隧道單向出洞施工中關鍵技術及控制措施探討

馬文鎮(zhèn)

摘 要：文章以廣東省大埔至潮州高速公路（含大埔至漳州支線）九子地隧道為例，簡要地闡述了隧道單向出洞思路，從而就單向出洞施工技術方案進行了深入地分析，著重從單向出洞開挖工法選擇、支護施工、隧道監(jiān)控量測、超前地質(zhì)預報等幾個方面進行論述，并提出了單向出洞實施過程的質(zhì)量及安全措施。

關鍵詞：隧道;單向出洞;超前小導管;單側(cè)壁導坑法

中圖分類號：U455.4 文獻標識碼：A

0 引言

以廣東省大埔至潮州高速公路（含大埔至漳州支線）九子地隧道為例，根據(jù)九子地隧道左右線的地質(zhì)情況，分析了單向出洞施工技術方案，并提出了實施過程的質(zhì)量及安全措施。

1 工程概況

九子地隧道潮州端左線原設計出洞時洞口樁號ZK16+390，洞口段采用反打37根、21 m長的長管棚進行支護，根據(jù)施工圖紙地質(zhì)為坡殘積粉質(zhì)粘土、碎塊狀強風化變質(zhì)砂巖組成，局部為中風化巖或局部地表基巖裸露，洞口基巖埋深淺，無滲水。

九子地隧道潮州端右線原設計出洞時洞口樁號K16+356，洞門為一般明洞，洞口段采用反打37根、30 m長的長管棚進行支護，根據(jù)施工圖紙地質(zhì)為坡殘積粉質(zhì)粘土、碎塊狀強風化變質(zhì)砂巖組成，局部為中風化巖或局部地表基巖裸露，洞口基巖埋深淺，無滲水。

2 單向出洞思路

九子地隧道左線采用大埔端向潮州端單向出洞，K16+352～K16+390段和出洞后新明暗分界范圍內(nèi)按照XS-Va設計進行支護，并增加雙層注漿小導管超前支護。

九子地隧道右線采用大埔端向潮州端單向出洞，K16+304～K16+351段和出洞后新明暗分界范圍內(nèi)按照XS-Va設計進行支護，并增加雙層注漿小導管超前支護。

3 單向出洞施工方案

根據(jù)九子地隧道左線大埔端的地質(zhì)情況，出洞采用單向出洞，取消出洞端洞口原設計套拱及Φ108長管棚，洞身K16+352～K16+390段和出洞后新明暗分界范圍內(nèi)初期支護及二次襯砌按照XS-Va進行支護;增加雙層注漿小導管超前支護：雙層超前小導管縱向每2榀（1.2 m）打一環(huán)，小導管長度4 m、環(huán)向間距@=40 cm、角度&1=12°、&2=25°、注漿壓力不小于1 MPa;采

用注漿小導管代替原鎖腳錨桿，長度L=3.5 m，每環(huán)打設8根，出洞后沿洞外立3榀I20（每榀間距60 cm）工字鋼進行支護。

根據(jù)九子地隧道右線大埔端的地質(zhì)情況，出洞采用單向出洞，取消出洞端洞口原設計套拱及Φ108長管棚，洞身K16+304～K16+351段和出洞后新明暗分界范圍內(nèi)初期支護及二次襯砌按照XS-Va進行支護;增加雙層注漿小導管超前支護同上。

3.1 單向出洞開挖工法選擇

（1）九子地隧道右洞當開挖掌子面至K16+331處，結(jié)合地質(zhì)雷達勘查結(jié)果，如果圍巖相對穩(wěn)固，地表無滲水等現(xiàn)象，選用靠近山體側(cè)做為先行導坑，如圍巖相對較差，出現(xiàn)地表滲水等現(xiàn)象，選用覆土薄的一側(cè)先行出洞，先行導坑出洞后施工完偏壓擋墻等抵消偏壓措施后，再進行后行導坑貫通。

（2）九子地隧道左洞當開挖掌子面至ZK16+352處，結(jié)合地質(zhì)雷達勘查結(jié)果，選取靠近山體處進行出洞，先行導坑出洞后再進行后行導坑貫通。

（3）工藝流程。①先行導坑超前導管支護，先行導坑上臺階開挖，初期支護。②先行導坑下臺階開挖，初期支護。③重復①②步驟直至先行導坑貫通后施工偏壓擋墻。④后行導坑超前導管支護，后行導坑上臺階開挖，初期支護。⑤施工過程中若側(cè)導坑橫向收斂過大，則應設置底部橫撐或臨時仰拱，支護采用I16的工字鋼進行支護，間距為60 cm，導坑側(cè)壁采用A42的超前注漿小導管，長4 cm、每環(huán)8根，并采用2根長3.5 m的鎖腳注漿小導管（如圖1）。

單側(cè)壁導坑法注意事項：①施工過程中若側(cè)導坑橫向收斂過大，則應設置底部橫撐或臨時仰拱。②開挖循環(huán)進尺控制在1～2榀鋼拱架距離，初期支護緊跟開挖面，以機械配合人工開挖為主，配合小藥量微震爆破。③加強出洞導坑的臨時支撐及鎖角錨桿的控制，確保支護穩(wěn)定。④當現(xiàn)場導坑開挖孔徑及臺階高度進行適當調(diào)整時，應保證側(cè)壁導坑臨時支護與主體洞身鋼架連接牢固，橫向鋼支撐可根據(jù)監(jiān)控量測結(jié)果適當調(diào)整其位置，并考慮側(cè)壁導坑自身的穩(wěn)定及施工的便捷性。

