高速公路隧道洞口淺埋段的施工技術(shù)

張瑞東

(保利長大工程有限公司，廣東 廣州 510620)

1 工程概況

王家村隧道左線ZK14+590～ZK15+687，長1 097 m；右線K14+571～K15+676，長1 105 m，為中長型隧道。洞門處設(shè)置為端墻式結(jié)構(gòu)，考慮到進洞安全性，于該處增設(shè)36 m大管棚，起到增強穩(wěn)定性的效果。整個隧道地質(zhì)環(huán)境復(fù)雜，Ⅲ級圍巖長度達21%，斷面凈空面為82.8～141.7 m2。

2 洞口段地質(zhì)與圍巖加固技術(shù)

勘察得知，隧道進口段主要分布有大量滑坡地帶，地質(zhì)以黏土為主，總體上穩(wěn)定性欠佳。早進洞、晚出洞是推動隧道開展的重要指導(dǎo)方針，同時注重邊坡穩(wěn)定性，在洞口淺埋段不具備高度穩(wěn)定性時需要采取可行方法，工程中應(yīng)用較為廣泛的有錨網(wǎng)噴、預(yù)注漿等。

2.1 洞口土方和錨網(wǎng)噴施工

考慮到施工進度要求，針對洞口展開施工作業(yè)時需要做好邊坡的仰坡放線工作，在該處設(shè)置頂坡截水溝，此舉可緩解洞口坡面受沖刷的問題，嚴格遵循施工方案分層開挖坡度，并采取防護措施。為提升施工效率，基于挖掘機以高效方式開挖土方，通過風(fēng)鉆機打眼，并輔以爆破措施，但具體坡度需要建立在施工區(qū)域土石穩(wěn)定性的基礎(chǔ)之上，特殊情況下可增設(shè)分級臺階?？紤]到觀測要求，需要增設(shè)適量觀測點。

2.2 預(yù)支護施工

隧道工程中，超前小導(dǎo)管是尤為重要的預(yù)支護方式，針對小導(dǎo)管展開注漿作業(yè)，并輔以鋼拱架結(jié)構(gòu)。結(jié)束隧道洞口邊與仰坡兩部分的封閉作業(yè)后，適當(dāng)修整洞面并為之增設(shè)鋼拱架，要求該結(jié)構(gòu)與洞面達到高度貼合狀態(tài)，小導(dǎo)管經(jīng)由鋼拱架最終延展到圍巖之中，通過焊接的方式連接鋼拱架與小導(dǎo)管，從而得到具有較高穩(wěn)定性的預(yù)支護體系，向小導(dǎo)管內(nèi)注入適量漿液，經(jīng)由管壁溢漿的方式實現(xiàn)對地表空隙處的注漿施工[1]。

經(jīng)大管棚注漿施工后，可支撐開挖土體，并通過混凝土鋼筋以達到護拱效果。為確保施工質(zhì)量，工程初期針對縱橫斷面展開全面測量必不可少，施工人員精準(zhǔn)測定并放出開挖輪廓線。關(guān)于大管棚注漿施工，考慮到洞口穩(wěn)定性較差的基本狀況，實行的是洞口大管棚支護方式，于地面處設(shè)置三榀型鋼拱架，經(jīng)由焊接的方式形成整體，導(dǎo)向鋼管宜設(shè)置在鋼支撐結(jié)構(gòu)上，經(jīng)混凝土澆筑施工后形成導(dǎo)向墻，并實現(xiàn)對導(dǎo)向管與鋼支撐的保護，在上述基礎(chǔ)上處理仰坡面，即澆筑C20混凝土。管棚鋼管施工中基于機械頂進的方式展開，借助絲扣將各個鋼管節(jié)段連接為穩(wěn)固的整體，為提升導(dǎo)向管與鋼管連接效果，需通過速凝水泥加以處理，但有必要設(shè)置排氣孔與進漿孔，具體內(nèi)容如圖1所示。施工中，混凝土水灰比以1∶1為宜，調(diào)節(jié)注漿壓力使其穩(wěn)定在2～3 MPa。

圖1 排氣孔與注漿孔具體尺寸

2.3 預(yù)注漿施工

洞門圍巖不具備高度穩(wěn)定性，施工中針對洞口地表處采取加固措施，于隧洞洞頂處施工作業(yè)并得到成拱殼，以便改善含水層的排水效果[2]。地表注漿均實行的是全孔一次性注漿的方式，由此避免坍孔等不良問題；針對大范圍坍孔區(qū)域，需通過分段前進式注漿的方式展開施工作業(yè)，所用漿液水灰比為1∶1。由于部分區(qū)域不具備地表注漿條件，因此，針對該區(qū)域采取超前帷幕注漿法，做好洞面整修并開挖1.5 m，在此基礎(chǔ)上在洞口處澆筑漿墻，通過各個注漿孔可得到環(huán)形結(jié)構(gòu)。

