成王庄隧道施工技术浅议万俊峰(中铁隧道集团二处， 北京东燕郊 101601)摘 要 文章就山西境内祁临高速公路成王庄土质隧道浅埋、富水地质段的施工方法、 相关工艺及技术措施作了介绍。本隧道施工中辅以量测作为监控手段，对整个 施工过程进行动态管理。作者还就该隧道施工中存在的不足以及需要进一步完 善的地方提出了自己的意见和建议。关键词 土质隧道 施工方法 技术措施1 工程概况11 地理位置成王庄隧道位于山西省境内，地处太岳山脉东麓，西临汾河峡谷，地跨灵石、霍州两县， 是国道主干线山西境内祁县一临汾段上的一座全土质隧道。12 地理、地质条件隧址位置属中低山区剥蚀地貌，山峦起伏，沟壑纵横，冲蚀切割强烈，地形破碎。隧道 横穿东西向梁峁，进出口端地形陡峭，多有坍塌或崩塌现象。隧道出口段是第四系坡残积土，由二叠系砂岩、泥岩的风化产物及亚粘土组成，呈碎石 夹土状，土体结构松散，围岩稳定性差；隧道洞身段是以亚粘土夹钙质结构及卵石透镜体为 主的晚第三系上新统静乐组土体，结构呈层状分布，卵石呈不连续透镜体状分布，粘性土呈 硬塑一坚硬状，围岩呈压密结构，稳定性差，且地下水丰富，呈流线状；隧底局部为泥岩夹 砂岩互层带，呈强一弱风化状，节理裂隙发育，呈碎石、碎块状，有小规模断层横穿隧道。隧道地下水主要为孑L隙水和基岩裂隙水，水量受大气降水控制。13 结构形式成王庄隧道为左右分幅式单向双车道直线隧道，左洞长720m。右洞长470m,左右线 间距45m，路线纵坡左右线分别为19%o、28%o,路面横坡为2%；受陡峭地势限制，进出 口端均设明洞；洞身部分按新奥法原理设计，为三心曲墙式复合式衬砌，初期支护由有压注 浆锚杆、钢筋网、工字型钢拱架支撑、喷混凝土组成，并根据围岩埋置深度分别辅以89 大管棚及50小管棚作为超前支护手段；二次衬砌采用C25模筑钢筋混凝土；在初期支护 与二次模筑间铺设复合式橡塑防水板，结合间隔设置的软式透水管，作为联合防排水措施。隧道进出口均采用翼墙式洞门。14 支护参数设计隧道采用工程类比法设计，结合构造要求，根据洞室埋深条件和围岩类别，制定相应的 支护方案，其设计支护参数见表 1。2 施工方法21 开挖方法比选成王庄隧道为全土质隧道，开挖断面大(10mX12 m)，地质条件差，选用正台阶分部开 挖法：将隧道划分为上中下三层，中下层分左右侧。开挖施工过程中首先采用了正台阶法，台阶长度超前中层30 m，其优点在于可增加作 业面，由于上下层工作面距离远，出现较大变形后支护结构无法及时封闭形成受力环，需增 加其它辅助措施控制变形，这样既增加投入，又对上半断面施工进度产生较大于扰，且受作表 1 支护参数围岩类别 工程项目II类围岩浅埋段II类围岩普通段超前支护89长管棚注浆，环向间距30 cm,L=20m,外插角 a=2050小导管注浆，环向间距30 cm，L=4m，外插角 a=6初期支护锚杆25有压注浆锚杆，L=4m,间距80 cm X 80 cm025有压注浆锚杆，L=3.5m，间距 80 cm X 80cm钢筋网06. 5,间距 20 cmX20 cm06. 5，间距20 cmX20 cm型钢支撑工20a型钢拱架，纵向间距75cm工20a型钢拱架，纵向间距80cm仰拱H20格栅钢架，纵向间距75 cmH20格栅钢架，纵向间距80cm喷混凝土喷20混凝土，厚30cm喷20混凝土，厚25 cm一次 衬砌拱部边墙25#钢筋混凝土，厚50cm25#钢筋混凝土，厚45 cm仰拱25#钢筋混凝土，厚50cm25#钢筋混凝土，厚45 cm填充10#片石混凝土业面空间限制，无法充分发挥机械作业的优势，施工进度无法进一步提高。 为解决长台阶在施工过程中暴露的不足，改而采用微台阶施工法。 