隧道斜交洞口異形側(cè)壁導(dǎo)坑法進洞施工技術(shù)的研究

李森

摘要：隨著公路建設(shè)在西部山區(qū)的不斷延伸，在沿河傍山選線過程中受山區(qū)地形和線位整體布設(shè)的限制[5]，隧道軸線與山體等高線出現(xiàn)斜交，或者在施工設(shè)計完成后人類生產(chǎn)活動對洞口原有地貌進行了破壞，使得進洞工況發(fā)生變化，一側(cè)隧道落底，一側(cè)出現(xiàn)高邊坡松散圍巖，正交進洞無法施工。在隧道洞口斜交偏壓、松散堆積體等不良地質(zhì)條件下，本著“安全、環(huán)保、美觀”的理念，結(jié)合噴射混凝土特性，利用異形側(cè)壁導(dǎo)坑法暗洞拱架，對拱架進行二次設(shè)計，一側(cè)暗洞明做形成扇形洞壁，一側(cè)導(dǎo)坑漸變跟進，調(diào)整洞內(nèi)徑向注漿管，加強鎖腳，固化圍巖，提高落底安全性能，最終斜交正進。

關(guān)鍵詞：隧道;異形側(cè)壁導(dǎo)坑法;斜交進洞;扇形洞壁;徑向注漿

中圖分類號：U455.4文獻標(biāo)志碼：A

1 項目概況

峰代 FDZCB-1標(biāo)段項目起于甘肅省法官學(xué)院西側(cè)，與本項目試驗段終點相接，起點樁號為 K20+000，路線向西北展線，在立節(jié)鎮(zhèn)南側(cè)以隧道穿越山體后接舊路，在下巴藏村利用橋梁跨越白龍江至江右岸避開巴藏鄉(xiāng)，沿河谷有利地形布線至嶺兒壩，以隧道形式穿越山體后經(jīng)各皂壩、城馬，在各峪水地以隧道穿過右岸山體后接舊路，行進至洛大鄉(xiāng)，沿白龍江左岸農(nóng)田布線，與舊路在代古寺變電所西側(cè)順接，再利用舊路布設(shè)至終點代古寺，終點新建代古寺隧道與 S210相接[3]。

代古寺隧道起止樁號為 K45+578～ K46+545，全長967 m，隧道單洞建筑限界凈寬為10.5 m，凈高為5m。隧道出口段埋深10～ 80 m。洞口坡面覆蓋厚層坡積、坡洪積碎石，含較多塊石，松散、稍密，表層多有架空，厚度不均勻;洞身巖性主要為志留系（S2-3）板巖夾千枚巖，局部夾炭質(zhì)板巖，變余泥砂質(zhì)結(jié)構(gòu)，薄層板狀構(gòu)造，板理極發(fā)育，層間結(jié)合差，產(chǎn)狀215°∠62°，巖層走向與洞軸線夾角為40°;巖石單軸飽和抗壓強度一般為15 MPa，屬較軟巖;巖體風(fēng)化強烈，破碎;地下水不發(fā)育，開挖后洞室以滴滲水為主;無高地應(yīng)力現(xiàn)象。綜合評價，圍巖級別為Ⅴ級，圍巖破碎，自穩(wěn)性差，會出現(xiàn)塌方及大變形等工程地質(zhì)問題。洞口存在地形偏壓，地表 3 m范圍多有架空，存在滑塌現(xiàn)象，自穩(wěn)性差。根據(jù)原有地形圖按照設(shè)計明暗交接位置在偏壓情況下存在正交進洞條件[3]。后期原有洞口地形遭當(dāng)?shù)卮迕袢⊥疗茐模淼莱隹诿鞫撮L度9 m，進洞方向右側(cè)明暗交接處位于取土后坡腳處，邊坡高度15 m，坡比1 ∶0.15;進洞方向左側(cè)明暗交接位置，遠離取土坡腳處達8 m，邊坡高度5 m，坡比1 ∶0.15。隧道軸線與現(xiàn)有成型仰坡斜交角度為58°，根據(jù)進洞方案、邊坡防護、施工方案，盡可能利用已有地形，減少對地貌和生態(tài)環(huán)境的破壞，制定異形側(cè)壁導(dǎo)坑法進洞施工技術(shù)。

