山區(qū)高速公路橋隧相連隧道側(cè)面進洞施工方案研究

林東發(fā)

(漳州通平漳武高速公路有限公司，漳州 363000)

1 引言

近年來，高速公路工程等交通事業(yè)在山區(qū)蓬勃發(fā)展，因山區(qū)地形條件限制， 線路中的橋梁、 隧道占比越來越重，橋梁隧道相連的現(xiàn)象越來越多，甚至橋臺與隧道洞門相連，故大部分山區(qū)地形地貌高差較大、地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜、山體陡峭、 場地受限嚴(yán)重等問題尤為突出， 增加建設(shè)成本，給施工和運營埋下了極大的質(zhì)量安全隱患。雖然我國在橋隧相連的設(shè)計和施工中取得了長足的進步， 但對于地形條件更加復(fù)雜的山嶺地區(qū)橋隧相連的洞口施工方法研究仍然不夠充分，存在著極大的局限性。

目前傳統(tǒng)正洞進洞施工方案對部分橋隧相連地區(qū)施工受地勢及橋梁施工干擾影響的山區(qū)高速公路隧道適用性較小。 本文結(jié)合某高速公路隧道洞口地形條件(極陡峭、圍巖破碎、完整性較差)，研究橋與隧緊連的山區(qū)高速公路隧道側(cè)面進洞施工， 以期為同類地形條件下隧道進洞施工制定更加經(jīng)濟、可靠、合理的施工方案。

2 不同地形地質(zhì)條件隧道進洞方式對比

隧道特點及進洞方式：①不良地質(zhì)和地形條件，按照先加固、后進洞的原則，采用地層預(yù)加固措施，早進洞，避免邊仰坡過高及對自然環(huán)境的破壞(正洞進洞)；②成洞面仰坡開挖難度大，以滿足成洞條件為原則，根據(jù)現(xiàn)場地質(zhì)條件，對其高度進行控制，保證一定的覆土厚度和適當(dāng)?shù)倪呇銎赂叨?正洞進洞)；③工期寬裕的隧道可在條件好的位置單向進洞(正洞進洞)；④地形限制大，便道無法修筑至洞口或便道過長的隧道， 根據(jù)實際地形設(shè)置橫洞或斜井，經(jīng)方案必選后可采取橫洞或斜井進洞，避免對原地面大規(guī)模破壞(橫洞/斜井進洞)。 不同的進洞方式，各有其優(yōu)缺點，如表1 所示，施工中應(yīng)根據(jù)實際情況，有針對性地制定適當(dāng)?shù)倪M洞方案。

進洞方式確定后，主要的施工方法有：①明挖法；②套拱加短管棚法；③套拱加長管棚法；④地表錨桿或小導(dǎo)管注漿預(yù)加固法；⑤回填暗挖法。

表1 不同地形地質(zhì)條件隧道進洞方式對比表

3 工程概況

某高速公路隧道左線全長4881m、右洞全長4891m，平均長度為4886m； 洞內(nèi)設(shè)置14 處人行橫洞、6 處車行橫洞、4 處配電橫洞。 隧道進口左、右洞分別需獨頭掘進約3464m，順坡施工，合同要求工期24 個月，實際計算工期需33 個月，工期壓力大。

隧道進口段自然山體坡度約50～70°，位于山體半山坡位置，山林茂密。 隧道洞口與溝谷底部高差50m，與縣道高差80m， 隧道進口平面圖見圖1。 隧道洞頂埋深較淺，地表覆蓋層厚度較大，圍巖主要為殘坡積層、花崗斑巖風(fēng)化土層，巖體結(jié)構(gòu)松散，圍巖級別為V 級，開挖后穩(wěn)定性較差， 且隧道進口緊接橋臺， 左洞門距離臺背僅0.5m，洞口臨崖、無作業(yè)空間，進洞難度極大，如圖2 所示。

圖2 隧道左洞洞口橫斷面圖

洞口清表完成后現(xiàn)場踏勘隧道進口處地形及地質(zhì)情況：隧道進口地形陡峭且偏壓，洞口揭示圍巖節(jié)理發(fā)育、破碎，伴隨項目所處地區(qū)降雨量較大，降水入滲形成基巖裂隙水，施工時的輕微振動即可導(dǎo)致掉塊甚至崩塌現(xiàn)象，給隧道進洞施工造成較大的安全隱患， 洞口揭露巖層結(jié)構(gòu)見下圖3。

