务川至正安高速公路分离式隧道开挖施工关键技术

2014-12-26林兴

交通运输研究 2014年13期

林兴

（贵州路桥集团有限公司，贵州贵阳550000）

0 引言

贵州省务川至正安高速公路第3 施工段（WZTJ3）穿越务川、正安两县。起点桩号为K60+600.000，与第二施工段终点桩号为K60+600.000相接。起点位于务川境涪洋镇的柏香林，路线向西设分离式跨省道S303 后，在前进村设涪洋互通，隧道下穿陈家湾后沿鱼田溪北岸布线进入洪渡河及芙蓉江的分水岭，此后连设隧道经过平地园、河坝、山虎庙、蹬岭岗。本施工段终点位于蹬岭岗隧道中间。终点桩号为K75+270.00，与第4 施工段起点桩号K75+270.000 相接，全长14.67km。

1 工程地形、气象及地质条件

项目位于贵州中部黔北山地高原，芙蓉江、洪渡河流域的正安县、务川县境内，项目区属武陵山脉西南部，山脉大致走向呈南北向，山势雄伟、陡峭、险峻，水系为乌江水系，芙蓉江、洪渡河以河坝为分水岭。务川段为赵家河、涪洋河，正安段为马河、芙蓉江，全线水系发育，地表水较丰富。

项目所在区域夏无酷暑，冬无严寒，气候宜人，四季分明，气候温和，阳光充足，雨量充沛，无霜期长，属典型的中亚热带季风湿润气候。全年平均气温在13～17℃之间，无霜期达287d，全年最冷月（1 月）平均气温5℃左右，最热月（7 月）平均气温23℃左右。年降雨量900～1 500mm，一般5 月至7 月和10 月雨量较多。相对湿度为38.7mb，平均干燥度0.7，全年日照时数为1 115.4h，年均降雨量1 180mm，气候特点是热量丰富、雨量充沛、水热同季。

根据区内地下水富存的地层岩性、含水介质特征和地下水动力条件，可将地下水划分为碳酸盐岩岩溶水、基岩裂隙水、松散岩类空隙水三类。其中，碳酸盐岩溶水可根据岩性组合和地下水类型，分为两个含水岩组类型：盐酸盐岩溶溶洞水及孔隙水次之，水质为HCO3-Ca.Mg 型。区内地下水总体矿化度少于0.1g/L，总矿化度一般为4.2德国度，pH值为6～7.2，属低矿化度弱酸～中性软水。沿线穿越地层年代较多，岩性和地形也较复杂。存在的不良地段类型和段落也较多，以桥隧形势穿越或线位避让，主要形式为软土路基、崩塌堆积体、压覆矿产。

2 隧道Ⅳ级围岩开挖施工技术及方法

工程5 座隧道均为分离式隧道，隧道穿越Ⅴ、Ⅳ、Ⅲ级围岩，工程地质和水文地质条件复杂，根据围岩级别和洞室埋深条件拟定相应的支护参数，施工时根据实际情况采取处置措施。

隧道Ⅳ级围岩采用上下台阶法开挖。施工时，先开挖上半断面，待开挖到一定长度后再同时开挖下半断面，形成上、下断面同时并进的施工方法。

2.1 施工方法

上台阶开挖采用多功能作业台架风钻钻眼，楔型掏槽；下台阶采用风钻钻眼；围岩周边采取光面爆破。上台阶用挖掘机翻渣，下台阶用装载机装渣，自卸汽车运渣。形成挖→装→运作业线。施工中合理调整工序，实行“钻爆、装渣、运输”机械化一条龙作业。开挖进尺上下台阶一般3m左右，台阶长度4m左右，隧道开挖后及时施作初期支护，下半断面开挖后初期支护需尽快完成，尽早闭合，仰拱紧跟。正台阶开挖示意图见图1，工艺流程见图2。

图2 正台阶开挖工艺流程

2.2 爆破设计

爆破器材选用2号岩石乳化炸药、导爆索、塑料导爆管非电起爆系统。毫秒微差有序起爆。上台阶周边眼采用Φ25mm 小直径药卷与导爆索组合装药结构，光面爆破，其他炮眼采用Φ32mm 药卷，连续装药；下台阶周边眼采用Φ25mm 药卷，预裂爆破，其他炮眼采用Φ32mm 药卷，连续装药，每循环进尺3.0m。药量分配与主要经济技术指标见表1。

