偏压洞口施工方法

1 工程背景简介及基本资料

某浅埋偏压隧道穿过山地丘陵，半路半隧，长104米，隧道埋深最大约20米，为单洞两车道，设计行车速度80km/h，位于直线上，地震动峰值加速度系数为0.1g。隧道净宽1 0.25m，建筑限界高5m，内轮廓净高6.97m，内轮廓净宽10.86m。地处山地丘陵，山体走向总体呈近东西向，地面标高230.3～268.9m，丘陵脊线明显，山体地形陡峻，南西高，北东低，进口端坡度32°～37°，坡向近东；出口端坡度30°～35°，坡向近北东。隧道施工区无断层出露，隧道区岩体片理化发育，片理产状270-300°∠75-82°。隧道围岩地下水与上覆盖层分布和厚度及构造裂隙发育有关，山体范围内地下水的主要类型有坡残积层中的第四系松散层孔隙水和岩石裂隙中的基岩裂隙水。

2 浅埋偏压隧道洞口施工技术方案

2.1 施工测量

2.1.1 洞口开挖工程开工之前，测量方面做好如下准备工作：①洞口地表复核；②洞口刷坡线放样。

2.1.2 地表沉降观测预埋

在靠近截水沟顶选择一个断面通视条件较好、测量方便处预埋牢固的基准点。测点沿地面布置在隧道轴线及其两侧各4个点。测量放线定位，用水准仪量测，隧道开挖开始量测，隧道开挖超过测点30m、并待沉降稳定以后停止量测。

2.2 洞口工程

2.2.1 进口端洞口

隧道进口端洞口工程施工顺序为：洞顶水沟、截水沟→洞口边、仰坡开挖→洞门挡墙→长管棚。

根据洞口的地形及地质条件，进口端洞门采用端墙式。由于洞顶覆盖较薄，采用30m 长管棚超前支护，保证安全进洞。设长管棚的地段加设钢插管。洞口位置边坡外露面均应进行绿化。

2.2.2 隧道出口端洞口工程施工顺序

大边墙→回填水泥混合土→洞口边坡开挖→洞门挡墙→长管棚→反压护拱。

出口端洞口地段严重偏压，避免大刷大挖，体现零开挖理论。采用“明洞暗进”工法，不刷仰坡。出口端洞门采用端墙式。先施工大边墙，在大边墙与地表间隙全部回填水泥混合土，再进行反压护拱施工，洞口35米长管棚超前支护。

2.3洞口开挖

2.3.1 施工方法

洞口工程施工时，先做好洞顶截水沟的开挖及10#浆砌片石工作。施工方法以挖掘机开挖为主，人工配合刷坡，装载机配合挖掘机进行装碴作业，自卸汽车运输弃碴。开挖时自上而下开挖至仰坡坡底标高，在仰坡坡底标高（即变坡点）以下部分，按照长管棚套拱厚度弧线中间预留核心土开挖，预留核心土作为下工序套拱及长管棚施工平台。结合隧道洞口地形、地貌、工程地质和水文地质条件，并考虑到施工开挖边坡的稳定性，本着“早进晚出”、“少开挖”的原则，洞口工程采用明挖法施工，挖掘机按放样的设计坡率刷坡线开挖，用预先加工好的坡度架控制刷坡坡度，人工修整，每次开挖高度为2米，测量复核坡度无误后，及时进行锚杆、挂网及喷射混凝土临时支护施工，并加强对山坡稳定情况的监测、检查，以保证边坡稳定。

2.3.2 施工控制要点

2.3.2.1 在洞顶截水沟挖通及砌体完成后，根据仰坡开挖总高度及挖掘机有效工作高度

确定开挖台阶数量，台阶高2米，准确按边桩开挖，以真正实现从上而下开挖。

2.3.2.2 准确掌握设计坡率和变坡点。

2.3.2.3 对有防护要求的坡面，应结合开挖，边开挖边进行坡面防护。

2.3.2.4 不破坏周边植被。

2.4洞口边、仰坡防护

2.4.1 施工方法

边、仰坡开挖修整后，即时分层进行边、仰坡临时防护。明暗交界处成洞面临时防护采用喷锚、挂网联合支护，仰坡采用喷锚支护，边坡应进行植草绿化，以稳固洞口边坡，防止因雨水直接冲刷而造成边、仰坡坍塌或滑坡。

2.4.2 施工控制要点

边开挖，边支护，每次工作高度2m左右，避免搭架作业。坡面修刷平顺，一次喷砼到设计厚度。设计有锚杆、钢筋网加固的坡面部分，应先作锚杆，将钢筋网焊接于锚杆外露段，然后再喷砼。锚杆规格、间距、数量、设置位置、角度满足设计要求。采用水泥砂浆作锚固材料，砂子过筛，粒径小于3mm，严格控制配合比，保证砂浆标号不低于30号，注浆饱满。

