洞口坡積體隧道安全進(jìn)洞開挖方式研究

魏志強(qiáng)

（南平高速咨詢監(jiān)理有限公司，福建 南平 353100）

0 引言

在隧道工程項(xiàng)目全面開展的過程中，積極做好隧道洞口坡積體安全進(jìn)洞開挖管理工作，可以提高隧道施工安全以及后期隧道運(yùn)營安全。洞口坡積體作為工程施工前期的主要重點(diǎn)工作，需要做好洞口進(jìn)洞安全開挖設(shè)計(jì)工作，明確安全進(jìn)洞開挖方式以及進(jìn)洞方式，結(jié)合隧道洞口地形盡可能減少仰坡開挖，保護(hù)隧道原有地形地貌，實(shí)現(xiàn)自然進(jìn)洞。

目前，隧道安全進(jìn)洞開挖施工工藝得到優(yōu)化與創(chuàng)新，減低了不良地質(zhì)環(huán)境所造成的影響，需要結(jié)合洞口坡積體，嚴(yán)格按照隧道原有的地形地貌，明確安全進(jìn)洞開挖方式，促使隧道工程項(xiàng)目施工質(zhì)量達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求。

1 建陽區(qū)西區(qū)生態(tài)城府前路隧道工程概況

該工程屬于一項(xiàng)府前路隧道，隧道設(shè)計(jì)為上下行分離的兩車道連拱隧道，隧道總長度達(dá)到了320m，起止樁號為K1+490—K1+810，隧道進(jìn)口端明洞長度達(dá)到30m，出洞口明洞長度為5m，隧道中端暗洞為285m。隧道縱向坡度為-2.907%，限界凈寬達(dá)到了11.25m，隧道凈高達(dá)到了5.0m，隧道洞身施工則采用“新奧法”原理，充分應(yīng)用復(fù)合式襯砌施工方式，隧道洞身圍巖支護(hù)設(shè)置為Ⅴ、Ⅳ級。在隧道安全洞口工程設(shè)計(jì)中，以“早進(jìn)洞、晚出洞”的原則，降低洞口邊坡、仰坡的開挖高度，結(jié)合現(xiàn)場最終測量數(shù)據(jù)結(jié)果，明確洞底深度及地面標(biāo)高。在隧道安全進(jìn)洞開挖施工中，開挖深度相對較大，可達(dá)28～32.45m，出洞開挖施工深度可達(dá)38.26～39.52m。由于隧道安全進(jìn)洞洞口右側(cè)地形相對較為偏壓，在洞門設(shè)計(jì)中，順應(yīng)地形采取抗偏壓式端墻洞門。在右側(cè)洞外設(shè)計(jì)中，則設(shè)置了護(hù)體擋墻平衡洞門[1]。

2 地形地貌及氣象水文

2.1 地形地貌與工程地質(zhì)情況

該隧道主要地理位置處于建陽區(qū)西門外西區(qū)生態(tài)城內(nèi)，地貌為低山剝蝕殘丘。山丘斜坡坡度處于15～30°，部分地形起伏相對較大，坡體以原始生態(tài)為主。隧道沿線地貌為低山區(qū)域，對洞口周圍存在的小型沖溝在施工前進(jìn)行了局部回填。隧道沿著山體進(jìn)行施工，呈現(xiàn)出中間高、兩端低的情況，隧道山體最高程達(dá)到197.24m。

2.2 氣候、氣象

建陽地區(qū)屬于亞熱帶季風(fēng)性氣候，夏季雨量充沛，常年溫暖潮濕，降雨量一般可達(dá)1700～2400mm。由于地區(qū)麻沙鎮(zhèn)西北部地勢處于逐漸增高的狀態(tài)，降雨量也呈現(xiàn)遞增的趨勢，每年的平均降雨量甚至超出了2800mm 以上。

2.3 水文地質(zhì)

隧道工程項(xiàng)目施工區(qū)域地下水環(huán)境主要處于構(gòu)造帶或者基巖裂縫中。根據(jù)工程測量數(shù)據(jù)結(jié)果，隧道洞身段局部構(gòu)造裂隙一般為2～3mm，在現(xiàn)場通過壓水試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)隧道強(qiáng)風(fēng)化云母石英片巖呈中等透水性。由于隧道的地下水經(jīng)常受到大氣環(huán)境因素、降水因素影響，導(dǎo)致地下水通過基石裂縫呈現(xiàn)滲流匯集的情況，由高處向低處流動(dòng)，對進(jìn)洞施工造成影響。根據(jù)測量結(jié)果，地下水埋深達(dá)到了22～27m。

