H5-公路隧道前置式洞口工法与工程实践

作者：于瑞斌单位：中铁隧道股份有限公司(H5)公路隧道前置式洞口工法与工程实践摘要：本文结合渝（重庆）湘（长沙）高速公路老虎山隧道进口前置式洞口设计和施工情况，详细介绍了前置式洞口工法的原理、施工工序、工艺和施工要点，总结了该工法在隧道洞口设计、施工中的环保意义和使用性。

关键词：公路隧道前置式洞口工法施工工艺环境保护1引言在近期高等级公路及公路隧道的建设中，随着国民经济的发展和社会的进步，公路建设的环保、安全和经济日益受到广大公路建设着的重视，在杜绝深挖高填、注重公路景观和环境保护方面提出了较高的要求。

传统的方法一般是洞口边仰坡开挖、防护，达到一定的进洞条件后再进洞施工，这时已经形成了较大高度的边仰坡，有些洞口采用接长明洞回填绿化的方法加以补救，但这对于原生植被的破坏却是不可恢复的。

目前一些施工技术先进的国家已经摒弃了这种传统方法而采取保护山坡自然进洞的方法进行隧道洞口施工。

许多经验表明，隧道未开挖时，山坡是稳定的，而传统施工方法在开挖边仰坡时，难免破坏原山体自然平衡状态，可能导致边仰坡坍塌，顺层滑坡、古滑体复活等工程病害。

在岩质较差时边坡的开挖量更大，洞口工程病害问题更突出。

洞口设计施工“早进洞、晚出洞”的原则未能较好实现，采用“自然进洞”；的原则，合理确定洞口位置和进洞方案，正确安排施工步骤，并借助一些辅助施工措施提前进洞，就有可能有效地解决隧道洞口的工程隐患和保护自然环境。

2前置式洞口工法原理“前置式洞口”在国外被称为“绿色洞口”，前置式洞口工法采取不切坡（即零开挖）进洞方法，在国外不开挖山脚土体的情况下，采用两侧开槽逐榀施作工字钢拱架，随着钢拱架推进逐渐“亲吻”山体，拱架间以纵向钢筋连接为整体，浇注混凝土形成临时衬砌，在进洞前以临时衬砌成洞，回填反压后再进行临时衬砌内暗挖施工。

而传统的明洞则是在洞口大挖大刷，暗洞施工一定距离后在施作。

前置式洞口工法不同的是：在进行暗洞施工前先形成临时衬砌作为微开挖边仰坡的防护措施。

这样可保全洞口山坡及原生植被免遭破坏，大大减少洞口仰坡开挖及防护工程量，这是保证仰坡稳定较为理想的方法。

对于上下行分离式设置的隧道，不仅可以保护单个洞口的山坡和植被，更重要的是还可以避免两洞间土梗的开挖，这既可保护两洞间土梗的原生植被又可借助土梗维持两洞口山体的稳定，可谓是一举两得。

3主要施工工艺及施工要点3.1主要施工工艺Ⅰ：砌筑洞顶及周围截水沟，形成排水系统；洞定及周围截沟施工Ⅰ右线隧道轴线假拟洞口工法施工步骤一Ⅱ：临时衬砌与山体接触处仰坡微开挖并喷射混凝土防护；Ⅰ洞定及周围截沟施工假拟洞口工法施工步骤二右线隧道轴线Ⅱ清表、仰坡修整并喷砼防护（15cm）Ⅲ：前置式洞口临时衬砌施工槽开挖、防护；洞定及周围截沟施工Ⅰ清表、仰坡修整并喷砼防护（15cm）Ⅱ施工槽开挖，边坡防护Ⅲ右线隧道轴线Ⅳ：临时衬砌钢拱架架立就位，并浇注边墙混凝土；施工槽开挖，边坡防护ⅢⅡ清表、仰坡修整并喷砼防护（15cm）Ⅰ洞定及周围截沟施工临时衬砌钢拱架架立并浇注边墙砼Ⅳ右线隧道轴线Ⅴ：临时衬砌拱部混凝土浇注并养护；洞定及周围截沟施工Ⅰ清表、仰坡修整并喷砼防护（15cm）Ⅱ施工槽开挖，边坡防护ⅢⅣ临时衬砌钢拱架架立并浇注边墙砼右线隧道轴线Ⅴ临时衬砌拱部砼浇注Ⅵ：洞顶回填反压并覆盖绿化； Ⅶ：临时衬砌内暗挖；ⅦⅢ施工槽开挖，边坡防护Ⅱ清表、仰坡修整并喷砼防护（15cm）Ⅰ洞定及周围截沟施工临时衬砌内台阶法暗挖临时衬砌拱部砼浇注Ⅴ临时衬砌钢拱架架立并浇注边墙砼ⅣⅧ：暗洞段施工；Ⅸ：防水铺设、二次衬砌。

