摘要：分岔式隧道是近幾年國內出現的一種新型結構形式，它由小間距隧道——連拱隧道——大拱隧道組成。滬蓉西高速公路湖北宜昌至恩施段八字嶺隧道出口便采用了此結構形式。筆者作為參戰施工負責人，參與了項目施工的全過程，對分岔式隧道的大拱段開挖和初期支護的關鍵控制點進行了總結，以對今后分岔式隧道的設計及施工提供一定的參考。
　　主題詞：大拱，隧道，施工，控制
　　
　　滬蓉西高速公路八字嶺隧道位于湖北省宜昌市和恩施土家族自治州交界處，隧道左線全長3525米，右線全長3548米。出口端坡面立陡，溝谷深切，緊接四渡河雙塔雙索四車道懸索橋。由于雙向雙線分離式隧道與四車道懸索橋連接無路基段可過渡，該隧道出口段設計為（分離式→小間距→雙連拱→大拱段）的結構。如此結構復雜斷面超大的隧道在國內尚無施工先例，被列為交通部西部科研課題，本文就大拱段施工中的關鍵性工序做以概述和分析。
　　一、 施工方案選定
　　大拱段開挖高度達12米,寬度24.7米。進場后施工單位對自身隊伍的施工經驗和能力、機械設備狀況進行詳細的調查并進行客觀的定位，結合洞口圍巖狀況和地質預報結果、洞頂埋深情況、超前支護設計、工期要求、施工環境影響等多方因素，經多次論證和比選，最后選定了臺階法施工方案。
　　方案比選對照表:
　　       

           
　　
　　　　
　　　　
　　二、 關鍵工序控制分析
　　1、 長管棚施作。為防止開挖過程中圍巖崩坍和松弛，有效保證下部施工人員和機械的安全，洞口段頂部設置28米長管棚，間距50cm，管徑108mm，共55根，長管棚安裝完后配合雙液注漿,鋼管的位置準確和注漿效果是管棚發揮作用的關鍵。注漿設備采用BW-250/50型雙液注漿泵，水泥漿與水玻璃體積比為1:0.5，水泥漿水灰比1：1，水玻璃濃度35波美，模數2.4，經現場調制并試驗后開始壓注。注漿壓力初壓為0.5~1.0MPa，終壓需達2.0MPa，分段壓注。為增強管棚強度，注漿結束后將鋼管內漿液清除，用M30水泥砂漿將管內緊密充填。
　　開挖后證明，長管棚為洞口段圍巖的穩定起到了重大作用。雖然有風化溶蝕較嚴重的現象，未出現任何坍方，裂隙發育巖層內大多可見水泥漿，周邊圍巖的整體強度得到改善，可見管棚在斷面上方形成了一道縱梁，托住了局部破碎的巖體，并在掌子面前方形成一個殼結構，保證了掌子面周邊的穩定。而掌子面的穩定正是大斷面隧道施工需要解決的重點問題。
　　2、 鉆爆作業：光面爆破是新奧法施工的精髓，光爆效果的好壞直接影響掌子面上方圍巖的穩定和下步作業人員的安全，而且也是施工單位和效益的直接因素。衡量光爆效果的重要標志就是超欠挖，超欠挖相對值越大，說明輪廓不圓順，不能有效利用圍巖自承力，圍巖內部產生應力集中，不利圍巖穩定。抓好光爆效果要從多方面入手：
　　（1） 測量放線：現場放樣是控制鉆爆的第一步。保證每循環都放線，每環線必精確，改變“寧超勿欠”的傳統觀念，以每個周邊眼的精確位置保證輪廓線的準確。成立精測組控制隧道中線和標高的準確，每5米用激光斷面儀實測，以實測數據評定施工放樣精確度。
　　（2） 鉆孔精度：鉆孔對輪廓線的影響關鍵是開口位置和外插角，眼距的均勻也是一個主要因素。每環將周邊孔位用紅油漆定位，控制開口位置比較容易，要求位置偏差不得超過3cm，控制外插角是鉆孔的難點，在鉆眼開口時，必須由專人在側面控制鉆桿上仰角度和外插角度。
　　（3） 鉆爆設計：由于斷面扁平率大（達2.06），爆破后圍巖對拱角將產生較大的壓力，坑道周邊圍巖將產生應力重分布，重分布后的主應力要達到初始應力的3~4倍，如此大的應力必將使周邊圍巖塑性化，而控制圍巖塑性化發展的最有效手段就是強大而快速的初期支護，必須以“短進尺，快支護”的原則保證掌子面的安全和穩定。
