兰锦荣

（中交三航（厦门）工程有限公司，福建 厦门 361006）

1 工程概况

寨头隧道属中隧道，设计为小净距隧道，靠近出洞口段部分设计为较小净距、超小净距隧道。左线里程ZK28+238~ZK28+797.6，全长559.6m，右线K28+205~K28+790，全长585m，隧道折合单洞总长1144.6m。寨头隧道设计采用标准分离式二车道设置，隧道最大开挖宽度约12.32m，开挖高度约10.14m，二次衬砌采用整体模筑混凝土结构，衬砌采用C30抗渗混凝土，其抗渗等级不低于S8；在V级围岩、IV级围岩较差区路段采用带仰拱二次衬砌结构，使衬砌结构封闭成环、增强二次衬砌整体性、提高抗侧压性能；洞内V级围岩区段及横通道的交叉口加强段采用钢筋混凝土结构，以有效提高衬砌抗弯、抗拉性能。二次衬砌施作的合理时间应根据施工监测数据确定，尽可能提高围岩与初期支护的承载能力。寨头隧道围岩长度及类别情况见表1。

表1 寨头隧道概况一览表

隧道洞身浅埋，穿越围岩为强-中风化晶屑熔结凝灰熔岩，中-微风化花岗斑岩，中-微风化熔结凝灰熔岩，强-中风化熔结凝灰熔。洞身开挖采用爆破开挖，开挖方法主要有上下台阶法、上下台阶弧形导坑法、单侧壁导坑法等，根据围岩等级适时调整。

该工程施工部署为小里程进洞口往大里程出洞口单向掘进施工，但右洞进洞口因征地拆迁严重滞后，业主未如期交地，提供原计划的施工界面条件。人员、机械、设备按原计划已进场到位，为避免窝工怠工，减少不必要的损失，经项目部研究决定左洞先行组织施工，做好围岩分级开挖、洞身初期支护、二次衬砌等施工工序，右洞根据征拆进展情况及时组织施工。该施工部署方案面临先行洞（左洞）二次衬砌混凝土工程先于后行洞（右洞）围岩爆破施工，后行洞（右洞）洞身爆破开挖产生的震动波对先行洞（左洞）二次衬砌混凝土结构安全及实体质量造成一定的影响。为将该影响消除或降至最低，通过采取一系列的技术措施予以控制。

2 隧道施工工艺流程

寨头隧道围岩开挖采用控制爆破施工方法，施工中严格遵守“管超前、严注浆、短开挖、强支护、勤量测、紧封闭”十八字方针，加强围岩与支护动态的观察、监测，以有效控制围岩变形；开挖后及时进行初期支护，以有效发挥支护体系的整体支承作用；二次衬砌原则上在围岩与初期支护变形基本稳定的前提下完成浇筑。隧道施工流程如图1所示。

图1 隧道施工流程图

各级围岩采用相应的开挖方法及施工方式如下：1）隧道洞口及明洞段采用明挖法施工，采用机械开挖方式。2）隧道洞内主要采用爆破开挖；对围岩较差区段等应尽量采用机械开挖以避免爆破震动对围岩造成破坏。3）隧道主洞Ⅴ级围岩段采用单侧壁导坑法开挖；开挖时要求左右洞错开施工，先行洞掌子面与后行洞掌子面间距不少于20m，并控制爆破最大临界震动速度小于5cm/s。隧洞开挖按架立1榀钢拱架为一循环进尺，初期边开挖边支护，二次衬砌应根据监控量测结果综合分析，适时施做，一般下台阶距掌子面不超过20m，在开挖左（右）侧导洞时，及时对隧道中间岩柱进行加固及支护，防止先行洞与后行洞之间产生影响。施工过程中应严格遵循“管超前、严注浆、短进尺、少扰动、强支护、快加固、早成环、勤量测”的原则，隧道主洞设计开挖预留变形量12cm，施工过程中应根据围岩监控量测结果及时调整预留变形量；施工中应根据监控量测结果，及时调整开挖方式和修正支护参数，确保安全。4）隧道主洞Ⅳ级围岩段采用上下台阶弧形导坑法开挖；开挖时要求左右洞错开施工，先行洞掌子面与后行洞掌子面间距不少于20m。隧洞开挖按架立1-2榀环钢拱架为一循环进尺，初期支护边开挖边支护，二次衬砌应根据监控量测结果综合分析，适时施做，一般距下台阶掌子面不超过20m，在开挖左（右）侧导洞时，及时对隧道中间岩柱进行加固及支护，防止先行洞与后行洞之间产生影响。