2.5 大边墙施工

2.5.1 施工方法

先施工大边墙，在大边墙与地表间隙全部回填水泥混合土，回填高度为设计洞顶回填线。开挖时，临时边坡应施作锚喷临时支护，待大边墙施作完成后，其内侧仰拱悬空部分空隙用

C20混凝土回填，外侧回填土石。大边墙由里向外回填混合土，在洞门位置的正面采用麻袋围堰，待水泥混合土达到强度后拆除麻袋围堰，在掌子面进行锚喷防护。

2.5.2 施工控制要点

大边墙基础下的地质条件应为弱风化岩石，地质承载力应达到600Kpa。大边墙与地表间隙回填水泥混合土前，应清除地表植被。水泥混合土配比采用碎石土中加425水泥8%，掺水量以不泌水为度，水泥混合土28天抗压强度达到2.0Mpa。水泥混合土要求搅拌均匀,分层压实,每层厚度不大于30cm。加强大边墙的位移量测。

2.6 反压护拱施工

2.6.1 施工方法

反压护拱施工，施作混凝土加固，护拱随地面自然坡度起伏平均厚度保持0.4m，地面锚杆在大管棚施工后施作。反压护拱施工顺序为：清除地表植被，精确测量横断面，垂直地面打入锚杆，绑扎钢筋网，浇筑混凝土护拱。

2.6.2 施工控制要点

清除地表植被。精确测量隧道横断面地面线，纵向间距为2米。垂直地面打入砂浆锚杆，锚杆深度为3.8m。距地面10cm绑扎钢筋网并与锚杆焊接，位置错过较远处可加短钢筋焊接。距地面0.35m铺第二层钢筋网。

2.7 长管棚施工

洞口土石方开挖进行完毕，成洞面及核心土形成后，安排施作长管棚。施工平台结构使用贝雷架及钢管支架搭设，其上覆盖夹板，形成稳定的作业平台。为使钻孔定位准确，设置三榀格栅钢架，以固定管棚导向管。长管棚使用地质钻机成孔，成孔前将孔位编号，施工次序为先钻单号孔再钻双号孔，防止串孔、漏风。每条管棚成孔后利用钻机将钢花管旋转插入孔中，做好孔口封闭，及时进行注浆施工。为了达到注浆饱满的目的，钢管注浆前应装PV C排气管，注浆材料为水泥液，使用液压注浆泵压浆，满足设计注浆量或达到最高设计压力并稳压时终孔。

