1、拱部超前預支護

拱部超前預支護設計為施作雙層￠159大管棚。常規(guī)管棚的作業(yè)方法為濕式鉆進，即先鉆孔，待鉆孔達到設計深度后，一次性安裝導管，最后注漿。閿鄉(xiāng)隧道下穿段由于土層極其松散，采用濕式鉆進成孔后安裝管體的過程中塌孔現(xiàn)象嚴重。按照常規(guī)方法難以施作，為此我們采用跟管鉆進法來施工大管棚。所謂跟管鉆進法指的是邊鉆孔邊安裝導管。即管棚體分節(jié)制作，待鉆進深度夠一根導管長度后，就安裝一節(jié)導管，然后接著鉆進，每夠一節(jié)導管長度后就安裝一節(jié)，以免塌孔。

跟管鉆進法的原理是利用有線導向方法，回旋鉆進破碎孔前黃土結構，使用壓縮空氣排渣，最大限度減小打設施工對周圍土體的影響。鉆進過程中控制風壓，保持出渣通暢。鉆進采用一次成孔法，用異型接頭把鉆桿與鋼管連接起來，鋼管前端安裝有線導向儀，鋼管隨進度連續(xù)接長，直到設計位置。

采用常規(guī)濕式鉆進法作業(yè)時導管管壁要鉆溢漿孔，采用跟管鉆進法作業(yè)時由于要靠導管作為高壓風管排渣，因此管壁上沒有溢漿孔。

2、掌子面超前預支護

閿鄉(xiāng)隧道前期施工時，通過監(jiān)控量測我們發(fā)現(xiàn)，在離掌子面10多米遠的地方地表即開始出現(xiàn)下沉，另外洞內掌子面有外移的現(xiàn)象。鑒于此設計上掌子面按等邊三角形布設￠25纖維錨桿，以此一方面來控制掌子面的位移，另一方面通過對纖維錨桿桿體注漿來固結掌子面前方的土體。

纖維錨桿的施作工藝同中空注漿錨桿，即采用煤電鉆成孔，插入桿體后注漿而成。

3、下穿段開挖方法

閿鄉(xiāng)隧道下穿連霍高速公路段全部采用雙側壁導坑法施工。該雙側壁法是參照臺灣高鐵的作業(yè)方法優(yōu)化而成的。

3.1與傳統(tǒng)雙側壁法的區(qū)別

一是側導洞的大小設置不同。閿鄉(xiāng)隧道雙側壁法側導坑設置的較小，中間導坑5號洞室較大。這樣設置的目的是使先行施做的兩側導坑盡可能地減小到圍巖的擾動。

二是側導的初支仰拱封閉時間不同，傳統(tǒng)的雙側壁法是在最后才進行仰拱的封閉，而閿鄉(xiāng)隧道雙側壁法是在開挖中間導坑之前先封閉側導初支仰拱，而后再行施作中間洞室，以此來控制沉降量。

三是大拱腳結構不同，傳統(tǒng)的雙側壁法大拱腳為素砼結構，而閿鄉(xiāng)隧道雙側壁法大拱腳內加設有型鋼支撐。

四是臨時支撐的彎制弧度不同，閿鄉(xiāng)隧道臨時支撐彎制的弧度更為圓順，更有利于控制圍巖變形。

3.2閿鄉(xiāng)隧道雙側壁法各洞室開挖順序及步長關系

Ⅰ、⑴拱部及掌子面進行超前預加固。⑵人工開挖①部。⑶必要時噴5cm厚混凝土封閉掌子面。⑷施作①部導坑周邊的初期支護和臨時支護，即初噴4cm厚混凝土，架立型鋼鋼架和I25臨時鋼架，敷設鋼筋網(wǎng)并設鎖腳錨桿，安設I25橫撐。⑸復噴混凝土至設計厚度。

Ⅱ、⑴在滯后于①部2-3m后（①部由人工開挖，平臺過長不利于出碴），機械開挖②部，人工配合整修。⑵必要時噴5cm厚混凝土封閉掌子面。⑶導坑周邊初噴4cm厚混凝土。⑷接長型鋼鋼架和I25臨時鋼架，敷設鋼筋網(wǎng)并安裝鎖腳錨桿。⑸復噴混凝土至設計厚度。

