1、工程簡述

公哇嶺隧道為一座兩車道分離式中隧道（左洞長906m，右洞長984m），設(shè)計(jì)時(shí)速80Km/h。

隧道穿越5種巖土體工程地質(zhì)層，分別為黃狀土、含角礫粘土、淤泥質(zhì)粉土、亂石土、全分化泥巖互層粉砂質(zhì)泥巖。隧道具體情況見下表：

隧道名稱		單位	建筑限界		隧道凈空		深埋段	淺埋段	明洞）	隧道長度
			限寬	限高	凈寬	凈高
公哇嶺隧道	左洞	m	10.25	5	11	6.94	451	415	40	906
	右洞	m	10.25	5	11	6.94	437	499	48	984

襯砌結(jié)構(gòu)均采用復(fù)合式襯砌，其初期支護(hù)以噴射混凝土、錨桿、鋼筋網(wǎng)和鋼拱架為主要支護(hù)手段，Ⅴ級圍巖等軟弱圍巖地段輔以超前管棚、超前小導(dǎo)管等預(yù)支護(hù)措施；二次襯砌均采用C30模筑鋼筋混凝土，整體式模板臺車澆筑。

該工程隧道全部為Ⅴ級圍巖，主要工程地質(zhì)問題為季節(jié)性凍土、軟質(zhì)巖變形、地應(yīng)力、隧道涌水。隧道施工期間可能出現(xiàn)的安全風(fēng)險(xiǎn)如下：

1） 隧道出口段淺埋段偏壓，施工期間可能出現(xiàn)地面開裂，初期支護(hù)開裂或變形較大。

2） Ⅴ級圍巖可能出現(xiàn)局部坍塌，初期支護(hù)變形過大或支護(hù)結(jié)構(gòu)開裂。

3） 黃土或卵石圍巖遇水軟化，隧道可能出現(xiàn)整體沉降、地表開裂。

4） 隧道區(qū)構(gòu)造應(yīng)力較低，應(yīng)力場以自重應(yīng)力為主。隧道開挖施工中，洞壁有因卸荷引起的 圍巖坍塌、掉塊現(xiàn)象。

2、洞身段圍巖地質(zhì)條件及穩(wěn)定性

隧道穿越地層為中-強(qiáng)風(fēng)化泥巖，粉砂質(zhì)泥巖，極軟巖，巖體極破碎，呈土狀，最大厚度8.0m，Vp=960-1520m/s（巖體縱波波速），圍巖基本質(zhì)量指標(biāo)修正值[BQ]=81，圍巖穩(wěn)定性差，圍巖易坍塌，變形；且隧道開挖時(shí)一般出現(xiàn)滴水或線狀流水現(xiàn)象，處理不當(dāng)會出現(xiàn)大面積坍塌甚至冒頂，側(cè)壁經(jīng)常小坍塌。

2.1、隧道巖渣性能試驗(yàn)

設(shè)計(jì)描述及開挖揭露顯示隧道洞身段為粉砂質(zhì)泥巖，自穩(wěn)性差。為明確巖土性質(zhì)，指導(dǎo)施工，對洞身段巖體取樣試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果顯示：隧址區(qū)內(nèi)泥巖自由膨脹率45%～95，平均65%，屬于中等膨脹土及強(qiáng)膨脹土范圍，天然含水量12%，液限26.3，塑性指數(shù)4.4，屬低液限黏土，CBR為94區(qū)3.3. 圍巖自穩(wěn)性差，易坍塌，變形。

2.2、隧道圍巖變形機(jī)理

根據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)及設(shè)計(jì)描述，洞身段地質(zhì)屬于膨脹土，隧道開挖后，臨空面自重應(yīng)力釋放，土體膨脹，開挖斷面收斂，極易引發(fā)初期支護(hù)擠壓變形。此外，洞壁應(yīng)力降低區(qū)的形成促使少量水分從高應(yīng)力區(qū)向洞壁轉(zhuǎn)移，洞壁巖體中的粘土等親水礦物吸水也是圍巖膨脹的主要原因，造成洞室頂部軟質(zhì)圍巖的軟化以及夾層的泥化，在重力作用下易發(fā)生坍塌現(xiàn)象。