3 洞口坡積體隧道安全進(jìn)洞開挖方式具體研究

3.1 隧道洞口與明洞施工

3.1.1 洞口與明洞開挖。為了確保隧道安全進(jìn)洞，在施工中應(yīng)結(jié)合工程設(shè)計(jì)圖紙，做好隧道洞口地質(zhì)情況分析，制訂科學(xué)合理的開挖方案，并提前完成隧道刷坡作業(yè)。在隧道洞口坡積體施工作業(yè)的過程中，土石方開挖以機(jī)械作業(yè)為主，石質(zhì)部分則選擇爆破方式，并加強(qiáng)現(xiàn)場監(jiān)測，確保洞口坡積體結(jié)構(gòu)保持穩(wěn)定。在安全進(jìn)洞開挖工作中，需要預(yù)留進(jìn)洞核心土，支護(hù)與洞口開挖作業(yè)同時(shí)開展。落實(shí)洞口坡積體防護(hù)工作，可以避免地表水對圍巖造成影響，確保洞口表面結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性與安全性，嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)要求做好防護(hù)施工作業(yè)。除此之外，為了確保隧道進(jìn)洞安全開挖效果得到有效提升，應(yīng)當(dāng)提前做好隧道防水工作。首先，在隧道初期支護(hù)以及二次襯砌施工作業(yè)過程中，提前做好防水層敷設(shè)工作，防水層主要采用1.5mmEVA 防水板+350g/m2無紡?fù)凉げ肌Ｔ诜浪邃佋O(shè)的過程中，采取無釘孔施工方式。隧道襯砌結(jié)構(gòu)本身具備一定的防水性，在二次襯砌的過程中，使用抗?jié)B等級達(dá)到P8 的C35防水混凝土。由于隧道洞口開挖很容易導(dǎo)致地下水上涌，對隧道地表質(zhì)量造成嚴(yán)重影響，則需要及時(shí)做好圍巖注漿處理工作，減少排水量。

3.1.2 明洞襯砌。明洞開挖工作達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)要求后，施工人員需要及時(shí)做好基底清理作業(yè)，檢測基底的地質(zhì)環(huán)境。在監(jiān)測達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求的情況下，按照設(shè)計(jì)要求控制拱圈混凝土的灌注強(qiáng)度，在強(qiáng)度達(dá)到70%以上時(shí)，及時(shí)做好內(nèi)模拆除作業(yè)。在拱圈背部使用砂漿找平并敷設(shè)防水板，確保防水板之間錯(cuò)縫搭接效果達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求，搭接超出100mm 以上，隧道內(nèi)拱背延伸超出500mm 以上，隨后涂抹水泥砂漿。

3.1.3 明洞回填。在明洞回填施工中，保證明洞兩側(cè)達(dá)到對稱回填，通過人工完成分層夯實(shí)作業(yè)。在回填工作完成后，通過人工及時(shí)分層填鋪，填鋪高度達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)即可。如果使用機(jī)械設(shè)備進(jìn)行回填，要確保拱圈混凝土的強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)要求70%以上，并且由人工夯實(shí)。回填達(dá)到拱頂1m 后，才可用機(jī)械設(shè)備回填，流程如圖1 所示。

圖1 洞口與明洞施工圖

3.2 超前支護(hù)

在洞口坡積體隧道安全進(jìn)洞施工中，通過隧道勘測檢測數(shù)據(jù)結(jié)果分析，在隧道進(jìn)洞施工中采取復(fù)合式襯砌結(jié)構(gòu)，落實(shí)超前支護(hù)工作，主要以φ108 超前管棚支護(hù)為主。大管棚進(jìn)口、出口長度分別為40m、28m。洞口支護(hù)所需超前大管棚數(shù)量達(dá)到了98 根。在施工中，采取機(jī)械的方式完成管棚頂入，最后進(jìn)行注漿。具體施工方式如下所示。

3.2.1 臨時(shí)成洞面開挖。在開挖作業(yè)中，采取“預(yù)留核心土法”，在洞口施工非核心土部分開挖作業(yè)中，開挖距離達(dá)到洞面。在開挖完成后，完成錨噴支護(hù)作業(yè)。

3.2.2 套拱施工。在施工過程中，使用2m 以上長的C35 混凝土套拱材料。在套拱基礎(chǔ)作業(yè)中，采取掏槽開挖方式，確保地基承載力達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求。在支護(hù)穩(wěn)定后，及時(shí)使用5cm 木模完成內(nèi)外模安裝作業(yè)。根據(jù)設(shè)計(jì)要求，控制布筋與孔口管的具體位置，最后進(jìn)行套拱混凝土施工作業(yè)。在套拱施工中，使用的鋼架材料以3 榀18 工字鋼為主，榀鋼架間需要使用10mφ22 鋼筋焊接。在安裝時(shí)，控制φ127 預(yù)埋鋼管位置，保證接地鋼筋預(yù)埋位置達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。

