談半明半暗隧道進(jìn)洞施工技術(shù)

汪蘭芳 汪貽謀

(1.中交第二公路工程局有限公司，陜西西安 710075;2.中交二公局第四工程有限公司，河南洛陽(yáng) 471013)

1 概述

隨著我國(guó)公路建設(shè)高速發(fā)展，山區(qū)公路隧道越來(lái)越多，且很多隧道洞口處的地質(zhì)、地形條件較差，埋深較淺，圍巖風(fēng)化嚴(yán)重、節(jié)理裂隙發(fā)育、地表水流沖刷嚴(yán)重，圍巖承載能力差［1］。故隧道洞口的設(shè)計(jì)與施工非常關(guān)鍵，直接關(guān)系到隧道的安全進(jìn)洞及今后的運(yùn)營(yíng)安全，尤其在不良地質(zhì)地段隧道洞口的設(shè)計(jì)更需要得到充分重視［2］。因此在設(shè)計(jì)與施工時(shí)，需特別注意隧道洞口段的特殊性。

近年來(lái)，工程建設(shè)對(duì)環(huán)保和生態(tài)保護(hù)提出了越來(lái)越高的要求，如何在工程建設(shè)中最大限度的保留原有的植被，成為工程施工關(guān)注的一個(gè)焦點(diǎn)［3］。此外，當(dāng)隧道洞口位于地形嚴(yán)重偏壓地段時(shí)，為貫徹“‘零’開(kāi)挖”理念，并確保施工安全，避免洞口“大挖大刷”形成高邊坡、仰坡，常采用“半明半暗”的進(jìn)洞方法［4］。該施工方法不僅減少了對(duì)洞口植被的破壞，對(duì)隧址區(qū)自然環(huán)境也起到了很好的保護(hù)作用，是對(duì)建設(shè)生態(tài)性、環(huán)保性工程指導(dǎo)理念的有效運(yùn)用。然而，半明半暗洞口段地質(zhì)條件復(fù)雜，影響因素較多，荷載多變，而且其本身結(jié)構(gòu)復(fù)雜，設(shè)計(jì)施工難度很大，主要體現(xiàn)在:

1)半明半暗段圍巖節(jié)理、裂隙發(fā)育，巖體破碎，穩(wěn)定性差，大多處于偏壓位置;

2)當(dāng)受到施工擾動(dòng)或雨水影響后，圍巖的物理力學(xué)性質(zhì)易發(fā)生較大變化;

3)半明半暗法施工工序多，結(jié)構(gòu)受力復(fù)雜。在施工過(guò)程中，稍有不慎，易產(chǎn)生大變形，嚴(yán)重時(shí)甚至出現(xiàn)裂縫。

因此加強(qiáng)施工監(jiān)控成為保證這些特殊隧道結(jié)構(gòu)安全施工的重要手段。

2 工程概況

十白高速SHTJ-5標(biāo)堵河隧道全長(zhǎng)808 m，左線出口洞口，地質(zhì)條件差，巖體極其破碎，巖體中摻雜著黃土，進(jìn)洞困難，圍巖等級(jí)均為Ⅴ級(jí)。洞口地形起伏較大，隧道軸線經(jīng)過(guò)地段地面高程約200 m～348 m。山體植被繁茂，洞口總體覆蓋層較薄，實(shí)測(cè)結(jié)果顯示，洞口段13 m為半明半暗形式，隧道呈偏壓結(jié)構(gòu)。

3 偏壓隧道施工研究分析過(guò)程

堵河隧道進(jìn)口緊鄰堵河，洞口位于山體的半山腰，距地面約60 m，無(wú)法正常進(jìn)洞施工，而且山勢(shì)陡峭，洞口無(wú)法展開(kāi)施工，而出口洞口較低，修便道易到達(dá)洞口，因此，經(jīng)過(guò)研究決定從出口單端掘進(jìn)。

堵河隧道左線出口洞口，位于V形沖溝的上方，地形坡度為45°，溝底距洞口高差為14 m，洞口段圍巖呈松散塊石狀，中間夾著黃土，厚度約為7 m，遇水成泥。山體植被繁茂，洞口總體覆蓋層較薄，隧道埋深淺且偏壓嚴(yán)重。在開(kāi)挖邊仰坡時(shí)會(huì)引起洞口左側(cè)土體的滑動(dòng)或坍塌，尤其是在暗洞施工時(shí)左側(cè)土體還可能會(huì)產(chǎn)生下沉或使隧道產(chǎn)生冒頂，對(duì)隧道的施工極不安全，工期得不到保障。