　　主要爆破方案和參數如下：
　　A、 掏槽：由于斷面寬度大（達18m），設左右兩個掏槽區，采用八字掏槽。同段位非電毫秒雷管聯接同時起爆，增加了輔助眼的臨空效果，使輔助眼能夠合理布設。
　　B、 周邊孔布置：周邊眼開口布置在輪廓線上，間距0.45米，采用間隔裝藥導爆索起爆，孔深1米裝藥0.2kg。
　　C、 單位巖石炸藥消耗量：0.9kg。
　　D、 爆破器材：炸藥采用2號巖石硝銨，雷管需采用非電毫秒雷管，為避免振動波在圍巖中產生疊加作用，毫秒雷管隔段選用。
　　（4） 地質影響：圍巖受巖溶及風化影響較普遍，時有裂隙夾泥現象及小型溶洞出現，所以在現場要根據實際情況對鉆孔位置、角度和裝藥量進行調整，調整情況主要根據經驗和類比現象確定，可以采取內移炮眼、局部加密炮眼、眼底塞泥堵空洞、以溶洞位置調整起爆順序等靈活措施。
　　通過以上各種手段控制，光面爆破取得了較好的效果，為不利結構面下最大程度利用圍巖自承能力起到了積極作用。如此大跨度和扁平率的隧道暗挖采用臺階法一次性爆破施工，在我國還未有先例，此方案的成功實施也為我們施工單位在此類條件下的隧道開挖增添了寶貴經驗。
　　3、 初期支護：
　　初期支護是在施工期間，為了控制圍巖自支護能力不足導致周邊巖體繼續變形所采取的第一次支護，也稱施工支護，主要手段為錨桿、噴射砼等近年來新發展的施工技術措施，而這些初支措施，也正是新奧法的精髓所在。
　　在以往的施工中，我們大部分施工人員都認為初支只是一種保證在施工過程中施工安全的一種手段，二次襯砌過后即完成了它的使命，所以也稱之為臨時支護，然而這種認識是不全面的。在支護手段中，支護所要解決的外力主要來自于圍巖內部產生的應力，而非僅個別松散石塊產生的重力。初期支護的目的主要在于充分利用巖體的自支護能力，所以我們認為在支護措施中（包括初支和二襯），初期支護對巖體產生的作用力起著大部分的抵制作用。它將在今后隧道的運營中起著長期以至于永久的作用。尤其對這種跨度大、扁平率高的隧道而言，必須要依靠強大的初期支護確保結構長期的力學穩定性。近年來隨著新奧法的普及，施工理論也日致完善，所以近來設計的隧道都有著初期支護強大的特點，而二次襯砌卻有減薄的趨勢，（在IV類以上圍巖隧道中，二襯僅起到美觀和防侵蝕的作用）。在本案當中，即設計有強大的支護措施，包括系統錨桿、超長預應力錨桿、雙層網噴及鋼拱架等，而且特別說明須待拱跨收斂穩定后方可考慮二襯，鑒于此，我們也將初支工作放到了重中之重的位置，每一道工序都進行了嚴格的控制，初期支護作業流程如下圖：
　　                  
　　作業標準及重點注意事項：
　　（1）找頂：先用挖機，將有裂縫與圍巖間聯結不密實的或夾泥的大塊石摳掉，再人工用鋼釬細找一遍，以保證下部支護作業時不會產生落石、掉碴。
　　（2）鋼拱架立設：在架設鋼支撐時首先要保證其內輪廓位置的絕對正確，否則在今后二襯作業時，欠挖沒辦法處理，所以每環安設之前都要進行準確的現場測量放樣。
　　鋼拱架最大的特點就是架設聯結完畢后馬上就可以承受圍巖的變形壓力，前題是必須與圍巖緊密貼實，這樣在各別超挖部位，就必須加入楔塊楔緊。宜采用鋼板及工字鋼的邊角料，嚴禁用碎石等異物棄填，以防在噴射砼后形成空隙，留下后患；拱腳必須落到實地基巖上，不允許有虛碴或墊石塊，若有超挖可現場用工字鋼配制接長段。
　　與鋼格柵相比，鋼拱架有著安裝時質量大、剛度強、不易架設和調整的特點，所以在加工時，要確保加工精度，不能產生扭曲變形或弧線不準，導致聯結板不能密貼或螺絲孔不對位；分段要按架設人員能力設計，過長安裝困難，過短接頭太多，又會降低強度。
