堵河隧道洞口偏壓施工關鍵技術與質量控制

單飛

摘 要：隧道洞口偏壓直接影響到隧道的正常進洞施工，本文針對堵河隧道出口左線洞口呈半明半暗和嚴重偏壓狀態(tài)，通過采用洞口偏壓擋墻、三臺階開挖、超前小導管、超前大管棚及監(jiān)控量測等施工技術，確保了隧道順利進洞，為公路隧道洞口偏壓施工提供一定的參考。

關鍵詞：公路隧道 洞口偏壓 施工技術 質量控制 三臺階開挖 監(jiān)控量測

中圖分類號：U455.4 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2017）07（b）-0083-03

1 工程實例

1.1 工程概況

十白高速SHTJ-5標位于十堰市張灣區(qū)，標段起點位于張灣區(qū)柏林鎮(zhèn)泰山村，路線向西偏北展布，穿越泰山溝、黃龍山、堵河、堵河隧道，止于黃龍鎮(zhèn)獅子溝村，起訖樁號ZK18+501（YK18+496）～ZK22+715（YK22+710），全長4.214km。本標段主要工程量有：分離式隧道黃龍隧道2756m，堵河隧道808m，合計3564m/2座，折合單幅7128m；堵河大橋348m/1座。

其中：堵河隧道出口左洞洞口為嚴重偏壓結構，該隧道左幅里程樁號ZK21+695～ZK22+541，全長846m，最大埋深約135m；右幅里程樁號YK21+735～YK22+505，全長770m，最大埋深約134m。隧道左右幅縱面線形均為2.0%下坡。限界凈高10.25×5.0m。

1.2 隧道洞口地形、地質、水文情況

堵河隧道左線出口洞口，地質條件差，巖體非常破碎，巖體中摻雜黃土，進洞困難，圍巖等級都為Ⅴ級圍巖。洞口地形起伏大，隧道軸線經過地段地面高程200～348m。洞口覆蓋層較薄，洞口段13m為半明半暗形式，隧道洞口為偏壓結構。

隧址區(qū)地表水系較發(fā)育，主要為隧道進口端堵河水體、大氣降水形成的地表面流及山間沖溝內的季節(jié)性流水等，水量受季節(jié)性影響變化較大，其自然排泄暢通，對隧道施工影響較小。隧址區(qū)地下水類型主要為基巖裂隙水，主要賦存于巖體裂隙中。

2 偏壓隧道洞口施工

洞口施工好壞直接決定著隧道是否能夠順利進洞，總體施工工序為：原地面復測—截水溝施工—邊仰坡放樣—邊仰坡開挖—小導管加固施工及注漿—偏壓擋墻施工—套拱施工—大管棚施工—反壓回填土方—洞身開挖及支護。

2.1 洞頂截水溝施工

隧道洞口邊仰坡開挖前，距離洞口開挖邊坡線5～6m以外施工截水溝工程，截水溝與路基邊溝相連，防止雨季山坡匯積水沖洗已經開挖了的坡面，保證水流順暢。截水溝截面尺寸凈寬×高為600mm×600mm；壁厚0.3m；M7.5號漿砌片石砌筑。

2.2 邊仰坡施工

邊仰坡支護采用錨噴公益支護，洞口邊坡采用分層開挖，開挖采用挖掘機自上而下逐段逐層開挖，分層高度2m左右，開挖一層后及時進行邊仰坡支護的施工，初噴采用4cm厚的C20噴射混凝土，打入φ22砂漿錨桿，錨桿間距1m×1m，長度4m，然后掛設鋼筋網，鋼筋網采用φ6的圓鋼，網片間距25cm×25cm，復噴至10cm厚。

2.3 偏壓擋墻施工

偏壓擋墻為C25混凝土，擋墻基礎寬度5m，高度為100cm，偏壓擋墻總高度11.7m，背墻采用1∶0.25的坡率。基礎的底層基礎開挖時不得欠挖，基坑開挖至設計基底標高后，需要檢驗墻底地基承載力，其值需達到350kPa以上，澆筑基礎混凝土（如果地基承載力達不到設計要求，需加寬、加深基礎或者換填）?；A混凝土達到設計強度75%以后，進行偏壓擋墻墻身模板的安裝工作，考慮施工的方便性及支撐的穩(wěn)定性，基礎采用一次成型的方式，并且在四周預留接插鋼筋，接插鋼筋采用φ22螺紋鋼，長60cm，間距40cm，外露30～40cm。偏壓擋墻身采用分層施工的方式，每層施工高度為3m左右，每層間預留接插鋼筋。每層施工時需在上一層混凝土達到設計強度的75%后進行模板的安裝。

