南山隧道位于铁岭市和抚顺市交界段鲢鱼沟附近, 呈北西—南东向展布, 隧道左洞起讫里程ZK288+080—ZK289+155, 全长1 075 m, 隧道右洞起讫里程K287+970—K289+180, 全长1 210 m, 隧道进出口明洞、洞门各20m。隧道布置形式采用小净距+分离式结构。隧道铁岭端 (进口) 洞口采用端墙式洞门, 隧道本溪端 (出口) 洞口采用削竹式洞门。采用复合衬砌, 围岩级别为Ⅴ, Ⅳ级。隧道铁岭端平面线位线间距为16.8m, 本溪端平面线位线间距为24.4m。左、右线洞身直坡段纵坡均为-2.5%。设计要求两隧道掌子面距离控制在2倍开挖跨度以上;后行洞初期支护超前先行洞二次衬砌2倍开挖跨度以上。

南山隧道围岩较差, 易发生突水、突泥和变形塌方。进口围岩开挖后揭示的掌子面岩性为中风化混合岩, 裂隙较发育, 呈竖向和斜向裂隙, 块状结构, 岩质坚硬, 黄褐色。出口左洞围岩开挖后揭示的上台阶掌子面岩性为中风化岩, 岩石完整性较好, 岩质坚硬, 灰白色, 变晶结构;中台阶为强风化~中风化混合岩, 完整性稍差, 黄褐色, 稍湿, 块状构造, 岩质坚硬;下台阶为强风化~中风化混合岩, 完整性稍差, 黄褐色, 裂隙较发育, 锤击声脆。出口右洞围岩开挖后揭示的掌子面情况为中风化混合岩, 节理裂隙发育, 岩体破碎, 黄褐色, 变晶结构, 块状构造。

根据“短进尺、弱爆破、强支护、早封闭、勤量测、二衬紧跟”的原则, 采用微震或预裂爆破方法施工。隧道左线ZK288+100—ZK288+235, ZK289+080—ZK289+135和右线K287+990—K288+235, K289+075—K289+160段Ⅴ级围岩地段开挖时采用设临时仰拱钢架的中隔壁法施工, 其余Ⅴ级围岩地段采用设临时钢拱架的台阶预留核心土法, 地质较差时采用CD法、CRD法 (设临时仰拱的中隔壁法) 进行开挖, Ⅳ级围岩地段采用台阶预留核心土法开挖, 加宽段必要时应采用留核心土三台阶法施工。

施工过程中加强监控量测, 根据量测结果调整开挖方式和支护参数修正, 为使工程顺利进行, 预留变形量。按新奥法原则对暗挖段进行衬砌施工。

隧道进口铁岭端左右线均采用端墙式洞门, 隧道出口本溪端左右线根据工程地质情况采用削竹式洞门, 在进出口段设置20m的明洞, 洞口段临时开挖部分的边、仰坡采用锚喷方式防护。该隧道为小净距隧道, 采用左右洞交替进洞施工, 先行、后行隧道的相邻洞室掌子面距离应≥30m。

根据规范要求, 施工前布设高等级测量的导线控制网。精确测设出洞门桩和进洞方向, 按设计图纸放出边、仰坡开挖线和截水沟的准确位置, 做好地面防排水设施。

洞口及明洞土石方采用分层小切口明挖, 自上而下进行, 并随挖随支护。洞口仰坡土石方分2次开挖: (1) 挖除隧道上下台阶分界线标高以上和成洞面以外部分, 预留进洞台阶, 此时对坡面作锚喷支护; (2) 开挖剩余部分, 在上台阶进洞后进行, 当开挖到暗洞进洞时, 根据围岩类别, 施作初支以保障进洞安全。