結(jié)束地表注漿施工后，需要在工作面設(shè)置適量注漿孔(遵循梅花形布置原則，橫縱間距均為1.5 m)，通過注漿的方式改善工作面穩(wěn)定性不足的問題，設(shè)置玻璃纖維錨桿并連接于軟弱地層，全面增強開挖面的穩(wěn)定性。進洞后，需要在最短時間內(nèi)完成洞門的修筑施工，在此基礎(chǔ)上處理邊坡與仰拱，共同構(gòu)成穩(wěn)定支擋，隨之增設(shè)高效排水系統(tǒng)，以保障邊坡不會受到施工作業(yè)的影響，時刻處于穩(wěn)定狀態(tài)。若基于超前預(yù)支護技術(shù)難以達到工程要求，還可輔以噴射混凝土的方式，此舉可以達到封閉開挖掌子面的效果。

3 隧道洞口淺埋段開挖技術(shù)

針對洞口淺埋段展開施工作業(yè)時，各個節(jié)段的可行施工方法存在差異，必須確保各環(huán)節(jié)的安全性。應(yīng)當(dāng)明確的是，盡管洞口段施工方法較多，但不可使用全斷面爆破法，否則會大幅降低圍巖穩(wěn)定性，致使洞口施工存在大量風(fēng)險，部分情況下還會引發(fā)坍塌事故?，F(xiàn)階段，常見的方法有兩種，一是核心預(yù)留臺階法(如圖2所示)；二是雙側(cè)壁導(dǎo)坑法。

圖2 預(yù)留核心土上下階施工示意圖

若洞口淺埋段主要為四級與五級軟弱圍巖時，基于核心預(yù)留臺階法更具適用性。在實際施工中，需要精準(zhǔn)預(yù)留核心土，所得臺階長度以4～6 m為宜。關(guān)于上臺階的開挖作業(yè)，可使用風(fēng)鉆機輔助施工并形成鉆孔，隨之采取弱爆破施工。關(guān)于下臺階部分，需預(yù)留核心土，具體尺寸為0．9～1．5 m。在洞口圍巖穩(wěn)定性不足的情況下，基于雙側(cè)壁導(dǎo)坑法具有較好的適用性，需要在隧道兩側(cè)設(shè)置導(dǎo)坑，此環(huán)節(jié)主要通過松動爆破開挖的方式實現(xiàn)。除此之外，以工程需求以及現(xiàn)場環(huán)境為準(zhǔn)，得到合適的導(dǎo)坑長度，通常需達到6 m或更多。為提升施工效率，為施工適配挖掘機設(shè)備，并輔以人工作業(yè)的方式?？刂坪脤?dǎo)坑施工位置，具體在正洞正面6 m處展開，完成開挖作業(yè)后在第一時間采取支護措施，確保所得結(jié)構(gòu)具有足夠穩(wěn)定性。為了確保開挖質(zhì)量，施工之前的測量工作必不可少，后續(xù)應(yīng)對支護狀況展開動態(tài)化監(jiān)測[3]。

4 地質(zhì)超前預(yù)報

基于地質(zhì)調(diào)查分析法、超前支護鉆孔等常規(guī)方法，為之輔以TSP以及紅外線探測等現(xiàn)代化物探技術(shù)，可實現(xiàn)地質(zhì)超前預(yù)報，存在特殊需求時還可引入超前鉆孔等方法。通過多種方法的預(yù)測，各自所得結(jié)果可相互驗證，更為準(zhǔn)確地掌握掌子面前方地質(zhì)狀況，提升地質(zhì)預(yù)估的準(zhǔn)確性，針對可能出現(xiàn)的地質(zhì)問題制定應(yīng)急措施，為后續(xù)施工提供安全保障。

TSP超期地質(zhì)預(yù)報儀是重要的工程設(shè)備，實際探測間距以100～200 m為宜，在此基礎(chǔ)上可初步掌握不良地質(zhì)所處的位置；針對富水區(qū)段，更為可行的是紅外線探測法，由于地質(zhì)環(huán)境的特殊性，探測間距需加密至20～30 m。

5 結(jié)束語

高速公路工程是現(xiàn)代化建設(shè)的重要部分，隧道施工中以洞口淺埋段難度較大，施工環(huán)境尤為復(fù)雜，需要得到可靠施工技術(shù)的支持，施工單位要準(zhǔn)確掌握工程實際情況，嚴格遵循設(shè)計圖紙有序展開各環(huán)節(jié)施工作業(yè)，提升隧道洞口施工穩(wěn)定性。除此之外，對施工區(qū)域的勘察與超前預(yù)測工作必不可少，可引入TSP、紅外探測等現(xiàn)代化技術(shù)，全面掌握掌子面前方的地質(zhì)狀況，以便給施工提供指導(dǎo)，提升隧道洞口淺埋段施工質(zhì)量。