特長隧道洞口淺埋段施工技術(shù)

1、特長隧道洞口淺埋段施工技術(shù)張 英（中鐵十二局集團(tuán)第一工程有限公司 西安 710038）摘要:福州京臺(tái)高速公路天龍山隧道出口為薄層殘坡積粘土層及較厚層強(qiáng)風(fēng)化花崗閃長圍巖段，選用合適的進(jìn)洞方案對保證隧道施工安全和快速進(jìn)洞有重要意義， 文章就該條件下隧道洞口段進(jìn)洞施工方案進(jìn)行介紹。關(guān)鍵詞：特長隧道 淺埋 洞口1.概述天龍山隧道位于京臺(tái)高速公路段，設(shè)計(jì)為雙洞分離式隧道， 隧道間距 19.8m； 左線長6521 m ，右線長6551m， 隧道開挖斷面較大。 隧道出口位于福州市閩侯縣荊溪鎮(zhèn)關(guān)西村， 洞口為薄層殘坡積粘土層及較厚層強(qiáng)風(fēng)化花崗閃長圍巖段， 洞口段埋深約為2 25 m； 隧道區(qū)位于侵蝕剝蝕高丘陵

2、-中低山區(qū)， 地質(zhì)構(gòu)造存在5條巖性接觸帶、2條節(jié)理裂隙帶及2條斷層； 洞口表層為全風(fēng)化- 強(qiáng)風(fēng)化帶， 圍巖為全風(fēng)化花崗閃長巖， 巖體較破碎，呈鑲嵌碎裂結(jié)構(gòu)。 以左線為例， 詳見圖 1 圖12.施工難度天龍山隧道開挖跨度較大；洞口為薄層殘坡積粘性土層，花崗閃長巖風(fēng)化嚴(yán)重，巖體較破碎，自穩(wěn)能力差，易坍塌，開挖不當(dāng)會(huì)出現(xiàn)大坍塌，隧道工期比較緊張， 洞口段要求要安全快速展開施工。 選擇合理的進(jìn)洞方案， 防止坍方， 安全快速進(jìn)洞就成為承建天龍山隧道的首要課題。3.施工方案比選 洞口段施工應(yīng)在確保安全的前提下穩(wěn)步推進(jìn)。經(jīng)過幾種可實(shí)施性方案的比較， 確定了洞口段的施工方案如下: 總體上維持設(shè)計(jì)方案； 明洞段

3、采用拱部明挖，墻部暗挖施工方案； 加強(qiáng)地表排水和邊仰坡防護(hù)； 洞口段設(shè)套拱、鋼支撐及 40 m 超前大管棚注漿； 進(jìn)洞后改為超前小導(dǎo)管注漿； 洞身開挖采用CD法開挖，拱墻仰拱格柵鋼架封閉成環(huán)支護(hù)， 間距 0.5m/榀； 邊墻設(shè)系統(tǒng)錨桿，鋼筋網(wǎng)噴砼支護(hù)， 厚度 0.24 m； 防水和襯砌采用原設(shè)計(jì)。 此方案得到了業(yè)主監(jiān)理組織的專家論證組的認(rèn)可， 幾種方案的比選情況如下。3.1明洞開挖方案比選明洞開挖有拱部拱墻明挖法和拱部明挖，墻部暗挖兩種方法。 拱墻明挖法有影響范圍寬、 邊仰坡刷方及支護(hù)面積大、 開挖數(shù)量大、 邊仰坡易坍方等弱點(diǎn)， 因此本隧道洞口明洞采用拱部明挖、墻部暗挖施工方法。3.2超前支護(hù)