2.7.1 施工工艺

a、先做好施工地段的边坡防护工作，以利安全施工。

b、采用在C20混凝土套拱内埋设3榀钢格栅拱架及孔口管，钢格栅拱架与孔口管焊接成整体。孔口管位置应用经纬仪以坐标法标定，与格栅焊接时必须严格控制其角度、方向。

c、搭设平台或开挖洞口土方预留平台、安装钻孔机。

①钻机平台尽量一次搭好，钻间隔孔，安装钢花管并注浆，然后再钻孔补足并安装钢管和注浆。

②安装钻机：钻孔平台要稳固，钻机安装要牢固，防止施钻时钻机不均匀下沉、摆动、位移、倾斜而影响钻孔质量。

③钻机定位：钻孔方位与线路中线平行，且钻孔深度钻杆轴线与管棚轴线要有一定数值的仰角，以抵消钻深后钻杆自重增加所产生的下垂。

d、钻孔

①为便于插管，钻孔直径应比管棚设计直径大20～30mm。

②钻孔测斜可用测斜仪，也可在钻进中根据某些参数和钻孔反馈信息判断钻孔是否偏斜。

e、安装管棚钢管

①钢管接头采用丝扣连接，丝扣长15cm，为使钢管接头错开，编号为奇数的第一节管采用3m长钢管，编号为偶数的第一节采用6m长钢管，以后每节均采用6m长钢管。

②钢管顶进用钻机顶进，如遇故障，须清孔然后再将钢管插入。

f、注浆

隧道长管棚注浆按固结管棚有限范围内土体设计，浆液扩散半径不小于0.5m。

①灌注浆液：水泥浆液。

②注浆参数：水泥浆水灰比1：1，注浆压力：初压0.5～1.0Mpa，终压1.5～2.0Mpa。

③注浆前应先进行注浆现场试验，注浆参数应通过现场试验按实际情况确定，以利施工。

④完成注浆后及时清除管内浆液，并用30号水泥砂浆紧密充填，增强管棚的刚度和强度。

2.7.2 施工注意事项

a、管棚钻孔时，应在开孔后2m处，孔深1/2处，终孔处，量测斜度，发现误差超限随即进行纠编，至终孔仍超限者，应封孔重钻。

b、如注浆量超限而注浆压力仍未到1.2～2.0Mpa，应调整浆液配合比，直至符合注浆质量标准。

c、将管棚钻孔作为地质预报的手段，为安全施工提供依据。

d、在钻孔作业中，要掌握好开孔与正常钻进的压力和速度，防止断杆事故。

e、钻孔中发生卡钻、掉钻、孔斜、坍塌等故障，要积极采取对策，尽快组织处理、抢修、防止废孔与损伤钻机及造成人身伤亡事故。

3 结论

本文对浅埋偏压隧道洞口的施工技术方案的进行初步探索，分别阐述了施工测量、洞口工程、洞口开挖、洞口边仰坡防护、大边墙施工、反压护拱施工、长管棚施工等分项工程的施工方法、控制要点或施工工艺、注意事项。该隧道现已安全开挖进洞，经过实践证明，该施工技术方案切实可行，同时为此类隧道的洞口施工提供一定的技术参考。

摘要:福建永武高速公路龙井隧道左线进口因线路与山体斜交,边仰坡开挖均较大为三级半坡即28m左右高度,洞口地质复杂为强风化炭质粉砂岩,遇水易塌。为了安全、快速进洞施工,采取了半明半暗进洞施工方法,先作明作部分套拱,土体反压套拱,二衬施作完后再作反压挡墙,洞顶填土绿化。此方法遵循了早进洞原则,减少了植被的破坏,保证了边坡的稳定,故将此施工技术稍作整理,与同行们探讨,并对类似工程可作借鉴作用。

关健词:偏压隧道半明半暗进洞施工技术

1、引言

随着高速公路及铁路的提速越来越快,对线路要求的设计也随着提高,由于大部分线路受山体的影响,不可避免的需修建隧道且线路与山体斜交的隧道越来越多,存在偏压的情况也越来越严重。福建永武高速公路A11标龙井隧道左线进口也遇到同样的情况,为了保证进洞的安全,尽量少破坏原有的植被,在阅读了大量关于偏压隧道及半明半暗进洞的施工方法[1~9]后,该隧道采用半明半暗进洞施工方法到得了成功。

2、工程概况

2.1设计概况

福建永武高速公路龙井隧道左洞进口原设计洞口里程为ZK185+258,进洞里程为ZK185+260,洞顶到仰坡顶高差在24米以上,三级土质仰坡,一级坡坡比为1:0.75,锚杆加六棱块植草,二级坡坡比为1:0.75,预应力锚索框架,三级坡坡比为1:1,三维网植草。边坡为二级半边坡,坡比均为1:1.25设计为拱形骨架护坡(见图1)。洞口段隧道围岩主要是强风化碳质粉砂岩、碳质泥岩、泥

图1洞口平、侧面图

岩极破碎,地下水位比洞顶高,隧道洞轴线与坡面成约470角,存在偏压。设计进洞方案为1500范围内,30m长?108长管棚注浆辅助。在施工进场后对地形的考察及试探性挖掘,发现在ZK185+254隧道拱顶标高处发现有两股地下水,流水量较大,地质为冲积粉砂层,且此时若继续按设计开挖高边仰坡存在很大安全质量隐患,尤其是在雨季施工,更难保证边、仰坡的稳定;另外,设计本洞口段为偏压,这样高的边仰坡必须边开挖边支护,还有就是要施作锚索需施工很长时间;三是业主要求尽量少破坏原始植被,进行环保施工,建一条绿色高速公路。基于以上原因,本着“保证工程质量、确保安全生产、利于工程进度、节约工程投资、降低运营成本、提高服务水平”的原则,经与业主、监理、设计协商决定对龙井隧道进口左洞进洞施工方案变更拱部半明半暗进洞。

2.2变更后方案概况

采用半明半暗进洞,将洞门里程提前,尽量少刷坡,仰坡几乎不动,只对边坡进行修整并进行临时支护以保证坡面稳定(见图2),隧道加长部分靠边坡侧作为隧道暗挖部分,另一侧作为明作部分,土方在边坡开挖时已挖走,支护和暗挖部分一起施作。

3、半明半暗进洞施工方法

3.1刷坡

经实地测量,将隧道进洞位置定为ZK185+252,提前8m进洞(以地面线能

包裹全断面隧道开挖轮廓线为暗洞进洞里程见图2),从ZK185+252～ZK185+260处采用半明半暗的方式进洞,隧道左侧为明作部分,右侧为暗作部分。将洞口边仰坡稍作修整,以能施作长管棚套拱即可(见图3)。

