高海拔地區(qū)高速公路隧道主洞施工技術(shù)研究

李鴻

摘要 為了研究高海拔地區(qū)高速公路隧道主洞的施工技術(shù)，文章依托西香高速公路鹽源隧道工程，分析了隧道洞身開挖、隧道支護施工、仰拱開挖和回填施工等方法。研究結(jié)果表明：（1）隧道洞身開挖主要采用單側(cè)壁導坑（上下臺階）及三臺階法施工方法。（2）在隧道開挖過程中，先采用超前小導管進行支護，再安裝鋼架，最后進行錨桿施工。（3）施工前應進行綜合地質(zhì)超前預報，施工過程中遇到巖溶涌突水時應對深孔周邊采用預注漿處治措施。

關(guān)鍵詞 高速公路；主洞施工；隧道開挖；處治措施

中圖分類號 U455.49 文獻標識碼 A 文章編號 2096-8949（2024）10-0046-04

0 引言

隨著我國交通的快速發(fā)展，高速公路的建設已延伸到高海拔地區(qū)，由于高海拔地區(qū)多山且地質(zhì)復雜，高速公路的建設不可避免要穿越山坡和丘陵，因此隧道建設的數(shù)量日益增多，為增強隧道施工技術(shù)，提高隧道建設質(zhì)量，學者們進行了多方面研究。楊洪振等[1]以臨淄至臨沂高速公路魯山隧道工程為依托，對隧道的開挖方式、支護形式、襯砌內(nèi)力及施工組織進行了相關(guān)設計；賴友烽[2]依托福建省廈蓉高速公路的改擴建工程，探討了山區(qū)高速公路隧道穿越復雜巖層的進洞方案；李文浩[3]依托某高速公路隧道的右線入口段工程，通過數(shù)據(jù)對圍巖產(chǎn)生變形的主要原因進行了透徹分析；楊昕[4]以某高速公路分離式隧道施工項目為例，分析噴射混凝土施工流程及技術(shù)特點；王瑋等[5]研究了開挖工法對灰?guī)r地區(qū)小凈距公路隧道的穩(wěn)定性影響，研究結(jié)果表明：采用三臺階開挖方式，對隧道周圍巖體影響最小。以上學者對公路隧道的施工進行了研究，并對隧道的加固施工進行了分析。

基于此，該文參考以上學者的研究成果，依托西香高速公路鹽源隧道工程，對高海拔地區(qū)高速公路隧道主洞的施工技術(shù)進行了研究，分析了隧道洞身開挖、隧道支護施工、仰拱開挖和回填施工等方法，以及在特殊地質(zhì)條件下施工的處治措施。

1 工程概況

該項目為西香高速公路鹽源隧道工程，位于鹽源縣內(nèi)。鹽源縣地處青藏高原東南緣，境內(nèi)多高山峽谷，海拔高度為2 800 m。隧道所處區(qū)域為滇西北橫斷山高山峽谷與云貴高原接壤地帶，區(qū)域內(nèi)主要山脈及河流呈南北走向，懸崖峭壁發(fā)育、地形錯綜復雜。隧道左線樁號ZK52+325～ZK66+482，全長14 157 m，出口設計高程2 621.55 m；右線樁號K52+255～K66+405，全長14 150 m，出口設計高程2 621.82 m，屬于特長隧道。隧道左右洞間距為30 m，左洞左側(cè)設1座平行導洞，導洞與主線左洞間距為27 m。

2 隧道主洞施工技術(shù)

2.1 隧道洞身開挖方法

該隧道洞身開挖主要采用單側(cè)壁導坑（上下臺階）施工方法及三臺階法施工方法。在采用單側(cè)壁導坑法對隧道洞身進行開挖前，需進行導坑超前支護。根據(jù)T5襯砌類施工方法安裝雙層超前小導管，小導管安裝的外插角有2種角度，分別為緩傾角5 °～12 °和陡傾角10 °～30 °，安裝時上下兩層需交錯布置。小導管布置完成后，通過小導管開始注漿，注漿壓力為0.5～1 MPa，待超前支護穩(wěn)定并通過驗收后進行洞身開挖。若圍巖破碎則采用機械開挖，一次開挖長度不大于2榀鋼架的間距，單側(cè)開挖采用短臺階，臺階長度3～5 m。為保證施工安全，中壁墻需作臨時支護，開挖方式如圖1所示。

