山區(qū)公路隧道單向出洞方式施工技術(shù)

王 遠(yuǎn) 奇

(東北林業(yè)大學(xué)土木工程學(xué)院，黑龍江 哈爾濱 150040)

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山區(qū)公路隧道單向出洞方式施工技術(shù)

王 遠(yuǎn) 奇

(東北林業(yè)大學(xué)土木工程學(xué)院，黑龍江 哈爾濱 150040)

簡述了隧道施工中單向出洞方式的優(yōu)點，并以云南省富龍高速公路平耶隧道為例，從施工動態(tài)設(shè)計、輔助措施、開挖方式等方面，探討了單向出洞的施工關(guān)鍵技術(shù)，指出該技術(shù)加快了施工進(jìn)度、節(jié)約了投資、提升了洞口形象。

隧道，單向出洞，暗洞，管棚

0 引言

隧道洞口一般穿越山體表層，周圍巖石往往風(fēng)化極為嚴(yán)重，巖體強度低，穩(wěn)定性差。洞口處于淺埋地段時圍巖常破碎松散，難于成拱。同時，受地形影響洞口段常存在偏壓現(xiàn)象，且地表水的下滲對洞口圍巖的穩(wěn)定性影響較大。此外，洞口施工極易受地理環(huán)境影響，施工人員和設(shè)備安全風(fēng)險較大。因此隧道洞口往往是施工困難地段，也是整個隧道工程施工的關(guān)鍵，將直接影響到工程施工工期和施工安全[1，2]。隨著高速公路的發(fā)展，隧道洞口的景觀工程設(shè)計已經(jīng)提升到了一個前所未有的高度，土建工程進(jìn)行隧道施工的進(jìn)出洞方案將直接與之相關(guān)，施工方案如果選取不合理，洞口自然坡體的穩(wěn)定性及原生地貌就會受到破壞，再無法實現(xiàn)“無為更有為”及“不破壞就是最大保護(hù)”的自然之美。相關(guān)規(guī)范和指南要求隧道進(jìn)洞要執(zhí)行“零開挖”進(jìn)洞理念，遵循“早進(jìn)洞、晚出洞”施工原則，盡可能避免對山體大挖、大刷或擾動[3]。但是實際施工過程中，因地勘資料不準(zhǔn)確，設(shè)計方案無針對性，管理者重視程度不足，勞務(wù)隊野蠻施工等因素影響，致使洞口面目全非，甚至人為引發(fā)地質(zhì)災(zāi)害、發(fā)生安全事故、增加投資、延誤工期等失敗案例不勝枚舉。

相關(guān)指南要求采用單向開挖的隧道，出洞前開挖不少于30 m或不小于洞口超前管棚長度，嚴(yán)禁在隧道洞口處貫通[4]。但鑒于部分山區(qū)隧道的洞口設(shè)置在懸崖、陡坡之處，工程施工時各施工要素很難就位，不具備進(jìn)洞條件。本文以平耶4號隧道單向出洞方式成功出洞為案例，對山區(qū)隧道單向出洞施工關(guān)鍵要點及合理性進(jìn)行簡要介紹。

1 單向出洞方式簡述

當(dāng)隧道一端洞口處于陡峭、臨崖、偏壓等地質(zhì)條件較差，施工困難時，選用單向出洞法，即單向掘進(jìn)至距出洞口20 m～30 m處時，通過動態(tài)設(shè)計調(diào)整支護(hù)參數(shù)、采取三臺階七步開挖法或三臺階環(huán)形開挖預(yù)留核心土法化大斷面為小斷面、延長超前小導(dǎo)管的搭接長度和嚴(yán)格注漿等施工措施，可以從洞內(nèi)向另一端洞口直接出洞。單向出洞方式主要具有以下優(yōu)點：