施工中步步为营、稳扎稳打，严格遵循“管超前、预注浆、短进尺、强支护、快封闭、 勤量测”的 18字方针。上半断面以人工手持风镐开挖弧形导坑进洞，手推车运输；预留的 核心土体及中下层大量岩土由挖掘机或装载机开挖，自卸汽车配合出碴，人工进行侧墙、仰 拱的支护施工。能否提供满足机械作业条件的空间、以充分利用机械作业、提高其效率、加 快开挖施工进度，成为制约隧道施工进度的关键因素。因此，在制定施工方案时，对分步开 挖的断面尺寸进行优化，选择合理结构断面，最大限度地满足机械作业的空间要求。施工中 通过对配套机械的合理组合，将上半断面的开挖高度控制在4. 55. 0m之间，以便于小型 机械作业；中下层及时跟进，将台阶长度控制在较理想状态，对支护结构及时封闭。22 开挖施工步骤（图 1、图 2）开挖施工步骤1 超前支扩大管棚（拱部） ，小导管（ 边墙）钻孔2 人工风镐开挖弧形导坑，拱部型钢、锚喷支护3 挖掘机开挖核心土，自卸汽车运输IV施作临时仰拱（型钢骨架、钢筋连接、喷20卟昆凝土），形成封闭环5 中层左半侧人工配合挖掘机开挖，钢支撑接腿、锚网喷支护6 中层右半侧人工配合挖掘机开挖，钢支撑接腿、锚网喷支护7 人工配合挖掘机开挖仰拱、格栅钢架、钢筋网、喷掘凝土封闭1 拱部超前支护小管棚钻孔、安装、注浆施工2 人工风镐开挖弧形导坑，拱部钢支撑、锚喷支护3 挖掘机开挖核心土，自卸汽车运输4 中层左半侧人工配合挖掘机开挖，钢支撑接腿、锚网喷支护5 中层右半侧人工配合挖掘机开挖，钢支撑接腿、锚网喷支护6 人工配合挖掘机开挖左半侧仰拱，格栅钢架、连接钢筋、网喷混凝上封闭7 人工配合挖掘机开挖右半侧仰拱，格栅钢架、连接钢筋、网喷混凝上封闭图2 II类围岩普通段开挖分部示意（单位：m）3 施工保障措施31 超前防护（1）长管棚施工参数 （见表 1）（2）长管棚施工误差要求径向不大于20 cm，隧道纵向同一断面内接头数量不大于50%，相邻钢管的接头至少错 开 1 m。（3）施工方法 套拱及平台施工 洞口边仰坡清挖、喷锚防护至拱顶时，进行环状开挖，预留核心土。核心土平台长 5m 左右，可为管棚施工提供作业空间。然后安设20a型工字钢制作的导向架（4榀），用导向管 定位，确保其角度方向与设计一致，与型钢拱架焊接成整体，浇筑 20#混凝土。在核心土上 搭建施工平台，安装钻机（钻机平台由上向下、由两边至中间，根据孔位依次搭建），要求钻 机平台搭建牢固，利于安装固定钻机，防止施钻时产生不均匀下沉、摆动、位移、倾斜，从 而影响钻孔质量。 钻孔 架立钻机时采用罗盘、经纬仪、挂线相结合的办法，确保钻杆轴线与开孔角度一致。钻 机距工作面距离不大于2m。采用2台钻机同时作业，由两侧向中间，互不干扰，加快进度。 为克服钻具自重所产生的下垂，钻孔要与导向管保持一致。钻孔采用 MK5 钻机，操作平台采用钢构件搭设，铺设木板：由于本工程的地质条件为 亚粘土，钻孔时采用大风量高压风干式钻孔，钻孔直径受导向管内径限制，为方便管棚下管， 采用大一号的钻头钻进。开孔时，要低速低压，等成孔几米后再加速加压。为防粘土堵塞钻 机风孔，加大高压风清孔频率，切忌高压水清洗。钻孔至10m左右时，采用经纬仪测斜法进行成孔方向检查及校正：先抽出钻杆钻头，然 后将专用的光源插入管内，送到测定位置，使用安装在钻机上的方向十字丝，通过两个十字 丝重合后看光源来测定其偏差量。为加快测定速度、提高效率，也可采用经纬仪测定，其方 法是用经纬仪从孔口直接看光源，根据光源在孔内位置及孔径大小判断偏斜情况。 扫孔用 108岩芯管扫孔，其目的是为顺孔及清碴的需要，要求岩芯管长2. 5 m左右。 安装管棚钢管钢管采用丝扣连接，丝扣长15 cm,为使钢管接头错开，编号为奇数孔的第一节管采用 3m长钢管，编号为偶数孔的第一节采用6m长钢管。