坡積體位置隧道出洞施工關(guān)鍵技術(shù)

王 丹 李 毅 海大鵬 李 輝 況月超 蔣 權(quán)

（中國建筑第七工程局有限公司，河南鄭州 450000）

1 工程概況

大馬溝隧道工程出口淺埋段圍巖由第四系全新統(tǒng)坡積碎石及二疊系下統(tǒng)第三巖性段強(qiáng)風(fēng)化、中風(fēng)化石灰?guī)r組成，右線出口為基巖，左線出口為崩坡積物及強(qiáng)風(fēng)化石灰?guī)r，圍巖級別為Ⅴ級，山體陡峭，不具備修筑便道和施工平臺的條件，無法從外部展開進(jìn)洞施工。

從隧道內(nèi)部進(jìn)行出洞施工需要穿越風(fēng)化嚴(yán)重的山體表層，特別處于淺埋地段的洞口處存在坡積體時，圍巖松散，強(qiáng)度低、穩(wěn)定性差，極易產(chǎn)生失穩(wěn)、冒頂坍塌等事故[1]。從隧道內(nèi)部開展的出洞施工是整個隧道工程的重點和難點，必須結(jié)合現(xiàn)場地質(zhì)條件制定安全有效的方案。

2 隧道出洞施工總體方案的確定

該隧道右洞出口為穩(wěn)定性相對較好的基巖，依據(jù)隧道洞口設(shè)計和相關(guān)施工規(guī)范，結(jié)合現(xiàn)場實際地質(zhì)條件，綜合考慮隧道施工質(zhì)量、進(jìn)度、安全、成本和生態(tài)保護(hù)等因素，從內(nèi)部先對右洞進(jìn)行貫通，再到洞外整理出施工平臺，修筑重力式偏壓墻，從內(nèi)部對左洞進(jìn)行貫通。對右洞施作貫通工作，洞內(nèi)超前大管棚完成后，洞內(nèi)采用環(huán)形開挖預(yù)留核心土法開挖至出口里程，由上臺階開挖小導(dǎo)洞至出口進(jìn)行貫通，仰拱、二襯緊跟掌子面。右洞貫通后及時施作臨時邊仰坡，確保右洞穩(wěn)定。貫通的右洞口外開挖施工平臺并修筑臨時施工便道至左洞口。施工左洞半明半暗段偏壓墻，再施作導(dǎo)向墻及孔口管，管棚作為超前支護(hù)輔助工程，采用環(huán)形開挖預(yù)留核心土法由洞內(nèi)上臺階開挖微臺階小導(dǎo)洞至出口進(jìn)行貫通。

3 施工控制要點

3.1 右洞施工控制要點

（1）導(dǎo)向墻施工。

該隧道出洞段為強(qiáng)風(fēng)化灰?guī)r，巖體破碎，為保證隧道右線出洞段施工的安全性和穩(wěn)定性，堅持支護(hù)緊跟掌子面，隨挖隨防的原則，采用雙層小導(dǎo)管對前方巖體進(jìn)行注漿加固。根據(jù)設(shè)計要求，出洞段需要設(shè)置超前大管棚，混凝土導(dǎo)向套拱是確保管棚方向、角度的施工精度達(dá)標(biāo)的有效方法。

洞內(nèi)開挖采用環(huán)形開挖預(yù)留核心土法，當(dāng)右洞向前開挖至距出洞端23 m位置時，將斷面按導(dǎo)向墻和初期支護(hù)的設(shè)計厚度之和擴(kuò)大開挖，擴(kuò)大段長度為5 m，初期支護(hù)緊跟開挖，待斷面初支完成后開始施作導(dǎo)向墻及孔口管。導(dǎo)向墻起拱線及以下位置設(shè)置C15片石混凝土基礎(chǔ)，導(dǎo)向墻沿縱向長2 m、拱厚0.5 m，內(nèi)設(shè)3榀I18型工字鋼拱架，鋼拱架頂部120度范圍內(nèi)每隔0.4 m布置一根長2 m的Ф140熱軋鋼管作為孔口管。孔口管與鋼拱架按管棚規(guī)定方位焊聯(lián)固定，安裝時嚴(yán)格控制鋼管仰角，確保孔向正確。洞內(nèi)導(dǎo)向墻混凝土澆筑前先按斷面尺寸要求，采用Ф22鋼筋沿拱架確定底模位置，采用4 cm厚木板對導(dǎo)向墻底模加固，木板采用Ф42小導(dǎo)管支撐，焊接拉桿加固底模與拱架，澆筑C25混凝土，如圖1、圖2所示。

