淺埋偏壓軟巖段隧道半明拱進洞施工控制研究

夏侯騰福

（江西省路橋工程集團有限公司，江西 南昌 330038）

0 引言

在山區(qū)高速公路建設過程中，隧道施工越來越常見，山區(qū)地形崎嶇復雜，線路展現(xiàn)難度大，隧道在設置時經常遇到隧洞洞口半邊淺埋甚至露空、半邊深埋的偏壓情況，使洞口結構很容易發(fā)生較大變形甚至損壞。為保證施工過程安全順利進行，必須采取有效工藝措施應對。

1 工程概況

某高速公路L隧道為分離式隧道，雙向四車道設計，左洞起訖樁號ZK165+343～ZK166+584，長1241m；右洞起訖樁號ZK165+342～ZK166+585.2，長1243.2m。隧洞入口側左線山坡坡度27～32，主要為全風化花崗巖和粉質黏土地層，圍巖穩(wěn)定性差。在隧洞嚴重偏壓以及圍巖等不良因素的綜合作用下，隧洞進洞施工存在極高的安全風險。

2 施工技術方案

當前，淺埋偏壓軟巖地段大斷面隧洞進洞施工技術大致包括兩類：一類是常規(guī)性明挖、削坡卸載開挖進洞技術，該技術邊坡開挖及防護范圍大，并容易引發(fā)高陡坡，隧洞內暗挖施工過程中對臨時支護要求高且支護工作量大，工期長，施工成本高，施工安全難以保證；另一類是反壓回填明洞暗作法，雖然會大幅降低開挖施工量，但洞口回填工程量大大增加，且主要對于偏壓不嚴重隧洞施工。綜合考慮現(xiàn)行偏壓軟巖地段大斷面隧洞進洞施工技術現(xiàn)狀后，該工程決定采用“半明半暗”進洞施工技術，對于高山體側進行暗挖施工，而對于矮山體側則進行明挖施工，并加強刷坡及回填控制，以達到節(jié)省施工成本的目的。

該工程所采用的“半明半暗”進洞施工技術順勢而為，對于偏壓地形更為適用，主要在不破壞或少破壞地表的情況下，通過鋼筋混凝土彌補隧道襯砌結構外露部分所缺圍巖；開挖工程量小，對隧道周圍圍巖影響程度不大，并能有效達到山體推力平衡及山體結構穩(wěn)定的目的。大量工程實踐證明，該施工技術能有效解決淺埋偏壓隧洞進洞明挖段邊坡防護、開挖工程量大，邊坡穩(wěn)定等問題，并能加強圍巖變形控制，保證施工進度和安全。

隧道半明半暗進洞施工工法將明挖段護拱和長管棚套拱合并后直接連接山體，暗挖段主要在大管棚施工完畢后進行，并嚴格按照暗洞初支護結構確定暗作結構，且暗洞初支與暗作結構厚度、外側配筋型號數量等與明洞完全相同，只是內側配筋采用暗洞初支鋼架，并通過箍筋連接內外鋼架和鋼筋。借助錨固措施將明作部分與圍巖相連，達到抵消應力集中、為暗作提供預支護的目的。為抵抗偏壓側邊坡滑動力，淺埋側必須具備足夠的抵抗阻力，為此應先考慮原狀圍巖所具備的抵抗力是否足夠，如不夠，則必須采取擋土墻等增強抵抗力的措施。

3 主要施工工序

考慮到該隧洞進口段圍巖以全風化花崗巖和粉質黏土為主，施工前必須加強地表截排水，防止施工過程中雨水等積水進入隧道后使圍巖結構軟化，增大施工安全風險和施工難度。

3.1 管棚導向墻及明作拱相關施工

隧道進洞暗作主要通過大管棚預支護，且保證大管棚導向墻開挖與明作一起進行，暗洞導向墻開挖后修整明作支護范圍內的圍巖結構。開挖進洞段淺埋側明作上覆土體，并將邊墻開挖深度控制在1.0m以內。

套拱周圍土體通過φ22mm砂漿錨桿錨固，并將套拱拱腳側、正向及豎向三向錨桿抗拉拔值控制在150kN左右，并不得低于80kN。套拱邊墻開挖施工過程中受力必須有效向側面?zhèn)鬟f，并使砂漿錨桿末端深入至鋼筋混凝土套拱結構中，以保證套拱結構和圍巖形成整體性強的結構，便于承載山體圍巖偏壓所施加的非對稱作用力。在具體施工過程中，可以根據施工條件將砂漿錨桿變?yōu)闊o縫鋼管。

3.2 鋼筋骨架安裝及混凝土澆筑

該淺埋偏壓軟巖段隧道進洞段通過鋼筋混凝土模筑明作拱結構，將與暗洞初支鋼架參數相同的[20b工字鋼按照0.7m的縱向間距環(huán)向布設；環(huán)向主筋、縱向鋼筋和箍筋分別采用φ22mm鋼筋、φ12mm鋼筋和φ10mm鋼筋，設置間距分別為0.25m、0.25m和0.50m，具體見圖1。待完成導向墻鋼架結構安裝后一并進行管棚導向管安裝，管棚導向管主要為φ 140mm×3mm鋼管。在安裝管棚導向管的過程中必須綜合考慮曲線和隧道縱坡的影響，并將外插角嚴格控制在1～3范圍。