原設(shè)計(jì)出口里程為ZK22+541，右側(cè)成洞面里程ZK22+531，左側(cè)成洞面里程ZK22+539，洞口采用半明半暗施工，隧道偏壓非常嚴(yán)重，左側(cè)臨時(shí)開(kāi)挖面設(shè)計(jì)為1∶1的坡率，經(jīng)過(guò)測(cè)量發(fā)現(xiàn)，左側(cè)邊仰坡開(kāi)挖高度較高，達(dá)到32 m，無(wú)法保證邊仰坡的穩(wěn)定性和進(jìn)洞的安全性，同時(shí)開(kāi)挖難度極大;通過(guò)業(yè)主、設(shè)計(jì)及監(jiān)理單位多次到現(xiàn)場(chǎng)會(huì)勘，最后把隧道出口里程向外延伸6 m，確定在ZK22+547，左側(cè)成洞面里程定在ZK22+545，邊仰坡開(kāi)挖高度降至20 m左右，提高了邊仰坡的穩(wěn)定性，保證了施工的安全，降低了一定施工難度。偏壓隧道施工以新奧法為原理，堅(jiān)持管超前、短開(kāi)挖、弱爆破、早封閉、強(qiáng)支護(hù)、勤量測(cè)的原則。

4 施工方案

洞口施工好壞直接決定著隧道是否能夠順利進(jìn)洞，因此對(duì)偏壓隧道洞口施工做好策劃工作，十白項(xiàng)目偏壓隧道洞口施工方案為:優(yōu)先做好洞頂截水溝施工，布設(shè)地表沉降觀測(cè)點(diǎn)，然后開(kāi)挖邊仰坡，開(kāi)挖時(shí)必須避開(kāi)雨天，逐級(jí)開(kāi)挖后立即施作錨桿、掛設(shè)鋼筋網(wǎng)、噴射混凝土支護(hù)，開(kāi)挖至洞頂時(shí)在洞口的左側(cè)采取打小導(dǎo)管進(jìn)行注漿加固處理，進(jìn)行洞口偏壓擋墻的施工，然后開(kāi)始套拱和管棚的施作。在偏壓擋墻混凝土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的80%以上后，開(kāi)始進(jìn)行反壓回填，以上工作完成后方可進(jìn)行暗洞的開(kāi)挖和支護(hù)。要加密監(jiān)控量測(cè)點(diǎn)，觀測(cè)洞口上方沉降指導(dǎo)施工，確保施工的安全。

總體施工工序安排:原地面復(fù)測(cè)→截水溝施工→邊仰坡測(cè)量放樣→邊仰坡開(kāi)挖→小導(dǎo)管加固注漿處理→偏壓擋墻施工→套拱施工→管棚施工→反壓回填→洞身開(kāi)挖、支護(hù)。

4.1 洞頂截水溝施工

隧道洞口開(kāi)挖前，在洞口開(kāi)挖邊坡線5 m以外施作截水溝，截水溝通向路基邊溝，以防雨季山坡匯積水沖洗已開(kāi)挖的坡面，保證流水暢通，見(jiàn)圖1。截水溝截面凈寬600 mm×高600 mm;壁厚300 mm;用M7.5號(hào)漿砌片石砌筑。截水溝采用爆破和人工開(kāi)挖相結(jié)合。

4.2 邊仰坡開(kāi)挖、支護(hù)

邊仰坡防護(hù)采用錨噴支護(hù)，洞口邊坡采用從上至下，分層開(kāi)挖，開(kāi)挖采用挖掘機(jī)配合人工自上而下逐段進(jìn)行開(kāi)挖，人工刷坡，分層高度2 m～3 m，每開(kāi)挖完一層后就及時(shí)進(jìn)行邊仰坡的支護(hù)，初噴4 cm的C20噴射混凝土，再打入φ22砂漿錨桿并注漿，錨桿間距1 m×1 m，呈梅花形布置，長(zhǎng)4 m，然后掛設(shè)鋼筋網(wǎng)，鋼筋網(wǎng)采用φ6的圓鋼，網(wǎng)片間距25 cm×25 cm，最后復(fù)噴至10 cm，如圖2，圖3所示。