施工过程中应严格遵循“管超前、严注浆、短进尺、少扰动、强支护、快加固、早成环、勤量测”的原则，控制最大临界震动速度≤8cm/s，应防止后行洞开挖导致先行洞已作支护、二次衬砌开裂；隧道主洞设计开挖预留变形量8cm，施工过程中应根据围岩监控量测结果及时调整预留变形量，施工中应根据监控量测结果，及时调整开挖方式和修正支护参数，确保安全。5）隧道主洞III级围岩段采用上下台法开挖；开挖时要求左右洞错开施工，先行洞掌子面与后行洞掌子面间距不少于20m，以减少施工爆破对临近洞室的影响。隧道开挖按2m~3m一循环进尺，初期支护边开挖边支护，二次衬砌应根据监控量测结果综合分析，及时施作。施工过程中应严格遵循“短进尺、弱爆破、强支护、快封闭、勤量测”的原则，控制最大临界震动速度≤15cm/s。

根据监控量测结果确定边墙、拱部二次衬砌的浇注时机，一般情况下二次衬砌与掌子面间距Ⅴ级围岩段不宜大于60m，Ⅳ级围岩段不宜大于80m，Ⅲ级围岩段不宜大于100m。

3 先行洞（左洞）二次衬砌混凝土结构安全控制措施

3.1 后行洞（右洞）爆破药量及爆破参数控制措施

寨头隧道Ⅲ级围岩段占比最大，占隧道总长的62.2%，设计爆破药量也最大，因此对相邻洞及周边环境的震动影响也最大，因此以Ⅲ级围岩爆破开挖方法及参数的调整为例，以振动波监测检测数据复核爆破药量及参数。如按原施工组织及设计文件要求，Ⅲ级围岩设计开挖方法为上下二台阶法，每循环进尺为2m~3m。为减少单次爆破药量从而减小爆破振动影响，经研究决定，将Ⅲ级围岩开挖方法优化为上下三台阶开挖，每循环开挖进尺优化为1.5m~2m。

首先，在开挖顺序上进行调整，如图2所示，靠近中岩柱的下台阶3最后一步开挖，使爆破时有一定的临空面，减少地震波对中岩柱及先行洞（左洞）二次衬砌混凝土的传递作用。其次，上台阶开挖时设计爆破药量由151kg优化为100.8kg，下台阶开挖时设计爆破药量由67kg优化为44.7kg。通过减小每循环开挖进尺、爆破药量及参数调整，确保爆破产生的振动速度、振动频率传递至先行洞（左洞）二次衬砌混凝土时不超规范允许值。当振动参数接近或超过规范允许值时，应立即停止爆破作业，据实调整相关爆破参数，将爆破振动参数严格控制在安全允许值范围内。

图2 隧道爆破开挖方法示意图

3.2 先行洞（左洞）二次衬砌混凝土强度控制措施

寨头隧道二次衬砌混凝土设计强度为30MPa，为确保先行洞（左洞）二次衬砌混凝土强度在后行洞（右洞）爆破开挖时达到符合要求的强度，首先，优化二次衬砌混凝土配合比，适量掺加早强剂，提高早期强度；其次，洒水养护调整为喷涂养护剂养护，因洞内通风及气温等影响，洒水养护干扰因素较多，实施过程中养护效果波动较大，导致混凝土实时回弹强度离散性大，调整为喷涂养护剂养护后，混凝土实体强度质量稳定可靠；再次，加强二次衬砌混凝土实体强度检测，现场多留置同条件养护试件，收集二次衬砌混凝土7d同条件养护强度数据，二次衬砌混凝土待28d龄期后进行实体回弹强度检测，推算实际强度值。通过各种技术手段，对数据进行收集、对比、分析，确保先行洞（左洞）二次衬砌混凝土实时强度及龄期达到7d以上后满足后行洞（右洞）爆破施工要求。

对先行洞（左洞）二次衬砌混凝土7d同条件养护试件强度、28d龄期实体回弹强度进行检测，其中7d强度均大于20MPa，28d龄期实体回弹强度推算值均大于30MPa寨头隧道Ⅲ级围岩段二次衬砌混凝土强度数据见表2（截取部分数据）。

