1 掘進(jìn)開(kāi)挖施工順序圖

小凈距隧道由于中夾巖柱的寬度較小,后開(kāi)挖隧道的爆破振動(dòng)對(duì)先開(kāi)挖隧道會(huì)產(chǎn)生較大影響,應(yīng)將先開(kāi)挖隧道襯砌處的振動(dòng)速度控制在15cm/s以?xún)?nèi),并以此作為后開(kāi)挖隧道各段爆破藥量的計(jì)算依據(jù)。為避免震動(dòng)波的疊加,必須采用微差控制爆破,各段起爆時(shí)間應(yīng)根據(jù)震動(dòng)測(cè)試確定,或按經(jīng)驗(yàn)值200ms為宜。周邊沿按開(kāi)挖輪廓線(xiàn)布置,必須采用小直徑藥卷嚴(yán)格控制裝藥量,并使藥量沿炮眼全長(zhǎng)合理分布,采用毫秒雷管微差順序起爆,使周邊爆破時(shí)產(chǎn)生臨空面。

（三）Ⅳ級(jí)圍巖開(kāi)挖施工

采用臺(tái)階開(kāi)挖施工技術(shù)，開(kāi)挖臺(tái)階長(zhǎng)度在2～3m。主要利用專(zhuān)業(yè)的鉆巖機(jī)鉆孔處理，當(dāng)鉆孔達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)后，進(jìn)行清孔作業(yè)，在孔道中下放塑料導(dǎo)爆管，為降低對(duì)周?chē)鷰r體造成的擾動(dòng)，本工程采用了非電起爆系統(tǒng)，進(jìn)行光面爆破。其中，上臺(tái)階通過(guò)人工開(kāi)挖，借助小車(chē)出碴，一直開(kāi)挖到下臺(tái)階。下臺(tái)階通過(guò)挖斗機(jī)出碴，自卸式汽車(chē)將碴土運(yùn)輸?shù)街付ㄎ恢肹2]。需要按照工程地質(zhì)條件合理確定，為保證開(kāi)挖的通暢性，要合理調(diào)整施工工序，通過(guò)鉆爆、裝碴、運(yùn)輸聯(lián)合作業(yè)，提升開(kāi)挖效率。臺(tái)階開(kāi)挖完成之后，要及時(shí)開(kāi)展初期支護(hù)，臺(tái)階開(kāi)挖施工技術(shù)平面圖如圖2所示。

（四）Ⅲ級(jí)圍巖開(kāi)挖施工

Ⅲ級(jí)圍巖段采用全斷面開(kāi)挖，具體開(kāi)挖步驟為：首先進(jìn)行全斷面開(kāi)挖，其次進(jìn)行全斷面初期支出，然后合理鋪設(shè)防水層，最后進(jìn)行模筑二次襯砌[3]。

圖2 臺(tái)階開(kāi)挖施工技術(shù)平面圖

（五）鉆爆開(kāi)挖施工

Ⅴ級(jí)圍巖人工開(kāi)挖難度比較大，因此在本工程施工中采用了弱爆破開(kāi)挖方式，輔以風(fēng)鎬開(kāi)挖，核心土采用松動(dòng)爆破+挖掘機(jī)開(kāi)挖的方式，雷管段數(shù)布置圖如圖3所示。

圖3 Ⅲ級(jí)圍巖開(kāi)挖鉆爆炮眼布置圖（單位：mm）

三、小凈距隧道工程支護(hù)施工技術(shù)

（一）襯砌支護(hù)施工

本工程噴射混凝土所用漿料用自動(dòng)計(jì)量拌合站集中拌合，為保證支護(hù)效果，分兩次混凝土噴射，開(kāi)挖完成之后進(jìn)行第一次混凝土噴射，防止巖體表面直接暴露在空氣中，造成巖體氧化及侵蝕。當(dāng)錨桿、網(wǎng)片等支護(hù)完后，開(kāi)始第二次噴射[4]。噴射混凝土支護(hù)步驟為：

第一步，調(diào)試噴射混凝土機(jī)具，并在料斗口安裝篩孔為15mm振動(dòng)篩，骨料采用超粒徑骨料。先用高壓水沖洗巖面，去除塵土、雜物之后，再?lài)娚浠炷痢?/p>

第二步，合理調(diào)整送風(fēng)面壓力，控制風(fēng)壓在0.1～0.15MPa，如果風(fēng)壓過(guò)大，或?qū)е鹿橇戏磸椨绊憞娚浠炷林ёo(hù)效果。而如果風(fēng)壓過(guò)小，則會(huì)導(dǎo)致骨料無(wú)法有效落在層面上，也會(huì)影響支護(hù)效果。合理控制噴嘴到巖面之間的距離，最好控制在60～120cm，超過(guò)此范圍也會(huì)影響支護(hù)效果。

