隧道洞口開挖穩定技術分析研究

王清江

(重慶廣播電視大學，重慶 401520)

0 引言

隧道洞口開挖施工是隧道工程施工的關鍵環節之一，洞口地段一般地質條件較差，巖層風化程度高，受地下水影響大，洞口埋深較淺，地形地貌復雜，洞口開挖施工易造成坍塌等問題，如洞口設計和施工方案不當，隧道將無法進洞。因此，隧道洞口邊仰坡穩定直接關系著隧道施工的工期和效益。隧道洞口施工方案選取需考慮的關鍵因素是施工中如何減少對山體擾動和影響，確保洞口山體原有的穩定狀態。進洞方案的確定，在對洞口圍巖地質條件、地下水形態、地貌特征等自然條件認真分析的基礎上，按“早進晚出”的原則比選確定。

1 隧道洞口施工現狀及常發生的問題

目前，隧道進洞開挖施工方法很多，但概括起來主要有全斷面法、臺階法、分部開挖法。根據圍巖地質情況，當圍巖較好時，采取全斷面法或臺階法，當圍巖較差時采取CD法、CRD法或雙側臂導坑法等分部開挖方法。另外，當圍巖地質破碎，開挖后圍巖難以自穩時，可采取地表及超前預加固措施。施工中，雖然采取了一系列措施，但洞口開挖施工過程中仍會發生諸多問題，如:邊仰坡崩塌、滑動、圍巖失穩;掌子面失穩崩落;隧道洞口地表沉陷等問題。這些問題的成因主要是隧道開挖改變了山體巖層內應力狀態，破壞了山體原有穩定結構。

2 隧道洞口施工穩定技術研究

確定洞口開挖施工穩定技術措施應針對引起洞口失穩的原因進行分析研究，隧道要求按“早進晚出”的原則組織施工，其目的也是減少隧道洞口開挖施工對山體原有形態的改變，充分利用山體的自穩狀態。根據這一原則隧道洞口施工穩定技術可采取如下措施:

1)減少和避免地表水對洞口開挖施工的影響，開挖前首先施作地表截排水工程。

2)避免邊仰坡開挖過程中失穩，根據圍巖地質情況選取邊仰坡開挖坡度，盡量減少對原有穩定邊坡的破壞，開挖后及時施工邊坡工程。

3)采取護拱法進洞方案，邊仰坡開挖至隧道洞頂標高后，掏槽施工護拱后再進洞開挖，以減少進洞開挖對穩定山體的影響。

4)圍巖破碎地段采取洞頂注漿及超前預注漿等預加固措施后再進洞開挖。

3 護拱法隧道洞口開挖施工方案及工藝

3.1 隧道護拱法進洞施工工藝流程

護拱法洞口開挖施工工藝流程圖見圖1。

3.2 護拱法隧道洞口開挖施工

1)隧道洞口截排水溝施工。

測放隧道洞頂截水溝位置，截水天溝距邊仰坡開挖邊緣不小于5 m，溝底坡度根據地形設置，且不小于3%，天溝采取人工或人工配合小型機械開挖，開挖后砌筑漿砌片石或澆筑混凝土溝壁。

圖1 護拱法隧道洞口開挖施工工藝流程圖

2)邊仰坡開挖。

施工前清除洞口與上方有可能滑塌的表土、灌木及山坡危石后，土質地層采用挖掘機自上而下逐層開挖，人工配合修坡，石質地層邊仰坡開挖需爆破時，采取淺眼松動爆破開挖。邊仰坡較高時，應分層開挖，分層防護，采用坡度尺檢查坡度，及時施作系統錨桿及防護工程。

3)護拱法施工工藝。

a.護拱結構。

根據地形情況，護拱長為1 m～2 m，厚50 cm，C25混凝土，護拱內設3榀～5榀高45 cm格柵拱架，格柵拱架間距50 cm，靠近掌子面1榀拱架嵌入巖體內。護拱高度結合進洞施工方法，可分為全斷面或半斷面。護拱形式見圖2。

圖2 洞口護拱形式示意圖

b.開挖。

施工前，測量放線，施作完成超前小導管或超前錨桿，拱架安設部位采取掏槽開挖，掏槽高度與初期支護厚度相同，縱向深度30 cm～50 cm。掏槽開挖采用人工鑿槽。

c.拱架加工、架設。

護拱段拱架采用格柵鋼架或工字型鋼鋼架，主筋為Φ25鋼筋(或Ⅰ20b工字鋼)，為確保護拱段的初期支護凈空尺寸、防止因拱頂下沉及側墻收斂侵入凈空，拱架尺寸在原設計拱架的基礎上加大10 cm。拱架安裝要求:

在拱架架設前，將拱架腳部鋪墊5 cm厚的早強砂漿找平層，待砂漿強度達到設計強度時，再安裝鋼架，以防拱架下沉，拱架安裝時嚴格控制拱架標高，拱架安裝時按設計抬高5 cm。

第一榀拱架要鑲嵌于事先挖好的土槽中，與小導管焊接連接。

護拱段拱架安設時要保證中線、法線準確，保證其不偏、不斜、不前俯、不后仰，鋼架安裝允許偏差為:橫向和高程±5 cm，垂直度 ±2°。

拱架架設完成后，焊接縱向Φ22連接筋，環向間距1.0 m，在焊接縱向連接筋的同時掛雙層鋼筋網，鋼筋網采用φ8鋼筋，網格間距200 mm×200 mm，掛設時兩片鋼筋網搭接不得小于200 mm。

打設鎖腳錨桿，鎖腳錨桿采用φ25鋼筋，長3 m，每榀拱架每側設鎖腳錨桿3根。

d.噴射混凝土。

立模，護拱內模板可采用1 cm厚的木板吊在護拱格柵鋼架的內側。噴射混凝土，采用濕噴工藝，噴射時從下向上分層進行，每層噴射厚度為3 cm～5 cm。噴射時兩側對稱同步進行，防止因高差過大造成拱架移位。

e.洞身開挖。

護拱混凝土噴射完成后，進行開挖作業。洞口護拱施工示意圖見圖3。

圖3 洞口護拱施工示意圖

4 結語

國內外工程界對隧道工程洞口施工都高度重視，隧道進洞方法應根據不同隧道地質情況、施工條件、埋置深度、斷面大小、自然邊仰坡及施工環境，以施工安全為前提，綜合考慮工期、經濟等因素經比選確定。護拱法進洞方案旨在最大限度的削弱隧道開挖對山體圍巖穩定狀態的影響，確保了軟弱破碎圍巖洞口施工安全。

［1］ TB 10203-2002，鐵路橋涵施工規范［S］.

［2］ TB 10210-2001，鐵路混凝土與砌體工程施工規范［S］.

［3］ 鐵建設(2005)16號，鐵路混凝土工程施工質量驗收補充標準［S］.

［4］ 鐵建設(2005)157號，鐵路混凝土結構耐久性設計暫行規定［S］.

［5］ 鐵路橋梁工程施工手冊(下冊)［Z］.