圖1 隧道右線出洞段超前支護(hù)施工（單位：cm）

圖2 套拱施工斷面（單位：cm）

導(dǎo)向墻施工完成后對上臺階進(jìn)行適當(dāng)高度的回填、粗略整平處理，作為潛孔鉆機(jī)的工作平臺，大管棚作為超前支護(hù)輔助工程，確保洞內(nèi)初支不變形、不下沉。導(dǎo)向墻內(nèi)部按原設(shè)計開展后續(xù)施工。

（2）超前管棚。

采用外徑108 mm的熱軋無縫鋼管，壁厚6 mm，環(huán)向間距40 cm，外插角為2°，在拱頂120°范圍內(nèi)均勻布置；采用潛孔鉆機(jī)跟管施作，干法鉆孔，壓力風(fēng)輔助清孔，跳孔施工，按事先排好的孔位編號，先將單號孔全部施工完成后，再施工雙號孔。由于鋼管較長，為確保外插角度準(zhǔn)確和便于施工，將鋼管設(shè)置成多節(jié)段形式。鋼管接頭采用長15 cm的絲扣連接并錯開布置，即在設(shè)置第一節(jié)鋼管時，將編號為奇數(shù)的管長置為3 m，編號為偶數(shù)的管長設(shè)置為6 m，其他每節(jié)鋼管長度均為6 m。每根鋼管按梅花形設(shè)置注漿孔，孔徑16 mm，孔距0.2 m，距孔口3 m范圍內(nèi)不鉆孔作為止?jié){段.

管棚導(dǎo)管斷面如圖3所示。

圖3 管棚導(dǎo)管斷面

在管棚內(nèi)增設(shè)鋼筋籠，采用4根主筋為22 mm的螺紋鋼筋，每隔1.5 m設(shè)置一個直徑42 mm、長40 mm、壁厚4 mm的短管節(jié)作為固定環(huán)與主筋焊接。

（3）微臺階小導(dǎo)洞.

洞內(nèi)開挖采用環(huán)形開挖預(yù)留核心土法，開挖至距離洞口里程約5 m處，從上臺階掌子面開挖微臺階小導(dǎo)洞至出口先行貫通并結(jié)合現(xiàn)場實際情況設(shè)置鋼支撐加強(qiáng)支護(hù)，保證安全的情況下，快速貫通。小導(dǎo)洞貫通后，其他部分依然采用環(huán)形開挖預(yù)留核心土法施工步驟逐步向前開挖掘進(jìn)，慢慢擴(kuò)挖斷面實現(xiàn)安全出洞。出洞段采用機(jī)械開挖施工，每次進(jìn)尺不超過1 m，遇到挖機(jī)難以破碎的大塊巖石，采用微弱爆破將巖石破碎、松動后再使用機(jī)械挖除。注意施工全過程必須實時監(jiān)控測量已支護(hù)段的小沉降和收斂變形以及地表沉降和位移，及時反饋量測信息，堅持監(jiān)控量測信息有效指導(dǎo)施工。

（4）臨時邊仰坡。

為了便于后續(xù)工程順利開展，需要利用右洞的明洞空間施作臨時便道至左洞口，暫緩對右洞明洞和洞門的施工，先修筑右洞臨時邊仰坡，保證有洞口在后續(xù)施工過程的穩(wěn)定。隧道右洞洞口臨時邊仰坡土石方開挖前，先清除表面浮土、危石，做好排水設(shè)施，防止地表水沖刷失穩(wěn)[2]。按照設(shè)計坡度1∶0.5的要求測量放線，采用破碎錘機(jī)鑿打洞口周邊大塊孤石，清理處施工平臺，采用挖掘機(jī)自上而下進(jìn)行開挖，同時配備1臺裝載機(jī)配合清渣。邊仰坡開挖施工必須充分結(jié)合實際地形地質(zhì)，盡量減少挖方量，避免擾動坡體原狀土。開挖后自上而下分層設(shè)置噴錨網(wǎng)防護(hù)，每層厚度不大于3 m，錨桿采用長3.5 m的Φ22早強(qiáng)砂漿錨桿垂直坡面呈梅花狀布置。噴射混凝土由下而上以螺旋狀沿橫向一圈壓半圈往復(fù)移動分層噴射，螺旋半徑控制在0.2～0.3 m，噴頭與受噴面保持0.6～1.0 m的垂直距離，一次噴射厚度不超過5 cm，待初噴混凝土終凝以后再進(jìn)行復(fù)噴。