Ⅲ、在滯后于②部1.5m后（預留1.5m主要是減?、诓康囊淮伍_挖高度，防止②部坍塌），對側導小仰拱進行封閉。

Ⅳ、在滯后于①部2m后開挖③部，并施作導坑周邊的初期支護，步驟及工序同①部。

Ⅴ、在滯后于③部2-3m距離后，機械開挖④部，人工配合整修，并施作導坑周邊的初期支護，步驟及工序同②部。

Ⅵ、在滯后于④部1.5m后，對側導小仰拱進行封閉。

Ⅶ、⑴在滯后于④部6m后,機械開挖⑤部，人工配合整修。⑵必要時噴5cm厚混凝土封閉掌子面。⑶導坑周邊初噴4cm厚混凝土，架立拱部型鋼鋼架，安裝鋼筋網(wǎng)及連接筋后復噴混凝土至設計厚度。

Ⅷ、在滯后于⑤部2m后,開始⑥部、⑦部的施作。

Ⅸ、⑴在滯后于⑦部滿足一次仰拱模注長度后開始⑧部的施工，機械開挖，人工配合整修。⑵隧底周邊初噴4cm厚混凝土。⑶安設型鋼鋼架仰拱單元，并接長Ⅰ25臨時鋼架,復噴混凝土至設計厚度，使之封閉成環(huán)。

    四、下穿段施工監(jiān)控量測變形規(guī)律

1、地表沉降規(guī)律

地表監(jiān)控量測點位的布設情況：縱向每隔5m布設一量測斷面，橫向間隔5m布設一個監(jiān)控點位，每個里程斷面共布設9個監(jiān)控點位。

隧道地表監(jiān)控量測資料表明：當隧道掌子面未開挖到該斷面時，沿隧道開挖方向的地表各點已產生了沉降，開挖掌子面對前方土體的影響范圍一般為 0.5h~0.8h(其中：h為洞頂覆蓋層厚度)，從布點至洞內掌子面到達地表觀測點斷面止一般下沉量為4~10mm。地表最終沉落量一般為洞內沉落量的110%~140%，另外地表沉降時間主要取決于圍巖情況，一般二襯施作完后75~100天地表沉降趨于穩(wěn)定。隨著隧道的開挖，洞頂?shù)乇砭嗨淼乐芯€兩側0.5h~0.9h會出現(xiàn)一條貫通的裂縫，裂縫兩側會出現(xiàn)明顯的錯臺，裂縫寬度為1~2cm。如果開挖暫停5d以上，則對應掌子面的地表會出現(xiàn)一條細微的橫向裂縫，與縱向裂縫連通成為懷抱式。地表的橫向沉降曲線為一拋物線，距離隧道橫向距離越大，沉降越小，在邊緣處地表有隆起現(xiàn)象。

監(jiān)控量測資料顯示：開挖期間隧道內拱頂下沉趨勢與地表下沉趨勢基本一致。地表與洞內沉降時間差一般不超過2個小時。

2、洞內拱頂下沉規(guī)律

洞內縱向布設點位與地表位于同一里程斷面，橫向3個洞室拱頂各布設一個監(jiān)控點位。

隧道拱頂監(jiān)控量測資料表明，側導洞從掌子面開挖到側導初支仰拱封閉期間，下沉量比較顯著，平均3~5mm/d，之后下沉量逐漸減小，平均1~2mm/d。側導洞下部2、4號洞室落底及側導初支仰拱封閉作業(yè)期間下沉量明顯，平均為4~6mm/d。中間導坑5號洞室從開挖到施作大仰拱前下沉較為均勻，平均1~2mm/d，大仰拱開挖期間，下沉量比較明顯，平均為4~6mm/d。仰拱施作完成后至中隔壁拆除期間，整個初支形成了封閉的受力結構，拱項下沉趨于穩(wěn)定，平均下沉量為0~1mm/d。中隔壁拆除后前3d下沉量比較明顯，平均為2mm/d，之后逐漸趨于穩(wěn)定。整個開挖斷面?zhèn)葘鲁亮勘戎虚g導坑下沉量大，中間導坑拱頂下沉量一般為側導坑拱頂下沉量的64%~87%。

