大跨隧道洞口浅埋段工法转换

大跨隧道洞口浅埋段工法转换的探索研究摘要：本文以马鞍山、井沟岭两座三车道大跨隧道洞口浅埋段的施工为工程背景，系统地阐述了在超前大管棚预支护下，采用双侧壁导坑法进洞，因相关条件而转换为单侧壁、台阶法等施工的过程。分析比较双侧壁导坑法、单侧壁导坑法、台阶法优缺点,总结灵活采用台阶法、单侧壁导坑法、双侧壁导坑法成功穿越洞口超浅埋段的成功经验。结果表明：工程造价略有节省，隧道的施工进度则有较大的提高。

关键词：大跨隧道；浅埋段；超前支护；施工工法；转换；

一、工程概况

马鞍山、井沟岭两座隧道是青兰高速邯涉段的控制性工程，其中马鞍山隧道全长超过4300m，井沟岭隧道全长超过3000m，均为标准分离式三车道隧道。隧道建筑限界宽度14m,高度为5m，洞口段（v级加强）开挖宽度16.81m，开挖高度11.75m。隧址区地震动反应谱特征周期为0. 35~0. 40s,地震动峰值加速度为0. 10~0. 15g,对应抗震设防烈度为ⅶ度。

二、工程地质条件

马鞍山隧道出口段上部为第四系山前冲洪积亚粘土及碎石组成，下部为强风化页岩，洞口围岩稳定性较差，埋设较浅，属于软弱围岩大跨隧道浅埋段。井沟岭隧道进口洞口段为第四系山前冲洪积亚粘土及碎石组成，亚粘土呈硬塑性～坚硬状，碎石成分为石灰岩，含量60～70%，土质不均，上部具湿陷性。洞口围岩稳定性差，

埋设浅，属于典型的软弱围岩大跨隧道浅埋段。

三、进洞方案

大跨浅埋软弱围岩隧道施工，安全进洞犹为重要，稍有不慎可能会造成塌方、冒顶等灾害。此段施工时迫近冬季寒冷天气,如11月份不能顺利进洞,面临着冬季被迫停工的局面。根据洞口土石方开挖所暴露出的围岩情况，均采用双侧壁导坑法进洞。

1、超前支护

超前支护采用40mφ108大管棚。热轧无缝钢管外径108mm，内径8mm，采用15cm丝扣连接，管内设钢筋笼。注浆采用水泥浆+水玻璃双液浆，二者体积之比为1：0.05，水泥浆水灰比1：1，水玻璃浓度：35be，模数为2.4，注浆压力为初压0.5～1mpa，终压为2.0mpa。注浆完毕后再灌注m30的砂浆增强强度。套拱采用2m长、80cm厚的c25混凝土拱。套拱骨架为4榀间距0.5m的i20b钢架，钢架外侧焊接φ127的无缝钢管作为导向管，外插角1～2゜。

2、洞身支护

系统锚杆为r25中空注浆锚杆，长4m，间距75cm×75 cm；i20b 工字钢拱架，间距50cm/榀；φ8钢筋网，网格尺寸20 cm×20 cm；喷射混凝土厚度26cm；二衬65cm c25钢筋混凝土。

3、临时支护

喷射混凝土c2018cm；φ22砂浆锚杆，间距100cmx75cm，l=2m，φ6.5钢筋网，网格尺寸为20cmx20cm；i16工字钢拱架，间距50cm/榀。

四、洞口施工方法的转换

采用双侧壁导坑法施工，开挖工作面狭小，开挖与支护不能平行作业，循环进尺频繁，初期支护与临时支护干扰较大，严重制约施工进度。综合多种因素，从技术角度考虑，在确保安全、质量的前提下，先后对四个洞口的施工方法进行了优化。