2.4 套拱及管棚施工

由于隧道洞口為偏壓結構，且洞口半明半暗，洞口上方土質松散，埋深較淺，施工難度大，為了確保順利進洞，套拱管棚分成兩部分施工，即在不同里程施工套拱管棚，偏壓擋墻施工完畢后，先施工洞口段套拱，然后施工明暗交接段套拱，套拱施工完成后進行大管棚的施工。

2.5 洞頂回填土

堵河隧道左線洞口樁號為ZK18+547，明暗交接處里程樁號為ZK22+545和ZK22+535，在進洞前需要先把洞口ZK22+535～ZK22+545段利用土方回填，利用回填土、碎石與邊坡相適應的側向土壓力來抵擋洞頂左側土體的滑動，使洞口處開挖處于穩(wěn)定狀態(tài)。

（1）回填材料的要求：回填材質必須為滲水性好的砂性土。

（2）回填的施工工藝：基底清理→回填→防滲層鋪設。

（3）施工技術的要求：回填應對稱分層夯實，每層厚度小于0.3m，兩側回填土高差不得大于0.5m，回填至拱頂后，應分層滿鋪填筑至設計高度，壓實度大于90%，達到設計高度后，回填層表面施工50cm厚粘土隔水層，隔水層與邊仰坡應搭接良好，封閉緊密，并有1∶5的橫向坡度，便于排水，防止地表水滲透影響回填體的穩(wěn)定。

3 偏壓隧道進洞施工

對于半明半暗且偏壓嚴重洞口，在按照程序施工完以上各道工序后，開始進洞開挖，由于暗洞開挖困難，易出現塌方，項目根據實際情況，經過認真研究分析和聽取專家意見，排除了留核心土法、兩臺階法及其他方法，采用三臺階法開挖施工。

3.1 偏壓隧道進洞輔助施工措施

堵河出口左線偏壓隧道成功進洞的關鍵之一是采用了分段超前支護的施工技術，其主要輔助施工措施為：超前大管棚和超前小導管的施工。在開挖至套拱頂端時，左側仰坡采用小導管進行注漿加固處理，注漿范圍從明暗交接處沿著隧道縱向5m，橫向10m，從而加固了隧道洞口圍巖。超前大管棚分兩個部位施工，即在偏壓隧道兩處明暗交接處分別施作套拱管棚。endprint

超前小導管加固范圍為洞口ZK22+535處，沿著隧道縱向注入水泥漿，水泥漿在一定壓力的作用下，滲透到地層中，對裂隙、空隙進行擠密、充填、加固等，改善土體自身的性質，增加土體強度。在小導管的群樁作用下，形成加筋土，對隧道偏壓起到抵擋的作用。

小導管采用Φ42mm×3.5mm無縫鋼管加工，鋼管前端呈尖錐狀，尾部焊接上φ6加箍筋，管壁四周鉆6mm壓漿孔。小導管間距1m×1m梅花型布置，長度4.5m。

超前大管棚采用108無縫鋼管制作，四周打孔，鋼管端部彎制錐頭，尾部預留100cm長止?jié){段，中間鋼管連接采用工廠車絲處理后絲扣連接，接頭在同一截面小于設計長度的50%，且相鄰截面至少應錯開1m。

鉆孔以長管棚作為導向墻，采用兩臺TUX-100型潛孔鉆機，鉆機立軸方向必須準確控制，以保證孔口的孔向正確。為確保管棚施工質量，在鉆進過程中，及時對孔位偏差進行檢查和糾正。

注漿采用BW-250/50型注漿泵，注漿材料為425#水泥漿，并采用1∶0.5的水泥水玻璃雙液注漿，注漿壓力為初壓0.5～1.0MPa，終壓2.0MPa。注漿完畢穩(wěn)壓5～8min，注漿管口預留溢漿口，作為注漿的觀察窗，若注漿質量不滿足要求，應及時進行補壓。

3.2 三臺階法施工工序

三臺階開挖基本程序如圖1所示。

3.2.1 上臺階施工

利用上一循環(huán)設立的鋼拱架施作超前支護。爆破分部開挖①部，采用若爆破方式。每進尺0.6～1m，同時視圍巖情況也可預留小型核心土，長度一般為3m。Ⅴ級圍巖地段掌子面噴射5cm厚混凝土進行封閉。