3、洞內收斂規(guī)律

洞內收斂觀測點在側導1、2、3、4號洞室各布設一對量測點位。量測方法為全站儀無接觸式量測。

隧道監(jiān)控量測資料表明，側導的兩個上部洞室收斂量較小，開累為5~8mm。開挖初期3~4天內較為明顯，隨后每天的變化幾乎都在1mm以內。側導2、4號洞室施作后，布設的量測點位收斂量變化較為明顯，2、4號洞室從施作到側導封閉前平均為3~5mm/d。施作側導初支仰拱期間，收斂量最大，平均為6~8mm/d。其后逐淅趨于穩(wěn)定。側導下部洞室布設的收斂點開累收斂量為19~33mm。中隔壁拆除后整個斷面收斂變形前3d較為明顯，平均為2mm/d，其后逐淅趨于穩(wěn)定。

五、下穿段變形控制措施

1、控制開挖進尺及步長間距

根據(jù)圍巖的穩(wěn)定情況，下穿段1、2、3、4、5號洞室開挖循環(huán)進尺均為一榀鋼架間距即0.5m。側導初支仰拱開挖循環(huán)進尺嚴禁超過3榀鋼架間距。仰拱的循環(huán)作業(yè)長度為5.2m。通過監(jiān)控量測數(shù)據(jù)表明：仰拱及時封閉是控制沉降的最有效手段。為此施工中應嚴控下列步距關系，一是控制側導初支仰拱的封閉，一般要求側導初支仰拱距前方掌子面的距離小于5m。二是控制大仰拱的封閉時間，要求中間洞室大仰拱距5號洞室掌子面的距離小于17m。三是控制5號洞室距側導初支仰拱的距離，一般要求封閉的側導初支仰拱距5號洞室掌子面的距離為2~3m，兩者之間距離過小，勢必導致側導初支封閉期間下沉量增大，距離過大勢必延長大仰拱的封閉時間。四是控制二襯距最前方掌子面的距離，一般要求控制在45m以內。

2、控制工序施工質量

建立隧道各工序的質量卡控表，使每道工序質量都處于受控狀態(tài)，以質量保證隧道施工的安全和達到控制變形的目的。各工序質量要求如下：

開挖：1號、3號、5號洞室掌子面核土面應盡可能的留大。1號、3號洞室底部臨時橫撐應采用掏槽法進行安裝。

鋼架安裝：拱墻腳下墊槽鋼縱向應連成一個整體，鋼架應盡可能的貼緊掌子面的土體，鋼架接頭墊板應密貼，連接螺栓應上緊、數(shù)量上足。同一榀鋼架各單元拱架應位于同一里程斷面內。1號、3號洞室底部臨時橫撐應緊跟核心土。

鎖腳錨桿：一是嚴控鎖腳的下插角度，一般與水平面成45°角；二是嚴控鎖腳的施作長度和數(shù)量；三是嚴控鎖腳錨管的注漿飽滿度；四是鎖腳與鋼架的連接必須焊接牢固。設計院在對開挖過程采用大型三維巖土有限差分軟件FLAC3D進行模擬計算時，發(fā)現(xiàn)鎖腳在整個開挖過程中，一直處于受壓狀態(tài)，受到的壓力值比較大，而且處于增大的趨勢，充分說明鎖腳的作用是明顯的，鎖腳錨桿施作質量的好壞對變形量影響較大。

噴射砼：一是嚴控噴砼的密實度；二是各洞室接頭砼接茌部位的虛碴、浮土應清除干凈；三是臨時鋼架與主拱架的接點部位應加噴砼，該接點部位是應力較為集中的部位，也是施工最薄弱的地方,故而應通過噴射砼來補強。

臨時支護：設計上主拱圈為雙層支護，而臨時隔墻為單層支護，通過前期的施工我們也發(fā)現(xiàn)，臨時隔墻是引起變形的薄弱環(huán)節(jié)。因此施工中應嚴控臨時隔墻的噴砼厚度。

