浅谈软弱围岩隧道进洞施工技术

浅谈软弱围岩隧道进洞施工技术

作者：刘洋

来源：《中国科技纵横》2014年第03期

【摘要】结合重庆渝湘高速公路曾家湾隧道等施工实践，论述在隧道施工过程中，洞口加固、双侧壁开挖进洞过程等几个关键环节的控制，保证顺利进洞，为今后隧道进洞施工积累经验。

【关键词】软弱围岩洞口加固隧道开挖进洞

1 前言

在隧道施工中，能否顺利进洞，是下步正洞施工的关键。隧道进洞主要考虑洞口的稳定，为正洞的安全有序的施工创造条件。由于隧道洞口段山体岩层通常为软弱且覆盖较薄，在进洞前必须做好洞口段的岩体调查来初步确定加固方法及进洞的开挖方法。

重庆渝湘高速公路曾家湾隧道进口段山体围岩破碎、大多为坡积土，有100余延长米全风化泥岩，围岩富含水、地下水位较高。若不采用特殊的加固方法对洞口进行加固，在下一步的正洞施工中将面临较大的安全威胁。经反复的方案比选与论证，确定了拱脚设钻孔桩基础的大管棚强支护施工方案。作者结合重庆渝湘高速公路曾家湾隧道进洞施工，根据隧道进洞施工时所采用的施工方法谈些认识。

2 进洞方案设计

隧道入口段100m埋置于全风化泥岩，为避免发生暗挖塌方事故，提高隧道暗挖安全系数和可靠性，参考以往类似施工经验，在管棚支护设计方案的基础上，加大管棚的支护能力，实际施工采用大管棚（钢管帷幕）强支护施工防护方案。

本方案以大直径钢管、延长管棚支护长度，扩大管棚的防护范围，提高管棚支护能力为主。采用直径φ108mm钢管、间距30cm、长度50m管棚，管棚支护范围增加管棚至拱脚以下最宽处，管棚布置范围180度，管内压注水泥砂浆。为了保证管棚钻机钻孔位置准确和提高洞门支撑能力、抗倾覆稳定性，加大型钢混凝土导向墙截面积和长度。管棚导向墙长度增加至3米，导向墙向下延伸，拱脚增加直径1.5m钢筋混凝土桩基础。钢筋混凝土桩置于管棚导向墙下，支撑桩与导向墙连接成一体，钢筋混凝土桩对导向墙起支撑作用，管棚的土壤握裹力对导向墙起到抗拔锚固作用。洞口端部侧壁围岩得到支挡，提高了进洞安全性。

该工艺方法大大提高了管棚的支护能力，提高了暗挖进洞的施工安全性。管棚全部承受了顶部垂直土压力，有利于开挖施工作业安全、有利于加快施工进度。

3 管棚施作安全性分析

3.1 钢筋混凝土支撑桩设计

导向墙桩基础承受其自重、导向墙重量、管棚及其部分覆盖土压力，抵抗洞门侧向土压力。

钢筋混凝土支撑桩支撑能力：导向墙、钢筋混凝土支撑桩自重、管棚以及部分管棚覆盖土压力，估计荷载每根380吨。桩基置于全风化围岩内。

钢筋混凝土支撑桩按直径φ120cm、有效深度10m进行设计，并对桩基进行配筋。

3.2 管棚的抗拔锚固与支护能力分析

洞口仰坡开挖后，不稳定仰坡土石方产生向下倾斜滑移的水平推力，对管棚产生推拔力。管棚对上方倾斜滑移土体起到锚固抗拔作用。

管棚承受覆盖土压力。前端处于未开挖土体支撑，后端处于导向墙、工字钢架支撑。

管棚覆盖土按12米厚估算，按最不利的无粘聚力松散土，假设覆盖土没有一点自稳能力、全部由管棚承受，以台阶法、全断面开挖法的最大开挖截面估计管棚支护能力，工字钢支撑拱架按1米间距布置，根据以往经验开挖空间管棚会有一定的位移变量，但均在可控范围以内。管棚施作结束后，注入砂浆以增强其钢度。

4 进洞施工工艺及方法

4.1 施工工艺流程

洞口刷坡—→搭设钻孔平台—→钻孔灌注桩—→筑导向墙平台—→浇注型钢混凝土导向墙—→钻孔、安管棚、注水泥砂浆—→挖洞门—→挖明洞仰拱基坑—→浇注明洞仰拱钢筋混凝土—→台阶法暗挖进洞15米—→施做洞口7米仰拱钢筋混凝土—→浇注洞门明暗12米二衬钢筋混凝土—→台阶法进洞暗挖续30米—→管棚下后10米改为双侧壁导坑法暗挖—→继续双侧壁导坑法暗挖。（混凝土套拱结构见图1所示）

浇注洞门明暗12米二衬钢筋混凝土—→明洞二衬钢筋混凝土—→继续暗洞二衬钢筋混凝土。暗洞二衬钢筋混凝土应依据施工情况及时跟进。

4.2 施工方法

4.2.1 洞口刷坡

由上往下按设计断面坡度分阶进行刷直，挖至拱顶标高时，填筑导向墙桩基钻孔平台。导向墙桩基钻孔平台影响范围刷坡工作，待桩基完成后进行。

边坡洞口仰坡多余土石方采用挖掘机挖出，预留20cm厚由人工挖出。

边坡加固防护，依次刷坡进度跟进施工。小导管注浆锚杆采用锚杆钻机施工，压浆后挂钢筋网喷射混凝土封闭。

4.2.2 导向墙钢筋混凝土桩基础

钻孔灌注桩钻孔作业平台填筑后，埋设钢护筒，安装钻孔机械。钻孔采用冲击钻。成孔后，换浆清渣，钢筋笼绑扎成型后吊装入孔，桩基按水下混凝土灌注工艺施工。

4.2.3 导向墙

为了安装管棚导向管，导向墙内埋设I18工字钢，型钢混凝土导向墙提高了承载能力。

导向墙底部采用填土筑岛胎模，表面铺设一层油毡纸隔离，I18工字钢弯曲成导向墙的等弧形，再固定导向管，安装就位后安装侧模板。模板采用竹胶模板或通用组合钢模板。混凝土直接关注，人工捣固密实。

导向墙与桩基设置1m厚过渡承台，以布置接茬连续钢筋。

4.2.4 管棚帷幕

管棚帷幕采用专用水平钻机施工，按设计外插角度先钻孔，然后将钢管插入孔内，钢管接长采用内插接头套管焊接方式接长，钢管按设计要求留孔洞，每根钢管安装到位后压力灌注水泥砂浆，钢管端口封口包压。钢管要长出导向墙100mm，将钢管与导向墙锚固。其锚固方法采用端部焊接、孔内注浆，或在管外焊接剪力键与注浆握裹成一体。

4.2.5 双侧壁导坑法暗挖进洞

双侧壁导坑法适用于Ⅱ级围岩和浅埋段施工，采用人工开挖或机械手开挖，人工配合小型机械出碴。

施工方法详见双侧壁导坑法施工工序图。（见图2）

4.2.6 明洞钢筋混凝土拱圈、暗洞二衬钢筋混凝土施工

明洞钢筋混凝土拱圈及暗洞二衬钢筋混凝土衬砌，采用定型钢模板台车，台车长12米，即一次浇注12延米衬砌。

为增加洞口的安全性，应及早完成明洞和二衬钢筋混凝土浇注。为保证隧道防水质量，将洞口明暗分界段钢筋混凝土拱圈一次浇筑完毕，即洞内6米、洞外6米。