分部施作①部導坑周圍的初期支護，初噴混凝土4cm厚，架立鋼拱架。施作鎖腳錨桿。鉆設系統(tǒng)錨桿后復噴混凝土至設計厚度。

3.2.2 中臺階施工

在滯后于①部一段距離后（5m左右），弱爆破左右交錯開挖②、③部，左右交錯錯開距離控制在3m之間。每循環(huán)進尺控制在0.8～1.2m。在左或右側開挖工程中，預留一定的馬口，馬口寬度不小于1.5m，導坑周邊部分初噴4cm厚混凝土，施作鋼架，并設鎖腳鋼管。

系統(tǒng)錨桿安裝后復噴混凝土至設計厚度。

3.2.3 下臺階施工

在滯后于③部一段距離后（5m左右），弱爆破左右交錯開挖④、⑤部，左右錯開距離控制在約3m。在單側開挖工程中，預留一定的馬口，馬口寬度不小于1.5m，導坑周邊部分初噴4cm厚混凝土，施作鋼架。

系統(tǒng)錨桿安裝后復噴混凝土至設計厚度。

4 監(jiān)控量測

由于本隧道進口偏壓嚴重，需加強監(jiān)控量測，以便準確掌握圍巖變化情況，以便保證隧道施工安全。

堵河隧道采用賓得R322M全站儀及賓得水平儀進行周邊收斂和拱頂沉降的觀測，數據的處理采用DLH0905工程軟件系統(tǒng)進行回歸分析，確定圍巖變化情況，及時指導施工。

4.1 地表沉降監(jiān)測

隧道洞口淺埋地段，開挖前，在垂直于隧道中軸線的位置橫向埋設地表監(jiān)控量測樁及水準基準點，地表下沉量測斷面測點之間橫向間距約4m，橫向布設點埋設在隧道開挖影響范圍內，在隧道中線上方布置加密。

隧道開挖時，及時進行觀測，根據量測的數據，繪制地表下沉位移與時間的關系曲線，地表沉降觀測采用精密水準儀，在堵河隧道洞口左側偏壓嚴重的地段，加密布置。

4.2 拱頂下沉和凈空變化

拱頂下沉和水平收斂量測斷面的間距為：Ⅴ級圍巖不大于15～20m；水平收斂1～2對。各測點盡量靠近工作面埋設，在下次爆破循環(huán)前獲得初始讀數，初讀數在掌子面開挖12h以內讀取，在下一個開挖循環(huán)之前完成初期變形數據的監(jiān)測。

4.3 數據分析

及時對現場量測數據繪制時態(tài)曲線和空間關系曲線，及時將數據處理或回歸分析，推算最終位移與掌握位移變化的規(guī)律；位移與時間曲線出現反彎點時，即表示圍巖和支護已經出現不穩(wěn)定的狀態(tài)，應該加強圍巖動態(tài)的監(jiān)視，并及時加強支護參數或者開挖暫停；當噴層表面出現較為明顯的裂縫時，應該立即采取補強的措施、及時調整支護的設計參數或開挖的方法。

本段落監(jiān)控數據分析如圖2、圖3所示。

從監(jiān)控量測數據的曲線可以看出，隧道圍巖逐步趨于穩(wěn)定，隧道開挖方法及支護參數合理，進洞施工技術起到了很好的穩(wěn)定作用。

5 結語

堵河隧道出口左線洞口呈半明半暗和嚴重偏壓狀態(tài)，洞口偏壓最大高差達到55m，洞口段地質為風化土及砂礫混合土，圍巖地質條件差，屬V級圍巖，施工難度極大，安全風險高，項目部經過現場測量復核地形，將洞口向外進行了延長，降低了洞口開挖高度（原設計變仰坡開挖高度為38m），降低了一定的施工難度和安全風險；偏壓隧道進洞施工技術方案的成功使用，確保了項目關鍵工程的順利開展，為隧道后續(xù)施工奠定了基礎。

參考文獻

[1] 中華人民共和國行業(yè)標準.JTG F60-2009，公路隧道施工技術規(guī)范[S].北京：人民交通出版社，2009.

[2] 中華人民共和國國家標準.GB50086—2001，錨桿支護技術規(guī)范[S].北京：中國計劃出版社，2001.

[3] 李永寶.軟弱地層淺埋暗挖隧道管棚法鉆孔技術[J].隧道建設，2006，26（12）：52-55.endprint