1、马鞍山隧道出口左线工法的转换

1.1、调整双侧壁正常施工顺序

马鞍山隧道出口左线（进洞里程zk157+685）采用双侧壁导坑法进洞，左线i部完成开挖支护15m，iii部完成开挖支护28m，掌子面里程zk157+657。虽然掌子面为v级围岩，但围岩风化强度随进深减弱，地下水不发育。监控量测显示沉降量小，围岩稳定性较好，且有40m的超前管棚保护，因此对双侧壁导坑法进行调整：暂停ii部、iv部开挖与支护，先将i部施工至zk157+657，再进行ｖ部开挖与支护，最后进行ii部、ⅳ部、ⅵ部的开挖支护。减弱vi部临时支护，进一步增强v部的支护，可在确保安全的前提下加快施工进度（下图所示）。

v部增强以下两项支护：

（1）、增加超前砂浆锚杆支护，其参数为：φ25、环向间距40cm，纵向排距2m,l=4.0m,搭接长度2.0m。

（2）、增加i20b钢架固定砂浆锚杆，其参数为:φ25长4m、环向间距1m、纵向间距0.5m的砂浆锚杆来固定v部拱部钢拱架。

采取的工程措施：加强监控量测，根据量测信息来确定中隔墙

临时支护拆除的时间和数量；为确保安全，采用间隔拆除的方法，同时把预留的钢拱架采用φ22的钢筋重新连接成整体受力结构，v 部喷射砼达到设计强度再拆除其余临时钢拱架。

1.2、双侧壁导坑法转换三台阶法施工

施工至zk157+657里程后，掌子面围岩情况明显变好，断面上部7～8m为灰质页岩，下部为灰岩，近水平层理，整体性较好。监控量测结果表明，开挖支护后围岩变形较小，整体较为稳定，遂进一步调整双侧壁为三台阶法施工，取消临时支护（如下图）。

采用三台阶法的关键是控制拱顶水平岩层的稳定性。对超前大管棚下与开挖轮廓线上的不稳定的三角体，采用超前小导管注浆来加固，使之与管棚支护形成整体受力，以利前方围岩稳定。同时开挖爆破坚持多打眼、少装药、弱爆破，以降低对围岩的扰动。初期支护的参数增强如下：

（1）、钢拱架增设砂浆定位锚杆：φ25、@200cm、l=3米，每榀二环；

（2）、增设超前小导管：φ42@40cm，纵向排距2m,l=3m，搭接长度1m；

（3）、喷砼:厚度由26cm增为30cm。

施工工序调整如下：

开挖ⅰ—支护1; 开挖ⅱ; 开挖ⅲ—支护3; 开挖ⅳ—支护4; 开挖ⅴ; 开挖ⅵ—支护6; 开挖ⅶ—支护7;施作仰拱ⅷ；铺设防水板ⅸ；二衬ⅹ。在二、三台阶中增加ⅱ、ⅴ是为了对ⅲ、ⅳ、ⅵ、

ⅶ开挖增加临空面，以减少对周边围岩的扰动，加强围岩的稳定性。

通过12m的施工验证，由双侧壁转换为三台阶法是成功的，围岩稳定，支护可行。但钢拱架的连接钢板与水平基岩面不垂直，拱脚处理困难，受力效果较差，同时台阶高度较低，不利于机械施工，只能采用短台阶，工序较多，进度较为缓慢。

1.3、三台阶变更为台阶法施工

施工至zk157+620里程，掌子面围岩为厚层页岩及灰岩，地下水不发育，围岩等级为iv级。采用上下台阶法施工，将上台阶底部开挖到起拱线位置，同时适当增强超前支护与初期支护：（1）、格栅钢锁脚定位锚杆：每榀增加6根φ22、l=3.5米砂浆锚杆，对称布置；

（2）、超前支护：φ25砂浆锚杆间距由40cm变更为30cm，纵向排距由3m变更为2m,l=4m，每环62根，保证开挖搭接长度1m。

台阶法施工爆破断面增大，岩体较坚硬，加之开挖面纵向离山顶危石越来越近，使爆破难度成倍增加。故而加强对山顶危石进行专业化监控，进一步优化前期的爆破设计参数，采用多打眼、少装药，循环进尺严格控制在2m之内。

通过以上技术措施，顺利的通过了该洞口段的施工，安全、质量可控。纵观此隧道的各种工序的转换，其优点为：根据围岩条件优化了施工方法，取消临时支护，节约了部分投资，加强了初期支护，确保隧道安全，适当的提高了施工进度，为后续施工提供便利条件。但工序的多次转换，对现场管理、技术水平、操作工人都有