中交一公局桥隧工程有限公司湖南省长沙市410000
摘要：浅埋大跨度软弱围岩公路隧道工程施工，施工方案的选择直接影响到了施工速度、工程质量和工程成本。以下面隧道为例，阐述采用小导管预注浆超前支护、中隔壁法、长台阶法施工以及湿喷混凝土、防水板无钉铆挂、围岩监控量测等施工方法，解决施工难题，为以后类似隧道施工提供参考。
关键词：浅埋；大跨度；软弱围岩隧道；施工
1工程概况示例
某隧道工程位于分离式路基上。结构形式：曲线双洞单向隧道。隧道左线941m，右线885m，中心距离平均42m，隧道建筑限界：净宽×净高=13m×5m，洞口段为Ⅱ类围岩，最大开挖跨度17.95m，最大开挖高度13.9m。
该隧道穿越的地层岩性为侏罗系上统蓬莱镇组（J3P），主要由棕红色的泥质粉砂岩、粉砂岩、粉砂质泥岩组成。地层产状310～340°∠5～7°，在较软岩中，一般发育两组裂隙，呈“X”型，切割岩体呈块状镶嵌结构。软岩（粉砂质泥岩、泥岩）以风化裂隙为主，岩体呈碎块状镶嵌结构。岩层倾角平缓，开挖后拱部易顺层剥落、掉块小坍塌，侧壁有时失稳。地下水类型为基岩裂隙水，有渗水。雨季时，围岩裂隙渗水严重，局部呈小股状流水。
该隧道左、右线入口端46m，出口端54m为Ⅱ类围岩，埋深8.3m～33m。其余为Ⅲ类围岩，埋深69m～72m。隧道左、右线洞口均处于浅埋软弱围岩中，左、右线纵坡分别为-2.6%和-2.8%。
2施工方案的选择与确定
2.1方案的选择
隧道围岩软弱、跨度大，技术标准高，隧道洞口46m～54m为浅埋地段，地勘资料显示，隧道穿越岩层的倾角较平缓，开挖后侧壁相对稳定，水文地质条件简单。因此，选择和确定既能保证施工安全，又能为快速施工创造条件且相对施工成本较低的施工方案是本工程的重点和难点。
2.2方案的确定
⑴洞口段：结合现场情况和施工经验，通过比选，确定采用小导管预注浆超前支护预加固地层、中隔壁法开挖、锚、喷、网格栅钢架联合支护，并加强浅埋地段地表和洞内的监控量测及监控洞口围岩变形等综合措施。
⑵洞身段：采用长台阶法开挖及锚、喷、网、格栅钢架联合支护，加强地表及隧道洞内监控量测，监控洞内围岩变形。
3洞口段施工技术
3.1小导管预注浆超前支护施工
⑴小导管孔眼定位：隧道左、右线Ⅱ类围岩段采用小导管预注浆超前支护，小导管（壁厚3mm，每根长4m）用φ42热轧无缝钢管加工，在隧道拱部120°范围内按设计线开挖轮廓外侧10cm（预留沉降量）布置小导管（间距30cm，每循环45根），两循环小导管纵向搭接不小于1m，在第一循环开挖处喷射C20砼（约10cm厚）作止浆墙，后每循环开挖预留1m作止浆墙。
⑵钻孔：钻孔设备：YT-28钻机；孔外插角度：12°～15°；孔径：5mm。
⑶清孔、检孔：钻孔至设计深度后退出钻机，用高压水冲孔，验孔深、外插角、孔径是否满足要求。
⑷小导管安装：将检验合格的小导管按照方案要求安装。
⑸注浆材料：普通水泥—水玻璃浆液；配合比：水灰比为W：C=1：1，水泥水玻璃体积比为C：S=1：1～1：0.8，水玻璃浓度为35Be′。
⑹注浆：将导管装入，导管内用早强高强砂浆填塞（填塞长度≮30cm），使其与已喷射的砼形成统一整体。砂浆强度达标后，开始向孔内注浆，保证压力泵压力：0.6～0.8Mpa，持压15min后停止压浆。
⑺安装格栅支撑：将小导管尾端支撑置于钢架上。
3.2中隔壁法施工（CRD）
3.2.1中隔壁法施工特点
⑴能够有效控制地表沉降及围岩变形。
⑵中隔壁和临时仰拱的支撑作用，加上小导管预注浆超前支护、锚、喷、网格栅钢支撑共同受力，开挖采用的弱爆技术对围岩扰动小，使施工安全得到了保障。