3、隧道開挖方法及支護(hù)施工工藝技術(shù)

3.1淺埋段采用單側(cè)壁導(dǎo)坑法

淺埋段穿越的主要巖層為泥巖，粉砂質(zhì)泥巖，屬于軟巖、膨脹巖，遇水易軟化和崩解。在隧道開挖后的應(yīng)力調(diào)整過程中，新暴露出的砂質(zhì)泥巖、泥巖在1～3小時(shí)后，則會因應(yīng)力釋放和風(fēng)化而逐漸出現(xiàn)拱部不穩(wěn)定塊體沿軟弱結(jié)構(gòu)面或夾層的剪切錯(cuò)位、拉裂墜落現(xiàn)象，致使拱頂圍巖斷裂失穩(wěn)。再加上該地區(qū)全風(fēng)化泥巖互層粉砂質(zhì)泥巖結(jié)構(gòu)屬于典型的水平層理，兩種巖層呈不等厚狀相互交錯(cuò)；在施工中極易產(chǎn)生掉塊、坍塌現(xiàn)象。

由于軟質(zhì)砂泥巖的以上特性，結(jié)合圍巖結(jié)構(gòu)層及變形等特點(diǎn)，遵循軟巖隧道施工“短進(jìn)尺、弱爆破、勤量測、強(qiáng)支護(hù)、早封閉”的原則，以在施工中盡量減少對圍巖產(chǎn)生擾動和防止水的浸濕，及時(shí)跟進(jìn)支護(hù)及襯砌為準(zhǔn)則，宜采用弱爆破掘進(jìn)、人工、機(jī)械刷幫相配合的單側(cè)壁導(dǎo)坑法施工。施工工序見：單側(cè)壁導(dǎo)坑法襯砌施工步序圖.

（1）臨時(shí)中壁：采用12cm厚C20噴射混凝土，內(nèi)設(shè)I16工字鋼，間距0.6m，縱向采用 22鋼筋連接，連接鋼筋環(huán)向間距為100cm，φ6鋼筋網(wǎng)間距20cm×20cm。臨時(shí)錨桿采用1.5m長 22砂漿錨桿，環(huán)項(xiàng)間距2.0m，縱向間距0.6m。鎖腳錨桿每環(huán)鋼支撐每臺階設(shè)置2根3m長 22砂漿錨桿。

（2）開挖步驟：

①左側(cè)上導(dǎo)坑開挖 → ②左側(cè)上導(dǎo)坑施做初期支護(hù) → ③左側(cè)下導(dǎo)坑開挖→ ④左側(cè)下導(dǎo)坑施做初期支護(hù) → ⑤右側(cè)上導(dǎo)坑開挖 → ⑥右側(cè)上導(dǎo)坑施做初期支護(hù) → ⑦右側(cè)下導(dǎo)坑開挖 → ⑧右側(cè)下導(dǎo)坑施做初期支護(hù) → ⑨臨時(shí)中壁拆除及仰拱襯砌施做 → ⑩拱墻二襯混凝土施工。

