特殊地質大斷面小間距淺埋隧道洞口段施工關鍵技術

李卓軍

（中國建筑第七工程局有限公司，河南 鄭州 450000）

1 工程概況

本隧道位于一條城市主干路上，設計速度50km/h，是一座分離式單向三車道小凈距淺埋隧道。隧道單洞凈寬14.25m，凈高 5.0m。兩隧道均位于半徑為900m的圓曲線上，左隧道全長410m，右隧道全長385m，共設置一處人行橫洞。線路區(qū)屬于侵蝕剝蝕丘陵地貌，場地內局部地形已進行人工改造，坡度平緩，坡角約8～15°，個別地段可達25°。場地內相對高差約80m，整體地形呈現(xiàn)斜坡狀，局部存在陡坎。巖體為中厚層狀構造，層間裂隙發(fā)育，層間結合程度很差，屬軟弱結構面。隧道IV級圍巖占隧道總長度的69.4%，Ⅴ級圍巖占隧道總長度的31.6%，主要由粉質粘土和強、中風化泥巖組成，無自穩(wěn)能力，洞頂及側壁易坍塌，易出現(xiàn)地表下沉（陷）。

圖1 隧道區(qū)位圖

2 隧道洞口結構

2.1 隧道進口

隧道進口左線樁號為ZK1+080.000，右線樁號為YK1+080.000，埋深2.5～5.2m，為淺埋隧道段。地形為傾角約5～10°的斜坡，地勢中部平坦兩側較陡。地質條件較差，大部分為粉質粘土及強風化基巖，接近地表，冒頂?shù)目赡苄詷O大，該段圍巖級別為V級，加之淺埋，成洞條件較差，易形成塌方。K1+110-K1+190處存在一條待建道路橫穿洞頂，道路施工范圍隧道埋深淺，且有30m位于隧道明洞段，受橫穿道路的影響同時考慮一定安全距離，將明暗分界向大里程方向延伸至K1+140處，進洞口設置60m長鋼筋混凝土明洞，洞口采用同一斷面削竹式洞門如圖1所示。

圖1 隧道進口洞門立面布置圖

2.2 隧道出口

隧道出口左線樁號為ZK1+490.000，右線樁號為 YK0+465.000，埋深6.2～17.7m，為淺埋隧道段。地形為坡度約15～18°的斜坡，地勢西高東低，隧道線位與地形斜交，洞頂土體厚度不大于2.00m，圍巖級別為Ⅴ級，表層為粉質粘土，下伏侏羅系中統(tǒng)沙溪廟組泥巖夾部分砂巖，中等風化砂泥巖，薄層狀，單斜巖層，層間結合很差，強風化巖體破碎，風化裂隙發(fā)育，質軟。隧道右線出口位于一處山坳，左線出口位于山脊邊緣，存在嚴重偏壓情況，地形不利于出洞。因此，左右線分別設置21m及25m長鋼筋混凝土明洞，洞口采用不同斷面削竹式洞門，如圖2、圖3所示。

圖2 左線隧道出口洞門立面布置圖

圖3 右線隧道出口洞門立面布置圖

3 隧道洞口段施工技術要點

為減少洞口段病害的發(fā)生，同時考慮到環(huán)保、綠化及抗震的要求，在隧道進、出口及淺埋地段結合地形、地質情況設置鋼筋混凝土明洞結構及Ⅴ級段襯砌并對該段結構予以加強。明洞結構采用整體式鋼筋混凝土襯砌，隧道洞口淺埋段采用復合式襯砌，噴、錨、網(wǎng)和工字鋼作為初期支護，二次襯砌拱墻及仰拱采用模筑鋼筋混凝土，并加強截排水處理措施。Ⅴ級段襯砌采用超前大管棚及型鋼鋼架等輔助措施加強支護。進出洞施工采用CD法結合導洞+臺階分段開挖，洞口第一環(huán)采用超前大管棚支護。隧道進口段和出口段施工的控制要點如下。

3.1 隧道進口段施工

由于本隧道洞口處存在一條待建道路橫穿洞頂，且道路施工范圍內隧道埋不足11m（如圖4），必須考慮與道路交叉部分及其影響范圍內的隧道洞身受道路路基自重和行車荷載影響。為了隧道保證后期運營過程中的穩(wěn)定性，設計將二襯考慮為完全承受車行荷載和填土荷載，在施工過程中重點對線路交叉部分及其影響范圍內的二襯進行加強。經(jīng)綜合考慮，決定采用單向掘進并以埋深相對較淺且存在偏壓的左洞為先行施工洞，待左洞向前掘進至少30m后右洞開始進洞施工。