4、方案比選目前隧道超前支護(hù)主要有超前大管棚注漿支護(hù)、 超前小導(dǎo)管注漿支護(hù)、 超前錨桿支護(hù) 3 種形式，對比如表 1。表1 超前支護(hù)形式對比表支護(hù)形式超前大管棚超前小導(dǎo)管超前錨桿工法安全性很安全較安全安全地質(zhì)適應(yīng)性較強(qiáng)強(qiáng)不強(qiáng)機(jī)械適應(yīng)性專門機(jī)械普通機(jī)械普通機(jī)械支護(hù)時(shí)效性好較好一般圍巖控制較差較好好施工工序多較多較多進(jìn)度造價(jià)進(jìn)度慢、 造價(jià)高進(jìn)度較快、 造價(jià)較高進(jìn)度較快、 造價(jià)較低適用范圍洞口段，圍巖差，安全度要求高圍巖稍好，安全度要求高圍巖較好，安全度要求較高為安全保險(xiǎn)起見，本隧道洞口段采用套拱及40 m 大管棚注漿超前支護(hù)， 平穩(wěn)進(jìn)洞； 洞內(nèi)軟弱圍巖段采用施工較為方便的小管棚注漿超前支護(hù)。 大管棚采

5、用108壁厚 6 mm 的熱軋無縫鋼管， 管棚環(huán)向間距中至中為 0.5 m； 小管棚采用50 的超前小導(dǎo)管， 小導(dǎo)管長 3.5 m， 環(huán)向間距 0.5 m， 縱向間距2.8m。3.3洞身開挖方案比選該隧道洞口段開挖寬度13 m 左右， 開挖高度10 m左右， 開挖后應(yīng)力分布變差， 底腳處應(yīng)力過度集中， 拱頂承壓很大， 加上開挖形成較大的松弛地壓， 使洞身很不穩(wěn)定。 根據(jù)目前的施工技術(shù)水平， 適合大跨度隧道施工的方法主要有:臺(tái)階法、 CD 法和雙側(cè)壁導(dǎo)坑法等。 這 3 種工法比較如表2。開挖方法臺(tái)階法CD法雙側(cè)壁導(dǎo)坑法工法安全性不夠安全較安全安全地質(zhì)適應(yīng)性較強(qiáng)強(qiáng)不強(qiáng)機(jī)械適應(yīng)性大、 中型中、小型小

6、型支護(hù)時(shí)效性好較好好掌子面穩(wěn)定差較好好圍巖控制較差較好好地表沉陷較大較小小工程造價(jià)較高較高高適用圍巖、級(jí)、級(jí)、級(jí)表 2 3種特大隧道洞身開挖方法比較表考慮到隧道洞口段已采用大管棚和超前小導(dǎo)管注漿支護(hù)， 支護(hù)效果較好， 因而開挖采用進(jìn)度快、地質(zhì)適應(yīng)性強(qiáng)且工程造價(jià)不是很高的CD法開挖。3.4邊仰坡防護(hù)方案比選本隧道出口采用削竹式洞門，出口右洞成洞面為減少邊仰坡開挖，洞口成洞面均采用正交進(jìn)洞，仰坡采用噴射砼、水泥砂漿錨桿及掛網(wǎng)加固設(shè)計(jì)；隧道出口仰坡和邊坡兩側(cè)采用液壓客土植灌草進(jìn)行植物防護(hù)，其防護(hù)形式是根據(jù)邊坡坡率和圬工防護(hù)形式等具體確定的。4施工方法、工藝及要求4.1 洞口段施工工序流程框圖（見圖

7、3）防水與二襯施工 安裝邊墻仰拱鋼架 明洞開挖與支護(hù)地表排水與加固邊墻仰拱開挖 開挖核心土復(fù)噴支護(hù)安裝拱部鋼架監(jiān)控量測噴錨支護(hù)中槽開挖掛網(wǎng)噴砼環(huán)向開挖超前支護(hù)圖3 洞口段施工工序框圖4.2地表排水和邊仰坡防護(hù)施工工藝及要求4.2.1地表排水由于地質(zhì)松散， 圍巖裂隙，巖體極破碎，遇水后圍巖的強(qiáng)度和穩(wěn)定性必然降低， 故必須采取有力的排水系統(tǒng)， 在洞頂仰坡以外及邊坡兩側(cè)設(shè)置底寬50cm，深度60cm，厚度20cm的C20混凝土截水溝和急流槽，并且溝底抹漿， 防止大自然降水沖刷隧道邊仰坡及地表水滲入地層。4.2.2邊仰坡防護(hù)對仰坡進(jìn)行錨噴網(wǎng)加固, 見圖 4。圖4 邊仰坡加固示意圖仰坡加固參數(shù)如下：錨桿