2 工藝工法

2.1 工法特點

（1）較好解決復(fù)雜地形軟弱圍巖區(qū)段正交進洞高仰坡洞口穩(wěn)定問題，遵循“零開挖”原則，減少對原有地形破壞，有利于環(huán)境保護。

（2）開挖工程量小，仰坡支護簡單，加快施工進度，節(jié)約成本，降低安全隱患。

（3）異形側(cè)壁導(dǎo)坑法降低施工難度，圬工量小，有效利用噴射混凝土特性虛擬洞壁成型快，效率高，施工周期短。

（4） 暗洞明做的初次襯砌鋼拱架與導(dǎo)向管固結(jié)，整體性強，降低單側(cè)壁落底風(fēng)險，快速進洞。

（5）洞面正交后，徑向注漿管與初支拱架固結(jié)，注漿補強，解決偏壓問題，增加成型洞身穩(wěn)定性。

2.2 工藝流程

2.2.1仰坡加固

測量放樣，確定洞口仰坡坡腳與明暗交接樁號及高程關(guān)系，進洞方向右側(cè)仰坡坡腳樁號 K46+536，仰坡高度15 m，左側(cè)仰坡坡腳樁號 K46+528，仰坡高度5 m，仰坡坡體整體穩(wěn)定，山體坡度45°，未見滑塌。如果按設(shè)計1 ∶1進行邊坡開挖，邊坡開挖至少向山體延伸30m，開挖后整個山體將遭到破壞，且不利于邊坡穩(wěn)定。經(jīng)對現(xiàn)場邊坡地形地質(zhì)調(diào)查后，根據(jù)目前山體既有坡度對山體表面進行施工，既降低了開挖帶來的環(huán)境破壞，又避免了高邊坡斜交進洞情況下邊坡大開挖帶來的安全隱患。結(jié)合現(xiàn)場實際，施工人員取土后山體穩(wěn)定，須對取土邊坡進行噴射掛網(wǎng)防護，安排機械反壓回填至右側(cè)三級仰坡施工平臺，人工清除浮石，對隧道仰坡全部做掛網(wǎng)噴錨封閉處理，并對松散嚴(yán)重圍巖進行注漿固結(jié)施工。施工洞頂截水溝，并在隧道仰坡頂部及已封閉仰坡部位布設(shè)監(jiān)控量測點。

逐層清理反壓平臺，5 m 一坡逐層封閉，清理反壓部位時進行監(jiān)控量測，確保變形處于安全范圍內(nèi)，穩(wěn)定后再行開挖。直至暗挖成洞面前預(yù)留8～ 10 m梯形核心土。

2.2.2套拱拱架架立

核心土兩側(cè)開挖切槽至起拱線位置，套拱基礎(chǔ)開挖，保證基礎(chǔ)承載力不小于300 kPa 。按設(shè)計要求在套拱基礎(chǔ)上安裝30 cm×30 cm×2 cm 鋼板預(yù)埋件，預(yù)埋鋼板縱坡按5 %控制（進洞方向縱坡2%）。套拱拱架墊板與預(yù)埋鋼板滿焊，保證拱架垂直度，兩側(cè)設(shè)置剪刀撐，右側(cè)與仰坡錨桿焊接連接，補強套拱拱架安裝穩(wěn)定，防止傾覆。

2.2.3暗洞明做

根據(jù)設(shè)計文件，進洞圍巖級別為Vd，設(shè)計內(nèi)徑拱架內(nèi)徑6.2 m，預(yù)留沉降0.15 m，套拱拱架內(nèi)徑6.4 m，考慮到暗洞明做后期沉降和套拱拱架順接，預(yù)留沉降放大到0.25 m，異形側(cè)壁施工暗洞拱架內(nèi)徑設(shè)計為6.45 m。Vd拱架間距0.6 m，根據(jù)洞頂仰坡與隧道軸線確定拱架尺寸及榀數(shù)，分別編號1# ～13#。拱架加工分60°三節(jié)單元加工，從左至右分別為 A、B、C，根據(jù)拱架設(shè)計圖偏距尺寸對 B 單元編號切割，制成異形側(cè)壁成品拱架 B、 B′。設(shè)計尺寸可根據(jù)現(xiàn)場實測數(shù)據(jù)進行微調(diào)，保證 B 單元與洞面斜交緊貼，如圖1 所示。