本工程三台阶法结构如图1所示, 具体施工流程如下: (1) 放样, 钻眼施作超前小导管、采取注浆以加固围岩。 (2) 环形拱部 (1) 开挖, 对拱部进行初期支护Ⅰ。 (3) 开挖左右两侧围岩前, 保证拱部初期支护基础稳固, 必要时可打锁脚锚杆。 (4) 核心土 (2) 开挖。 (5) 下部围岩 (3) 开挖, 对两侧边墙进行初期支护Ⅱ。 (6) 仰拱 (4) 开挖, 对开挖好的仰拱进行初期支护Ⅲ。

当围岩为全风化、极破碎、岩层中夹杂土或泥、完整性很差时, 预留核心土, 采取环向开挖;当围岩为强风化或中风化混合岩, 整体性较好时, 不预留核心土。每循环进尺为2榀。上台阶与中台阶步距控制在5~8m, 中台阶与下台阶步距控制在10~15m。

本工程台阶预留核心土法结构如图2所示。具体工艺流程如下: (1) 超前支护; (2) 上台阶环形分部开挖; (3) 上台阶主洞初期支护、打设锁脚锚杆; (4) 上台阶核心土开挖; (5) 下台阶开挖; (6) 下台阶初期支护; (7) 仰拱衬砌、拱部衬砌。

每循环进尺为2~3榀, 上、下台阶开挖步距控制在15~20 m。

本工程上下台阶法结构如图3所示, 具体施工流程如下: (1) 超前支护; (2) 上台阶开挖; (3) 上台阶主洞初期支护、打设锁脚锚杆; (4) 下台阶开挖; (5) 下台阶初期支护; (6) 仰拱衬砌、拱部衬砌。

每循环进尺为2~3榀, 上下台阶开挖步距L为:D<L<5D, D为隧道开挖宽度。

超前长管棚设置于隧道洞口, 管棚钢管均采用89×6热轧无缝钢管, 管节长度3~6m, 管间采用套丝连接, 管棚向相邻衬砌段伸入3m, 环向间距40cm, 外插角1° (相对于洞轴线) , 方向与路线方向平行, 隧道纵向同一横断面内的接头数≤50%, 相邻钢管接头错开≥1.5m。

超前长管棚钻孔采用地质钻机。注浆材料在非雨季施工, 地层中无水或少地下水时采用单液浆, 雨季施工或地下水发育时采用水泥-水玻璃双液浆。

本合同段Ⅴ围岩采用超前小导管50×5热轧无缝钢管, 长3.9m, 衬砌类型ZV1qx, 超前小导管50×5环向间距35cm, 每2.4m一循环;衬砌类型ZV2qx, 超前小导管50×5环向间距30cm, 每2.4m一循环;衬砌类型ZV2px, 超前小导管50×5环向间距30cm, 每2.0m一循环;衬砌类型ZV2px&apos;, 超前小导管50×5环向间距20cm, 每2.0m一循环。外插角控制在10~20°, 尾端用钢架支撑, 也可焊接在系统锚杆尾端, 每排小导管纵向至少搭接1m。

超前小导管安设采用钻孔打入法, 钻孔直径比钢管直径大3~5mm。钻孔后用高压风将钢管内砂石吹出。用人工或风钻将钢管穿过钢架顶入。每打完1排钢管注浆后, 开挖拱部及第1次喷射混凝土、架设钢架, 初期支护完成后, 根据围岩钢支撑间距再打1排钢管并按要求保持1m以上搭接长度。超前小导管和钢架配合使用, 从工字钢架间穿过。

本合同段Ⅳ围岩用超前锚杆22砂浆锚杆, 长3.9m, 衬砌类型ZⅣ2, 超前锚杆22mm环向间距40cm, 每2.4m一循环;衬砌类型ZⅣ2j, 超前锚杆22mm环向间距40cm, 锚杆长度4.5m, 每3m一循环;衬砌类型ZⅣ3, 超前锚杆22mm环向间距40cm, 锚杆长度4.5m, 每3m一循环;衬砌类型ZⅣ2, 超前锚杆22mm环向间距40cm, 锚杆长度3.9m, 每2.4m一循环;衬砌类型JⅣ2j, 超前锚杆22mm环向间距40cm, 锚杆长度4.5m, 每3m一循环。外插角控制在10~20°。