3.2.3 掃孔。在掃孔作業(yè)中，需要利用φ108mm巖芯管，將孔內(nèi)中的石渣進(jìn)行清理。在下管出現(xiàn)問題的情況下，需要增加掃孔次數(shù)，保障孔內(nèi)清潔。

3.2.4 下管。在打孔與布孔工作完成后，孔徑需要達(dá)到15mm 左右，每30cm 距離打一個(gè)孔。導(dǎo)管尾部需要預(yù)留30cm，作為止?jié){段。在下管完成后，通過焊接，將φ108mm 鋼管與φ127mm 孔口導(dǎo)管進(jìn)行連接。

3.2.5 注漿。根據(jù)隧道洞口坡積體地質(zhì)環(huán)境，及時(shí)注漿，在注漿完成后，進(jìn)行打孔。使用無孔鋼管對注漿質(zhì)量進(jìn)行全面檢查，選擇合適的注漿泵即可。

3.3 安全進(jìn)洞開挖

在安全進(jìn)洞開挖中，由于洞口以明洞為主，采取明挖法，并及時(shí)做好洞口坡積體防護(hù)工作，對地基承載力進(jìn)行檢測分析。在隧道洞口屬于軟弱巖體或者破碎巖體的情況下，需要采取機(jī)械開挖或者弱爆破開挖，避免在開挖時(shí)發(fā)生超挖或者欠挖的情況。

3.3.1 中導(dǎo)洞進(jìn)洞開挖。在中導(dǎo)洞進(jìn)洞開挖中，從內(nèi)到外完成澆筑工作，同時(shí)設(shè)置隔墻。主要施工環(huán)節(jié)包含中導(dǎo)洞超前支護(hù)、中導(dǎo)洞開挖、初期支護(hù)、基礎(chǔ)開挖、基底砂漿錨桿施工、中隔墻澆筑以及回填。在中導(dǎo)洞進(jìn)洞開挖時(shí)，選擇人工開挖的方式，使用側(cè)卸式裝載機(jī)完成石渣運(yùn)輸，使用濕噴機(jī)設(shè)備進(jìn)行中導(dǎo)洞噴混凝土作業(yè)。在施工過程中，隧道洞口淺埋段在開挖距離0.5m 的情況下，每日做好2 個(gè)循環(huán)，以此確保洞口開挖效果得到提升，洞口每月開挖進(jìn)度達(dá)到30m。

3.3.2 主洞進(jìn)洞開挖。在主洞進(jìn)洞開挖中，遵守側(cè)導(dǎo)先行選擇。在開挖施工中，隔墻施工作業(yè)完成后，根據(jù)圍巖情況錯(cuò)開40m 左右的距離，對左右兩導(dǎo)洞進(jìn)行開挖，保證開挖作業(yè)安全。在主洞進(jìn)洞開挖中，由于受到地質(zhì)環(huán)境因素影響，采取了不爆破以及弱爆破的施工方式，利用機(jī)械設(shè)備對硬質(zhì)破碎巖體進(jìn)行開鑿處理。主洞進(jìn)洞開挖時(shí)，選擇YT-28 鑿巖機(jī)設(shè)備完成開挖鉆眼作業(yè)，或者利用塑料導(dǎo)爆管完成起爆作業(yè)，使用側(cè)卸式裝載機(jī)設(shè)備做好裝渣運(yùn)輸工作。

3.3.3 光面爆破。在隧道安全進(jìn)洞開挖作業(yè)中，應(yīng)在洞口周邊沿外輪廓線做好布控測量工作。隧道安全進(jìn)洞開挖位置調(diào)整范圍低于5cm，在隧道進(jìn)洞開挖位置，將斜率外插控制在4%左右。結(jié)合隧道爆破炮眼施工的質(zhì)量要求，調(diào)整炮眼斜率與深度，促使炮眼低于開挖斷面輪廓線10cm 左右。在圍巖穩(wěn)定性較低的情況下，可以增加周邊炮眼的數(shù)量，分組進(jìn)行起爆，或者使用光面爆破以及預(yù)裂爆破技術(shù)，加強(qiáng)做好隧道安全進(jìn)洞起爆作業(yè)。

3.3.4 裝渣運(yùn)輸。在隧道安全進(jìn)洞爆破作業(yè)完成后，需要及時(shí)做好出渣運(yùn)輸工作，可以采取機(jī)械扒渣以及無軌運(yùn)輸方式，將隧道安全進(jìn)洞產(chǎn)生的碎渣運(yùn)輸?shù)綏壴鼒觥Ｔ谘b渣運(yùn)輸中，應(yīng)派遣專人做好沿線巡視工作，避免在道路上出現(xiàn)大量碎渣撒落問題，影響后期道路運(yùn)輸。在裝渣運(yùn)輸中，還應(yīng)做好降塵工作，避免對周圍環(huán)境造成影響。在具體施工過程中，需要合理應(yīng)用現(xiàn)代化裝運(yùn)設(shè)備，嚴(yán)密組織管理工作，保障工程進(jìn)度達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求。

