龙头山双向八车道公路隧道施工技术

龙头山双向八车道公路隧道施工技术摘要：随着铁路和公路运输能力的大幅度增加，我国正大力兴建铁路、公路、城市地铁等隧道工程，隧道建设迅速跨入“大断面化”的时代。

龙头山隧道是目前国内最长的分离式双向八车道公路隧道，但我国特大断面公路隧道的工程实践并不多，可参考类似施工经验较少，也无规范可参照，如何选择合理的施工方法，优化施工组织，快速安全施工，成为整个隧道施工的关键，本文主要介绍了龙头山双洞八车道高速公路隧道施工关键技术问题，通过施工中对方案的优化和应把握的关键问题的阐述，为以后大断面公路隧道及类似工程施工提供参考。

关键词：特大断面公路隧道施工
1 工程概况
龙头山隧道是目前国内最长的第一座双洞分离式八车道公路隧道（净宽2x18m），隧道左线长1010m、右线长1002m。

隧道净宽18m，隧道开挖最大跨度为21.6m，最小为19.8m；隧道开挖高度介于10.5m～12.9m之间。

洞身左右线最大净距51m，出口最小净距20.8m。

隧道所处地貌单元属长期风化剥蚀丘陵地貌区，隧道范围内的主要地层为：坡残积土、全-强风化花岗岩、弱、微风化花岗岩，岩石风化裂隙发育一般。

ⅱ、ⅲ类围岩占隧道总体的30.20%，ⅳ、ⅴ类围岩占隧道总体的69.80%。

隧道地下水类主要有孔隙潜水和基岩裂隙水，主要受大气降水补给。

2 工程重难点
①超大断面隧道施工技术，无成熟的四车道隧道施工经验可借鉴。

②龙头山隧道出口段土层较厚、松散，地质条件差，洞口段全强风化花岗岩遇水易坍塌、洞体上部及左右两侧地表上也分布有许多大大小小的孤石、超浅埋（覆跨比<1），进洞施工难度大。

③在软弱围岩中，开挖跨径大（隧道最大开挖跨径为21.6m）、扁平率低，受力复杂，大偏压严重。

④左右线间距小，右线西侧距海军油库300m，施工干扰大，爆破控制要求高。

⑤ⅱ、ⅲ类围岩采用双侧壁导坑法开挖，ⅳ、ⅴ类围岩采用台阶法开挖，工序繁多，施工管理要求高。

3 隧道施工方案
由于该隧道出口洞口段围岩为坡积土及全—风化花岗岩，结构松散，稳定性差，且左、右线隧道净距仅为20.8m，为确保施工安全，ⅲ类围岩采用双侧壁导坑法施工（如图1）；ⅳ、ⅴ类围岩采用台阶法施工。

3.1 ⅱ类围岩施工方案
3.1.1 根据设计ii类围岩洞口浅埋段40米范围采用ф108长管棚加ф50超前小导管支护，仰拱布设系统锚杆，40米以外采用ф50双排注浆小导管支护。

隧道开挖初期支护采用间距75cm/榀的h200x200型钢架+500cm长、直径ф25mm中空注浆径向锚杆+喷射30cm厚钢纤维砼。

3.1.2 ⅱ类围岩开挖、支护如下
①先行单侧壁上台阶开挖，每次开挖循环进尺控制在75cm内，然后施作导坑初期支护和临时壁墙支撑，初期支护墙脚设锁脚锚杆，围岩变形较大时设临时仰拱（如图2）；由于洞口段围岩为坡积土及全—风化花岗岩，结构松散，稳定性差，施工中处于雨季，土质含水量大，小导管注浆浆液难以扩散，达不到设计效果，根据量测资料，上台阶底部每榀钢支撑设h200型钢横撑临时仰拱。

开挖20～30m停止上台阶开挖，开始下台阶开挖，同时开挖另一侧壁上台阶（左、右侧壁上导坑开挖间距△s≥2d，d为隧道跨径）。

下台阶开挖从外向内施工，每次开挖循环进尺不得超过150cm；循环进尺4.5m～5.m施做仰拱和仰拱回填。

单侧壁下台阶施工到上台阶里程后继续进行上台阶开挖，同时施工另一侧壁下台阶，施工时按以上步骤要求循环施工。

左右侧壁导坑前后间距控制在20～30m。

②下台阶开挖过程中h200型钢横撑临时仰拱的拆除是根据量测数据确定，为了加快施工进度和提高机械的使用率，一般在上下侧壁初期支护闭合成环后予以拆除临时仰拱。

双侧壁临时仰拱拆除后，由于核心土含水量大侧壁墙支撑变形较大，通过监测，及时增设对拉锚杆，采用ф25钢筋、长度6.5m、间距0.75m，左右两侧在临时壁墙支撑钢架上背[14槽钢，槽钢与钢架焊接牢固，以形成整体连接，对中部侧壁钢架进行锁定(如图3)。