圖3 隧道洞口圍巖裂隙發(fā)育

4 特殊地形地質(zhì)條件下進洞方案

4.1 進洞方案

根據(jù)現(xiàn)場實際情況確保施工安全及保證工期， 該隧道采取左洞左側(cè)橫洞(凈空8m×7m)進洞方案，取消采用正洞進洞方案， 并在隧道左右洞之間再增設(shè)一處車行橫洞，用于右洞施工交通要道。 該方法主要優(yōu)點：一是避開施工便道修筑通過洞口需進行邊仰坡擴挖的安全風(fēng)險，減少了對山體的擾動，確保洞口圍巖穩(wěn)定有一定的作用；二是預(yù)計比從正洞正面進洞需要進行洞口加固完后方可進洞施工提前6 個月進洞，從而確保了施工工期，提高了整體經(jīng)濟效益；三是改善了隧道施工的場地作業(yè)環(huán)境，確保了施工安全；四是采取“零仰坡”出洞，減少對邊仰坡破壞，保護生態(tài)環(huán)境。此方案在地形陡峭、山體破碎、易發(fā)生崩塌， 且橋隧零距離相連的洞口效果非常明顯。 詳見圖4、圖5。

圖4 側(cè)面橫洞進洞平面圖

圖5 橫洞斷面圖

4.2 施工組織流程圖(圖6)

圖6 橫洞進洞施工組織流程圖

4.2.1 橫洞施工

(1)橫洞洞口截水溝設(shè)置。橫洞洞門采用端墻式，洞頂邊仰坡開挖線5m 外設(shè)0.6m 深×1.0m 寬梯形截水溝，將橫洞頂山體水流通過截水溝改移， 并順接至山谷內(nèi)自然水系中，保證正常排水。

(2)將橫洞口邊仰坡加固。 橫洞成洞面及臨時邊坡采用噴、 錨、 網(wǎng)支護，C25 噴射混凝土(厚10cm)； @20×20cmφ8mm 鋼筋網(wǎng)；L=5m， @1m×1mφ22mm 水泥砂漿錨桿。 成洞面及臨時邊坡應(yīng)設(shè)置 @2.0m ×2.0m φ10cmPVC 管泄水孔。 洞口開挖時，采取預(yù)留核心土臺階法施工。

(3) 橫洞洞口段采取φ108mm 鋼管，L= 24m@50cm中管棚超前加固方案進洞。

(4)進洞橫洞段按照V 級圍巖進行設(shè)計，洞身初期支護采用錨、噴、網(wǎng)、鋼架支護，洞口段、橫洞與正洞交叉段采用工@60cm， 工16 工字鋼， 管棚范圍外鋼架間距1.0m；鋼筋網(wǎng)采用@20×20cmφ8mm 鋼筋網(wǎng)；噴射混凝土標(biāo)號C25；系統(tǒng)錨桿拱部采用L=3.5，@1mφ25mm 中空錨桿，邊墻采用L=3，@1mφ22mm 砂漿錨桿梅花形布置；超前小導(dǎo)管L=4.5m，@50cm，σ5mmφ50mm 的無縫鋼管，縱向搭接長度1.5m，外插角15°。洞口段15m 及與正洞交叉處10m 采用30cm 厚C30 模筑混凝土。

(5)左、右主洞之間橫洞段按照IV 級圍巖進行設(shè)計，洞身初期支護采用錨、 噴、 網(wǎng)、 鋼架支護， 鋼架采用@1.2cm，工14 工字鋼；鋼筋網(wǎng)采用@20×20cmφ8mm 鋼筋網(wǎng)； 噴射混凝土標(biāo)號C25； 系統(tǒng)錨桿拱部采用L=30，@1.2mφ25mm 中空錨桿， 邊墻采用L=3，@1.2mφ22mm砂漿錨桿，梅花形布置。 與正洞交叉處各10m 采用30cm厚的C30 模筑混凝土。

(6)橫洞內(nèi)路面采用20cm 厚C20 混凝土澆筑，路面右側(cè)預(yù)留排水側(cè)溝，水溝寬30cm，深20cm。

(7) 主洞與橫洞交接位置的縱向排水管采用暗埋敷設(shè)，跨電纜槽處設(shè)置跨溝蓋板，以確保排水不受影響。

4.2.2 橫洞挑頂施工

橫洞與主洞交接部位按先加固后開挖的原則， 根據(jù)地質(zhì)情況，相交位置5m 范圍的支護型式加強。 橫洞進入正洞的門洞采用雙拼工18 型鋼門架，鋼架組拼如圖7 所示。 進入正洞后的挑頂施工，應(yīng)從外向內(nèi)逐步擴大，并始終保持逃生通道的暢通。

圖7 橫洞挑頂鋼架組拼圖

4.2.3 主洞二襯臺車拼裝

正洞二襯臺車采用洞內(nèi)拼裝的施工方案。 臺車拼裝場地設(shè)置在橫洞與主洞交接位置小里程段落。 拼裝場地長15m，主洞開挖時拱部斷面加大100cm，后期二襯澆筑時按照原設(shè)計凈空澆筑到位，如圖8、圖9 所示。