加強對洞內施工用水的管理，嚴禁積水浸泡初期支護基礎。

3、洞內初支補強

洞內初支補強采取的措施主要是：增加臨時支撐的噴砼厚度；增加鎖腳錨桿的數(shù)量；水平臨時橫撐滿噴砼；加密鋼拱架的間距；加打法向錨桿。

4、初支背后注漿

為了使地層與支護結構密貼，減小地層沉降變形，改善結構受力情況，在初期支護拱部背后進行壓漿回填。第一層初期支護施工時拱部預埋φ42鋼管，長L-0.5m，環(huán)向間距3.0m，縱向間距1.0m，梅花型布置。注漿材料采用1：1水泥砂漿，注漿壓力為0.3~0.5MPa，注漿孔噴射砼前應以編織袋封口，以免噴混凝土時堵塞注漿孔。初支背后回填灌漿應分期進行，第1期在開挖1#、2#洞室以后；第2期在3#、4#洞室完成后；第3期在5#～7#洞室完成后,第4期仰拱封閉成環(huán)完成以后，施作二次襯砌以前。

5、洞頂?shù)乇硖幚?span lang="EN-US">

隧道洞內施工前應對洞頂?shù)乇淼臎_溝、陷穴、人工洞穴、已探明的墓穴等及時進行回填處理，并應完善地表的排水系統(tǒng)。另外施工過程中對于地表出現(xiàn)的裂縫應及時進行灌漿處理，防止雨水順著裂縫下滲。

6、監(jiān)控量測數(shù)據(jù)指導施工生產

圍巖監(jiān)控量測應貫穿于施工的整個過程。監(jiān)控量測應安排專人進行，過程中要及時對量測數(shù)據(jù)進行分析,及時繪制各種變形～時間關系曲線，參照收集的以往量測斷面施工各階段的變形量及變形速率來綜合預測變形發(fā)展趨勢及圍巖和隧道結構的安全狀況，以此來指導施工生產。

監(jiān)測管理值包括設計值(DD)、警戒值（DT）及允許值（DA）,警戒值（DT）及允許值（DA）是依設計預估變形量的百分比制定。隧道的允許值為100％～125％的設計預估變形量，實際監(jiān)測變形量不得超過允許值的范圍。

①初支監(jiān)測斷面變形量的管理值如下：

②地表沉降觀測的監(jiān)測管理值如下：

③監(jiān)測警戒等級與應對措施

隧道開挖過程中，當監(jiān)測值分別超過三級（警戒、設計、允許）監(jiān)測管理值時，參照下表所示監(jiān)測警戒等級劃分，采取相應的對策。

④變形速率（加速度）管理

變形速率分為日變形速率、月變形速率及日變形加速度。

日變形速率為監(jiān)測頻率的變形量與時間之比值，以R=d/t表示。

日變形加速度（A）為日變形速率的變化率，即后續(xù)變形的斜率A=R/t，以顯示圍巖處于穩(wěn)定或不穩(wěn)定狀態(tài)。日變形速率達到R＞RA(RA--日變形速率注意值，定義為支護架設后3日內的變形量達到警戒值，以DA=DT/3表示)，且后續(xù)變形加速度A＞0時，作為補強的施工依據(jù)。其變形加速度的判斷標準如下表所示：

日變形監(jiān)測管理基準表

月變形速率決定是否趨于平穩(wěn)，進而開始施作防水板及后續(xù)二襯施工，其監(jiān)測管理基準如下表所示。此外，最終累計變形量與設計預估變形量的對比，作為監(jiān)測回饋參考，以決定是否應加強二襯設計，例如增加鋼筋配筋量，混凝土厚度或強度等。

月變形監(jiān)測管理基準表

7、高速公路路面防護

路面防護主要是盡可能的減少車輛對初支結構的作用力。具體采取的措施一是對車輛進行限速，在隧道穿越高速公路軸線兩側500m的位置設置減速及警示標語，現(xiàn)場安排高速交警24小時值班，進行強制限速；二是對隧道穿越區(qū)段實行間斷封閉半車道的方式通過車輛。