1)節(jié)約投資。

可以節(jié)省新增一個開挖面需增加的風(fēng)、水、電、駐地建設(shè)費，以及施工機(jī)械、二襯臺車等一整套設(shè)備費用。

2)加快施工進(jìn)度。

從邊、仰坡開挖防護(hù)，截水溝施作，導(dǎo)向墻與管棚施工，直至具備進(jìn)洞條件，至少可以節(jié)約7 d～10 d時間。

3)減少人工痕跡。

通過選擇合理的明暗交界里程，延長明、暗洞，優(yōu)化洞門的結(jié)構(gòu)形式，減少邊仰坡的開挖量，有效地避免對洞口的擾動與破壞。

2 單向出洞案例

2.1 工程概況

平耶4號隧道右幅長457 m，最大埋深81 m，圍巖以中～全風(fēng)化硅質(zhì)巖為主。原設(shè)計采用套拱加長管棚進(jìn)洞方法，設(shè)計有7 m的明洞，端墻式洞門。

2.2 選用單向出洞法出洞

平耶4號隧道進(jìn)口端(富寧端)洞口植物以高大喬木為主，植被茂盛，生態(tài)環(huán)境優(yōu)美，一旦大面積破壞，很難恢復(fù)。進(jìn)口端洞口地勢陡峭，機(jī)械設(shè)備很難就位，施工難度大。洞口又位于本項目唯一的進(jìn)場便道上方，即便能從該端進(jìn)洞，也勢必對進(jìn)場便道的運輸造成非常大的影響。經(jīng)綜合考慮，從出口端(那坡端)進(jìn)洞后采用單向出洞方法出洞。

2.2.1 施工過程中的動態(tài)設(shè)計

從出口端開挖掘進(jìn)至YK12+712處時，埋深約為6 m，掌子面圍巖以中風(fēng)化硅質(zhì)巖為主，松散，整體穩(wěn)定性隨埋深變淺逐漸變差。超前地質(zhì)預(yù)報與監(jiān)控結(jié)果表明，YK12+712～YK12+692段圍巖從中風(fēng)化逐漸往全風(fēng)化過度，自穩(wěn)能力差，且按照SF5a施工完初期支護(hù)的YK12+712～YK12+720段拱頂沉降位移速度平均約為4 mm/d，累計沉降量達(dá)11 cm。為了確保安全出洞，避免因拱頂沉降和凈空收斂過大導(dǎo)致塌方冒頂或初期支護(hù)侵限，及時施作了YK12+712～YK12+720段的仰拱；YK12+712往小里程方向施工時，將預(yù)留沉降量由原設(shè)計的15 cm調(diào)整為20 cm；并加強支護(hù)形式：將原設(shè)計縱向間距為60 cm的Ⅰ18工字鋼調(diào)整為間距50 cm的Ⅰ20a工字鋼，φ25中空注漿錨桿間距相應(yīng)由原設(shè)計的100 cm×60 cm(環(huán)×縱)調(diào)整為100 cm×50 cm(環(huán)×縱)，防水鋼筋混凝土二次襯砌厚度由原設(shè)計的50 cm調(diào)整為60 cm，確保后沉降和凈空收斂速率得到了有效控制。

2.2.2 輔助措施用超前小導(dǎo)管代替管棚

考慮到從洞內(nèi)往洞外施工管棚，管棚機(jī)工作空間有限，管棚的角度很難掌控，施作的管棚很難達(dá)到預(yù)期的效果，因此從出口端開挖掘進(jìn)至YK12+712處時，將輔助施工措施由原設(shè)計的管棚調(diào)整為超前小導(dǎo)管，即采用每環(huán)45根3 m長(環(huán)向間距30 cm)的φ42×4 mm超前小導(dǎo)管作為輔助施工措施，每2榀施作一環(huán)，搭接長度為2 m，嚴(yán)格按照設(shè)計注漿要求進(jìn)行注漿。

2.2.3 開挖方法采用三臺階環(huán)形開挖預(yù)留核心土法

為了確保施工安全，開挖至YK12+712處時，將開挖方法由上下臺階開挖調(diào)整為三臺階環(huán)形開挖預(yù)留核心土法，嚴(yán)格控制開挖進(jìn)尺，每循環(huán)開挖榀數(shù)不得超過2榀，并及時將初期支護(hù)閉合成環(huán)。施工至距出洞口小于10 m時，拱部開挖盡量用人工或挖掘機(jī)開挖，避免放炮或進(jìn)尺過大致使塌方冒頂和洞外的浮石滾至進(jìn)場便道造成安全事故。