8、：采用 22 水泥砂漿錨桿， 長度 5 m， 間距 1.2 m1.2 m梅花形布置， 大致垂直于巖層走向安設(shè)于圍巖內(nèi)。鋼筋網(wǎng): 6鋼筋網(wǎng)， 網(wǎng)格尺寸 20 cm 20 cm。施工時(shí)按 4 m 4m 加工好成網(wǎng)片， 鋼筋間點(diǎn)焊連接， 每兩片鋼筋網(wǎng)搭接25 cm。濕噴混凝土: 采用混凝土濕噴機(jī)械手噴漿，總厚度 10 cm， 錨桿錨入后噴 5 cm， 掛網(wǎng)后再噴 5 cm。4.3超前支護(hù)簡要工藝及要求洞口段利用洞口管棚及超前小導(dǎo)管來確保拱頂部分的穩(wěn)定。4.3.1大管棚施工簡要工藝及要求采用C25混凝土套拱作為管棚導(dǎo)向墻，套拱內(nèi)埋設(shè)3榀工18型鋼工字鋼與管棚鋼管焊成整體，拱部設(shè)一環(huán)長40 m 的大管棚

9、， 環(huán)向夾角為144 。 長管棚采用的是 108壁厚 6 mm 的熱軋無縫鋼管， 管棚環(huán)向間距中至中為 50 cm，鋼管軸線與襯砌外緣線夾角13， 管棚管加工成鋼花管 ( 注漿孔孔徑為 15 mm， 間距為 20 cm，呈梅花型布置) ， 管內(nèi)注0.5:1 的水泥漿液， 注漿壓力 0.51MPa。施工中根據(jù)現(xiàn)場情況，必要時(shí)可加大至2.0MPa。工藝程序: 施工準(zhǔn)備搭設(shè)鉆孔平臺(tái)架立鉆機(jī)確定孔位預(yù)設(shè)導(dǎo)向管套管鉆進(jìn)頂入鋼管取出套管管內(nèi)注漿進(jìn)入下道工序。4.3.2小管棚施工簡要工藝及要求在洞頂 150 度范圍內(nèi)設(shè) 50的超前小導(dǎo)管， 小導(dǎo)管長5 m， 鋼管環(huán)向間距50 cm，縱向間距2.8m，在其前部

10、鉆注漿孔， 孔徑8 mm，孔間距15 cm，呈梅花形布置， 前端加工成錐形， 尾部長度100 cm， 作為不鉆孔的止?jié){段，注漿采用 0.51 的水泥漿液，注漿壓力0.51MPa。4.4洞身開挖施工工藝及要求待超前支護(hù)注漿強(qiáng)度達(dá) 85%后， 方可開挖。 洞身開挖采用CD法， 嚴(yán)格控制超欠挖， 拱部、 邊墻超挖部分需采取措施 ( 如留注漿管注漿等) 回填密實(shí)， 噴射混凝土必須密實(shí)， 不得留有空洞。4.4.1開挖方法及步驟（見表5）隧道分為左、右導(dǎo)坑進(jìn)行開挖，每側(cè)導(dǎo)坑又分為兩步臺(tái)階。為保護(hù)好圍巖，圍巖盡量采用機(jī)械輔人工開挖，每循環(huán)進(jìn)尺按每榀鋼架間距0.5m。 級(jí)圍巖中壁法施工示意圖施作左洞室拱部50

