广西钦州大跨度小净距矿山法隧道群设计_肖敏.pdf

摘要：广西钦州北部湾项目有 B1、B2、B3、B4 四条隧道，B2、B3 为双向八车行通道，B1、B4 为人非车道，相互净距仅4.55 m，为确保隧道施工期间整体安全，采取中夹岩加固、严格控制施工工序、加强超前支护和初期支护、根据监控量测结果调整二次衬砌施工时间，最终确保本项目隧道顺利施工。关键词：矿山法隧道群；大跨度；小净距中图分类号：U452.2文献标志码：B文章编号：1009-7716（2023）01-0260-04广西钦州大跨度小净距矿山法隧道群设计收稿日期：2022-03-16作者简介：肖敏（1987），男，硕士，工程师，从事岩土工程与地下结构设计研究工作。肖 敏（上海城市交通设计院有限公司，上海市 200120）DOI:10.16799/ki.csdqyfh.2023.01.0630引言矿山法隧道现有分离式、连拱、小净距隧道等结构形式，在场地条件允许情况优先选用分离式隧道，若净距不能满足分离式隧道而连拱隧道又过于复杂,采用小净距隧道的结构形式能更好地满足场地和施工便利性要求，但小净距隧道施工时应确保中夹岩稳定，需严格控制施工期间相互影响1。常规两洞小净距隧道根据公路隧道设计规范第一册土建工程2和 公路隧道设计细则3规定进行一系列加强设计，现已有大量工程经验。多条小净距隧道除保证隧道设计加强外，还应合理要求施工顺序，避免施工期间相互影响，类似工程案例较少，特别是大跨度隧道群项目。1隧道概况某工程项目位于广西钦州，共设计矿山法隧道四条。其中 B1 号隧道起讫里程 B1K0+000B1K0+2 66，长 266 m，B2 号隧道起讫里程 B2K0+028B2K0+230，长 202 m，B3 号隧道起讫里程 B3K0+028B3K0+234，长 206 m，B4 号隧道起讫里程 B4K0+028B4K0+237，长 209 m。B1 隧道洞口与 B2B4 洞口错幅约 60 m，为偏压隧道，一侧采用抗滑桩确保 B1 隧道稳定性。隧道两侧接道路，隧道间净距受制于中央分隔带及侧分带宽度、场地红线要求不能采用分离式隧道布置，中间双向八车道采用连拱隧道布置工程风险较大。综合考虑四条隧道平面布置如图 1 所示。该项目为 B1、B4 隧道为人非，建筑限界净宽6.25 m，横断面组成为 0.5 m 侧向宽度+3 m 非机动车道+0.25 m 分隔带+2.5 m 人行道，建筑限界净高2.5 m。隧道结构净宽 6.55 m，结构净高 5.525 m，隧道内轮廓为直墙曲拱形，拱部半径为 3.275 m（见图 2）。B2、B3 为双向八车道，建筑限界净宽 17.50 m，横断面组成为 0.75 m 检修道+0.75 m 侧向宽度+14.5 m 机动车道+0.75 m 侧向宽度+0.75 m 检修道，建筑限界净高 5 m。隧道结构净宽 18.121 m，结构净高 11.469 m，隧道内轮廓 R1 为 10 m，R2 为 5.5 m，R3 为 1.5 m，R4 为 20 m（见图 3）。URBAN ROADS BRIDGES&FLOOD CONTROL第 1 期（总第 285 期）2023 年 1 月图 1B1、B2、B3、B4 隧道平面布置图图 2B1、B4 隧道内轮廓横断面图（单位：mm）相关专业260图 3B2、B3 隧道内轮廓横断面图（单位：mm）B1、B4 隧道布置在两侧，为人非通道，B2、B3 双八通道布置在中央，中央分隔带及侧分带宽度均为9 m。B1B4 隧道横断面布置如图 4 所示。隧道设计标高离地面最大约 60 m，由于洞外红线及征地拆迁限制，四条隧道均采用小净距布置形式，B2、B3 中夹岩的厚度最小仅 4.479 m。B1、B2 和B3、B4 中夹岩的厚度最小仅 4.899 m。该项目设计重难点、规范要求及该项目采取措施如下：（1）B1 与 B2，B2 与 B3、B3 与 B4 隧道间净距较小，最小仅 4.479 m，中夹岩如何保持稳定。