1 工程概况

　　安岚高速公路AL-C07合同段何家寨隧道属特长隧道，隧道左线长4 183m，右线长4 153m，是全线控制性工程。隧道最大埋深495.7m，采用分离式设计，设计车速为100km/h，由于场地条件限制，只能分进出口4个作业面对向施工。隧道地质中绿泥石片岩段落长2 115m，占隧道总长的25.37%。

　　2 绿泥石片岩段施工方案

　　2.1 台阶法+临时仰拱

　　何家寨隧道围岩含绿泥石片岩、炭质片岩、钙质片岩段，共长2 522m，占隧道总长的29.77%，其中采用台阶法+临时仰拱施工段落长为2 115m，占隧道总长的25.37%，施工开挖如图1所示。

　　1)该方法适用于绿泥石片岩、炭质片岩、钙质片岩衬砌，图中未显示锚杆。隧道开挖必须在超前支护完成后进行(采用42小导管)。

　　2)施工中应遵循“管超前，严注浆，短进尺，勤量测，早封闭”的原则。

　　

　　图1 台阶法+临时仰拱开挖  

　　 

　　3)施工主要步骤:(1)开挖导坑上半断面;(2)上导拱部初期支护Ⅰ;(3)临时仰拱初期支护Ⅱ;(4)左右交错开挖下台阶2,3;(5)下台阶边墙和仰拱初期支护Ⅲ;(6)仰拱二次衬砌Ⅳ;(7)拱部及边墙二次衬砌Ⅴ。

　　4)施工开挖采用台阶法，开挖1榀支护1榀钢拱架，初期支护紧跟开挖面;为了控制变形，临时仰拱要及时跟进，待后期变形稳定后再拆除，如图2所示。

　　

　　图2 台阶法+临时仰拱开挖步序  

　　 

　　施工注意事项如下。

　　1)待上台阶初期支护基本稳定后，才能进行下台阶开挖。

　　2)要认真加固锁脚、施作锁脚锚杆，若拱脚处围岩破碎时，可采取必要措施，如:注浆加固、增加锁脚锚杆、扩大拱脚、增加垫板等，确保钢拱架的稳定。

　　3)上台阶开挖完成后施作临时仰拱。

　　4)当地下水量较大时，先喷射混凝土封闭开挖面，然后打孔、插PVC管引排，超前注浆采用水泥-水玻璃双浆液，注浆应间隔跳孔灌注，注浆结束后待凝固期间，上台阶应暂停开挖。

　　5)二次衬砌的施作应满足下列要求:当水平收敛<0.15mm/d或拱顶位移速率<0.1mm/d，施作二次衬砌前的收敛量已达总收敛量的80%以上。

　　6)在初期支护稳定的条件下，清除锚杆及钢筋露头，采用砂浆包裹使其表面平整圆顺，然后铺设防水板，最后全断面模筑C30混凝土，并注意有关预埋件的放置。

　　2.2 环形开挖预留核心土法

　　将原设计的台阶法+临时仰拱开挖支护施工工艺优化调整为环形开挖预留核心土法进行隧道的掘进施工(见图3)，以预留核心土的方式给掌子面施加一个反推力，保证了掌子面围岩的整体稳定性，同时取代临时仰拱施工方法，该方案加快了施工进度，为下导、仰拱及二衬施工提供工作面，施工过程大大减少拱架安装和拆除的工作量，降低工程造价，降低施工安全风险及难度，缩短工期。

　　

　　图3 预留核心土开挖施工  

　　 

　　1)施工主要步骤:(1)开挖导坑上半断面1;(2)上导坑拱部初期支护Ⅰ;(3)开挖上台阶核心土2;(4)左右交错开挖下台阶3,4;(5)下台阶边墙和仰拱初期支护II;(6)仰拱二次衬砌Ⅲ;(7)拱部及边墙二次衬砌Ⅳ。

　　2)施工开挖采用环形开挖预留核心土法，开挖一榀支护一榀钢拱架，初期支护紧跟开挖面，如图4所示。

　　

　　图4 预留核心土开挖施工步序  

　　 