測量放樣，對左側(cè)拱腳及核心土側(cè)壁支支撐位置整平夯實，每循環(huán)兩榀進行拱架架立。暗洞明做拱架與套拱拱架用連接筋連接，對 B 單元接 B′單元端頭部位墊板進行包裹保護，弧頂位置安裝側(cè)壁支架，側(cè)面根據(jù) B 單元弧長，適當(dāng)增加斜撐。拱架架立完成后人工安裝背模，背模安裝采用拱架背側(cè)鋪掛防水板，連接筋節(jié)點位置采用鐵絲與連接筋進行綁扎固定，確保噴射施工時背模防水板牢固。噴射混凝土應(yīng)自下而上噴射堆砌施工，嚴(yán)禁垂直于背模噴射施工。

依次按照編號對1# ～13#拱架單元進行安裝，噴射混凝土施工，直至緊貼左側(cè)仰坡洞面，從而形成虛擬洞壁，完成斜交外側(cè)的暗洞施工。

2.2.4導(dǎo)向管安裝

在套拱拱架上對導(dǎo)向管安裝位置進行放樣布設(shè)，逐根量取套拱端頭至仰坡面長度，下料安裝，并確保同一斷面接頭數(shù)不得大于50%，接頭平順滿焊，端頭與仰坡接觸面采用噴射混凝土進行二次封閉。導(dǎo)向管與套拱拱架及暗洞拱架每個節(jié)點固定采用“Ω”筋進行固定，確保暗洞拱架與導(dǎo)向管形成一體，增加暗洞明做部位整體穩(wěn)定性。

2.2.5套拱管棚施工

使用吊模法安裝套拱模板，模板安裝完成后對完成施工的虛擬洞側(cè)壁左右兩側(cè)進行對稱回填至起拱線位置，背模下部采用鋼管支撐，防止?jié)仓^程產(chǎn)生跑?，F(xiàn)象。套拱混凝土強度達到75%進行管棚施工，洞口圍巖為松散堆積體，管棚施工使用跟管施工工藝，確保管棚施工長度。完成后安裝鋼籠，封孔注漿。

2.2.6異形側(cè)壁落底施工

右側(cè)掘進開挖，依次順接B′、C 單元。圍巖松散，拱腳開挖使用人工開挖，造成超挖時使用墊塊，確保拱架落底于穩(wěn)固基礎(chǔ)上。噴射混凝土作業(yè)未進行終噴施工確保拱架外露，方便徑向管與襯砌拱架的連接，如圖2 所示。

2.2.7徑向注漿施工

核心土長度控制在4 ～5 m，右側(cè)異形側(cè)壁落底施工完成兩個循環(huán)后，安排徑向管施工。徑向管規(guī)格小108 mm，長度6 m，按60 cm×100 cm 梅花樁布置。根據(jù)圍巖及施工工藝徑向管施工選擇潛孔鉆跟管施工。異形側(cè)壁施工時由于空間限制，鎖腳無法施工，將拱腳往拱腰方向的3 根徑向管由梅花柱布置調(diào)整為并排布置，以便替代鎖腳，管頭高出拱架水平位置5 cm，使用小25鋼筋與拱架焊接連接，形成一體，增加拱架與徑向管整體性。每兩個循環(huán)進行注漿施工，及時對右側(cè)松散山體及左側(cè)回填堆積體注漿板結(jié)，降低偏壓隱患。

2.2.8拱頂回填

1# ～13#拱架單元異形側(cè)壁全部落底后，洞面垂直于隧道軸線，做好監(jiān)控量測，三臺階進行暗洞掘進。待暗洞明做段二襯施工完成強度達到設(shè)計強度后，按照明洞回填標(biāo)準(zhǔn)進行拱頂回填，并做好仰坡連接部位防水措施。

3 操作要點

3.1 工序控制

（1） 根據(jù)隧道仰坡圍巖穩(wěn)定性、仰坡坡度及明暗交接樁號，通過監(jiān)控量測數(shù)據(jù)確保施工安全。

（2） 套拱基礎(chǔ)砼澆筑后再進行套拱拱架架立，拱腳墊板可與基礎(chǔ)預(yù)埋件鋼板滿焊，套拱施工待暗洞明做結(jié)束后再進行導(dǎo)向管安裝等后續(xù)工序，提高導(dǎo)向管的整體性和導(dǎo)向的精準(zhǔn)性。