（3）施工注意事項(xiàng)

a.開挖施工前必須施工超前支護(hù)。開挖后，盡快施作噴射混凝土封閉巖面，初噴厚度不小于40mm，然后打設(shè)錨桿、掛鋼筋網(wǎng)、施作鋼架。當(dāng)圍巖較差時(shí)及時(shí)施作仰拱封閉成環(huán)。

b.由于圍巖自穩(wěn)性較差，為減少施工擾動，淺埋段采用以機(jī)械開挖為主，輔以人工開挖，開挖完成后立即進(jìn)行減少圍巖在開挖過程中暴露過久而發(fā)生崩塌。每個(gè)循環(huán)進(jìn)尺為0.6m。

c.導(dǎo)坑法施工過程中，導(dǎo)坑長度不宜大于15m，③步與⑤步之間的開挖掌子面應(yīng)間隔15m以上的間距。二次襯砌與掌子面的距離不宜大于60m。

d.中隔壁拆除應(yīng)在全斷面封閉成環(huán)后，各部位位移充分穩(wěn)定后，方可拆除。中隔壁拆除安全參數(shù)：拱頂下沉量：7d的增量小于2mm；凈空收斂值：7d的增量小于4mm（拱頂下沉的2倍）。

 

單側(cè)壁導(dǎo)坑法襯砌施工步序圖                       留核心土法襯砌施工步序圖

3.2深埋段采用環(huán)形開挖留核心土法

深埋段圍巖巖性主要為中－強(qiáng)風(fēng)化泥巖，局部呈強(qiáng)風(fēng)化碎裂狀，抗壓強(qiáng)度較低，屬于較軟巖，節(jié)理裂隙較發(fā)育，裂面多粗糙，呈微張～張開狀，結(jié)構(gòu)面較密集，圍巖破碎度較高，易發(fā)生掉塊現(xiàn)象。圍巖多呈鑲嵌破裂狀結(jié)構(gòu)，完整性一般，自穩(wěn)性較差；地下水輕微發(fā)育，局部潮濕。

深埋段圍巖巖性逐步轉(zhuǎn)好，機(jī)械開挖越發(fā)困難，采用單側(cè)壁導(dǎo)坑法效率較低，成本較高。為提高效率，降低成本，采用鉆爆法開挖。光面爆破有利于加快施工速度，但由于隧道深埋段圍巖巖性主要為中－強(qiáng)風(fēng)化泥巖，局部呈強(qiáng)風(fēng)化碎裂狀，抗壓強(qiáng)度較低，屬于較軟巖，對周邊眼爆破震動敏感，采用常規(guī)爆破對開挖輪廓周邊圍巖擾動過大，超挖量過高。

經(jīng)多次試驗(yàn)改良，最終確定采用改進(jìn)型弱爆破施工法。弱爆破采用光面爆破，為減少爆破振動對圍巖的破壞，爆破只采用掏槽眼及輔助眼，不設(shè)周邊眼。掏槽眼最先起爆，為圍巖增加臨空面；輔助眼爆破輪廓線內(nèi)圍巖，減少大塊，，利用內(nèi)部炮眼對周邊泥巖的震動破壞，人工、機(jī)械用風(fēng)鎬鑿出開挖輪廓的施工方法，控制隧道超挖。

施工注意事項(xiàng)：

a. 每道開挖工序施工前，必須先施作相應(yīng)部位的超前小導(dǎo)管支護(hù)。

b. 根據(jù)圍巖情況，延設(shè)計(jì)開挖輪廓線向內(nèi)30～50cm布置掏槽眼，本著“多打眼、少裝藥”的原則，合理設(shè)計(jì)起爆順序，增加毫秒延時(shí)雷管的數(shù)量，減少一次起爆藥量，控制質(zhì)點(diǎn)震動速度在2cm/s以內(nèi)。

c．深埋段圍巖為粉砂質(zhì)低液限黏土，開挖后圍巖風(fēng)干脫水或浸水，都將引起圍巖體積變化，產(chǎn)生脹縮效應(yīng)，危機(jī)施工安全。為防止開挖后圍巖暴漏面遇風(fēng)加速風(fēng)化，開挖后立即進(jìn)行噴射混凝土施工封閉巖面。