圖4 道高路與隧道交叉段立面示意圖

3.1.1 進洞前準備工作

進行開挖施工前，首先依據(jù)設計文件和超前地質預報，結合現(xiàn)場實際情況對現(xiàn)場進行測量和放樣。接著按照設計要求修筑洞頂截水溝，排水口與三級沉淀池相連，將收集的雨水、污水進行凈化后通過排水溝水引至既有涵洞進行排放，并在后續(xù)施工過程中逐步完善洞口排水系統(tǒng)。

為了確保開挖洞口施工時周邊巖體穩(wěn)定，修筑臨時邊仰坡。開挖后自上而下分層設置噴錨網(wǎng)防護，每層厚度不大于3m，錨桿采用長4.5m的Φ22早強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移動分層噴射，螺旋半徑控制在0.2m～0.3m，噴頭與受噴面保持0.6m～1.0m的垂直距離，一次噴射厚度不超過5cm，待初噴混凝土終凝以后再進行復噴。

邊仰坡修筑完成后施作洞口導向墻，導向墻處土體采用挖掘機配合人工自上而下分層開挖，預留核心土。安裝套拱支架前，對導墻支架基礎做承載力檢驗，并在邊墻底部設置2根長3.5m的φ22鎖腳錨桿。模板采用木模，底模置于預留核心土上并每間隔1m設置一個與導向墻混凝土相同強度的混凝土墊塊。待內置工字鋼及孔口管安裝后，進行側模與頂模安裝。預埋孔口管長2.0m，環(huán)向間距40cm。對前后孔口管焊接點進行精確定位放樣，采用Φ 16HRB400鋼筋將孔口管焊接固定在I25b工字鋼上，鋼筋與孔口管、I25b工字鋼焊接成整體，焊縫長度不小于5d。孔口管傾斜角度為1°（相對于洞軸線），方向與路線方向平行?；炷敛捎米笥医诲e方式澆筑。3.1.2正洞施工

采用CD法開挖進洞，每個開挖進尺根據(jù)圍巖狀況及監(jiān)控量測結果合理調整，并且不大于0.5m。上、下臺階掌子面安全間距保持10m以上，臨時中隔壁兩側先行洞與后行洞開挖間距保持20m以上。

根據(jù)隧道所處的工程地質條件，隧道洞身采用復合式襯砌結構。初期支護采用錨噴支護，錨桿采用全長粘結中空注漿錨桿。二次襯砌采用模筑鋼筋混凝土結構，襯砌斷面等厚[1]。施工過程中，根據(jù)現(xiàn)場監(jiān)控量測所獲得的圍巖和支護的形變和應力狀態(tài)，動態(tài)調整和修改支護參數(shù)和襯砌的施做時間，保證施工和正常運營安全。對與道路交叉部分及其影響范圍內的隧道洞身二次襯砌的鋼筋進行加密布置，噴射的混凝土升級為C40防水混凝土。同時為了增強整體密實性，控制每次澆注長度不小于8m。并向影響范圍外延伸10m，以確保安全。

3.2 隧道出口段施工

左線隧道出口處存在嚴重偏壓的情況，這種小凈距淺埋隧道存在偏壓不僅會使兩洞在施工過程中相互影響，還會使出洞段中夾巖的穩(wěn)定性受到威脅。為了盡量避免或減小其中一座隧道施工過程中對相鄰隧道的擾動和影響，保證中夾巖穩(wěn)定性，決定采用明洞暗挖方案施工出洞段，同時在開挖前施作導向墻和套拱來保證洞口圍巖的穩(wěn)定性，確保施工安全。

3.2.1 洞口加固施工關鍵技術

隧道采用從進洞口處向前單向施工，當左右洞施工暗洞長度約2/3處時停止向前開挖，開始施工出洞段。首先到出口外部修建導向墻和套拱，在施作超前大管棚加強洞口支護。在導向墻施工時，混凝土必須整體澆筑，同時注意避免鋼架接頭部位被混凝土包裹，保證暗挖施工部分的支鋼架連接順利。由于洞頂埋層淺，且存在嚴重偏壓，在暗挖施工前，對隧道表層進行了處理，采用錨網(wǎng)噴混凝土加固，增強洞頂巖體的整體性和抵抗力。洞頂錨桿隨埋深厚度動態(tài)調整，確保錨桿底部不侵入混凝土襯砌。