2.2.4 延長明、暗洞

在邊仰坡高速不大于3 m～5 m處出洞時，可以減少邊仰坡的開挖及防護(hù)數(shù)量，以防破壞洞口的穩(wěn)定性和原生植被[5,6]。平耶4號原設(shè)計的明暗交界里程為YK12+692,但經(jīng)實測地面線，YK12+692處的埋深為4.92 m，YK12+684.5處的埋深為3.2 m，因此選取YK12+684.5處作為明暗交界位置，并將YK12+692～YK12+682.5段由原設(shè)計明洞調(diào)整為暗洞施工。原設(shè)計岜洪4號大橋與平耶4隧道之間有1.46 m的路基，具有延長明洞的條件，因此延長明洞至YK12+682.5處。經(jīng)延長明、暗洞后，洞口幾乎無邊仰坡開挖量，施工過程中加強了對洞口植被的保護(hù)，真正做到“不破壞就是最大的保護(hù)”。

2.2.5 端墻式洞門調(diào)整為明洞式洞門

平耶4號隧道右幅原設(shè)計的洞門為偏壓墻加端墻式洞門，根據(jù)現(xiàn)場情況延長了明、暗洞后，洞口邊仰坡，洞口的植被得到了最大程度的保護(hù)。為了較少人工痕跡，與周圍自然景觀相協(xié)調(diào)，將洞門結(jié)構(gòu)形式調(diào)整為簡潔輕巧的直切式洞門[7]。

2014年8月16日，平耶4號隧道右幅采用單向出洞方式順利貫通，貫通誤差滿足設(shè)計與規(guī)范要求，洞口的邊仰坡及植被得到了最大程度的保護(hù)。平耶4號隧道右幅順利單向出洞，為其余平耶隧道群的出洞積累了經(jīng)驗，后續(xù)施工的平耶1號～3號隧道均采用單向出洞法成功出洞。

3 結(jié)語

當(dāng)隧道洞口受坡陡、臨崖、偏壓、地質(zhì)條件差等環(huán)境因素影響使施工機(jī)具難以就位或難以形成開挖面時，鑒于工期、投資以及洞口的自然景觀的保護(hù)等各方面的優(yōu)勢，可以選用單向出洞法出洞。云南省富龍高速公路平耶隧道群通過采用單向出洞法出洞，明顯縮短了工期，節(jié)約了投資，也在很大程度上保護(hù)了隧道口的原生植被，實現(xiàn)洞口美學(xué)上的“無為更有為”及“不破壞就是最大的保護(hù)”等理念。此方法可供其他類似的隧道施工參考，特別是山區(qū)的中、短隧道施工。

[1] 楊林德.公路隧道施工手冊[M].北京:人民交通出版社,2011:235-242.

[2] 洪開榮.山區(qū)高速公路隧道施工關(guān)鍵技術(shù)[M].北京：人民交通出版社,2011:15-16.

[3] JTG F60—2009，公路隧道施工技術(shù)規(guī)范[S].

[4] 公路隧道施工標(biāo)準(zhǔn)化指南[M].北京：人民交通出版社，2012：18-19.

[5] JTG/T D70—2010，公路隧道設(shè)計細(xì)則[S].

[6] 徐加民.隧道出洞的設(shè)計與應(yīng)用[J].鐵道工程學(xué)報，2015(3)：73-76.

[7] 王夢恕.中國隧道及地下工程修建技術(shù)[M].北京：人民交通出版社，2010：58-62.

Construction technology of unidirectional unkennel of mountainous highway tunnel

Wang Yuanqi

(CollegeofCivilEngineering,NortheastUniversityofForestry,Harbin150040,China)

The paper briefly describes merits of unidirectional unkennel method in tunnel construction, taking Pingye tunnel on Fulong highway in Yunnan province as an example, starting from aspects of construction dynamic design, auxiliary measures, and excavation methods, it explores critical unidirectional unkennel construction technologies, and finally points out that: the construction technology speeds up construction schedule, saves investment, and improves tunnel entrance image as well.

tunnel, unidirectional unkennel, dark cave, pipe-shed

1009-6825(2016)13-0189-02

2016-02-26

王遠(yuǎn)奇(1993- )，男，在讀本科生

U455

A