在進行三臺階法施工前，先按照設計圖紙進行超前支護，然后進行開挖，每循環(huán)開挖進尺不得大于2榀鋼拱架的間距。開挖過程中，在當前臺階開挖完成后噴射混凝土，達到施工要求后才能進行下一步的臺階開挖。每完成一步臺階的開挖，應及時噴射混凝土封閉，必要時設置臨時支護。

2.2 隧道支護施工方法

在隧道開挖過程中，需進行超前小導管進行支護、鋼架安裝、噴射混凝土，最后進行錨桿施工，超前小導管支護布置如圖2所示。在安裝超前小導管時，單層小導管的外插角為10 °～14 °，雙層小導管外插角緩傾角為10 °～14 °，陡傾角為30 °～40 °，安裝時均在拱部120 °范圍內(nèi)布置。在進行注漿前，需對開挖面及周邊噴射混凝土封閉，注漿過程中的注漿壓力應為0.5～1.0 MPa。當注漿壓力達到設計要求后，再持續(xù)15 min即可終止。

在進行鋼架施工時，先進行布點鉆孔，按設計要求確定錨桿孔位，采用錨桿機或風動鑿巖機鉆孔，再采用高壓風清孔，同時檢查孔徑、孔深、孔道傾斜度。檢查合格后按設計要求插入鎖腳錨桿，采用錨固劑將鎖腳錨桿與巖體連接。鎖腳錨桿由4根3 m長φ42 mm×4的注漿小導管制成。鋼架安裝過程中，型鋼鋼架和格柵鋼架在工廠加工完成，在洞內(nèi)拼裝。型鋼鋼架之間設縱向連接筋（如圖3所示），當鋼架間或鋼架與圍巖間間隙過大時用噴混凝土填平，以約束圍巖的變形，將不均應力進行平均分布，提高壁面承載力，防止巖土體因隧道開挖而發(fā)生破壞。在混凝土噴射過程中，應分成小段或分區(qū)域進行。當作業(yè)面開挖完成后，應立即進行混凝土噴射，對拱腳基礎區(qū)域噴射的混凝土，要密實且厚度符合設計要求，不能出現(xiàn)空洞或懸空現(xiàn)象。

該工程錨桿施工采用的錨桿類型有2類，分別為藥卷錨桿和普通砂漿錨桿。在進行普通砂漿錨桿施工時，應選用普通P42.5R水泥，先鉆孔、注漿，然后安裝錨桿。普通水泥砂漿錨桿采用螺紋鋼制成，在錨桿露出圍巖段，應保持標準螺紋鋼的長度為150 mm左右，方便螺母安裝。在進行單管注漿時，導管應置入孔內(nèi)距孔底80 mm左右，然后注漿。在進行藥卷錨桿施工時，應首先對藥卷進行泡水試驗，試驗結(jié)束后將藥包置入鉆孔內(nèi)，置入時左右旋轉(zhuǎn)錨桿，確保錨桿全部涂滿藥液；當錨桿達到設計確認的深度時，孔口應有砂漿流出，若無砂漿流出，則應及時補灌砂漿。

2.3 仰拱開挖及回填施工方法

在隧道開挖完成后，進行仰拱襯砌施和仰拱回填。在作業(yè)過程中，應按照施工要求預留電纜、排水以及通風管道所需位置，并嚴格按照設計要求進行作業(yè)。在進行襯砌施工過程中，混凝土澆筑時不可中斷，澆筑時采用插入式振搗棒進行振搗，確?；炷翝仓軐崳瑵仓瓿珊竽ㄆ奖砻?；仰拱的弧度需進行放樣，確保放樣弧度達到設計要求；在對仰拱進行混凝土澆筑時，應整體進行澆筑，不可分段分區(qū)進行，先澆筑中間區(qū)域，再澆筑兩側(cè)區(qū)域，澆筑區(qū)域需密實，不可留下空隙。澆筑的混凝土硬化達到設計要求的強度后，進行仰拱回填；在回填前，應清除混凝土地上雜物，然后澆筑回填混凝土地；在仰拱回填施工中，施工人員應按照施工要求控制回填高度和坡度，確保回填厚度、回填混凝土表面橫坡與路面橫坡一致。

3 特殊地質(zhì)條件處治措施

3.1 巖溶地質(zhì)處治措施

在勘測設計階段，通過詳細的地勘工作，查明大型溶洞、暗河的空間方位與形態(tài)路。在設計中繞避不良地質(zhì)體，施工階段應采用綜合地質(zhì)超前預報（如圖4所示），以長距離、短距離物探相結(jié)合的方式，輔以超前鉆孔驗證，探明掌子面前的方巖溶形態(tài)和規(guī)模，超前地質(zhì)預報范圍應為掌子面前方大于30 m和隧道開挖輪廓線外一倍洞徑的范圍。

