一、工程概况
1、工程介绍
阌乡隧道地处黄河二级阶地，全长
2、地质
全隧位于第四系砂质黄土层中，均为V级围岩。土质为灰黄色，疏松、孔隙率大，节理发育，土体间粘结力极差。本隧道施工区域内主要不良地质有黄土陷穴、黄土冲沟及水源抽水井，特殊岩土有湿陷性黄土、松软土及弃填土。
3、连霍高速公路通行情况
4、施工重难点分析
隧区秦人古墓穴分布密集，且围岩分布不均匀，下穿段高速公路路面要求沉降量控制在
二、下穿段支护参数介绍
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作业项目 |
作业内容 | |
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拱部超前支护 |
￠159大管棚双层支护，两环管棚中至中间距为 | |
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掌子面预加固 |
下穿连霍高速公路段掌子面采用￠25纤维锚杆进行预加固,锚杆长度分为12、8m、 | |
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初期支护 |
第一层 |
拱墙设￠8钢筋网，网格间距为20* |
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第二层 |
拱墙设￠8钢筋网，网格间距为20* | |
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临时支护 |
临时侧壁喷C25砼 | |
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仰 |
C35钢筋砼 ， | |
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二次衬砌 |
C35钢筋砼 ， | |
三、下穿连霍高速公路段施工方法
拱部超前预支护设计为施作双层￠159大管棚。常规管棚的作业方法为湿式钻进，即先钻孔，待钻孔达到设计深度后，一次性安装导管，最后注浆。阌乡隧道下穿段由于土层极其松散，采用湿式钻进成孔后安装管体的过程中塌孔现象严重。按照常规方法难以施作，为此我们采用跟管钻进法来施工大管棚。所谓跟管钻进法指的是边钻孔边安装导管。即管棚体分节制作，待钻进深度够一根导管长度后，就安装一节导管，然后接着钻进，每够一节导管长度后就安装一节，以免塌孔。
跟管钻进法的原理是利用有线导向方法，回旋钻进破碎孔前黄土结构，使用压缩空气排渣，最大限度减小打设施工对周围土体的影响。钻进过程中控制风压，保持出渣通畅。钻进采用一次成孔法，用异型接头把钻杆与钢管连接起来，钢管前端安装有线导向仪，钢管随进度连续接长，直到设计位置。
采用常规湿式钻进法作业时导管管壁要钻溢浆孔，采用跟管钻进法作业时由于要靠导管作为高压风管排渣，因此管壁上没有溢浆孔。
2、掌子面超前预支护
阌乡隧道前期施工时，通过监控量测我们发现，在离掌子面10多米远的地方地表即开始出现下沉，另外洞内掌子面有外移的现象。鉴于此设计上掌子面按等边三角形布设￠25纤维锚杆，以此一方面来控制掌子面的位移，另一方面通过对纤维锚杆杆体注浆来固结掌子面前方的土体。
纤维锚杆的施作工艺同中空注浆锚杆，即采用煤电钻成孔，插入杆体后注浆而成。
3、下穿段开挖方法
阌乡隧道下穿连霍高速公路段全部采用双侧壁导坑法施工。该双侧壁法是参照台湾高铁的作业方法优化而成的。
3.1与传统双侧壁法的区别
一是侧导洞的大小设置不同。阌乡隧道双侧壁法侧导坑设置的较小，中间导坑5号洞室较大。这样设置的目的是使先行施做的两侧导坑尽可能地减小到围岩的扰动。