3.2施工要点1、临时衬砌与山体接触处仰坡微开挖、防护精确测量放样标出临时与山体接触处轮廓线，对轮廓线以上1.0~1.5m高度部分按设计坡度进行清表、修整微开挖。

因开挖工作量很小，采用人工进行既可，避免机械施工的绕到。

2、前置式洞口临时衬砌施工槽开挖、防护施工槽的开挖应注意保留两洞土梗及其原生植被，同时临时衬砌内山脚土体尽量予以保留，以用来维持洞口山体稳定，待以临时衬砌成洞回填后再用震动破碎的方法进行暗挖。

（1）土质段a.清表：严格按设计要求测量放线确定基坑开挖范围，清除地表杂物、草皮和树根，开挖前必须复核基坑位置，尺寸的准确性，同时做好排水体统。

b.开挖：洞身边墙部两侧分别开挖宽度约2～3m施工槽，逐步向山体推进。

挖深较小段，采用人工风镐开挖，减少对边坡的绕到；挖深较大段分2～3m台阶逐层开挖，挖掘机配合施工，外测边坡边开挖边进行锚喷防护，内侧做素喷混凝土防护即可。

每开挖一层测量放线一次，以避免超欠挖。

临时衬砌段以外的边坡开挖后采用浆砌料石防护。

对于洞身宽度范围以内部分，沿纵向、横向均修整成台阶形式以方便临时衬砌拱架和混凝土施工。

c.破面修整：挖深较大段，第一层采用机械开挖，靠近边坡时，预留30～50cm，人工进行刷修。

修整好的边坡及时进行防护。

d.基坑处理：基础必须置于稳固地基上，基地埋入土质地基的深度不应小于1.0m；墙基地埋设的深度应大于墙边各种沟、槽基地埋设的深度。

松软地基上的基础，当地基强度不足时，可采取扩大、加固基础等措施。

e.基坑开挖后要及时浇注混凝土，不得让雨水浸泡，如正赶上下雨时，要预留一定厚度，待雨后再继续施工。

（2）石质段施工表层比较松软的岩石开挖采用裂土器破碎、挖掘机并辅以部分人工松动施工，对比较坚硬的岩石实施小控制爆破，分层进行开挖，每层厚1～2m。

为避免绕到破面，采用预留光爆层技术。

嵌入岩石地基的深度不应小于0.5m。

3、钢拱架架立工字钢拱架需要较高的加工条件和严格的工艺要求，特别是对接头和底板等构造，要进行精心加工和制造。

a. 钢拱架的加工：根据设计图进行实地放样，先加工一榀完整的钢拱架现场拼装，检查其尺寸、焊接等，符合要求后再进行批量加工。

b.施工参数：格栅钢架0.5榀/m，采用 I20b工字钢，纵向以Φ22钢筋连接，相邻两节钢架用螺栓连接。

c.钢拱架的架设应精确测量放样，准确定位，以免造成侵入二衬界限等现象。

钢拱架的架设，必须用楔块与围岩或模板楔紧。

d.为了不影响钢拱架的承载能力，节段数应尽量少，不可避免的接头应交错布置，避免所有在同一截面上；连接钢板间采用螺栓联结并沿钢板周边焊接。

e.钢拱架必须架立在稳固的基础上，若开槽后基础较差，应加深开挖，浇注混凝土或浆砌片石至设计标高后架立钢拱架。

f.钢拱架架立后纵向采用Φ22螺纹钢筋焊接连接，以保证钢拱架的稳定及整体受力；纵向连接筋交错布置，环向近距1.0m。