表1 Ⅳ级围岩段台阶法开挖周边眼光面爆破参数表

台阶法爆破设计，如表2所示。Ⅳ级围岩上台阶炮眼布置如图3所示。

表2 Ⅳ级围岩上台阶钻爆参数表（进尺2.5m）

表2（续）

图3 Ⅳ级围岩上台阶炮眼布置图（单位：cm）

Ⅳ级围岩下台阶装药参数如表3所示。

表3 Ⅳ级围岩下台阶装药参数表

3 施工方法及施工顺序

隧道采用环形开挖预留核心土法施工，施工中先按环形顺序开挖上断面，而后作初期支护。然后开挖上断面核心土IV，下断面V、VI采用跳槽开挖，开挖后及时施作相应的初期支护。之后，全断面开挖完成后及时施作仰拱及架设仰拱型钢支撑并及时施作仰拱混凝土、填充混凝土，及早封闭成环然后整体模筑二次衬砌。

施工过程中应加强监控测量，根据测量信息指导隧道施工，若围岩级别与设计不符，应立即调整施工方案。

3.1 隧道的初期支护施工

隧道锚杆设计类型有Φ25 中空注浆锚杆。注浆锚杆打设后立即进行注浆，注浆材料采用纯水泥浆，水灰比为0.35～0.45，注浆压力为0.3～0.5MPa 之间，设计中可根据实际情况调整优化注浆压力以取得最佳注浆效果。

3.1.1 施工方法

（1）画眼：开挖断面检查合格后，按设计要求在岩面上画出锚杆孔位。

（2）钻孔：采用人工手持风钻造孔。钻孔技术要求：开口偏差小于5cm；方向偏差小于2%；孔深比锚杆插入部分长3～5cm。

（3）将锚杆慢慢顶入距孔底3～5cm处。杆体插入后，及时将孔口用水泥砂浆或其他堵塞物堵塞严密，并设置排气孔。

（4）锚杆注浆：注浆材料采用纯水泥浆，水灰比为0.35～0.45，注浆压力为0.3～0.5MPa，可根据实际情况调整优化注浆压力以取得最佳注浆效果。注浆时应使浆液慢慢注入，当排气孔有浆液流出时，关闭排气孔，稳压注入3～5min 后停止注浆。

（5）承压垫板及螺帽安装，注浆完毕止浆后在锚杆尾部加上垫板、螺帽，不紧固。注浆24h后，对螺帽进行紧固。

3.1.2 施工技术措施

（1）开挖后，立即检查围岩面和初喷混凝土，及时施作锚杆。

（2）锚杆原材料规格、长度、直径符合设计要求，锚杆杆体不能有油污或其他不符合规范要求的缺陷。锚杆孔位、孔深及布置形式符合设计要求，注浆浆液配合比严格按设计要求施作，确保其强度达到设计要求。

（3）锚杆钻孔严格按设计要求定出孔口位置，孔位偏差不大于50mm，钻孔与岩面垂直，钻孔深度及直径与杆体相匹配。

（4）锚杆杆体插入锚杆孔时，保持位置居中，杆体露出的长度不应大于喷层厚度，锚杆垫板与孔口混凝土密贴，随时检查锚杆头的变形情况。

锚杆长度、入孔深度及尾部外露长度必须符合有关规范要求，锚杆安设前必须除油、除锈、调直，锚杆成孔及安放应尽可能垂直岩面，锚杆的锚固力不得小于设计和规范规定的抗拔力，并按规定进行锚杆抗拔力试验。

钢筋须经试验检验合格，使用前除锈，在洞外分片制作，安装时搭接长度不小于10cm。人工铺设，必要时利用风钻气腿顶撑，以便贴近岩面，与锚杆和钢架绑扎连接（或点焊焊接）牢固。钢筋网和钢架绑扎时，应绑在靠近岩面一侧，受力较好。喷混凝土时，减小喷头至受喷面距离和风压，以减少钢筋网振动，降低回弹。钢筋网喷混凝土保护层厚度不小于2cm。