3.2长管棚套拱施作

3.2.1基础施作:隧道左侧扩大基础及右侧片石砼基础施工,由于采用半明半暗方式进洞,右侧暗埋,偏压力主要集中在左侧基础上,故在左侧边墙处施作8m(长)×2m(宽)×3m(高)C25砼扩大基础。右侧按设计施作2m(长)×1.1m(平均宽)×2.19m(高)C15片石砼扩大基础。

3.2.2套拱拱架施作:考虑到洞门的美观及暗挖时的安全和长管棚施作平台搭设及移动,明挖部分仍施作套拱和导向管。ZK185+252～ZK185+254为2m全断面套拱部分,ZK185+252～ZK185+260左半部分有套拱,孔口套管加长6m。zk185+252～zk185+254处套拱拱架为全断面拱架,两拱脚均落在混凝土基础上;zk185+254～zk185+260处拱架由于右侧属于暗挖部分,该处拱架左侧架立在扩大基础上,右侧支撑在未开挖的边坡上。隧道左侧明挖部分孔口套管(共25根)加长至8m,抵至zk185+260处仰坡面,右侧暗挖部分孔口套管抵至zk185+252处仰坡面,两里程处套拱拱架及导向管布置(见图4)。

3.2.3导向管安装及浇筑套拱混凝土:按设计要求在拱部1500度范围内每隔50cm安装一根钢导向管,然后关模浇筑60cm厚混凝土。

3.3长管棚施作

按设计要求施作Φ108长管棚,因存在左侧偏压及地质原因,设

图4套拱拱架及导向管布置图

计采用辅助措施长管棚进洞,长度30m。原设计进洞里程为K185+258,现提前到K185+250提前8m进洞,故长管棚相应加长为38m,明挖部分与暗挖部分的差别是每根管棚少钻孔8m长度。现因长管棚施工方法大家都比较熟悉,这里不再一一作述。

3.4进行洞内开挖支护

在长管棚施作以后,在套拱外侧临时填土反压套拱临时抵挡偏压力然后进行进洞开挖,因暗挖开挖部分较少,故采用上、下台阶法,上台阶采用环形开挖预留核心土,在长管棚基础以上定为上台阶高度,以下为下台阶左、右错开开挖支护,为了保证洞口安全及时落底施作仰拱和二衬。支护参数见表1:

3.4.1隧道开挖

上台阶环形槽采用人工开挖,局部稍硬岩用风镐开挖,确实需爆破的采用弱爆破震裂即可,每循环开挖不超过0.5m,即一榀拱架位置。核心土采用机械开挖。下台阶采用机械开挖,先挖左侧,每次开挖1m,即两榀拱架位置,机械开挖时要预留20cm人工开挖层,以免超挖。

3.4.2隧道初期支护

按设计要求架立工字钢拱架,因明挖部分还有下台阶及仰拱需初期支护,为了保证拱架的整体性,明挖部分上台阶也同样作初期支护,即初期支护上台阶全断面成型(见图5)。施作锚杆时,明挖部分以固定拱架为主,不宜打穿套拱混凝土而引起初期支护渗水。其他按正常隧道施工。

图5半明半暗进洞立拱施工图

3.4.3隧道仰拱及二衬

当隧道开挖支护完30m后,立即施作仰拱,仰拱采用棧桥施工以不影响洞内开挖,当仰拱

施作完并达到设计强度,立即施作二次衬砌,洞口施作二模后即24m后,按正常施工,二衬与掌子面距离不大于200m。这样,既保证了洞口的安全,又能为尽快施作衡重式挡墙和洞门墙提供条件。

3.5施作衡重式挡土墙并进行拱顶回填

在左侧施作一13m高衡重式挡土墙,挡土墙高度以平洞顶回填高度即洞门墙排水沟顶,因偏压力较大,在挡墙较长有10m,故在施作基础时分段施工,防止侧移。挡墙可全段一次施工,挡墙施作完后对洞顶采用分层填筑并夯实,以平衡侧压力。见图6半明半暗进洞成型后图。

4、结论与建议

本进洞方案与一般的半明半暗方法不一样,该方案将明挖部分的护拱与长管棚的套拱合为一体,在暗挖之前就已施作,保证了暗挖的安全。该方法采用半明半暗进洞,减少了大量破坏原有的植被,遵循早进洞的原则,保证了洞口的安全,缩短了总工期近2个月。同时,在施工时,我们加大了量测力度,对初期支护及二衬都进行了拱顶沉降及拱腰收敛以及边坡位移量测。实际量测证明:当二次衬砌完成后仍有收敛,但在可控范围内,当该段衡重式挡墙完成并洞顶回填后,隧道收敛值明显减小并趋于平衡。此施工方法的成功经验,建议在以后同时遇到以下几种情况:一是隧道洞轴线与洞口等高线斜交且角度较小;二是边仰坡开挖高度较高,开挖方量大;三是围岩地质差,存在偏压采用此法。