钢管采用钻机顶进，单号孔顶进花管， 双号孔顶进实管。如遇故障，需重新清孔后再行插入钢管。 注浆根据注浆具体要求，采用以下两种施工方案：a. 单液注浆单液浆以水泥为主，添加5的水玻璃（重量比）。如单液注浆效果好，能达到固结围岩 的目的，则可在本隧道内推广使用；如可灌性差，需改用水泥水玻璃双液注浆。b . 双液注浆水泥浆与水玻璃体积比为1： 0. 5，水泥浆水灰比为1： 1：水玻璃浓度为35波美度； 控制注浆压力：初压为0. 51. OMPa,终压为2. OMPa；采用成一孔注一孔的注浆方法， 单号孔先注单液浆（水玻璃），再注砂浆，双号孔注砂浆。 注浆标准注浆一般按单管达到设计量作为注浆结束标准，当注浆压力达到设计终压不少于 20 分 钟进浆量，但仍达不到设计注浆量时，也可提前结束注浆：在注浆作业中应认真做好记录， 随时分析和改进作业。 施工组织为进行长管棚施工，在现场设立施工组，下设成孔、注浆、维修三个小组：各组人员组 成及分工为：施工组负责施工生产组织和技术管理；成孔组负责施工钻机成孔及钢管安装； 注浆组负责管棚注浆并协助下管，机修组负责机械维修及其他辅助加工：（4）超前小导管压注水泥水玻璃双液浆，定量控制压注浆液量，注浆过程中做好止浆 工作。由于本隧道部分地段中层以下为 4m 厚的富水砂砾层，自稳能力极差，施工时沿已施工 的管棚下边缘增设 50小管棚至大跨，环向间距30cm，管棚单排长度400 cm，纵向叠加长 度为 150 cm。每排管棚施工完毕后，对暴露面喷混凝土封闭，喷层厚10cm，然后进行注浆作业，以 压注水泥一水玻璃双液浆为首选，注浆压力控制在0. 40. 8 MPa范围内，保证浆液充分 扩散，并得以对松散砂砾层及时固结，达到防坍目的。（5）开挖时，由于土质松散，自稳能力差，掌子面常产生垮坍，掘进前需打设纵向锚 杆或钢管，支撑掌于面，以达到稳定作业面的目的。3.2井点降水成王庄隧道右洞下半断面开挖后，在上半断面以下 1. 5 m 至隧道开挖底板范围出露含 水砂砾层，厚度大于4 m,且地下水位高出隧道开挖底板2. 6m,每小时渗水量超过了 3ms, 对隧道中下部的施工影响严重，决定实施井点降水（图 3）。自洞口外起，沿隧道中线纵向间隔20m设置深孔降水点，孔径以满足抽水设备作业为标 准 300为宜），孔底低于相应断面处仰拱底2 m,不间断地抽水；同时在上牛断面处，随 开挖沿隧道纵向铺设排水管路（管径视水量大小而定，以Q 50管为宜），将水抽至洞外，经 排水沟排出施工场地；同时于中心降水点两侧靠近支护结构边缘处各设一水位观测孔，观察 评估降水效果，若不能满足降水要求，则适当增加降水孔位，以达到降水目的，取得良好的 降水效果。3.3 临时仰拱的设置 临时仰拱与初期支护钢架间采用螺栓连接，在加工钢拱架时，在相应位置焊接连接板。 施工时均应采用双面焊接，并应特别注意与临时仰拱相接处连接板的设置，以方便施工。临时仰拱的设置可使上半断面支护结构尽快形成一个封闭的受力环，其技术参数为：I 20a 型钢骨架，其弯制弧度要考虑洞室高跨比对结构稳定产生的影响，纵向间距与初期支护 一致（75 cm）；中22钢筋纵向连接，搭接长20cm；环向间距100mm，满铺6. 5钢筋网， 网格间距15 cmX 15 cm；喷20#混凝土，厚30 cm。施作长度以监控数据为依据，视变形结 构范围大小而定，并随下半断面开挖进展而拆除。34 拱脚加固处理（图 3）（2）于上牛断面支护结构每榀钢架每侧拱脚附近加设Q 50径向锁脚锚管2根，锚管长 度为4m,锁脚锚管必须用砂浆灌注密实，以增强其刚度。（3）增设大拱脚，增加上端面支撑面积：3.5 其他初期支护钢拱架采用 20 a 型工字钢冷弯制作，连