0 引言

　　隧道贯通是开挖施工的一个重要节点，标志着施工环境、条件的改变和施工风险的降低，但洞身贯通过程中由于附近围岩约束状态的改变，会导致贯通面附近初期支护结构产生应力重分布。如贯通方案选择不当，可能引起贯通面附近围岩垮塌和初支变形等事故。因此隧道贯通一般宜选择在围岩相对较好的地段，而避免在围岩软弱段，特别应避开特殊地质段。根据规定，隧道双向开挖面相距15～30m时应改为单向开挖，停挖端的作业人员和设备机具应撤离，土质或软弱围岩隧道应加大预留贯通的安全距离。但实际施工中往往会受各种外界条件限制，而使贯通面无法避开软弱围岩或特殊地质，且在贯通的安全距离内必须实行双向开挖，否则无法满足工期要求。这样必须选择合适的贯通方案和采取一定的加固措施来保证贯通安全。

　　1 工程概况

　　昆明绕城高速东南段杨林隧道为分离式三车道大断面公路特长隧道，全长9.5km。隧道采用三心圆曲墙式断面，拱部半径8.6m。内轮廓净空宽度15.27m，隧道轮廓最大净高7.75m。隧道断面结构如图1所示。

　　隧区地质条件复杂多变，构造运动较为强烈，软弱破碎。围岩以灰岩、泥灰岩、泥岩、泥质砂岩、砂岩、页岩、白云岩等为主，互层镶嵌，节理裂隙发育，富水性强，并存在岩溶、裂隙、接触带及断层等特殊地层。2018年9月，进口右幅K15+050—K15+090段发生大面积涌水，其后在K15+080附近发生大规模突泥，突泥量达2万多m³，洞身被淹400m。同时涌水突泥造成K15+050—K15+090段范围40m初支侵限破坏，需要进行换拱处治。该范围原设计围岩为中～微风化白云岩、泥质灰岩夹页岩，III级，实际探测及揭示围岩为V级，隧道埋深410m左右。

　　图1 隧道断面结构(单位:cm) 

　　2 前期规划贯通方案

　　在无外界条件制约情况下，原规划贯通面设置在距离进口涌水突泥段前方20m的K15+110位置，贯通安全距离按照30m控制。施工过程中在保证贯通安全距离的条件下先停止斜井作业面施工，进口作业面从K15+050位置开始实施帷幕+径向注浆加固，从进口单头掘进实现贯通。斜井停工作业面采用锚喷网混凝土封闭掌子面，其中锚杆采用长3.0m的20钢筋砂浆锚杆，间距1.2m×1.2m，梅花形布置;钢筋网8@200×200，喷射混凝土强度等级C20，厚度20cm。并施作1环长度6.0m的50×4双层超前注浆小导管预加固。同时在掌子面后方8.0m范围设置临时仰拱将初支结构封闭成环。临时仰拱采用I20a钢架，30cm厚C25混凝土封闭。

　　3 贯通方案调整

　　3.1 贯通前工况

　　进口洞内突涌堆积渣体分段固结并分段清除至K15+050位置后，在掌子面设置封堵墙，开始实施超前帷幕和初支径向注浆加固。由于涌水突泥引起前方及周边围岩松散，注浆加固难度较预期大，导致工期相对较长，于2019年3月16日完成开挖换拱至K15+070，帷幕注浆加固至K15+100位置。此时斜井作业面已施工至原规划贯通面里程K15+110位置，斜井与进口两作业面间相距40.0m。贯通前工况如图2所示。

　　3.2 贯通方案优化调整

　　图2 隧道贯通前工况(单位:m)  

　　由于业主要求于2019年3月31日实现右洞贯通，根据现场实际情况，如继续按原贯通方案正常组织施工，无法按要求实现贯通节点目标要求，因此需要调整贯通方案。将贯通面向进口方向推移并尽可能缩小贯通的安全距离，最大限度实行双向掘进以加快进度。由于贯通面只能选择在距离突涌口更近的软弱破碎围岩内，因此必须通过优化调整贯通方案和加强措施来保证安全贯通。具体方案调整如下。

　　1)贯通面向进口推移10m，至K15+100里程位置贯通，双向施工的安全贯通距离控制在10～15m。

　　2)斜井作业面采取三台阶法继续向前施工10m至贯通面，并在K15+105里程位置施作1环长度20m的89×6洞身管棚进行超前支护，并封闭作业面。

　　3)进口作业面K15+070—K15+100段范围初支变形未垮塌段利用原初支承载能力，直接开挖堆积体成洞;初支垮塌及原岩未开挖段则采用小导洞开挖穿越。具体如图3所示。

　　图3 隧道贯通方案调整(单位:m)  