二是侧导的初支仰拱封闭时间不同，传统的双侧壁法是在最后才进行仰拱的封闭，而阌乡隧道双侧壁法是在开挖中间导坑之前先封闭侧导初支仰拱，而后再行施作中间洞室，以此来控制沉降量。
三是大拱脚结构不同，传统的双侧壁法大拱脚为素砼结构，而阌乡隧道双侧壁法大拱脚内加设有型钢支撑。
四是临时支撑的弯制弧度不同，阌乡隧道临时支撑弯制的弧度更为圆顺，更有利于控制围岩变形。
3.2阌乡隧道双侧壁法各洞室开挖顺序及步长关系
Ⅰ、⑴拱部及掌子面进行超前预加固。⑵人工开挖①部。⑶必要时喷
Ⅱ、⑴在滞后于①部2
Ⅲ、在滞后于②部
Ⅳ、在滞后于①部
Ⅴ、在滞后于③部2
Ⅵ、在滞后于④部
Ⅶ、⑴在滞后于④部
Ⅷ、在滞后于⑤部
Ⅸ、⑴在滞后于⑦部满足一次仰拱模注长度后开始⑧部的施工，机械开挖，人工配合整修。⑵隧底周边初喷
四、下穿段施工监控量测变形规律
1、地表沉降规律
地表监控量测点位的布设情况：纵向每隔
隧道地表监控量测资料表明：当隧道掌子面未开挖到该断面时，沿隧道开挖方向的地表各点已产生了沉降，开挖掌子面对前方土体的影响范围一般为 0.5h~0.8h(其中：h为洞顶覆盖层厚度)，从布点至洞内掌子面到达地表观测点断面止一般下沉量为4~
监控量测资料显示：开挖期间隧道内拱顶下沉趋势与地表下沉趋势基本一致。地表与洞内沉降时间差一般不超过2个小时。
2、洞内拱顶下沉规律
洞内纵向布设点位与地表位于同一里程断面，横向3个洞室拱顶各布设一个监控点位。
隧道拱顶监控量测资料表明，侧导洞从掌子面开挖到侧导初支仰拱封闭期间，下沉量比较显著，平均3~
3、洞内收敛规律
洞内收敛观测点在侧导1、2、3、4号洞室各布设一对量测点位。量测方法为全站仪无接触式量测。
隧道监控量测资料表明，侧导的两个上部洞室收敛量较小，开累为5~
五、下穿段变形控制措施
1、控制开挖进尺及步长间距
根据围岩的稳定情况，下穿段1、2、3、4、5号洞室开挖循环进尺均为一榀钢架间距即
2、控制工序施工质量
建立隧道各工序的质量卡控表，使每道工序质量都处于受控状态，以质量保证隧道施工的安全和达到控制变形的目的。各工序质量要求如下：
开挖：1号、3号、5号洞室掌子面核土面应尽可能的留大。1号、3号洞室底部临时横撑应采用掏槽法进行安装。
钢架安装：拱墙脚下垫槽钢纵向应连成一个整体，钢架应尽可能的贴紧掌子面的土体，钢架接头垫板应密贴，连接螺栓应上紧、数量上足。同一榀钢架各单元拱架应位于同一里程断面内。1号、3号洞室底部临时横撑应紧跟核心土。
锁脚锚杆：一是严控锁脚的下插角度，一般与水平面成45°角；二是严控锁脚的施作长度和数量；三是严控锁脚锚管的注浆饱满度；四是锁脚与钢架的连接必须焊接牢固。设计院在对开挖过程采用大型三维岩土有限差分软件FLAC3D进行模拟计算时，发现锁脚在整个开挖过程中，一直处于受压状态，受到的压力值比较大，而且处于增大的趋势，充分说明锁脚的作用是明显的，锁脚锚杆施作质量的好坏对变形量影响较大。
喷射砼：一是严控喷砼的密实度；二是各洞室接头砼接茌部位的虚碴、浮土应清除干净；三是临时钢架与主拱架的接点部位应加喷砼，该接点部位是应力较为集中的部位，也是施工最薄弱的地方,故而应通过喷射砼来补强。
临时支护：设计上主拱圈为双层支护，而临时隔墙为单层支护，通过前期的施工我们也发现，临时隔墙是引起变形的薄弱环节。因此施工中应严控临时隔墙的喷砼厚度。
加强对洞内施工用水的管理，严禁积水浸泡初期支护基础。
3、洞内初支补强
洞内初支补强采取的措施主要是：增加临时支撑的喷砼厚度；增加锁脚锚杆的数量；水平临时横撑满喷砼；加密钢拱架的间距；加打法向锚杆。
4、初支背后注浆
为了使地层与支护结构密贴，减小地层沉降变形，改善结构受力情况，在初期支护拱部背后进行压浆回填。第一层初期支护施工时拱部预埋φ42钢管，长L
5、洞顶地表处理
隧道洞内施工前应对洞顶地表的冲沟、陷穴、人工洞穴、已探明的墓穴等及时进行回填处理，并应完善地表的排水系统。另外施工过程中对于地表出现的裂缝应及时进行灌浆处理，防止雨水顺着裂缝下渗。