⑶使用监控量测等信息化管理办法指导施工，使整个施工过程处于可控状态。
⑷采用分部开挖，其超前导坑可起到预报地质的作用。
3.2.2中隔壁法施工
图1施工简介如下：
⑴前小导管施工。
⑵开挖②部：尺寸（宽×高＝5m×4m），中壁弧度开挖，弧形导坑每掘进0.8m支护一次。初喷3cm砼→周边架立2榀格栅钢支撑（采用4φ25螺纹钢，间距80cm）→周边植入径向系统锚杆→中隔壁植入短锚杆→在钢架间安设两榀格栅及中壁挂20cm×20cmφ6.5mm钢筋网→复喷混凝土→覆盖格栅钢架及中壁（厚度25cm）→弱震爆破开挖仰拱→施工下部25cm厚临时仰拱。
⑶开挖④部：临时仰拱拆除→开挖0.8m→初喷3cm厚砼→施工周边系统锚杆、中壁短锚杆→安设周边下部格栅支撑→连接下部格栅与上部格栅→周边及中壁复喷25cm砼→施工下部25cm临时仰拱。
⑷开挖⑥部：拆除临时中壁，其余工序与开挖②部一致。
⑸开挖⑧部：拆除临时中壁，其余工序与开挖④部一致。
⑹开挖⑩部：为减少对洞内其它工序的施工干扰，采用弱震爆破法开挖左右半幅仰拱，个别欠挖部位用风镐修整。
⑺安装环向盲沟→安装纵向排水管→敷设防水层。
⑻采用衬砌台车（全液压）、混凝土汽车泵等设备，整体浇注二次衬砌墙拱。
4洞身段施工技术
4.1长台阶法施工。
隧道Ⅲ类围岩段采用长台阶法开挖，上台阶超前80m采用光面爆破开挖，利用挖掘机、装载机配合自御汽车运输出渣。
（图3）各部施工简介：
⑴开挖①部：按①部工艺尺寸（弧半径为8.22m，矢高为5.41m）开挖，上台阶掘进1m支护一次→初喷3cm砼→安装两榀拱部格栅钢架支撑（采用4φ25螺纹钢加工）→两榀格栅支撑间打入径向系统锚杆→挂钢筋网（规格：φ6.5；钢筋间距20cm×20cm）→喷射一层混凝土→覆盖25cm格栅支撑，欠挖部位用风镐循环掘进开挖。
⑵③部开挖拉中槽：断面尺寸：上口6.3m，下口4m，高4.5m；采用弱爆破，每1m循环一次开挖。
⑶④部开挖：采用跳槽单面马口法开挖，马口长度3m。开挖边墙→初喷3cm砼→安装下部格栅支撑→连接下部格栅与上部格栅→格栅间植入径向系统锚杆→挂钢筋网（规格：φ6.5；钢筋间距：20cm×20cm）→复喷25cm砼→覆盖格栅钢支撑。
⑷⑥部开挖：为了不影响洞内其它工序的作业，分两部分交叉施工，按每段10米立模灌注仰拱混凝土，后填充C10混凝土。
⑸安装环向盲沟→安装纵向排水管→敷设防水层。
⑹采用衬砌台车（全液压）、混凝土汽车泵等设备，整体浇注二次衬砌墙拱。
5施工技术要点
5.1开挖
开挖遵循“弱爆破、强支护、勤量测”的原则，分部开挖按工艺设计尺寸进行，局部欠挖用风镐整修，断面要求圆顺，各部开挖的纵向间距严格按图2、图4执行。
5.2初期支护
⑴格栅支撑：主筋4φ25螺纹钢筋，截面18cm×18cm，蹬筋φ10圆钢，安装前试拼、编号，保证加工制作精度，为了便于架设安装，单元划分要与开挖相适应。单元间用M20×60螺栓连接，格栅支撑间纵向连接采用φ25螺纹钢筋双面焊接，Ⅱ、Ⅲ类围岩地段环向间距分别为1.0m和1.2m。
⑵锚杆的设置：径向系统锚杆在Ⅱ类围岩地段，间距：纵×横=80cm×80cm，在Ⅲ类围岩地段，间距：纵×横=100cm×80cm，锚杆采用WTD25中空注浆锚杆（长度4m），梅花形布置。中壁短锚杆采用φ22螺纹钢（长度2m），间距：80cm×80cm梅花形布置。中壁法（图1）施工时，②、④部要施做锁脚锚杆，每侧2根，采用长4米的WTD25锚杆，以提高拱脚处围岩的承载力。采用长台阶法（图3）开挖掘进时，①部施工，要施做锁脚锚杆，采用WTD25锚杆（长度4m，每侧2根），保证开挖下部马口的安全和质量。