规范建议对中夹岩进行加固，该隧道采用对拉预应力锚杆方式进行加固。（2）四条隧道施工过程中如何控制后续隧道开挖对已建隧道影响。规范中仅有两条隧道相互施工影响控制规定。该项目为控制影响，按常规方式先行施工 B2、B3 隧道，待 B2、B3 二次结构施工完毕后，采用机械开挖方式施工 B1、B4 隧道。（3）B1 为偏压隧道，除按偏压隧道进行衬砌设计外，还应平衡隧道两侧岩土压力，确保隧道整体稳定。规范对于偏压隧道衬砌受力设计有详细要求，两侧不平衡力处理方式有反压、回填、挡墙、抗滑桩等建议，该项目采用抗滑桩进行处理。2工程水文地质2.1工程地质根据地勘钻孔取芯结果，隧道范围的地层主要为粘土层、强风化砂岩、中风化砂岩。黏土层：颜色为黄灰色，状态硬塑，局部含少量碎石，揭示层厚 2.57.1 m，平均厚度 3.76 m，属于土层。强风化岩层：主要岩性为砂岩，岩石较软，钻芯取样为较破碎到破碎，岩体裂隙发育较多，按照规范计算分级判断为级软石。中风化岩层：主要岩性为砂岩，岩石较硬，较完整，偶见裂隙，岩芯多呈长柱状，局部少量为短柱状，局部地段岩芯受轻敲后易断裂，断裂面较光滑。按照规范计算分级判断为级岩石且为次坚石。隧道洞口处于强风化岩，洞身由于隧道埋深较深，主要处于中风化岩层范围。2.2水文地质隧道范围山体经钻孔物探等手段发现地下水主要为孔隙水，由于地形不平缓，大气降水快速经山体排泄，且水量不大。根据渗透系数综合判断，隧道内粘性土和强风化砂岩为弱透水层，中风化砂岩为弱透水层。2隧道衬砌设计复合式喷锚衬砌支护参数可采用工程类比法或数值计算法确定，在施工过程中应结合现场监控量测资料进行设计。该隧道设计采用复合式衬砌形式。根据隧道断面尺寸、所处围岩级别，以及类似工程经验，初期支护以锚杆、喷射混凝土、钢拱架及钢筋网组成综合支护体系。B2、B3 隧道初期支护 300 mm 厚 C25 喷射钢纤维混凝土，预留变形量 150 mm，二次衬砌为800 mm 厚 C40 防水钢筋混凝土衬砌；B1、B4 隧道初期支护 180 mm 厚 C25 喷射混凝土，预留变形量50 mm，二次衬砌为 4 800 mm 厚 C40 防水钢筋混凝土衬砌。图 5 为隧道中夹岩处理剖面图。具体设计参数见表 1 所列。由于中夹岩宽度较窄，采用锚杆施工空间不能满足，因此采用对拉预应力锚杆措施，中夹岩柱对拉肖敏：广西钦州大跨度小净距矿山法隧道群设计图 4B1B4 隧道剖面布置图（单位：mm）图 5隧道中夹岩处理剖面图（单位：mm）2023 年第 1 期261锚杆采用 5.6 m 左右长 32 的螺纹钢筋，环向间距 1m，纵向间距 0.5 m，梅花形布置，施加预应力 80 kN，确保中夹岩稳定。B1 偏压隧道处理（见图 6）：隧道两侧偏压高度约近 21 m，采用抗滑桩+放坡方式，桩顶控制到隧道顶上约 3 m，桩顶以上采用两级 10.75 锚钉框架梁边坡。经计算采用直径 1.8 m 旋挖钻抗滑桩，桩间距 2.8 m，桩间采用 300 mm 混凝土模筑混凝土。3辅助施工措施3.1超前支护对于 B1、B2、B3、B4 隧道洞口段，由于隧道围岩条件较差，均采用超前管棚支护形式以确保围岩稳定性。对于 B2、B3 隧道洞身段级围岩地段，采用超前小导管预注浆的措施以保证结构安全（见图 7）。B2、B3 隧道超前小导管拟采用纵向间距 3.5 m 的直径42 mm 壁厚 4 mm 的热轧无缝钢管，长度为 5.0 m，纵向搭接长度大于 1 m，注浆材料采用双浆。B1、B4 隧道由于开挖断面小，不采用超前支护。3.2施工工法考虑到该隧道 B2、B3 隧道开挖断面大，施工中本着“化整为零”的原则。对于洞身级围岩段采用双侧壁法施工；由于 B2、B3 隧道施工风险大，施工过程中需严格按照新奥法动态化设计施工原则，根据监测量控结果及时反馈设计，同步调整开挖节奏，确保隧道整体安全可控。对于 B2、B3 隧道，由于两隧道净距仅 4.479 m，左、右主洞开挖掌子面错开间隔根据规范要求应不小于 40 m，同时施工中 B2、B3 隧道主洞开挖掌子面应确保不相互产生不利影响为前提。