圖1 洞頂截水溝施工

圖2 隧道邊坡開(kāi)挖

4.3 偏壓擋墻施工

偏壓擋墻為C25素混凝土，基礎(chǔ)寬5 m，高度100 cm，擋墻總高度11.7 m，背墻采用1∶0.25的坡率。偏壓擋墻基礎(chǔ)開(kāi)挖時(shí)，應(yīng)采用人工開(kāi)挖，以保證不破壞巖石的完整性?；A(chǔ)的底層基礎(chǔ)開(kāi)挖時(shí)不能欠挖，基坑開(kāi)挖至設(shè)計(jì)基底高程后，要求檢驗(yàn)墻底地基承載力達(dá)到350 kPa，立即澆筑基礎(chǔ)混凝土(如果地基承載力達(dá)不到要求，應(yīng)加寬加深基礎(chǔ))。在基礎(chǔ)混凝土達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度75%后進(jìn)行墻身模板的安裝，考慮到施工的方便性和支撐的穩(wěn)定性，基礎(chǔ)采用一次成型的方式，并且在四周預(yù)留接槎鋼筋，接槎鋼筋采用φ22螺紋鋼，長(zhǎng)60 cm，間距40 cm，外露30 cm。偏壓擋墻墻身采用分層施工的方式，每層施工高度約為3 m，每層間預(yù)留接槎鋼筋。每層施工時(shí)需要在上一層混凝土達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的75%后方可進(jìn)行模板的安裝，見(jiàn)圖4。

圖3 隧道仰坡開(kāi)挖

圖4 偏壓擋墻墻身施工工藝

混凝土采用集中拌合，罐車運(yùn)輸，混凝土在拌合站拌和好后用罐車運(yùn)送至工地，然后采用混凝土輸送泵泵送入模，分層澆筑，分層厚度控制在30 cm～45 cm，振搗采用插入式振動(dòng)器，振搗時(shí)嚴(yán)禁碰撞模板防止跑模。在混凝土澆筑完成并且初凝后，灑水養(yǎng)護(hù)保證混凝土表面經(jīng)常處于濕潤(rùn)狀態(tài)。夏季溫度高時(shí)，采用覆蓋土工布灑水養(yǎng)護(hù)法養(yǎng)護(hù)。

4.4 套拱及管棚施工

由于隧道處于偏壓且洞口半明半暗，洞口土質(zhì)松散，施工難度較大，為確保順利進(jìn)洞，項(xiàng)目將套拱管棚分成兩部分施工，即在不同部位施工套拱管棚，偏壓擋墻施工完成后，先施工洞口套拱，然后施工明暗交接處套拱，套拱施工完成后進(jìn)行管棚施工，見(jiàn)圖5，圖 6。

圖5 洞口左側(cè)套拱管棚施工

圖6 洞口右側(cè)套拱管棚施工

4.5 洞頂回填土

堵河隧道出口左線洞口樁號(hào)為ZK18+547，明暗交接處為ZK22+545和ZK22+535，在進(jìn)洞時(shí)須先把洞口 ZK22+535～ZK22+545處回填起來(lái)，靠回填土、碎石與邊坡相適應(yīng)的側(cè)向土壓力來(lái)抵住洞頂左側(cè)土體的滑動(dòng)，使洞口處的暗洞開(kāi)挖保持穩(wěn)定。

1)材料要求:回填土質(zhì)必須是滲水性好的砂性土質(zhì)。

2)施工工藝:基底清理→拱背回填→拱頂回填→鋪防滲層。

3)施工技術(shù)要求:洞頂拱背回填應(yīng)對(duì)稱分層夯實(shí)，每層厚度不得大于0.3 m，其兩側(cè)回填土高差不得大于0.5 m，回填至拱頂齊平后，應(yīng)立即分層滿鋪填筑至要求高度，夯實(shí)度不小于90%，達(dá)到設(shè)計(jì)高度后，回填層表面應(yīng)施作50 cm厚粘土隔水層，隔水層應(yīng)與邊仰坡搭接良好，封閉緊密，并有1∶5的橫向排水，防止地表水下滲影響回填體的穩(wěn)定。

5 結(jié)語(yǔ)

本文對(duì)淺埋偏壓隧道洞口的施工技術(shù)方案進(jìn)行初步探索，主要闡述了半明半暗隧道洞頂截水溝，邊仰坡開(kāi)挖、支護(hù)，偏壓擋墻施工，套拱及管棚施工，洞頂回填土等的施工方法。該隧道現(xiàn)已安全進(jìn)洞，經(jīng)實(shí)踐證明，該施工技術(shù)方案切實(shí)可行，同時(shí)為此類隧道的洞口施工提供一定的參考。

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