⑶挂网喷射混凝土：钢筋网采用φ6.5圆钢（钢筋间距：20cm×20cm），确认每部开挖尺寸符合要求后，为了防止个别岩块坍落和设置钢筋网及格栅钢架保护层，初喷3cm砼。焊接钢筋网与锚杆，后使其与初喷混凝土面贴紧密。复喷前将格栅支撑与初喷混凝土面间的空隙用同标号的混凝土块塞紧。从下至上分段分层喷混凝土至设计厚度，并将格栅支撑覆盖。
⑷湿喷C25砼，保证砼回弹率满足设计及规范要求。喷射混凝土材料：425#普通硅酸盐水泥（中砂细度模数2.5～3.0；级配碎石粒径5～10mm）。配合比：水泥：砂：石子：水=100：135：262：52，速凝剂掺量占水泥比量的4%。
5.3仰拱
仰拱施工：左、右幅分段交叉进行，浇注时保证横断面尺寸与设计尺寸一致。
5.4防水层敷设
防水层由CCR911防水板、长丝土工布缓冲层组成，根据内轮廓的初期支护设计尺寸提前定制防水板和土工布。
⑴下料与搭接：结合工程实际情况，定做防水板宽为4m，理论长度按初期支护内轮廓线计算，考虑到可能出现的围岩超挖，在防水板敷设时应留余量，在实际下料长度的基础上增加10%余量。防水板环向搭接用专用粘接胶水粘接，每环搭接长度为20cm。
⑵防水板背面间距按环向×纵向=1.1m×0.95m粘一块带绳子的小橡胶片，把长丝土工布绑贴在橡胶防水板外侧，混凝土喷层上按环向×纵向=1.0m×0.95m间距打膨胀螺丝并沿纵向拉5#铁丝作为防水板敷设向导。敷设时按从拱顶到两侧边墙的顺序把小橡胶片上的绳子绑在喷层上相应的膨胀螺丝或铁丝上，最后粘接20cm环向接缝。橡胶板环向长度（1.1m）比环向膨胀螺丝间距（1m）加长10%，避免二次浇筑混凝土时挤破防水板。
5.5墙拱二次衬砌
按设计和规范要求采用衬砌台车浇注混凝土，二次衬砌时对浅埋地段要衬砌紧跟；对非浅埋地段应在如下条件下施工：①各测试项目的位移速率明显收敛。②各项位移达预计总位移量的80%～90%。③周边位移速率小于0.1～0.2mm/d，或拱顶下沉速率小于0.1mm/d。
6监控量测
⑴现场监控量测按图5程序。
⑵量测项目管理基准值及实测结果列表。
⑶结论：总的规律是洞口段变形比洞身大，开挖后变形速率大，支护施工后得到了有效控制，各变形指标均满足控制指标，保证了隧道施工安全。
7总结
⑴确定浅埋、大跨度、软弱围岩隧道施工方案，需充分考虑工程的水文、地质条件，采取综合措施，尽量减少开挖对围岩的扰动，及时加强对隧道围岩的支护和监控量测，确保隧道洞身稳定。
⑵隧道洞口段施工开挖过程中，应尽可能缩短暴露围岩的跨度和断面，各分部开挖保持一定距离，便于平行作业，初期支护尽快封闭成环，尽早发挥初期支护作用。
⑶采用长台阶法开挖洞身，可配备同类机械，保证上、下部同时作业；机械数量不能满足要求时可交替作业；遇到短隧道时，可将上部断面全部挖通后，再挖下部断面，这样可改善下半断面施工作业条件。
⑷小导管预注浆作为一种软弱地质、大跨、浅埋地段隧道的超前支护技术，对加固地层，抑制围岩变形、加快施工速度、保证施工安全、提高经济效益等方面作用明显，是一种值得推广的成熟可靠技术。
⑸湿喷混凝土与干喷、潮喷相比，具有质量易于保证、粉尘少、喷射速度快、一次喷层厚度大等特点，是可以推广应用的技术。
⑹敷设防水层，采用无钉铆挂和沿环向均匀松铺技术，保证了防水层施工质量，避免了因喷层混凝土面凹凸不平，二次衬砌混凝土挤破防水板。
⑺施工中通过监控量测发现该隧道所采取的施工方案及技术措施是成功的。