第三步，保證噴頭和巖體表面垂直，沿隧道直徑方向噴射混凝土，但在噴射中如果遇到鋼架或者錨桿，可適當(dāng)調(diào)整垂直度，但最小不能低于70°。在噴射時(shí)要盡量保證噴射料束呈現(xiàn)螺旋形運(yùn)動(dòng)[5]。

第四步，嚴(yán)格控制初次噴射后，控制在4～6cm，首層噴射混凝土要注重填平補(bǔ)齊。為最大限度上保證支護(hù)質(zhì)量，噴射混凝土?xí)r要盡量分片進(jìn)行，且每段長(zhǎng)度控制在6m以下，為降低回彈量，在混凝土噴射時(shí)，要按照從下向上的方法旋噴，呈現(xiàn)“S”形運(yùn)動(dòng)。

（二）超前支護(hù)

由于小凈距隧道兩側(cè)間距小,施工難度大,在洞口淺埋地段及軟弱圍巖地段可采用超前長(zhǎng)管棚注漿、超前小導(dǎo)管注漿及超前錨桿等超前支護(hù)措施,可有效保證洞口安全及軟弱段的順利通過(guò)。小導(dǎo)管注漿支護(hù)是沿著隧道縱向在拱上部或者橫向拱腳處在輪廓開(kāi)挖線(xiàn)之外，一定范圍中密排的注漿管，在打入時(shí)需要傾斜一定的角度，其中拱部向上傾斜度控制在5°～20°，邊墻向下控制在10°～20°。水平搭接長(zhǎng)度要控制在1.m以上。通過(guò)帶孔眼的導(dǎo)管將各種不同的漿液注入，滲透到地層有效范圍中，從而達(dá)到改善地層參數(shù)、提升地層自身承載力的效果。此外，通過(guò)小導(dǎo)管支護(hù)還能起到縱向梁超前支護(hù)的作用。

（三）中空注漿錨桿支護(hù)施工

本工程錨桿支護(hù)是重點(diǎn)支護(hù)項(xiàng)目，對(duì)后期各道工序的順利、安全、有序開(kāi)展有重要作用，為保證錨桿支護(hù)效果，采用TT-28鑿巖機(jī)進(jìn)行施工，每個(gè)錨桿孔的偏差要控制15mm以下，鉆孔深度要略大于錨桿的總長(zhǎng)度。在施工前，需要對(duì)錨桿質(zhì)量及清潔度進(jìn)行全面檢查，確認(rèn)達(dá)到要求后，才能進(jìn)行錨桿支護(hù)施工。達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)后插入錨桿，保證錨桿外露部分小于總錨桿長(zhǎng)度的5%，錨桿固定完成后，注入配制好的水泥砂漿，注漿壓力控制在0.5～1.0MPa，保證墊板緊貼圍巖。在進(jìn)行錨桿預(yù)張力施工時(shí)，擰緊力矩要控制在100N·M以上。如果遇到破碎巖層，錨桿注漿時(shí)采用C20以上早強(qiáng)水泥灌注，控制水灰比在0.7左右，注漿壓力可適當(dāng)提升，但最好不要超過(guò)2.0MPa[6]。如果圍巖整體性比較高，則采用C30以上無(wú)收縮早強(qiáng)水泥漿液灌注，控制水灰比在0.3～0.4MPa，注漿壓力控制在1.5MPa以下。本工程中空注漿錨桿施工標(biāo)準(zhǔn)如附表1所示。

（四）鋼筋網(wǎng)片支護(hù)施工

當(dāng)錨桿支護(hù)施工完成之后，鋼筋網(wǎng)相互搭接處，用電焊焊接牢固，避免松動(dòng)脫落，保證鋼筋網(wǎng)片支護(hù)效果[7]。本工程鋼筋網(wǎng)片支護(hù)施工標(biāo)準(zhǔn)如附表2所示。

本文結(jié)合工程實(shí)例，分析了小凈距隧道工程的開(kāi)挖與支護(hù)施工技術(shù)，分析結(jié)果表明，小凈距隧道工程是一種全新隧道工程施工方法，合理應(yīng)用可大幅度提升隧道工程施工的安全性和施工質(zhì)量。開(kāi)挖和支護(hù)是此類(lèi)工程施工的重難點(diǎn)，需要結(jié)合工程特性和工程要求，按照不同的地質(zhì)條件選擇與之相適的開(kāi)挖方法和支護(hù)技術(shù)，才能最大限度地保證施工效率。

附表1 中空注漿錨桿施工標(biāo)準(zhǔn)

附表2 鋼筋網(wǎng)片支護(hù)施工標(biāo)準(zhǔn)