3.2.2 出洞段暗挖施工關鍵技術

洞外加固措施及必要的臨時排水溝、臨時邊仰坡防護等結構修筑完成后，為了保證施工安全，隧道從進口方向向前開挖貫通，出洞時結合現(xiàn)場實際情況，采用CD法將隧洞分為左右兩大部分，每個部分采用三臺階法開挖。當先行洞（左洞）左半部分開挖至距離洞口里程約5m處時，從上臺階掌子面開挖微臺階小導洞至出口貫通并結合現(xiàn)場實際情況設置鋼支撐加強支護，在保證安全的情況下，快速貫通。小導洞貫通后，其他部分依然采用三臺階法施工步驟逐步向前開挖掘進，待該側初期支護及中隔墻臨時支護完成，且噴射混凝土達到設計強度70%以上時再以同樣的方法分層開挖隧道另一側，慢慢擴挖斷面實現(xiàn)安全出洞。出洞段采用機械開挖施工，每次進尺不超過1m，當遇到挖機難以破碎的大塊巖石，在嚴格控制超欠挖的基礎上，采用微弱爆破將巖石破碎、松動后再使用機械挖除。注意施工全過程必須實時監(jiān)控測量已支護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施工。

3.2.3 中夾巖加固措施

由于出洞段暗洞部分地質環(huán)境特殊，為保障中夾巖體的完整，采用超前小導管對中夾巖墻施行預加固。超前小導管選用外徑Φ42mm、壁厚5mm、長4.5m的熱軋無縫鋼管，環(huán)向間距40cm。注漿材料采用水泥漿液，按設計要求配制漿液，注漿壓力為0.3～0.5MPa，注漿參數(shù)根據(jù)現(xiàn)場試驗予以調整。小導洞開挖完成后，對中夾巖體初噴鋼纖維混凝土層，隨后施打水平貫通式預應力錨桿加固[2]，錨桿以80cm的間距按梅花形布置。對已貫通的隧道修筑削竹式洞口刷坡時，為了支擋坡面，隧道兩洞之間的中間巖柱位于坡口處的原地面土體暫時保留，待洞口防護施工完成后，挖除中間巖柱坡口土體，并從正面沿隧道軸向對中間巖柱打入超前小導管，注漿加固中間巖柱坡面[3、4]。

4 監(jiān)控量測

由于本隧道洞口處的圍巖無自穩(wěn)能力，洞頂及側壁易坍塌，易出現(xiàn)地表下沉，施工全過程中必須認真做好監(jiān)控量測，采用水準儀檢測拱頂沉降情況，測量間距為10m，測量的頻率為前15天每天1次，第15～30天期間每2天一次，1～3個月期間每周一次。采用收斂計測設周邊收斂情況，與拱頂沉降情況監(jiān)測同步使用。為了監(jiān)視洞口段施工時圍巖的應力和應變，判斷支護結構的穩(wěn)定性，指導后續(xù)施工，采用水準儀監(jiān)測地表沉降情況。及時將測量效果圖與設計斷面圖進行比較，確保位移—時間曲線趨于穩(wěn)定，若發(fā)現(xiàn)位移—時間曲線出現(xiàn)拐點時，必須立刻暫停開挖，及時調整支護參數(shù)同時加強監(jiān)測頻率，確保施工安全。

5 結語

雖然當前國內小凈距淺埋隧道的施工方法已比較成熟，但對于特殊地形、特殊地質條件下的小凈距淺埋隧道，采用常規(guī)施工方法一概而論是不合理的，只有結合現(xiàn)場實際情況有針對的制定科學合理的方案和施工方法，才能安全順利地完成施工任務。

本文對進洞口處存在待建道路，出洞口處左洞存在偏壓的軟弱泥巖條件下的大斷面小凈距淺埋隧道洞口段的施工關鍵技術，所進行的總結，經(jīng)實踐證明是行之有效的，為今后類似工程提供了一定參考依據(jù)。