4.3 施工注意事項

(1)橫洞洞口施工前，應(yīng)先施作截、排水溝及洞口改溝，并確保排水暢通，確保洞口施工安全。

(2)橫洞大管棚與小導(dǎo)管縱向搭接長度應(yīng)不小于5m；小導(dǎo)管搭接長度不小于1m。

(3)橫洞施工時，加強地表沉降、洞內(nèi)初期支護等監(jiān)控量測工作。

(4)嚴(yán)禁超挖，逐榀開挖。

(5)盡可能控制爆破藥量，減少擾動，防止發(fā)生崩塌等災(zāi)害。

(6)嚴(yán)格遵循“短進尺、弱爆破、快封閉、勤量測”的原則，嚴(yán)格控制開挖進尺和爆破振動速度。

(7)應(yīng)堅持“隨挖隨支、先噴后錨”的原則，即初期支護必須緊跟開挖工作面，應(yīng)在爆破、通風(fēng)和找頂后首先及時初噴砼，盡快封閉巖面，控制圍巖變形，然后再及時掛鋼筋網(wǎng)、施作錨桿、架立鋼架，最后復(fù)噴砼至設(shè)計厚度。

(8)鋼架拱腳須位于堅實的基礎(chǔ)上，嚴(yán)禁拱腳懸空。拱腳處應(yīng)采用鎖腳錨桿將拱腳鎖緊。 當(dāng)拱腳位于土質(zhì)圍巖時，應(yīng)進行擴大拱腳處理。

圖8 臺車拼裝場地設(shè)計圖

圖9 臺車拼裝立面圖

(9)在初期支護作業(yè)期間，應(yīng)隨時觀察圍巖變化情況。當(dāng)圍巖變形過大，應(yīng)及時反饋，以便采取施工輔助措施、加強初期支護或提前施作二次襯砌。

(10)隧道主洞出洞時應(yīng)已完成洞口邊坡加固施工，且加強洞口作業(yè)防護，避免落石傷人。

(11)主洞洞口大管棚、邊坡防護等防護措施施工完成后方可施工橋臺，避免石塊崩落傷人。

(12)隧道施工過程中，嚴(yán)格落實隧道施工安全九條規(guī)定和“十一項措施”，嚴(yán)格落實領(lǐng)導(dǎo)帶班制度，控制安全步距，落實安全教育培訓(xùn)制度，做好班前教育工作。

4.4 進洞方案對比

(1)傳統(tǒng)正洞進洞與橫洞進洞方案對比，見表2。

表2 正洞進洞與橫洞進洞方案對比表

(2)實際產(chǎn)生效益分析

橫洞進洞方案比正洞進洞方案投資增加340 萬，工期節(jié)省6 個多月；勞務(wù)及機械等成本減少378 萬元，具體見表3。

表3 人、料、機成本對比

5 結(jié)論

本文介紹了某高速公路隧道橋隧相連的特點、 地質(zhì)條件， 對傳統(tǒng)施工方案中隧道洞口位置和開挖方案的選擇作了闡述，正洞進洞在承擔(dān)高風(fēng)險、高難度、長工期、多作業(yè)面干擾的情況下， 比橫洞進洞方案增加投資340 萬元，但橫洞進洞方案工期提前6 個月，勞務(wù)及機械等成本節(jié)約378 萬元。正洞進洞方案中施工安全、施工難度以及對環(huán)境破壞等方面所造成的負面影響遠遠超過其所節(jié)省的經(jīng)濟成本。

本文所述某隧道針對地形、 地質(zhì)、 地貌條件的特殊性，摒棄在地形陡峭部位正洞進洞的傳統(tǒng)方案，采用橫洞進洞方案。

經(jīng)對正洞進洞方案和橫洞進洞方案進行對比， 總結(jié)如下：

(1)經(jīng)方案比選，針對地形陡峭、地質(zhì)復(fù)雜、安全風(fēng)險大的隧道不應(yīng)盲目選擇節(jié)省成本的進洞方式， 應(yīng)堅持以人為本，安全第一，綠色公路，品質(zhì)工程的理念，結(jié)合現(xiàn)場實際，綜合考慮，統(tǒng)籌規(guī)劃，制定切實可行的方案，才能保證施工安全，順利進洞施工，緩解工期壓力。

(2)探討了主洞進洞施工安全隱患及地形地質(zhì)條件對施工工期和質(zhì)量的影響，給出了橫洞進洞的建議。

(3)橫洞進洞施工，仍舊堅持“管超前、嚴(yán)注漿、短開挖、強支護、早封閉、勤量測”的施工原則，早進洞，晚出洞，確保施工安全。

(4)從經(jīng)濟、安全、施工質(zhì)量控制等方面對不同的進洞方案進行比選， 對不同施工方案可能出現(xiàn)的風(fēng)險進行總結(jié)和分析，為橋隧相連工程施工提供了一定的參考。