　　3.3 调整方案的利弊分析

　　1)进口作业面采用小导洞通过突涌口，开挖更加安全，同时开挖过程中能直观揭示K15+070—K15+090段的注浆固结效果，初支变形、垮塌及涌水突泥点的具体情况，为后期的扩挖施工提供参考。另外小导洞开挖和支护工程量小、进度快，这样能够实现业主节点工期目标要求。

　　2)进口作业面采用小导洞断面开挖，斜井作业面采用三台阶法施工，极大减小了开挖断面空间，提高了施工的安全性，且可以有效地减少两作业面之间的安全影响，因此可以将实施单头掘进的安全距离较规程要求设置更小些，最大限度进行双向开挖，达到加快施工进度的目的。

　　3)虽然采用小导洞施工增加了临时支护的施工成本，且需要在后期成洞过程中进行破除，但由于小导洞总体长度较小，且贯通后可有效降低安全风险并极大地改善洞内空气质量，无需再实行机械通风。

　　综合分析，采用小导洞贯通方案既有利于进口涌水突泥段的处治安全，又能够按照工期目标实现贯通，且能改善洞内作业面的施工环境条件，降低安全风险。

　　4 施工方法及措施

　　4.1 进口涌水突泥段开挖

　　1)洞内突涌堆积渣体清理

　　对于前端低矮突涌堆积渣体段，可不进行渣体加固而直接采用机械进行清理，但随着突涌堆积渣体长度的缩短，为了防止清渣过程中因渣体反压力不足而出现再次突涌，需要采取渐进式分段固结清理的方式清渣，即每注浆加固15m渣体后清理10m，预留5m作为封堵墙，然后再注浆固结，再清理，直至实施帷幕注浆位置。渣体固结注浆采用水平89mm钢花管，间距1.0m×1.0m，梅花形布置，钻孔采用矿研RPD-180C多动能钻机，钻孔后顶入钢花管成孔。注浆采用ZF-A45型橡胶封孔器后，进行退式注浆，以1∶1的双液浆为主，注浆压力控制在0.5～2.0MPa。

　　2)帷幕注浆加固

　　当渣体清理至K14+050里程位置后修整渣体坡面，高度控制在4.0～5.0m，坡度在0.5∶1～1∶1，且尽可能大，便于钻孔设备作业。由于现场原初支结构并未垮塌，同时帷幕注浆以加固洞身周边为主，在充分考虑方案可行性、安全性和方便施工的基础上，对设计帷幕注浆的止浆墙进行加强，将网喷混凝土改为钢架网喷混凝土，厚度40cm。止浆墙具体施工工艺:先整平坡面，高凸处人工削平，低凹处采用洞渣或砂袋填补平整;同时将与坡面相交的洞身初支钢架剥离出来;然后沿坡面竖向和横向呈“井”字形设置钢架，钢架采用H175×90型钢，型钢与原隧道初支焊接牢固，型钢之间用22钢筋作为连接钢筋，八字形焊接，以便于挂设8@200钢筋网片;最后用40cm厚的C25混凝土对坡面进行喷射封闭，形成止浆墙;为防止止浆墙下部基础在注浆过程中因约束不足而被挤出，沿坡脚向小里程施作5m临时仰拱(起支顶止浆墙下端基础作用)，临时仰拱拱架为H175×90型钢，拱架间距1.2m,C25喷射混凝土厚度25cm，如图4所示。

　　图4 止浆墙平面  

　　止浆墙施工完成后为防止注浆过程中浆液向后方流窜，首先将止浆墙后方5m范围初支进行径向注浆固结，采用ZML160型锚杆钻机钻60mm孔，注浆管采用6.0m长42×4钢花管，0.6m×1.0m(纵向×环向)梅花形布置，注浆采用0.5∶1～1∶1的双液浆，注浆压力2～4.0MPa。

　　帷幕注浆加固圈厚度为6.0m，加固长度范围内分30m+25m两个循环施工，中间搭接5.0m。帷幕注浆孔布置由工作面向开挖方向呈伞形辐射状，整个上台阶断面布孔77个，分5环设置。钻孔采用矿研RPD-180CBR多功能钻机进行，孔径89mm。对于破碎不能有效成孔地层，采取前进式注浆方式，边加固边钻进，逐步达到孔深。对于能成孔的相对较好地层则采用后退式注浆方式，钻孔和注浆顺序为从拱部开始，由外圈向内圈，同一圈间隔施工，逐步加密，施工过程中钻一孔注浆一个孔。注浆同样采用0.5∶1～1∶1的双液浆，注浆压力4.0～7.0MPa(通过试验取得)。帷幕注浆加固完成后通过注浆过程中的P-Q-T曲线、地质雷达对比分析、渗水量试验及孔内摄像等手段进行注浆质量检查，合格后进行开挖施工，同时在施工过程中通过断面围岩观察法进行同步验证。