11、超前注漿小導(dǎo)管開挖左洞室上臺(tái)階(循環(huán)進(jìn)尺0.5m)及時(shí)施作初期支護(hù)，設(shè)置中隔壁臨時(shí)鋼支撐(設(shè)置臨時(shí)仰拱)開挖左洞室下臺(tái)階（循環(huán)進(jìn)尺0.5m），滯后于1部35m。及時(shí)施作下臺(tái)階初期支護(hù)及接長中隔壁臨時(shí)鋼支撐分段拆除臨時(shí)中隔壁，每次拆除長度6m仰拱及矮邊墻初期支護(hù)基面處理及時(shí)鋪設(shè)仰拱及矮邊墻防水板，灌筑仰拱填充及矮邊墻邊墻、拱部初期支護(hù)基面處理施作邊墻、拱部復(fù)合式防水板立模灌筑邊墻、拱部二襯鋼筋砼序號(hào)圖 示施工步驟說明123456中壁法開挖施工步驟圖1234施作右洞室拱部50超前注漿小導(dǎo)管開挖右洞室上臺(tái)階(循環(huán)進(jìn)尺0.5m)，滯后于2部1020m。及時(shí)施作初期支護(hù)(設(shè)置臨時(shí)仰拱)開挖右洞室下臺(tái)階（

12、循環(huán)進(jìn)尺0.5m），滯后于2部1020m。施作下臺(tái)階及仰拱初期支護(hù)，及早形成封閉受力環(huán)654.42中隔壁拆除在CD法中的一個(gè)關(guān)鍵問題是拆除中壁，據(jù)以往經(jīng)驗(yàn)，中隔壁拆除時(shí)間應(yīng)在全斷面成環(huán)后，各部位位移充分穩(wěn)定后，才能拆除，其要求如下。4.4.2.1 中壁拆除參數(shù)(1)拱頂下沉量：7d的增量小于2mm。(2)凈空收斂值：7d的增量小于4mm（拱頂下沉的2倍）。4.4.2.2安全管理參數(shù)管理水平管理階段中隔壁拆除中位移量（mm）中隔壁拆除后位移量（mm）1安全362注意6123危險(xiǎn)12244.5初期支護(hù)施工工藝及要求（1）初噴： 洞身開挖后， 立即噴射第一層 4 cm 厚的混凝土進(jìn)行封閉， 減緩圍巖

13、的變形。（2）系統(tǒng)錨桿：采用25正反循環(huán)中空注漿錨桿，環(huán)向間距1.0m，縱向間距1.0m， 錨桿安設(shè)垂直于圍巖， 注M30泥砂漿。注漿后安裝錨墊板，錨墊板與巖面密貼，間距均為 0.75 m1.0 m ( 環(huán)縱) 。（3）雙層鋼筋網(wǎng)： 6 鋼筋， 間距 20 cm 20 cm，鋼筋網(wǎng)事先按 2 m 2 m 規(guī)格制作成網(wǎng)片， 初噴后再安裝。（4）鋼架：采用格柵鋼拱架，縱向間距 0.5 m， 鋼拱架全環(huán)按單元安裝。 初噴后安裝鋼架， 拱墻仰拱封閉成環(huán)， 安裝時(shí)應(yīng)加打鎖腳錨桿； 背后要用混凝土楔形墊塊墊實(shí)； 垂直于隧道中線， 其傾斜度不大于 2，鋼架與定位錨桿焊接在一起， 各鋼架之間用設(shè)縱向連接筋連接

14、。（5）復(fù)噴： 錨桿、 鋼筋網(wǎng)、 鋼架施工后， 進(jìn)行噴射混凝土覆蓋， 每層噴射厚度 5 6 cm 至設(shè)計(jì)厚度 24 cm。4.6監(jiān)控量測根據(jù)新奧法施工原理， 監(jiān)控量測是隧道施工的重要環(huán)節(jié)， 施工中將圍巖監(jiān)控量測作為一道重要工序納入到整個(gè)施工過程中。施工中必測項(xiàng)目： 洞身凈空水平收斂和拱頂下沉、 洞口段地表下沉量測。淺埋地段地表下沉量測宜與洞內(nèi)凈空變化和拱頂下沉量測在同一橫斷面內(nèi)橫斷面方向應(yīng)在隧道中線兩側(cè)每隔25m布設(shè)地表下沉測點(diǎn)，每個(gè)斷面設(shè)置711個(gè)點(diǎn)，測量范圍在隧道開挖影響范圍之內(nèi)。地表下沉應(yīng)與頂量測頻率相同，按設(shè)計(jì)量測頻率堅(jiān)持觀測， 及時(shí)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理， 繪制相關(guān)時(shí)態(tài)曲線， 進(jìn)行回歸分析，