（3）套拱砼澆筑前進行虛擬洞壁兩側(cè)回填，提高套拱砼澆筑的安全性。

（4） 管棚施工前對導(dǎo)向管端頭與仰坡接觸面封閉密實，防止跟管施工泄壓及注漿漏漿。

（5）與拱架連接三排水平徑向管施工緊跟異形側(cè)壁落底施工，注漿板結(jié)加固緊隨。

3.2 質(zhì)量控制

3.2.1拱架架立

套拱基礎(chǔ)砼澆筑時，嚴(yán)格控制預(yù)埋鋼板標(biāo)高及布設(shè)方位，確保套拱拱架墊板可與預(yù)埋鋼板精確對接、滿焊，拱架安裝注意拱架線型及垂直度控制，兩側(cè)剪刀撐及與仰坡錨桿焊接處安裝牢固，防止拱架走位，起到套拱的導(dǎo)向作用。暗洞明做鋼拱架架立確保坐立與穩(wěn)定基礎(chǔ)上，對拱腳基底提前整平夯實。

3.2.2導(dǎo)向管安裝

導(dǎo)向管與拱架每個節(jié)點均通過“Ω”筋焊接牢固，從而使暗洞明做扇形部分拱架連成一體，增加整體穩(wěn)定性。導(dǎo)向管連接平順，定位務(wù)必準(zhǔn)確，精準(zhǔn)導(dǎo)向，確保40 m 超大管棚施工長度及梁拱效應(yīng)。

導(dǎo)向管端頭與坡面接觸面采用鑿槽，噴射混凝土封閉施工工藝，提高成孔質(zhì)量及注漿質(zhì)量。

3.2.3異形側(cè)壁落底施工

異形側(cè)壁拱架安裝后注意 B 單元拱架墊板的保護，與 B′單元落底拱架能較好連接，控制拱腳開挖高度，機械配合人工開挖，嚴(yán)禁超挖，確保拱腳位于穩(wěn)定基礎(chǔ)上。徑向管施工有工作空間后，三排縮腳徑向管緊隨施工，連接貫穿鋼筋與拱架翼緣板滿焊連接，保證徑向管與柔性支護形成一體。

3.2.4拱頂回填

斜交洞口施工過程中著重加強地表位移監(jiān)測及洞內(nèi)收斂變形監(jiān)測，結(jié)合施工反饋的各種異常變形，受力情況指導(dǎo)洞內(nèi)施工，動態(tài)調(diào)整，保證襯砌厚度和后期運營安全，做好斜交回填部位的防排水工作。

4 經(jīng)濟效益分析

異形側(cè)壁導(dǎo)坑法進洞施工技術(shù)，不僅降低了邊坡開挖量及防護圬工量，還減少了傳統(tǒng)貼壁套拱扇形部分的實施，通過與斜交洞口貼壁式套拱方案進行對比，共計節(jié)省工期5 d，節(jié)省費用50863.78元，見表1所列。

5 結(jié)論

（1）通過異形側(cè)壁導(dǎo)坑法進洞施工技術(shù)，嚴(yán)格遵循“早進洞”施工原則，采用斜交正做工藝，避免常規(guī)施工一側(cè)邊坡開挖過陡，開挖量大，圬工防護艱難等潛在的病害，保護環(huán)境，降低安全隱患，安全環(huán)保效益顯著。

（2）該技術(shù)利用既有設(shè)計，采用傳統(tǒng)的洞內(nèi)施工技術(shù)，初次襯砌暗洞明做，避免常規(guī)貼壁式套拱扇形部分的施工，降低施工成本，加快與洞面正交的速度，經(jīng)濟效益顯著。

（3）結(jié)合實際地質(zhì)情況，對松散堆積體進行徑向注漿施工技術(shù)，加固補強高側(cè)圍巖，板結(jié)低側(cè)圍巖，降低虛擬洞壁一側(cè)擠壓力，有利于后續(xù)異形側(cè)壁落底穩(wěn)定;設(shè)計拱腳墊板起三排拱墻部位的徑向管水平布置，鋼筋串聯(lián)與拱架滿焊成一體，增強了鎖腳錨桿的懸吊及加固作用，并與柔性支護形成一體，增加后期成型洞身穩(wěn)定性。

（4）隧道異形側(cè)壁進洞施工技術(shù)成功可行，安全可靠，經(jīng)濟合理。

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