d. 重點(diǎn)增強(qiáng)拱部圍巖支護(hù)，減少拱部圍巖的擾動，盡快施作仰拱快速封閉成環(huán)。

   3.3監(jiān)控量測

根據(jù)圍巖地質(zhì)狀況制定科學(xué)合理監(jiān)控量測方案。

a.洞口端地表沉降點(diǎn)觀測設(shè)置2個(gè)斷面，間距10米；洞內(nèi)監(jiān)測點(diǎn)斷面間距為10米。

b.浸水軟泥巖段及流砂層段、或位移下沉量及速度較大時(shí)，適當(dāng)增加量測斷面及量測頻率。

c.在監(jiān)測過程中，若發(fā)現(xiàn)凈空位移量過大或收斂速度無穩(wěn)定趨勢時(shí)，對結(jié)構(gòu)應(yīng)采取補(bǔ)強(qiáng)措施：

1）增加噴射混凝土厚度，或加長加密錨桿，或加掛更密更粗的鋼筋網(wǎng)。

2）提前施作二次襯砌，要通過反分析校核二次襯砌強(qiáng)度。

3）提前施作仰拱。

d.若發(fā)現(xiàn)凈空位移收斂速度具有穩(wěn)定趨勢時(shí)，應(yīng)據(jù)此求出隧道結(jié)構(gòu)初期支護(hù)及二次襯砌

上的最終荷載，以便對結(jié)構(gòu)的安全度做出正確的判斷。

3.4技術(shù)控制要點(diǎn)

（1）每道開挖工序施工前，必須先施作相應(yīng)部位的超前小導(dǎo)管支護(hù)。

在開挖過程中，通過超前小導(dǎo)管的錨固力和小導(dǎo)管體良好的抗拉、抗剪性能，增大了巖層結(jié)構(gòu)面的摩擦，同時(shí)注漿漿液對周圍巖體的凝結(jié)硬化作用加強(qiáng)了圍巖自身的穩(wěn)定，從而有效地控制了層理間的滑動破壞，有效的減少圍巖變形量。

（2）開挖后立即噴射混凝土封閉巖面，防止巖面長時(shí)間暴漏，風(fēng)化嚴(yán)重。盡快施作仰拱，初期支護(hù)封閉成環(huán)，整體受力。

（3）施工過程中應(yīng)特別注意防排水。洞內(nèi)出露的地下水應(yīng)及時(shí)歸入溝、管、槽，并引排至洞內(nèi)排水溝。應(yīng)順坡施工排水，并設(shè)置防滲漏排水溝槽。嚴(yán)禁直接排放。反坡施工排水必須采用設(shè)備完好、系統(tǒng)完善的抽排水設(shè)施，嚴(yán)禁水滲流至開挖工作面。

（4）制定科學(xué)合理的監(jiān)控量測方案。由于膨脹土本身遇水膨脹、失水收縮的特性對施工安全極為不利，特別是地下水發(fā)育段、流砂層段圍巖特性極不穩(wěn)定，拱頂下沉及收斂位移較大，采取科學(xué)合理的監(jiān)控量測方案，為后續(xù)二次襯砌施工提供科學(xué)依據(jù)。

4、結(jié)束語

通過對公哇嶺隧道實(shí)際施工，針對粉砂質(zhì)泥巖開挖工藝研究，取得一定成果。

1.確保了開挖施工安全，提高了工作效率，增加了經(jīng)濟(jì)收入。

2. 隧道開挖初支最大變形量變形量得到有效控制，周邊位移最大值12.3mm，拱頂下沉最大值24.8mm；初支預(yù)留沉降量由最初的20cm，經(jīng)過一步步調(diào)整，最終固定為8cm。

參 考 文 獻(xiàn):

1 交通運(yùn)輸部發(fā)布.公路隧道施工技術(shù)規(guī)范。 上海: 人民交通出版社, 2009

2 《工程地質(zhì)手冊》編委會. 工程地質(zhì)手冊. 北京: 中國建筑工業(yè)出版社,2007

3 楊林德.公路施工手冊-隧道。上海: 人民交通出版社, 2011