四车道大跨度公路隧道施工工法

四车道大跨度公路隧道施工工法

GGG(中企)D1139--2009

中铁二十一局集团有限公司

马建军卫永毅陈向军陈德国刘涛

1．前言

深圳市雅宝隧道是国内第一座分离式双向八车道、矢跨比最小（0.4185～0.4146）的公路隧道，隧道穿越Ⅱ、Ⅲ类围岩段153.5m，原设计采用双侧壁导坑法施工，设计工期9个月。雅宝隧道设计推荐的开挖施工方法是双侧壁法，但该工法工序复杂，对围岩扰动的次数多，施工速度慢，无法进行大型机械化施工，工期长，造价大。中铁二十一局集团针对四车道公路隧道施工进行了科技攻关，在Ⅱ、Ⅲ类围岩段采用台阶法施工，形成了“四车道大跨度公路隧道施工技术”科技成果，于2008年5月通过了甘肃省科技成果鉴定，达到国内领先水平，并获得了2008年度中国铁道建筑总公司科技成果三等奖。该项技术经进一步完善总结形成本工法。

2．工法特点

2.1隧道作业空间大，工序可平行作业，施工干扰小，便于大型机械化联合施工，施工速度快。

2.2Ⅱ类（Ⅴ级）软弱围岩段采用I20b工字钢进行竖向临时支撑，施工安全、简便，同时材料可周转使用。

3．适用范围

本工法适用于Ⅱ类（Ⅴ级）及以下围岩条件下四车道公路、铁路隧道等地下结构工程施工。4．工艺原理

施工充分利用新奥法施工原理，应用岩体力学理论，以维护和利用围岩的自承能力为基点，以监控量测为手段，通过对工程地质资料的详细分析，在Ⅱ、Ⅲ类（Ⅴ级、Ⅳ级）围岩段采用分部台阶法工艺施工，辅助措施采用型钢竖向支撑加固，重点通过对围岩和支护的监控量测结果来指导隧道工程施工，确保施工安全。

5．施工工艺流程及操作要点

5.1施工工艺流程

施工准备→洞口浅埋段施工→进洞上台阶开挖、支护→监控量测→下台阶交错开挖、支护→仰拱开挖、支护→衬砌结构防排水施工→明洞及衬砌钢筋混凝土施工。

5.2操作要点

5.2.1洞口浅埋段施工

1、完善洞口施工防排水系统。

施工前做好地表情况调查，完善施工范围内地表防排水系统，特别是对顶部及两侧的冲沟进行疏导引流，减少地表水对隧道周边岩体的侵蚀。

2、洞口边、仰坡防护

洞口端一般存在浅埋、堆积、偏压等不良地质，施工前进行清理、锚喷网防护、管棚超前支护。

3、洞口浅埋段施工

在洞口Ⅲ类围岩段进洞施工时采用ф50×5mm小导管超前支护；在土质或全、强风化的Ⅱ类围岩段进洞施工时采用ф127×8mm大管棚超前支护，管棚内安装钢筋笼，增加管棚刚度。

4、施工套拱及进洞施工。

施工套拱作用是预防洞顶落石，确保进洞安全，套拱施工长度2m。在套拱的防护下进行隧道洞身开挖施工。

5.2.2洞身开挖及支护

隧道洞身采用台阶法开挖进洞，首先通过超前地质预报进行掌子面前方岩体的施工性能进行判别，及时调整实施超前支护方案。因为开挖断面宽度大，对施工安全监测要求高。

1、超前地质预报

根据超前地质预报起作用的时间和控制隧道的长度，分为长远期、中近期和临近期。在施工期间必须熟悉和掌握前期地质工作的成果，包括地质报告、试验数据、地质剖面图等，采用多种方法综合判断验证。如在隧道围岩变化较大、出现异常或地质情况不是很明确的地段施工超前地质钻孔取样，钻深10～30m，以探明围岩变化，使工程措施紧跟地质变化；在临近开挖面前一两个循环内的地质情况，采用超前炮孔（每一断面5～10个）工程地质综合分析法，推测前方3～5m范围内的地质情况，简单有效，不需另外增加投入，费时短。大跨度隧道超前地质预报的内容主要考虑有：1）对照勘测阶段的地质资料，预报地质条件的变化情况对施工的影响程度。

2）可能出现塌方、滑动影响时，预报其部位、形式、规模以及发展趋势，提出处理措施。

3）隧道穿越不稳定地层、断层时，需采取应急措施的预报。

4）预报可能存在的突然涌水地点、涌水量大小、地下水中泥沙含量以及对施工的影响。

5）岩体突然开裂或原有裂缝逐渐加宽时，预报其危害程度。

6）在洞口可能出现的滑坡、坠石情况的预报。

7）隧道浅埋段地面出现下沉或裂缝时，预报其对隧道稳定性和施工的影响程度。

8）根据围岩地质特性，推断开挖施工面前方一定范围内的地质特征，进行地质预报，防范不良地质或产生地质突变。

9）在隧道开挖后根据隧道围岩状况填写围岩地质记录，并对围岩岩性、岩体结构和完整程度进行判定，推测施工面前方围岩稳定性。

2、超前支护

开挖放样后，利用钢架进行超前导管定向。沿开挖轮廓线外缘进行超前导管支护，导管的尾部与钢架焊接牢固。采用注浆机进行导管超前预注浆固结。

3、洞身上台阶开挖

根据测量放样，在对隧道周边围岩超前加固后，进行隧道上台阶开挖。上台阶开挖高度控制在7m左右，一是便于工人支护施工操作，二是便于大型机械化出碴作业施工。Ⅳ类围岩段循环进尺控制在2.5～3.5m，Ⅲ类围岩段开挖循环进尺控制在1.5～2.0m，Ⅱ类围岩段采用弱爆破与挖掘机相结合的开挖方式开挖（浅埋段必要时预留核心土），人工风镐修整开挖轮廓面，循环进尺控制在0.5～1.2m。机械钻孔，光面爆破。为减小爆破对围岩的振动，使周边眼爆破时有较好的临空面，掏槽眼、辅助掏槽眼、底眼、辅助周边眼、周边眼导爆管采用跳段或加大雷管段别的方法，即采用1段5段9段13段17段或2段6段10段14段18段的布设方式。开挖后及时进行型钢架、超前导管、锚杆、钢筋网、喷射混凝土等联合支护。

4、洞身下台阶开挖

当上台阶开挖超前30m并且支护稳定以后，再进行下台阶开挖施工。下台阶开挖长度根据围岩类别Ⅲ类控制在3～5m之间，Ⅱ类控制在2～3m之间；开挖宽度根据施工调整一般取7～10m。在Ⅱ类围岩段下导开挖时上台阶支护底脚边墙处预留宽度不小于1m；进行超前支护后采用挖掘机配合人工修整至设计位置，要避免单侧5榀以上钢架同时悬空，钢架及时接至底脚，施工锚杆、钢筋网，及时进行喷射混凝土支护。下导坑左右交错开挖施工长度可根据施工情况具体调整，一般可控制在15～20m之间。

5、隧道支护

隧道初期支护是由中空锚杆、钢筋网片、型钢架和喷射混凝土支护等联合组成的一种受力结构。在洞口加强段辅助ф127×8mm大管棚超前支护、ф50×5mm管棚超前支护以加强围岩受力，确保隧道洞室开挖稳定。在隧道断面开挖后，及时进行通风、排危和断面超欠挖检查处理。围岩支护参数见表5.2.2-1～4，工艺流程图见图5.2.2-1。

表5.2.2-1 Ⅳ类围岩支护参数