15、反饋信息和提出相應(yīng)對策。地表沉降橫向測點(diǎn)布置圖4.7防排水結(jié)構(gòu)防排水：“以排為主， 防、 排、 截、 堵相結(jié)合”綜合治理原則。防水： 隧道采用復(fù)合式襯砌， 初支噴砼封閉巖面裂隙， 二襯模筑 S8 防滲混凝土實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)自防水；初期支護(hù)與二次襯砌之間設(shè)置復(fù)合防水層， EVA防水卷材的厚度為 1.2 mm， 土工布單位質(zhì)量為300 g/m2。 明洞防水除混凝土結(jié)構(gòu)自防水外， 在結(jié)構(gòu)外鋪設(shè) EVA 防水層+無紡布， 回填土夯實(shí)， 并在表面鋪一層黏土隔水層。疏排：在初支與二襯間沿隧道環(huán)向設(shè)置50HDPE單壁波紋管盲溝， 隧道兩側(cè)墻底設(shè)置10cm雙壁打孔波紋管縱向貫通全隧道， 環(huán)向排水管均與墻底兩側(cè)縱向排水

16、管相連， 然后通過10cmPVC橫向排水管將水引入兩側(cè)32.8cm雙壁打孔波紋管側(cè)式排水管或44.3cm雙壁打孔波紋管中央排水管排出洞外，路面水通過路緣通逢式排水溝排出洞外，與洞外的天溝、排水溝、截水溝形成完整的排水系統(tǒng)。沉降縫、 施工縫防水: 除施工縫外, 在圍巖類別變化部位預(yù)留沉降縫； 在沉降縫用橡膠止水帶防水,在施工縫處用遇水膨脹止水條防滲。4.8襯 砌隧道洞口段采用加強(qiáng)襯砌, 拱墻及仰拱均設(shè)置雙層鋼筋,拱墻采用C25防水混凝土,仰拱采用C25普通混凝土， 二次襯砌采用移動(dòng)式全液壓模板臺(tái)車和泵送砼整體澆筑。仰拱是保持隧道穩(wěn)定的重要部分, 應(yīng)盡早施工, 施工中采用仰拱棧橋引導(dǎo)交通, 仰拱先

17、于邊墻施工, 及早成環(huán)。5結(jié) 語隧道洞口段一般圍巖軟弱破碎, 地質(zhì)情況復(fù)雜, 淺埋段更是如此； 長大隧道施工工期一般較緊,洞口段施工順利與否直接關(guān)系到隧道施工形象進(jìn)度的快慢； 選擇合適的進(jìn)洞施工方案至關(guān)重要, 能夠確保隧道施工安全, 加快施工進(jìn)度, 合理控制成本, 做到事半功倍。長大隧道在選擇進(jìn)洞方式時(shí)更應(yīng)結(jié)合隧道洞口特點(diǎn)和地質(zhì)情況, 比較各種進(jìn)洞方式的各自特點(diǎn), 選出適合本隧道特點(diǎn)的進(jìn)洞施工方案, 這一過程中聽取專家的意見尤為重要； 地質(zhì)條件復(fù)雜的隧道組織專家評(píng)審論證進(jìn)洞方案十分必要, 也非?？尚?。隧道洞口淺埋軟弱圍巖段要遵循“超前支護(hù)、 短進(jìn)尺、 弱爆破、 強(qiáng)支護(hù)、 勤量測, 早閉合” 的新奧法施工原則施工中, 將超前支護(hù)與錨噴支護(hù)緊密結(jié)合, 超前大管棚、 短管棚均與鋼架聯(lián)接成整體, 能更好地發(fā)揮聯(lián)合