　　3)原有初支结构变形未垮塌段开挖

　　由于K15+070—K15+090段已实施初支背后及洞身范围内堆积体的超前固结注浆并已钻孔验证，在初支外围岩形成了一定的固结圈，提高了原有初支的安全性，因此可以直接在原初支结构下开挖洞身范围内的堆积渣体向前掘进。开挖采用倒梯形断面，底宽4.7m，高度5.0～5.5m，以适应小型挖掘设备施工要求，两侧渣体边坡按1∶0.75～1∶1设置，并采用锚喷网防护。锚杆采用20mm钢筋砂浆锚杆，长度1.5～2.5m，间距按照1.2m×1.5m梅花形布置;铺设6@200×200钢筋网，喷射混凝土强度等级C20，厚度8cm。具体方式如图5所示。

　　图5 初支变形未垮塌段开挖  

　　4)初支垮塌及原岩段开挖

　　小导洞采用4.7m×4.8m净空断面尺寸，顶部为半径2.35m的半圆，小导洞开挖采用两台阶法。初期支护设I18型钢拱架，间距0.8～1.0m，砂浆锚杆采用长2.5m的20mm钢筋，间距1.0m×1.2m，梅花形布置。喷射混凝土强度等级C20，厚度25cm，内设8@200×200单层钢筋网;锁脚和超前锚杆采用42×3.5钢管，超前小导管根据围岩稳定情况设置，环向间距30～50cm，长度3.0m，搭接长度1.0m，小导洞每开挖掘进6.0m，在导洞底部施作15cm厚C20混凝土垫层封闭。具体方式如图6所示。

　　图6 小导洞开挖方式  

　　4.2 斜井小里程开挖

　　斜井小里程作业面自K15+120开始，采用三台阶工法施工，台阶长度5m，开挖前采用单层42×3.5超前小导管进行注浆预加固，小导管长度4.5m，搭接长度1.5m，开挖采用弱爆破，每次1榀，间距0.6m，施工至贯通里程后，采用锚喷网封闭掌子面。为了贯通施工安全，从K15+110里程位置开始扩挖洞身管棚操作间，操作间长度5.0m，扩挖高度50cm。洞身管棚从K15+105里程打设，拱部120°范围施作，采用RPD-180CRB多功能钻机进行钻孔，孔径127mm，安装89×6钢花管，长度20m，环向间距0.4m，注1∶1水泥浆，注浆压力0.5～2.0MPa。

　　4.3 其他控制措施

　　1)在两端掌子面相距50m时，通过地质雷达进行两掌子面围岩贯通探测，确定围岩无特殊风险;同时采用RPD-180CRB多功能钻机在两掌子面钻孔探测进行地质验证，布孔6～8个，孔深30m。洞身管棚钻孔也作为地质钻探补充，确切探明围岩的破碎和富水情况。

　　2)两端作业面施工期间由专人对接建立良好的信息互通，错开爆破施工作业且在进行有相互影响的开挖爆破时及时避险。

　　3)对于进口端帷幕注浆固结盲区，在小导洞开挖过程中利用42mm超前小导管行补充注浆;特别松散处局部采用89mm钢花管注浆预支护，环向间距40～80cm。同时在后期扩挖过程中对相应里程位置进行加强补注浆。

　　4)斜井至进口区间K15+050—K15+110范围采用双层初支(I25a+I20a)加强支护，同时在施工过程中采用6m长89×6无缝管替代42×3.5锁脚管，确保施工和后期运营安全。

　　5)加强变形监控量测，发现变形异常及时进行原因分析并采取加固处理措施。

　　5 施工工期

　　1)斜井作业面实际日进尺1.5m/d，洞身管棚施工工期5d。于2019年3月27日施工至贯通面K15+100里程，并完成掌子面及后方8m临时仰拱封闭。

　　2)进口实际施工揭示，K15+070—K15+080段长度10.0m范围初支未垮塌，实际施工工期5d;小导洞施工实际从K15+079里程开始，施工长度21.0m，实际日进尺2.0～2.4m/d，工期10d，于2019年3月31日实现贯通，满足了业主贯通目标。

　　6 结语

　　在涌水突泥的破碎、富水的特殊地层中，通过两个作业面分别采用小断面导洞和三台阶法开挖相结合，将两个作业面的贯通安全距离缩短至8～10m，最大限度地实现了两个作业面的同时作业，加快了施工进度，同时保证了贯通施工中的安全，满足了贯通工期要求。另外小导洞在隧道涌水突泥范围内的率先贯通，极大地降低了隧道整体施工风险，为后期断面扩挖贯通提供基础和保障。该方案在保证工期的同时成功实现了大断面隧道在高风险的特殊地质地段的贯通安全，能够为类似工程施工提供相关解决问题的思路。