3.4 安全進(jìn)洞初期支護(hù)

3.4.1 施工方法。在初期支護(hù)施工作業(yè)中，使用系統(tǒng)錨桿、鋼拱架以及噴射混凝土等方式。在系統(tǒng)錨桿施工作中，主要采用φ25 中空注漿錨桿。該中空注漿錨桿組成部分相對較多，以錨頭、桿體、止?jié){塞以及螺母部件為主。在中空注漿錨桿實(shí)際應(yīng)用的過程中，由人工現(xiàn)場完成攪拌注漿作業(yè)，并做好后期養(yǎng)護(hù)工作。

3.4.2 噴射混凝土。在噴射混凝土施工作業(yè)前，做好現(xiàn)場風(fēng)險(xiǎn)處理工作，檢查洞口開挖斷面尺寸。在噴射存在集中出水點(diǎn)的情況下，需要做好排水作業(yè)。為了確保噴射混凝土施工質(zhì)量，需要在隧道洞口外設(shè)置拌和站，加快混凝土的運(yùn)輸速度，采取濕式噴射方式，完成初噴與復(fù)噴工作，確保噴射效果達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的要求。施工流程如圖2 所示。

圖2 噴射混凝土施工工藝流程

3.4.3 砂漿錨桿。在該工程項(xiàng)目中，所使用的砂漿錨桿材料主要以φ22 鋼筋為主。在現(xiàn)場，通過加工制成超前錨桿以及鎖腳錨桿等。在砂漿錨桿施工作業(yè)中，采取鉆孔打入方式，將鉆孔布置為梅花形，孔間距達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)要求。結(jié)合錨桿的設(shè)計(jì)深度，先打孔、再注漿，最終完成插入工作。在鉆孔作業(yè)中，嚴(yán)格按照鉆孔設(shè)計(jì)要求，選擇合適的風(fēng)鉆機(jī)設(shè)備，確保鉆孔直徑超出錨桿直徑15mm 左右，鉆孔深度達(dá)到錨桿長度95%左右。在插入錨桿后，完成超前錨桿尾端與系統(tǒng)錨桿焊接工作，使用環(huán)向鋼筋進(jìn)行焊接，確保支護(hù)效果得到有效提升。

3.5 安全進(jìn)洞二次襯砌

在二次襯砌施工作業(yè)中，要求混凝土質(zhì)量達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求，實(shí)施連續(xù)性混凝土澆筑作業(yè)。確保二次襯砌效果得到有效提升，在混凝土制備過程中，嚴(yán)格按照混凝土強(qiáng)度的標(biāo)準(zhǔn)要求，控制混凝土原材料的配合比。在原材料拌制完成后，使用混凝土運(yùn)輸車將其運(yùn)輸?shù)绞┕がF(xiàn)場，利用輸送泵完成混凝土連續(xù)澆筑作業(yè)。在隧道仰拱開挖作業(yè)中，使用挖掘機(jī)進(jìn)行挖樁作業(yè)，不允許出現(xiàn)欠挖問題。在具體施工中，結(jié)合工程的具體要求，加快工程進(jìn)度，保障仰拱中所埋設(shè)的止水帶位置達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)要求，在澆筑作業(yè)中，保證仰拱一次成型。在仰拱襯砌施工中，弧形鋼模板、仰拱襯砌墻頭、頂部模板應(yīng)根據(jù)工程設(shè)計(jì)圖紙要求，制作為弧形，并使用弧形鋼板完成鋼模處理作業(yè)。在完成以上作業(yè)后，落實(shí)混凝土澆筑作業(yè)。為了保障澆筑效果，利用混凝土輸送泵進(jìn)行澆筑，并使用振搗器進(jìn)行混凝土振搗作業(yè)。在仰拱施工作業(yè)后，落實(shí)填充施工作業(yè)。

4 結(jié)語

綜上所述，在洞口坡積體隧道施工作業(yè)的過程中，為了落實(shí)洞口安全開挖工作，需要結(jié)合隧道所處地勢、地貌以及水分環(huán)境，明確洞口安全開挖方式。在研究過程中，通過隧道洞口與明洞施工、超前支護(hù)、洞身開挖、初期支護(hù)、防排水工程、二次襯砌以及水泥混凝土路面層等方式，保證洞口開挖作業(yè)的安全性，為后續(xù)隧道洞口施工作業(yè)落實(shí)提供幫助。