当根据监控量测的成果发现 B2、B3 隧道初期支护变形不收敛时，应立即进行补强、提前浇筑二次衬砌。B1、B4 隧道由于开挖断面较小，采用台阶法开挖方式。3.3施工顺序由于 B1B4 隧道间距过近，为减少相互影响，先行施工 B2、B3 大断面隧道，待 B2、B3 隧道二次衬砌结构施工完毕后，再行开挖 B1、B4 隧道。为减少影响，B1、B4 隧道需采用非爆破开挖技术。B1 隧道由于与 B2B4 隧道洞口错台，需设置抗滑桩确保 B1 隧道整体稳定。四条隧道具体施工工序如下：（1）开挖至 B1 隧道抗滑桩顶标高；（2）施工抗滑桩；（3）B2B4 隧道洞口外路基开挖；（4）先采用爆破开挖施工 B2、B3 隧道，两个隧道的施工工序要求见相关要求；（5）待 B2、B3隧道的二次衬砌施工完毕后方可考虑 B1、B4 隧道的施工；（6）B1、B4 隧道的开挖使用非爆破施工技术，由于该项目岩石为软岩，采用机械开挖方式，以避免对已建 B2、B3 隧道主体结构的影响。3.4施工监控量测、超前地质预报根据 B1B4 隧道地质特点和结构形式，矿山法隧道监控量测必须按规范要求进行。同时，由于该项目有四条小净距隧道，除了对先行施工 B2、B3 隧道进行常规监测外，在 B1、B4 隧道施工时应加强对已肖敏：广西钦州大跨度小净距矿山法隧道群设计表 1隧道复合式衬砌支护参数表（级围岩）隧道初期支护预留变形量二次衬砌C25 喷射混凝土钢筋网锚杆钢拱架C40 钢筋混凝土B2、B330 cm（含仰拱）喷射钢纤维D25 中空，L=5.0 m0.5 m1 m，中夹岩对拉预应力锚杆HK200b0.5 m15 cm80 cm（含仰拱）B1、B418 cm8，单层20 cm20 cmD25 中空，L=3 m1.2 m1.2 m，中夹岩对拉预应力锚杆I121.2 m5 cm40 cm（含仰拱）图 6B1 偏压隧道抗滑桩处理断面图（单位：mm）图 7B2、B3 隧道超前小导管处理措施图示（单位：mm）2023 年第 1 期262肖敏：广西钦州大跨度小净距矿山法隧道群设计完成二衬施工的 B2、B3 隧道位移监测（见图 8、图 9）。根据监测数据，B2 隧道拱顶沉降最大为 1.6 mm，且日变化量小于 0.2 mm/d。B3 隧道拱顶最大沉降为1.4 mm（见表 2、表 3）。位移总值小于 1/3 位移设计值（预留变形量）且日变化量小于 0.2 mm/d。因此 B2、B3 隧道在隧道施工期间拱顶沉降稳定。在 B1B4 隧道掌子面开挖前，应采用超前地质预报方式对隧道前方围岩状况进行探测，预报B1B4 隧道前方围岩地质情况。如探测成果显示可能存在不良地质，应采取地质雷达进一步验证。必要时，B1B4 隧道需布置超前探孔以准确定位不良地质的范围及规模，便于提前处治。施工前应有不良地质应急预案。该工程在施工过程中，超前地质预报未发现不良地质。3.5施工中遇到问题及处理措施由于设计采用对拉预应力锚杆进行中夹岩加固，待 B2 先行隧道开挖完毕后打入对拉锚杆，后行隧道 B3 爆破开挖时锚杆破坏较严重，张拉质量难以保证。后经各方讨论决定对 B3 隧道拉锚杆范围采用机械缓慢开挖方式，确保对拉锚杆施工质量。4结论此大跨度小净距矿山法隧道群已于 2018 年开工建设，2021 年 11 月建成，施工过程中监测变形数据均满足规范，B2、B3 隧道在整体隧道施工过程中稳定，整体结构安全。图 10 为隧道现场实景。因此对于多条小净距大跨度隧道，施工过程中先行施工中间隧道，控制左右洞开挖间距，确保中夹岩稳定。待 B2、B3 隧道二次衬砌施工完毕后采用非爆破开挖技术施工 B1、B4 隧道，减少隧道群之间相互影响。此工程为以后此类隧道设计施工积累了宝贵工程经验。参考文献：1 夏明耀，曾进伦.地下工程设计施工手册M.北京:中国建筑工业出版社，1997.2 JTG 3370.12018，公路隧道设计规范第一册