　　為確保鋼拱架受的力能通過錨桿傳至巖體內部，每根錨桿必須與鋼拱架施焊。尤其是6米長的預應力錨桿，與鋼拱架聯接牢靠，可將圍巖表面破碎帶產生的壓力，通過以鋼架、鋼筋網和噴射砼形成的加固帶傳至巖體深處。
　　（3）錨桿安裝：錨桿分為系統錨桿和預應力錨桿兩種，系統錨桿長3.5m，間距環向2m，縱向1m，桿材用Φ22螺紋鋼制作。預應力錨桿以前很少在交通隧道使用，此大跨度隧道為加大承載拱形成的范圍，減少周邊巖體的相對變形，設計了6m長、Φ25預應力錨桿。預應力錨桿實施的關鍵是錨頭，本案中采用的是漲殼式錨頭（如下圖）。桿體為全螺紋形的高強度鋼，以實現加預應力后螺母可在任意位置鎖死。
　　                
　　
　　
　　錨桿在裝入過程中必須一次頂進到位，中途在遇到異常無法頂入時也不能退出，所以清孔時必須清理干凈，不得留有殘碴而將膨脹頭（殼）擠住。
　　開孔部位必須平整，且巖面與孔向保持垂直，以保證墊板與巖面的密貼，減少在緊好螺母松開拉拔器后桿體的回縮，這一點是保證預應力最終剩余值的關鍵。
　　機械式錨桿的作用來自于預拉力對巖石的擠壓，所以每根錨桿實施預應力必須達到設計的標準100KN方可停止拉拔。巖體大部為薄至中層產狀，在實施中錨桿盡量垂直于層理，這樣錨桿體系將數層巖層聯系在一起形成結合梁，有利于利用巖體自承力。
　　預應力錨桿安裝工序繁瑣，且桿材加工精度要求高。為保證錨桿原材質量及加工質量，預應力錨桿的生產最好委外加工，只有高質量的錨桿才能加快安裝速度并充分發揮其支護效果，這也是工廠化的優勢所在。
　　（4）鋼筋網架設：鋼筋網為雙層，分別貼于工字鋼拱架的內側和外側，為確保初支體系形成整體受力，網片與錨桿和拱架相接處要焊接。Φ8鋼筋網網格間距20cm×20cm，先在加工場地加工成片，再拿到現場安裝。
　　（5）噴射砼：噴射砼是初支的最后一道工序，它有以下幾個直接的作用：
　　A、防止局部掉塊，保障掌子面作業人員安全。快速形成的初期強度與巖石形成很大的附著力，包裹住松散的石塊，在裂隙兩側形成剪切阻力，防止巖石在裂隙處繼續產生徑向位移，是防止石塊掉落的最重要手段。
　　B、有效阻止周邊圍巖大面積變形。噴射后的砼形成拱形受力結構，并與圍巖密貼形成整體受力狀態，使爆破后凹凸不平處產生的應力集中再分散，有效地提高和利用巖體自承力。由于噴層屬柔性承載體，可以釋放一部分巖石內部應力，減少自身內部彎曲應力，不易產生破壞性裂紋。
　　C、把初支體系聯成整體，將周邊圍巖產生的應力通過鋼筋網和錨桿傳至巖體深處，并將鋼拱全部包裹形成鋼筋砼拱圈，使支護結構均勻受力。
　　D、防止風化造成巖體性能的降低，阻止裂隙內滲水對內部充填物的沖刷。這一點是很重要的，因為此大拱段的二襯跟近要到半年后甚至一年，尤其雨季對裂隙發育地段的侵蝕影響不可低估。
　　初期支護的第一要素就是速度要快，我們采用的兩臺TK-961型濕噴機作業，以使大段面快速成拱。干噴作業粉塵較大，在攪拌噴漿料時先將粗細骨料澆水濕潤，形成潮噴，并加強通風，改善作業環境。工字鋼拱架背后的空隙要作為填充重點，要變角度噴射，不得留有死角；內側充分包裹后保護層厚度變不得小于2cm，以充分發揮鋼拱受力性能。
　　三、 結束語
　　八字嶺隧道已順利竣工，經后期的各項觀測，變形均在可控之內。今后山區高速公路的大量上馬，受到地形地貌的影響，勢必會普遍出現這種分岔式大拱隧道的設計。通過本案的成功實施，說明此種設計和施工是合理可行的，但是在施做時，一定要以先進的監控手段為前提，對關鍵工序要重點控制，以可靠的施工質量來保證工程的順利完成。