4、模板固定、浇注混凝土a.内、外模板均采用组合钢模板现场拼装、固定；端模板采用为木模板，预留纵向连接钢筋孔。

b.内模支撑于核心土体，，外模支撑于外侧山体边坡。

c.模板支立和混凝土浇注若一次浇注有困难可分两次进行，第一次立模浇注到起拱线位置，第二次浇注拱部。

注意在第一次浇注混凝土时预留拱部钢拱架拱脚连接钢板；起拱线处预留接茬钢筋，以增强其整体性。

d.混凝土运送采用输送泵输送。

5、洞顶回填反压洞顶反压回填可采用人工夯填土或码砌袋装土方法进行，表层覆土植草木绿化。

6、临时衬砌内预留山脚土体暗挖土质岩体采用挖掘机配合人工手持风镐直接开挖；较松软的石质岩体可采用冲击破碎的方法进行开挖；较坚硬的岩体用缓膨炸药膨胀破碎围岩。

7、暗洞段开挖及二次衬砌施工由于暗洞洞口段覆土层厚度很小，进入暗洞的前5～8m范围内原则上禁止爆破施工，若为土质岩体或松软破碎的石质岩体，采用挖掘机配合人工手持风镐直接开挖；土石混杂情况，较大孤石采用缓膨炸药破裂改小后清运；若为较坚硬的石质岩体，前5m范围周边采用冲击锤破碎，保露临空面后再用缓膨炸药膨胀破碎围岩，以减少施工对临时衬砌的绕到影响，此后可适当采用弱爆破施工。

待洞口各项收敛、沉降趋于稳定后施作临时衬砌段防水板、二次衬砌。

4工程应用老虎山公路隧道位于渝（重庆）湘（长沙）高速公路洪酉段，隧址属秀山县雅江镇小贵村。

隧道采用上下行分离形式，且是小径距（边对边只有8.71m）线路超高隧道。

隧道左线起讫桩号为ZK20+678~ZK22+088，全长1410m；右线起讫桩号为YK20+680.92~YK22+100，全长1410.92m。

隧道区地质构造位于新华夏系第三沉降带之川东褶带东缘之三块土向斜轴线两翼。

其西邻北东南西向构造体系之秀山背斜。

隧道进洞口段位于老虎山的东侧斜坡，地形坡度大，地形坡度约为30～35°左右，地面高程约为550.00～914m，相对高差为364.00m，坡向近正东方向。

进口前缘下部为长年性溪沟（夜静沟），两侧谷坡地形坡度较大，地形陡峭，地形坡度约为70～80°，地形总体南东高西北低。

隧道通过段制高点在老虎山山顶老屋～白岩坪一带，高程约为919.0m，最低点在出口地酉沟一带，高程约为480.0m，相对高差439.0m，地形起伏大。

隧道区地貌上属于构造剥蚀中低山地貌。

参考文献1、《公路隧道设计规范》，作者：蒋树屏、杨林德、刘伟、黄伦海等，出版社：人民交通出版社，发行日期：2004年11月1日。

2、《公路工程质量检验评定标准》，作者：孟书涛、王国亮、周绪利、楼庄鸿等，出版社：人民交通出版社，发行日期：2005年1月1日。

3、重庆交通科研设计院西部开发省际公路通道重庆至长沙公路洪安（湘渝界）至上官桥段《两阶段施工设计图》第三册。