超前锚杆安设采用钻孔打入法, 钻孔直径比钢管直径大3~5mm, 并用高压风将钢管内的砂石吹出, 用人工或风钻然后将钢管穿过钢架顶入。每打完1排钢管注浆后, 开挖拱部及第1次喷射混凝土、架设钢架, 初期支护完成后, 在掘进根据围岩钢支撑间距再打一排钢管并保持1m以上的搭接长度。超前锚杆和钢架配合使用, 从工字钢架间穿过。

中空注浆锚杆安设采用钻孔打入法。钻孔直径比锚杆直径大3~5mm, 将锚杆穿过钢架, 中空注浆锚杆安设后, 采用高压风将杆体内的砂石吹出, 安装止浆塞、垫板和螺母。注浆采用BW250/50型注浆泵压注水泥浆。注浆顺序由拱脚向拱顶进行。

针对开挖断面的形状, 确定场外制作或现场制作网片, 若断面形状较规则、平整, 可场外制作网片现场拼接;若断面形状不规则、起伏较大, 则现场制作网片现场拼接, 与岩壁紧贴安装, 挂网用简易台车进行。

施工流程:施工准备→钢筋除锈→网片制作→挂网→焊接→喷混凝土。

洞外测设隧道钢架整体大样, 分片逐段加工各单元, 过程中保证顺接。可分为拱部和边墙分别加工, 以便于安装。拱部单元先施工放样, 确定钢架基脚位置后架设钢架, 设纵向连接筋;墙部单元可在墙角部位铺设混凝土垫块, 同时对应拱部单元钢架位置架设墙部单元钢架, 为了保证栓接牢固, 安设纵向连接筋。

用湿喷机机械手施工。喷射作业应从拱脚或墙脚自下而上, 分段分片进行。施工中可先将坑凹部分找平, 再喷射混凝土, 达到平顺连续的目的。喷射操作时沿水平方向, 以螺旋形划圈方式移动, 喷头尽量与受喷面保持垂直, 分层喷射混凝土至设计厚度, 每层控制在5~6cm。尤其支撑钢架背面部分, 应喷射密实, 粘接紧密牢固。

1) 超前地质预报全隧道超前地质预报主要采取地质素描, 加长炮眼钻孔, 必要时可采取红外探水分析。

2) 加强地下水的监测施工中加强对地下水的检查和监测工作, 在总体可控的前提下及时疏导排泄。

3) 制定突水、突泥应急预案, 成立应急抢险救援指挥领导小组, 同时备齐应急救援物资。

4) 在通过隧道洞口浅埋段、岩性接触带、岩石破碎带时, 采取超前预加固、超前预支护、细化隧道施工方法和高风险工序的控制, 强化有塌方风险段的支护衬砌参数, 加强监控量测等措施来预防塌方事故的发生, 拱部采用超前管棚或超前注浆小导管加强支护, 岩性接触带和岩石破碎带段落采用超前系统注浆加固软弱围岩。

严格按照施工图纸中的超前支护及初期支护参数进行施工。精确定位超前小导管和超前锚杆位置, 保证超前支护搭接长度, 保证注浆量。加强拱架制作质量控制, 严控拱架安装间距和竖直度, 确保拱架安装位置和连接质量。加强掌子面地质情况观察, 保证监控量测频率, 必要时, 适当增加观测频率。控制各部开挖施工步距, 在条件具备的前提下, 尽早施作仰拱, 使初期支护尽早闭合成环。

我国的山区高速公路有大量的隧道工程。在目前还没有完善的地下结构理论来指导复杂条件下隧道工程的设计和具体施工工艺的现状下, 避免不了发生一些工程事故。因此, 工程实践中必须根据不同的工况和地质条件, 采用相应的隧道设计和施工技术, 确保各类型隧道的施工安全。南山隧道开挖施工中对不同围岩类型采用了不同的开挖方法, 满足了施工安全和施工质量等各项要求, 获得了很好的施工经验。