3.2 左洞施工控制要點

半明半暗段出洞施工流程：臨時邊仰坡開挖及防護(hù)→施工重力式偏壓墻→施工套拱→施工大管棚→半明部分拱頂回填→開挖及支護(hù)半暗部分→防水、二襯施工[3]。隧道左線出洞口淺埋段存在坡積體且出洞段屬于受推型半明半暗段[4]，左洞出洞段的施工控制要點是在保證坡積體穩(wěn)定的條件下安全順利開展半明半暗段施工。

（1）邊仰坡。

存在坡積體的邊仰坡，穩(wěn)定性極差，貿(mào)然開挖容易發(fā)生坍塌或滑坡現(xiàn)象。開挖施工前先清理自然邊坡表面植被和大塊孤石并對坡面注漿硬化處理，再采用人工配合機(jī)械的方式按設(shè)計要求分層開挖，盡量減少對周邊原狀土的擾動。按照自上而下的順序分層開挖至明暗交界處，施工過程中保證監(jiān)控量測實時跟蹤，每層開挖結(jié)束后及時對邊坡進(jìn)行修整、處理再進(jìn)行噴錨網(wǎng)防護(hù)[5]，確保每步工序施工前后邊坡穩(wěn)定。

（2）半明部分套拱。

為了保證半明半暗段的斷面穩(wěn)定性和整體性，半明半暗段重力式偏壓墻施工完成后，開始進(jìn)行清渣施工，將混凝土套拱嵌入臨時開挖邊坡坡面內(nèi)部0.5m以下。明暗交界處套拱內(nèi)拱架采用錨桿固定在基巖上，并采用法蘭盤與暗挖部分拱架連接牢固后再焊接飽滿，縱向采用連接鋼筋固定。

（3）半暗部分出洞開挖。

右洞貫通后清理出的施工平臺窄小，不便于左洞半暗部分從外部直接貫通，且經(jīng)過現(xiàn)場勘察發(fā)現(xiàn)隧道出洞段存在部分泥夾石。大塊球形孤石極易在進(jìn)行石方爆裂時過度炸裂，引起超挖甚至威脅隧道整體穩(wěn)定性。待半明部分及超前支護(hù)完成后，采用環(huán)形開挖預(yù)留核心土+微臺階小導(dǎo)洞法從內(nèi)部出洞，開挖遇到大塊球形孤石時，適當(dāng)使用潛孔弱爆破方法將巖石震松、震裂，人工配合挖機(jī)慢慢挖除。注意爆破施工的炮眼必須密集且藥孔淺，間隔裝藥，嚴(yán)格控制裝藥量。

（4）反壓回填。

隧道重力式偏壓墻墻背處基坑及套拱頂在防排水施工完成后，分層回填M10漿砌片石至設(shè)計高程，與重力式偏壓墻共同抵抗來自半暗部分洞頂偏壓產(chǎn)生的側(cè)壓力，使隧道整體受力達(dá)到平衡。墻背處填筑的漿砌片石按設(shè)計要求夯實處理，形成永久邊坡；套拱頂部填筑的漿砌片石上表面加鋪一層50 cm厚黏土層并植草綠化。

4 結(jié)語

本文對隧道出口位置陡峭且存在坡積體的出洞施工技術(shù)中部分關(guān)鍵施工環(huán)節(jié)進(jìn)行了詳細(xì)闡述。目前該隧道已安全貫通，實踐證明該技術(shù)方案安全可行。施工過程中，必須結(jié)合現(xiàn)場實際地質(zhì)情況，跟蹤開展監(jiān)控量測，加大對拱頂下沉的檢測力度，對薄弱部位加強(qiáng)支護(hù)，嚴(yán)格遵循“短開挖、強(qiáng)支護(hù)、勤監(jiān)測、早封閉”的技術(shù)方針。