3.2 支護施工

K16+304～K16+351段和出洞后新明暗分界范圍采用XS-Va支護形式，并增設雙層注漿小導管超前支護，雙層超前小導管縱向每2榀（1.2 m）打一環(huán)，小導管長度L=4 m、環(huán)向間距@=40 cm、直徑Φ42 mm、角度&1=12°&2=25°、注漿壓力不小于1 MPa，同時施工過程中嚴格控制注漿質(zhì)量，以保證安全。

3.3 隧道監(jiān)控量測、超前地質(zhì)預報

（1）觀測點布置及監(jiān)測方式。①地質(zhì)支護狀態(tài)觀察。開挖面觀察：每次開挖后進行一次，當?shù)刭|(zhì)情況基本無變化時可每天進行一次。觀察后繪制開挖面略圖，填寫工作面狀態(tài)記錄及圍巖級別判定卡。②拱頂下沉量測及凈空水平收斂。拱頂下沉量測與凈空水平收斂量測在同一量測斷面內(nèi)進行，拱頂下沉和水平收斂量測的間距為10 m一個斷面（如圖2）。③地表沉降觀測。隧道洞口淺埋段（V級圍巖洞頂埋深<40 m）進行地表下沉監(jiān)控量測，地表下沉量測從開挖工作面前方，距離為隧道埋深與開挖高度之和處布置測點并開始測量，直到襯砌結(jié)構(gòu)封閉，下沉基本停止時為止，隧道中線附近稍密，遠離隧道中線處稍疏。

（2）地質(zhì)超前預報。①地質(zhì)雷達。地質(zhì)雷達在完整灰?guī)r地段預報距離在30 m以內(nèi)，在巖溶發(fā)育地段的有效探測長度則應根據(jù)雷達波形判定。連續(xù)預報時前后兩次重疊長度應在5 m以上。②超前地質(zhì)鉆孔。當通過物探手段初步推斷前方富水或斷層破碎帶時，采用超前鉆孔核實。鉆孔長度20～30 m，保護段長度不小于10 m根據(jù)探孔探測和出水情況，確定處理措施。

4 單向出洞實施過程的質(zhì)量及安全措施

4.1 施工過程中質(zhì)量控制

（1）嚴格按照設計圖紙做好雙層超前支護小導管的打設和注漿工作，注漿壓力不小于1 MPa，控制打設角度和小導管間的搭接范圍，確保注漿飽滿度。

（2）結(jié)合地質(zhì)調(diào)查和地質(zhì)超前預報資料，單向出洞段開挖范圍圍巖主要為強中風化變質(zhì)砂巖、基巖埋深淺、無滲水，開挖方式主要采用機械開挖，局部欠挖采用人工風鎬修整，逐榀開挖。局部堅硬需要爆破時，必須打淺眼、密眼，眼深不得超過0.8 m，炮眼間距0.5～0.6 m，裝藥集中度為0.15～0.2 kg/m，盡量減少對圍巖的擾動。

（3）每次開挖完成以后，先用小型挖掘機排險，在值班人員和施工技術人員確認無險情后，再用C25噴射砼，封閉掌子面。

（4）經(jīng)檢查無欠挖后，安裝工字鋼拱架，工字鋼拱架在安裝前需經(jīng)過監(jiān)理工程師驗收;按設計圖紙及時施作系統(tǒng)錨桿。

（5）重視鎖腳錨桿施工控制，鎖腳錨桿規(guī)格Φ42注漿小導管，長3.5 m。

（6）如因特殊情況掌子面暫停開挖，則對其進行C25噴射混凝土封閉處理。

4.2 施工過程中安全控制

（1）在施工各個臺階的初期支護時，必須保證鋼拱架的拱腳落到實處，若拱腳處有部分超挖，必須用等強度混凝土預制塊或片石支墊密實，嚴禁鋼拱架拱腳懸空。

（2）嚴格控制超挖與欠挖。對于超挖部分先用C25噴射砼填充密實，禁止用片石、塊石或其它雜物填充;對于欠挖部分，必須先用人工風鎬開挖到設計位置，再進行下一道工序。

（3）開挖完成后必須排險。每次開挖完成后，先用挖掘機進行徹底排險，不得少于2遍，特別要注意將孤石、危險石清理干凈。排險完成后，必須經(jīng)專職安全員確認掌子面處安全無危石、孤石及不會發(fā)生掉塊后才準許進行下一步作業(yè)。

5 結(jié)語

綜上所述，本文根據(jù)隧道洞口側(cè)實際情況，隧道采取洞內(nèi)施作超前支護，由洞內(nèi)向洞外單向掘進貫通的出洞方案。通過采用超前小導管支護方式，有效解決了緊鄰通行道路無法放坡填筑施工便道的困難，節(jié)省了材料、設備等投入;同時，減少了對周邊建筑物的震動影響及安全隱患。九子地隧道工程雙層注漿小導管超前支護的施工工藝，效率高、投入少、安全隱患低。

參考文獻：

[1]張克陽.復雜地形條件下特長高速公路隧道單向出洞施工技術研究[J].工程技術研究，2019（21）：63-64.

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