表2 先行洞（左洞）二次衬砌混凝土强度汇总表

3.3 中岩柱保护与加固控制措施

对中岩柱进行加强保护，严格按设计图纸及施工方案要求进行超前小导管注浆，严格控制超前小导管的长度、搭接长度、注浆孔间距、注浆压力、注浆量等参数，确保超前支护稳定可靠。

爆破开挖时严格控制爆破孔深、孔距、药量等参数，确保光面爆破效果，减少超挖欠挖现象，以此减少对中岩柱的二次扰动。

初期支护尽快封闭成环，同时增设低预应力锚杆，通过预应力锚杆的应力作用提高中岩柱进整体性及稳定性，使中岩柱与初期支护更紧密结合，共同抵抗围岩释放的应力。

因左右洞施工进度差距较大，出口段超小净距部分的对拉锚杆因工艺上要求同步施工，考虑左洞处于地表浅埋段，初期支护长期暴露且右洞进行爆破施工对左洞初期支护成型段落存在较大安全隐患。通过研究决定，该段对拉锚杆优化为低预应力锚杆，左洞低预应力锚杆组织施工后二次衬砌及早施作，预留混凝土强度增长的时间，确保后续二次衬砌混凝土强度满足右洞爆破的安全要求。中岩柱保护及加固到位可充分抵抗后行洞爆破产生震动对先行洞二次衬砌结构的破坏。

同时，加强中岩柱及后行洞（右洞）洞内周边位移及拱顶下沉监测，实时掌握中岩柱的稳定情况；拱顶测量是确认围岩的稳定性、判断支护效果、指导施工顺序、预防拱顶崩塌、保证施工质量和安全的最基本资料；周边位移能最直观地反映隧道围岩应力状态变化。根据围岩级别、开挖方法等确定量测断面间距，拱顶下沉和周边位移的量测频率，拱顶下沉量测断面间距、量测频率与周边位移量测相同且二者选同一断面。通过洞内监控量测数据，掌握中岩柱的稳定状况，指导施工。

3.4 监测检测控制措施

在后行洞（右洞）每循环爆破开挖时，组织监测单位对该爆破桩号相对应的先行洞（左洞）二次衬砌混凝土进行震动参数监测，及时收集振动速度及振动频率。寨头隧道Ⅲ级围岩段振动监测所得的数据见表3（截取部分数据）。

表3 振动速度与频率汇总表

对先行洞（左洞）二次衬砌混凝土强度进行跟踪检测。当后行洞（右洞）爆破时，对先行洞造成的振速及振动频率进行监测。结合爆破振动安全允许标准表（表4），为保守起见，套用表中第10类—新浇大体积混凝土（C20）中7d~28d龄期，结合实测振动频率均大于50Hz，现场实测振速均小于10cm/s，满足安全要求，对二次衬砌混凝土结构安全及质量不会造成影响。

表4 爆破振动安全允许标准

3.5 先行洞（左洞）二次衬砌混凝土裂缝检测措施

定期对先行洞（左洞）二次衬砌混凝土进行标记，在后行洞（右洞）爆破开挖前后对先行洞（左洞）二次衬砌混凝土表面及结构裂缝进行检测，该工程采用裂缝探测仪在先行洞拱墙上的标记区域进行扫测，通过爆破作业前后的扫测对比，二次衬砌混凝土未产生相关的裂缝，爆破产生的振动未对先行洞（左洞）二次衬砌混凝土结构造成影响。

4 实施效果评价

采用上述技术措施，结合工程现场实施效果，实测的各项数据及参数均符合规范及设计要求，后行洞（右洞）按设计的爆破参数施工不会对先行洞（左洞）二次衬砌混凝土结构安全及实体质量产生影响，安全可靠。

5 结语

该工程通过对寨头隧道后行洞爆破药量及参数控制、先行洞二次衬砌混凝土强度控制、中岩柱保护与加固控制、振动参数监测检测、先行洞二次衬砌混凝土裂缝检测等措施，成功解决了后行洞爆破开挖产生的震动波对先行洞二次衬砌结构安全及实体质量的影响，顺利解决了因进洞口征地拆迁严重滞后而未造成整体工期延误，节约了工程造价，取得了显著的社会效益和经济效益，对类似工程施工提供经验及借鉴。