六、取得的經(jīng)驗教訓及下一步需探討的問題

1、小導管代替大管棚。小導管技術是我國隧道施工中發(fā)明總結出來的一整套成熟的技術成果，日本在學習我國小導管技術的基礎上，將大管棚改成小導管修建了“粟山、大貫、第一原、旭丘，北四番丁等城市隧道，橫濱市地鐵區(qū)間及地鐵站等，獲得了極大成功。臺村隧道、閿鄉(xiāng)隧道在多次處理小范圍的坍塌冒頂時均是通過打設小導管后穿過坍塌段的。大管棚施作時由于對圍巖的多次擾動，導致控制沉降的實際作用不大，特別是采用跟管鉆進法施工后管壁沒有溢漿孔，導管四周存在空腔，雖然最后也要注漿，但由于塌孔等多種原因導致漿液注的飽滿度較差。另外在開挖時大管棚只不過承受每榀開挖段（0.6m～0.8m）的荷載，兩頭都有圍巖支撐，因此采用Φ159mm的大管棚也是不經(jīng)濟的?？梢钥紤]采用小導管超前支護及其他輔助措施（如小導管背后背小木板）的綜合應用以提高施工速度，降低造價，這樣對工程來說才是最有益的。小導管開挖后可以立即施作，有效控制了沉降的應力變化階段。小導管背后背木板的方法可以在塌方的第一時間對塌落松散土體進行束縛，抵住上部土體防止再次塌方，在函谷關進口下穿流砂段施工中得到了成功的應用，效果很好，相比較閿鄉(xiāng)隧道采用Φ159mm管棚，則出現(xiàn)了管棚對其支撐面以下的土體擾動，開挖后支撐面以下土體經(jīng)常塌方，下方土體塌方又引起管棚缺少支撐，繼而管棚發(fā)生變形甚至斷裂的現(xiàn)象，另外管棚施工周期長影響進度，增加了沉降的時間。當然大管棚也有它自身的優(yōu)點，在控制大面積塌方的惡性事故和事故的善后補救方面有很好的效果。

2、纖維錨桿的實際效果較差。纖維錨桿的作用本來是為了依靠注漿粘合開挖面土體，使錨桿和圍巖粘結形成整體受力，但是在砂質黃土地層，注漿時漿液滲透效果極不理想，與土體粘結較差。相反纖維錨桿的打設擾動了土體，更容易造成塌方，而且拉長了工序的作業(yè)時間反而不利于控制沉降?，F(xiàn)場我們曾經(jīng)反復試驗注水泥砂漿、水泥凈漿、水玻璃、水泥加水玻璃，但實際效果都不理想。

3、中隔壁噴砼35cm后，拆除時較為困難，現(xiàn)場作業(yè)時可提前預留“弱點”以利于后續(xù)施工?？梢栽谂R時鋼架與永久鋼架連接處、豎撐與橫撐連接處填塞空心磚，空心磚抗壓強度大可以替代噴砼，拆除時用鋼釬打碎即可，大大地加快了拆除速度。

4、臨時支撐的加工弧度設計上與初支仰拱的拱架加工弧度不同，現(xiàn)場作業(yè)時，可將臨時支撐的加工弧度調整為仰拱的拱架加工弧度，這樣臨時鋼架拆下后可用于仰拱之中，便于臨時鋼架的回收利用。

5、合理劃分各洞室的斷面大小及鋼架節(jié)點位置是加快施工進度的有效途徑。1、3洞室由于作業(yè)空間的原因不能采用機械開挖，因此應盡量減小1、3洞室的開挖斷面，適當增大2、4洞室的開挖斷面，以利于加快施工進度。

6、設計上要求1號距3號的距離為10m，3號距5號的距離為10m，現(xiàn)場實際作業(yè)時，將1號與3號的距離拉近至2m，步距調整后通過對量測數(shù)據(jù)進行分析，我們發(fā)現(xiàn)1號、3號步距拉近對地表的沉降影響極小，1號、3號步距拉近后，整個斷面的成環(huán)時間可以提前8-10天時間，反而大大地減小了最終沉落量。