　　3 施工方案比选

　　1)穿越隧道绿泥石片岩段，采用环形开挖预留核心土的施工方案，使掌子面开挖完成后应力得到充分释放的同时不宜产生掉块、坍塌等现象，保证掌子面围岩的整体稳定性，同时取消了临时仰拱支护，加快了施工进度，施工过程大大减少拱架安装和拆除的工作量，可节约临时支护钢材约1 022.83t，喷射混凝土约5 499m³，支护施工人员可减少3人，节约工程造价约902万元，降低施工安全风险及难度，缩短了施工工期。

　　2)超前支护施工采用42mm×4mm注浆小导管，注浆压力0.5～1.0MPa，水泥浆水灰比为1∶1，通过水泥浆液的扩散，固结绿泥石片岩等结构较为松散的岩体，使围岩形成一个稳定的整体，从而提高围岩的自稳能力，经过监控量测测得的数据分析显示，支护后沉降和收敛变形明显变小，围岩变形基本在预留变形量的范围之内，围岩变形整体可控，根据此情况决定以环形开挖预留核心土的方式进行施工，完成占隧道总长25.37%的绿泥石片岩段落，同时及时完成初期支护，保证隧道施工安全和结构稳定。

　　3)在施工穿越隧道绿泥石片岩段，经过现场超前地质预报和监控量测实时跟进和监测结果反馈，该段围岩沉降变形量未大于图纸设计预留变形量，且观测变形量较小，根据施工经验和查阅相关资料，确定采用环形开挖预留核心土穿越隧道绿泥石片岩段，以最大程度减少施工干扰，加快施工速度，降低施工成本，提高施工效率，降低安全风险。

　　4 方案实施过程

　　该绿泥石片岩段采用环形开挖预留核心土的方式掘进，施工中严格遵循“管超前、严注浆、短进尺、弱爆破、少扰动、勤量测、早成环”的原则，采用控制爆破和机械配合的方式对该段落开挖，并及时进行初期支护，然后开挖核心土和下断面，下断面开挖分左右幅分幅开挖，并及时闭合成环，做好监控量测和临时排水，及时跟进二衬施工，保证安全步距满足要求。

　　4.1 施工准备

　　1)向洞内引入的导线点、水准点，必须保证其精确度，测量人员测量放样完成后应向现场技术员进行交桩作业，同时桩位设置醒目标志避免施工中损毁。

　　2)制定施工监控量测方案及沉降观测计划，做好监控量测点位布置及数据的统计整理和分析，为施工提供数据支撑。

　　3)按照设计或规范要求做好超前地质预报和地质描述工作，动态跟踪掌子面围岩情况，指导现场施工。

　　4.2 超前支护

　　采用超前小导管作为超前支护体系，超前小导管采用长度为4.5m的42mm×4mm无缝钢管，管口端0.5m范围内不开孔，管尾端制成锥形，其余部分按15cm间距交错设置注浆孔，孔径8mm。

　　小导管按照设计要求仰角约呈12°环向布设，环向间距为40cm，小导管搭接长度≥100cm。小导管注浆压力宜控制在0.5～1.0MPa，注浆水灰比1∶1，当注浆压力达到设计终压时(1.0MPa)，继续注浆10min以上。

　　注浆完成后通过对注浆记录资料、开挖情况等对注浆质量进行检查和评价，对不合格部位补钻孔注浆，还可以调整注浆水灰比、注浆时间等。

　　4.3 开挖

　　1)拱部环形开挖主要采用挖掘机并以小炮配合辅助开挖。开挖循环进尺按照2榀拱架间距进行控制。核心土顶面距离开挖拱顶高度宜控制在2～2.5m，核心土的大小宜按照环形开挖断面积的35%～50%控制，方便台车和施工人员操作。开挖应结合监控量测数据留有足够的变形量。

　　2)核心土开挖要根据掌子面围岩情况进行适当调整，既保证掌子面的稳定，又要增大环形开挖工作面。

　　3)下导洞两侧边墙交错开挖，错开距离宜为3～5m;单侧一次开挖进尺≤1.5m，宜按照3榀钢支撑间距控制。

　　4)仰拱采用全幅开挖，利用栈桥保持通行。仰拱开挖后及时清除虚碴和积水，仰拱钢支撑与边墙钢支撑尽早闭合成环，形成受力结构体系。

　　4.4 初期支护

　　1)开挖完成后采用小型湿喷机初喷4～5cm厚混凝土，用于找平、封闭岩面，防止围岩应力集中及松弛变形，方便汇集掌子面及两侧拱墙渗水并进行引排处理。待锚杆、拱架结构施工完成后进行复喷，喷射混凝土从下到上分层喷射，直至喷到设计厚度。