6、监控量测数据指导施工生产
围岩监控量测应贯穿于施工的整个过程。监控量测应安排专人进行，过程中要及时对量测数据进行分析,及时绘制各种变形～时间关系曲线，参照收集的以往量测断面施工各阶段的变形量及变形速率来综合预测变形发展趋势及围岩和隧道结构的安全状况，以此来指导施工生产。
监测管理值包括设计值(DD)、警戒值（DT）及允许值（DA）,警戒值（DT）及允许值（DA）是依设计预估变形量的百分比制定。隧道的允许值为100％～125％的设计预估变形量，实际监测变形量不得超过允许值的范围。
①初支监测断面变形量的管理值如下：
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开挖阶段 |
设计值（mm） |
警戒值（mm） |
日变形速率（ mm）/日 |
工程措施 |
|
侧导坑开挖 |
40 |
20 |
〈6 |
（1）加设锁脚锚管（2）临时侧壁砼厚度增加（3）水平临时横撑满喷砼（4）增加法向锚杆（5）加密钢架间距 |
|
中间上半断面开挖 |
40 |
20 |
〈6 |
（1）加设超前小导管（2）加密钢架间距（3）初支砼厚度增加 |
|
仰拱闭合 |
20 |
10 |
〈6 |
（1）加设锁脚锚管 |
②地表沉降观测的监测管理值如下：
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项目 |
离隧道中线距离m |
设计值（mm） |
警戒值（mm） |
允许值（mm） |
|
1 |
-20 |
4 |
2 |
5 |
|
2 |
-10 |
20 |
10 |
25 |
|
3 |
-5 |
36 |
18 |
45 |
|
4 |
0 |
40 |
20 |
50 |
|
5 |
5 |
36 |
18 |
45 |
|
6 |
10 |
20 |
10 |
25 |
|
7 |
20 |
4 |
2 |
5 |
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8 |
沉降坡度 |
1：679 |
1：350 |
1：280 |
③监测警戒等级与应对措施
隧道开挖过程中，当监测值分别超过三级（警戒、设计、允许）监测管理值时，参照下表所示监测警戒等级划分，采取相应的对策。
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项目 |
警戒等级 |
监测值 |
工程措施 |
|
1 |
等级I |
（1）监测值超越警戒值。 （2）地表或隧道有导常现象，例如位移突然增加或位移加速。 （3）隧道内轻微的突发事件，如发生损坏、表面轻微滑动等。 |
（1）检查监测程序。 （2）确定发生变形的隧道位置。 （3）提交每日监测报告。 （4）检查是否需要变更施工方法或设计。 |
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2 |
等级II |
（1）监测值超越设计值。 （2）位移情形严重加剧。 （3）对喷砼衬砌或开挖面稳定性有疑虑，喷砼压力过大发生裂痕等。 |
（1）立即停止开挖施工，采取必要的补强措施。 （2）通知各相关单位人员，立即启动应急预案。 |
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3 |
等级III |
（1）监测值超越允许值。 （2）位移情形严重加剧。 （3）对喷砼衬砌或开挖面稳定性有较大疑虑，喷砼压力过大发生掉块等。 |
（1）采取等级II的措施。 （2）于事故区域内，禁止任何车辆进入，确保该区域安全。 |
④变形速率（加速度）管理
变形速率分为日变形速率、月变形速率及日变形加速度。