图3 对拉锚杆施作
③在左右两侧导坑上下台阶闭合成环30—50m后，进行中部拱顶环行开挖，每次开挖循环进尺不得超过75cm，中间预留核心土，然后施做拱顶初期支护，中间其余部分台阶分部开挖时，每次开挖循环进尺不得超过150cm，然后施做仰拱初期支护。

④侧壁临时支护拆除视围岩变形情况决定，一般在施作主洞上弧形导坑初期支护后仰拱衬砌施工前拆除侧壁临时支撑，尔后及时进行仰拱和拱墙二次衬砌施工。

3.2 ⅲ类围岩施工方案
根据设计图纸，本隧道ⅲ类围岩施工方案与ⅱ类围岩施工方案基本相同，施工方案可参照ⅱ类围岩施工方案。

为了加快隧道施工进度提高机械使用率，在ⅲ类围岩核心土节理一般发育地段开挖1道汽车通道（如图4），以利于后步上导坑施工。

同时为加快核心土的施工进度，对ⅲ类围岩核心土开挖进行反挖，反挖循环进尺不得超过300cm，并及时施做初期支护。

图4 汽车横通道布设图
3.3 ⅳ、ⅴ类围岩施工方案
ⅳ、ⅴ类围岩按照设计图纸采用台阶分部开挖法施工。

上半断面先行中心导坑开挖（如图5），每次开挖循环进尺不得超过4m；然后施做拱顶初期支护；后行左右侧壁台阶开挖，左右侧壁交错进行，间距不得超过4m，然后施做拱部初期支护；下半断面开挖采用单侧落底，左右侧交错进行，间距不得超过4m。

先行中心导坑与后行左右侧壁台阶前后间距不得小于30m。

图5 ⅳ、ⅴ类围岩开挖布序图
4 双侧壁过渡中心导坑施工方案
龙头山隧道除洞口段围岩为坡积土及全—风化花岗岩，结构松散，稳定性差外，其余地段围岩较好，施工过程中比设计提前进入岩石，为了加快施工进度，提高机械使用率，在保证安全的前提下，由双侧壁过渡到中心导坑施工（如图6）。

图6 ⅳ、ⅴ类围岩中心导坑过渡开挖方案
首先在双侧壁过渡前应作好主、侧壁的初支施工，架立钢支撑、布设锚杆、挂钢筋网、喷射混凝土，然后开始逐步向隧道中心线扩大开挖，每循环进尺控制在1.0～1.5米范围，过渡长度10m。

在过渡施工中严格按设计作好超前支护，主洞超前支护采用单排注浆小导管，侧壁采用早强砂浆锚杆，初期支护紧跟开挖。

进入中导坑施工后，拱部一次性开挖到设计轮廓线，然后进行初支。

龙头山隧道由于较短，采用中导洞先行贯通，后进行两侧开挖，最后进行下部开挖施工。

5 小结
通过龙头山隧道的施工，存在以下问题值得我们反思，在今后的跨度超大隧道施工中要引以为戒。

5.1 双侧壁导坑法在导坑开挖中机械、人力、物力使用效率较低。

为此，对于土质ⅱ类围岩侧壁导洞台阶开挖长度的控制，应控制在30m左右，使机械设备发挥最佳效率，并且核心土的开挖与侧壁导洞间距控制在15m左右，二次衬砌紧跟。

5.2 对于ⅱ类土质围岩中，因岩土颗粒细，呈粉尘状，在注浆小导管、中空锚杆注浆等初支过程中，浆液不能有效扩充（如图7），导致围岩稳定性不能充分体现。

对此应严格控制其开挖进尺，防止围岩的严重变形甚至坍塌（本隧道在土质围岩开挖中开挖进尺控制在75mm范围内）。

图7 因注浆浆液无法扩充导致坍塌
5.3 由于图纸提供的地质柱状图中，未显示ⅱ类土质围岩夹有大量孤石。

在施工过程中，因孤石的存在，导致隧道开挖中，多次塌方（如图8）。

对此，为了防止坍塌，确保安全作业，在布设小导管孔和锚杆孔时，加强对围岩的探触及了解，后制定围岩开挖过程中的方案、措施及应急预案。

图8 因孤石存在导致的坍塌
5.4 由于ⅱ类土质围岩为全风化花岗岩，岩体颗粒间的剪应力小，发生坍塌为突发性。

对此，建议在ⅱ类土质围岩侧导初支中，无论图纸上有无要求，都要增设临时仰拱，达到防止因侧移或坍塌甚至安全事故的发生，避免成本浪费（如图9），龙头山隧道右线yk6+750段左上导施工期间，监控测量数据显示该处趋于稳定，但仍然导致主洞钢架发生侧移。

图9 钢架侧移
参考文献：
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