　　2)锚杆施工时，应与开挖面保持垂直，当岩层主要结构面或岩层层面明显时，尽可能与其成大角度相交，锚固剂填塞饱满，锚杆插入长度应不小于设计长度的95%，锚垫板与岩面紧贴，锚杆施工完成后在强度达到之前不得在上面悬挂重物。

　　3)钢筋网片按照设计要求采用网片排焊机加工成型，网片挂设时搭接长度≥30d，且不小于一个网格长度。网片沿初喷面敷设，与锚杆牢固连接。

　　4)拱架安装拱架采用冷弯机集中加工，机械运输至施工现场进行拼装，拱架每单元节段应标记清楚那个部位使用，拱架接头用高强螺栓连接固定，骑缝焊焊接饱满。纵向连接钢筋的间距、焊接质量严格按照方案和设计及规范要求进行，以保证初支的整体性。拱架的倾斜度及安装偏差满足规范要求。拱架拱脚应落在坚硬的岩石上，若拱脚存在虚碴、松软土体，则需要下垫混凝土垫块或钢板，保证拱架稳固。

　　5)锁脚锚杆(管)施工锁脚打设角度严格按照设计图纸和规范要求施作，采用L筋与拱架焊接，形成整体受力结构。注浆采用水泥-水玻璃双液浆，锁脚锚杆(管)的作用是防止拱墙脚初期支护受到围岩变形影响后下沉及内移，施工中应加强锁脚锚杆的施工质量。

　　6)仰拱初支仰拱开挖完成后及时清底并施作仰拱初支，仰拱钢拱架与边墙拱架采用钢板焊接连接。拱架连接筋环相间距参照设计规范要求。

　　4.5 仰拱及仰拱回填施工

　　仰拱初支完成后，绑扎仰拱钢筋，进行仰拱混凝土浇筑。仰拱钢筋绑扎过程中相邻主筋搭接位置应错开≥1m，同一受力钢筋的两处搭接距离不应小于1.5m，钢筋间距采用角钢定位卡具控制，保证仰拱混凝土整体施工质量。仰拱和回填混凝土施工过程中严格按照设计配合比控制，加强振捣和收面。

　　4.6 监控量测

　　主要施工监测项目如表1所示。

　　  

　　表1 监控量测项目 

　　 

　　 

　　

　　表1 监控量测项目

　　5 效益分析

　　5.1 经济效益分析

　　5.1.1 人员材料

　　根据施工方案对比分析，具体经济效益如表2,3所示。

　　  

　　表2 人员配置对比 

　　 

　　 

　　

　　表2 人员配置对比

　　通过上表分析，采用环形开挖预留核心土在人工方面节省4.77万元，材料方面节省902.41万元。

　　5.1.2 进度

　　1)机械施工作业灵活，工序简单，相比临时仰拱的安装、拆除，工序作业时间缩短。

　　  

　　表3 台阶法+临时仰拱材料配置 

　　 

　　 

　　

　　表3 台阶法+临时仰拱材料配置

　　2)边开挖边排险，节约了爆破开挖排险的时间。

　　3)超挖较小，初支喷射混凝土作业时间大大缩短，加快了施工进度。

　　4)临时排水沟距离拱脚1m之外随挖随排，施工简单快速，而临时仰拱需要在跨越已施作的临时仰拱段的拱脚处埋设排水管进行引流。

　　5)节约了安装、拆除临时仰拱的作业时间。

　　6)节约了临时仰拱喷射混凝土的时间。

　　5.2 社会效益分析

　　通过穿越隧道绿泥石片岩段施工方案的对比优化，为类似隧道工程施工提供了参考依据，对隧道施工质量和安全控制有重要意义，其次通过现场研究过程为该类地质施工培养了技术管理人才，总结了施工经验和技术控制要点。

　　该施工方案可推广应用于类似地质情况的公路隧道施工中，可提高施工效率、节约工程造价、降低安全风险，具有良好的社会效益。

　　6 结语

　　在此类地质条件下采用环形开挖预留核心土施工方法，施工过程未发生质量安全事故，实现了工程的顺利实施，经济和社会效益明显，为类似地质条件下的隧道工程施工提供了参考依据。