日变形速率为监测频率的变形量与时间之比值，以R=d/t表示。
日变形加速度（A）为日变形速率的变化率，即后续变形的斜率A=R/t，以显示围岩处于稳定或不稳定状态。日变形速率达到R＞RA(RA--日变形速率注意值，定义为支护架设后3日内的变形量达到警戒值，以DA=DT/3表示)，且后续变形加速度A＞0时，作为补强的施工依据。其变形加速度的判断标准如下表所示：
日变形监测管理基准表
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项目 |
变形加速器 |
初支状态 |
判断 |
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1 |
A﹤0 |
趋于稳定 |
依据日变形速率可接受 |
|
2 |
A﹥0 |
趋于不稳定 |
预期出现问题 |
月变形速率决定是否趋于平稳，进而开始施作防水板及后续二衬施工，其监测管理基准如下表所示。此外，最终累计变形量与设计预估变形量的对比，作为监测回馈参考，以决定是否应加强二衬设计，例如增加钢筋配筋量，混凝土厚度或强度等。
月变形监测管理基准表
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项目 |
月变形速率 |
初支状态 |
判断 |
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1 |
0～1 |
稳定 |
初支整体稳定完成 |
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2 |
1～2 |
趋于不稳定 |
持续量测 |
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3 |
2～3 |
潜变中 |
考虑后续补强措施 |
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4 |
﹥4 |
不稳定 |
采取必要补强措施 |
7、高速公路路面防护
路面防护主要是尽可能的减少车辆对初支结构的作用力。具体采取的措施一是对车辆进行限速，在隧道穿越高速公路轴线两侧
六、取得的经验教训及下一步需探讨的问题
1、小导管代替大管棚。小导管技术是我国隧道施工中发明总结出来的一整套成熟的技术成果，日本在学习我国小导管技术的基础上，将大管棚改成小导管修建了“粟山、大贯、第一原、旭丘，北四番丁等城市隧道，横滨市地铁区间及地铁站等，获得了极大成功。台村隧道、阌乡隧道在多次处理小范围的坍塌冒顶时均是通过打设小导管后穿过坍塌段的。大管棚施作时由于对围岩的多次扰动，导致控制沉降的实际作用不大，特别是采用跟管钻进法施工后管壁没有溢浆孔，导管四周存在空腔，虽然最后也要注浆，但由于塌孔等多种原因导致浆液注的饱满度较差。另外在开挖时大管棚只不过承受每榀开挖段（
2、纤维锚杆的实际效果较差。纤维锚杆的作用本来是为了依靠注浆粘合开挖面土体，使锚杆和围岩粘结形成整体受力，但是在砂质黄土地层，注浆时浆液渗透效果极不理想，与土体粘结较差。相反纤维锚杆的打设扰动了土体，更容易造成塌方，而且拉长了工序的作业时间反而不利于控制沉降。现场我们曾经反复试验注水泥砂浆、水泥净浆、水玻璃、水泥加水玻璃，但实际效果都不理想。
3、中隔壁喷砼
4、临时支撑的加工弧度设计上与初支仰拱的拱架加工弧度不同，现场作业时，可将临时支撑的加工弧度调整为仰拱的拱架加工弧度，这样临时钢架拆下后可用于仰拱之中，便于临时钢架的回收利用。
5、合理划分各洞室的断面大小及钢架节点位置是加快施工进度的有效途径。1、3洞室由于作业空间的原因不能采用机械开挖，因此应尽量减小1、3洞室的开挖断面，适当增大2、4洞室的开挖断面，以利于加快施工进度。
6、设计上要求1号距3号的距离为