當遭遇大型軟塑狀充填型溶洞時，應設止?jié){墻對掌子面前方進行全斷面深孔預注漿加固，加固范圍不宜小于隧道開挖輪廓線外6 m，再進行開挖作業(yè)。當遭遇暗河時，應采用跨越方式通過，并對地下水進行疏導排泄，盡量保持地下水原有流通路徑不變。當隧道周圍存在小型溶洞時，主要采用清淤、回填的方式進行處理。

3.2 巖溶涌突水處治措施

巖溶地下水的處理應堅持環(huán)境保護的設計理念，分散的流水采用方法進行圍堵，大型的條狀流水采用方法疏散，施工時應不改變地下水原有的流動趨勢。在進行施工前，需進行超前地質(zhì)預報，探明巖溶地下結(jié)構(gòu)、地下水分布等地質(zhì)條件。根據(jù)勘測數(shù)據(jù)采用合理的施工方案，避免施工時出現(xiàn)涌泥、突水等現(xiàn)象。

當掌子面前方為斷層破碎帶和大的溶縫，且?guī)r溶地下水發(fā)育時，可對掌子面前方進行深孔周邊預注漿處治（如圖5所示）。在確定實施前，應在超前地質(zhì)預報（物探）指引下鉆3～5個超前鉆孔，以探明地下水發(fā)育情況、巖體完整程度等地質(zhì)概況。各探水孔應至少有3孔出水，且單孔出水量均大于3 m3/h，探水孔總流量大于30 m3/h，最終是否實施預注漿應結(jié)合物探結(jié)果、探水孔水量及圍巖條件等進行綜合判斷。

當隧道周圍巖溶形態(tài)為溶隙、溶孔，洞室開挖后地下水呈大面積滲水或淋水狀時，為避免地下水大量流失，可對滲水嚴重段進行開挖后的周邊進行注漿。

4 結(jié)論

該文依托西香高速公路鹽源隧道工程，對高海拔地區(qū)高速公路隧道主洞施工技術(shù)進行了研究，分析了隧道洞身開挖、隧道支護施工、仰拱開挖和回填施工等方法，以及在特殊地質(zhì)條件下施工的處治措施，可得如下結(jié)論：

（1）隧道洞身開挖主要采用單側(cè)壁導坑（上下臺階）施工方法及三臺階法施工方法，在開挖前先進行導坑超前支護，每完成一步臺階開挖，及時噴射混凝土對圍巖進行封閉，必要時對仰拱采用臨時支護。

（2）在隧道開挖過程中，先采用超前小導管進行支護，再進行鋼架安裝、噴射混凝土，最后進行錨桿施工。錨桿施工采用藥卷錨桿和普通砂漿錨桿兩類，普通水泥砂漿錨桿施工時，應先成孔后再注漿，最后安裝錨桿；藥卷錨桿施工時，應先對藥卷進行泡水試驗再安裝錨桿。在開挖完成后襯砌施工前，進行仰拱襯砌及仰拱回填施工。

（3）在隧道勘測設計階段，盡量繞避大型溶洞、暗河等不良地質(zhì)體，施工階段應采用綜合地質(zhì)超前預報。當遭遇大型軟塑狀充填型溶洞時，先設止?jié){墻對掌子面前方進行全斷面深孔預注漿加固，再進行開挖作業(yè)。當掌子面前方為巖溶地層與非巖溶地層的接觸帶時，可對掌子面前方進行深孔周邊進行預注漿處治。

參考文獻

[1]楊洪振， 蘇子龍. 臨臨高速魯山隧道施工組織與支護設計思考[J]. 四川建筑， 2023（6）： 146-149.

[2]賴友烽. 山區(qū)高速公路隧道穿越復雜巖層進洞方案探討[J]. 交通科技與管理， 2023（24）： 57-60.

[3]李文浩. 公路隧道軟弱圍巖變形段的加固施工分析[J]. 工程技術(shù)研究， 2023（23）： 64-66.

[4]楊昕. 噴射混凝土施工技術(shù)在公路隧道施工中的應用研究[J]. 運輸經(jīng)理世界， 2023（34）： 64-66.

[5]王瑋， 史奎， 鄭茂源， 等. 開挖工法對灰?guī)r地區(qū)小凈距公路隧道穩(wěn)定性影響研究[J]. 價值工程， 2023（32）： 144-146.