圖1 鋼筋混凝土模筑明作拱結構

待完成淺埋偏壓軟巖段隧道進洞段大管棚導向墻暗作、鋼拱架明作及骨架安裝后，支模并進行混凝土澆筑。需要注意的是，暗作及明作混凝土澆筑必須整體進行，并加強對鋼架接頭部位的保護，避免其被混凝土裹覆，以便于初支鋼架連接等后續(xù)施工。

3.3 大管棚施作

大管棚采用長度4m和6m的φ108mm×6mm熱軋無縫鋼管，環(huán)向間距按照50cm控制，連接方式為絲扣或內套89mm×6mm管焊接，并將其同一斷面處接頭數量控制在50%以內。按次序編號后奇數號孔采用打孔鋼花管，偶數號孔采用無孔鋼管；注漿孔孔距15cm、孔徑15mm，并錯開呈梅花形布置，距離管尾3.5m范圍內不打設注漿孔。

注漿漿液以水泥漿液為主，水灰比控制在0.5∶1，為增強漿液性能，還應按照設計比摻加早強劑，注漿壓力按照0.5～1.0MPa控制，必要情況下可以增大至2.0MPa。

3.4 擋墻施工

在淺埋偏壓軟巖段隧道進洞口淺埋側明作拱范圍內施作重力式擋墻，以借助墻體結構自重起到抵抗水平荷載、提升隧道支護結構抗變形能力的作用。沿著隧道縱向布置側面擋墻，其長度應與半明拱長度相同；為保證偏壓圍巖側壓力快速有效向側面擋墻結構傳遞，還應增設一道或多道正面擋墻，并在側墻上按照3.0m間隔增設孔徑80mm的泄水孔，將碎石反濾層填充于擋墻內側。在具體施工環(huán)節(jié)還需要嚴格的根據工程規(guī)范的需求，對擋土墻的結構形式進行確定，并且按照隧道的方位構建出擋土墻的高度，從而確保擋土墻的作用效果能夠發(fā)揮出來，避免各種塌方問題出現(xiàn)。

3.5 明作拱頂回填及暗作施工

該淺埋偏壓軟巖段隧道半明進洞明作拱回填主要采用普通土材料，并應加強回填土夯實控制，待回填至設計標高后，壓實整平回填地表，并澆筑厚度為10cm的C25混凝土以封閉洞頂，具體見圖2。

圖2 明作拱頂回填

待完成淺埋偏壓軟巖段隧道進口大管棚施工后通過（三臺階七步）開挖法進洞開挖。暗作初支必須能夠完全承擔起隧道全部荷載，以使隧道側壁具備足夠的抵抗力。軟弱圍巖自身缺乏彈性抗力，必須借助錨桿增強抗力，所以錨桿施工質量控制是暗作施工的重點。按照6.0m設計尺寸開挖支護上臺階，并通過3.5m早強砂漿錨桿進行圍巖加固，此后便進行中臺階開挖支護，將上中臺階同時開挖達到設計尺寸后再開挖下臺階，待下臺階開挖長度達到設計要求后將上中下作業(yè)面噴錨封閉；進行隧洞段套拱仰拱施作，待套拱形成閉環(huán)并順利發(fā)揮支撐作用后再施作明洞仰拱；采用（三臺階七步）開挖法繼續(xù)施作暗洞，最終使套拱架落底，封閉成環(huán)。

在開始暗挖施工前必須加強監(jiān)控量測，并以套拱、縱向位移及地面沉降為重點監(jiān)控對象，對于位移速率＞1.0mm/d且累計位移量＞3.0mm的情形，必須立即停工并盡快查明原因，采取糾正措施。

4 施工經驗總結

在項目開展的階段中，想要提高工程項目的整體質量，就必須要根據實際情況做好施工過程的整體控制。一般而言，淺埋偏壓軟巖段隧道半明拱進洞施工階段首先要做好施工籌備，對施工涉及的機械設備施工人員進行綜合配置，在了解工程施工要求的基礎上做好施工方案的優(yōu)化。同時在項目開展之前還要求作業(yè)人員能夠了解圖紙的內容，掌握施工技術要點。其次在施工過程中要求嚴格按照工藝規(guī)范的標準進行施工。此外管理人員還需要做好材料性能的檢測，查看混凝土材料以及各項鋼筋材料的指標是否達到工程需求，如果質量滿足不了需求，禁止使用到工程項目中。最后在項目開展的階段中，還必須要意識到安全管理的重要性，要構建出更為科學的安全管理模式，同時還需要根據實際情況做好現(xiàn)場的安全，例如通過錨桿支護等方式提高結構的施工安全性，避免施工出現(xiàn)塌方等問題出現(xiàn)。最后在項目施工的階段中，還必須要對施工環(huán)節(jié)遇到的問題進行分析，例如在進行混凝土澆筑或者是相關材料回填時，必須要做好材料澆筑厚度以及澆筑數量的控制，避免材料過多而引起的浪費。

5 結語

此次淺埋偏壓軟巖段隧道半明拱進洞施工，從刷坡施工開始至開挖支護和仰拱施工全部完成共耗時58d，結合施工過程中監(jiān)控量測結果，軟巖段支護結構無明顯沉降、收斂和位移，說明所采用的半明半暗施工工法能有效克服淺埋偏壓軟巖段隧道進洞段偏壓嚴重及圍巖不穩(wěn)定等問題，并能有效避免原（明挖卸載進洞+洞內暗挖）施工方案下開挖支護工程量大、工序繁瑣、工效低、工期長等技術劣勢。