位于城市風景區的陡崖隧道出洞口施工技術

趙中華，劉 俊

(1.中鐵隧道集團一處有限公司，重慶 401121;2.重慶大學土木工程學院，重慶 400074)

1 工程概況

小什字車站及區間隧道工程地處重慶市渝中區，為重慶市軌道交通六號線一期工程渝中半島部分，隧道全長631.627 m，埋深最淺處不到10 m，其中車站開挖斷面面積達430 m，進口接長江東水門大橋，出口接嘉陵江千廝門大橋，出洞口位于重慶市著名古建筑風景區洪崖洞旁，地形陡峭。隧道總體走向與地質構造線近于直交，基巖巖性以中風化砂巖為主。隧道出口段屬于深埋隧道，隧道拱頂埋設12 m，斷面面積為83.39 m2。洞口斷面輪廓范圍為危巖卸荷帶，有一危巖分布在隧道出洞口左側，危巖體長約15 m，最大厚度1.9 m，高約5.5 m，為楔形危巖體，其體積約110 m3，屬特大型危巖體。危巖體下部巖體已經墜落，形成高約10 m，深約2.8 m 的凹腔，其下部完全臨空，出洞口工程難度為重慶市同類工程中少有，如圖1、圖2。

圖1 出洞口現場

2 施工特點與難點

(1)隧道出口位于陡崖上，臨空面高而陡，沒有施工通道可以達到，如何組織進行隧道出口的護坡施工難度較大。

(2)出洞口存在危巖卸荷帶，出口端下方為人行通道路口和休息的小閣樓，隧道在開挖掘進過程中對洞口巨型危石和孤石的處理顯得較為重要，對其下方的行人和建筑物影響較大。

圖2 洞口輪廓線內的巨型孤石

(3)出口段剛好穿越城市道路，且出口段下方為著名古建筑群風景旅游區。若采取爆破開挖勢必會造成出口端的巖石飛濺，對道路和古建筑群造成較大影響和安全隱患。

3 施工方案

為確保隧道順利、安全出洞，同時確保洞口旁的古建筑群風景區受到施工的最小影響，根據洞口地形及周邊施工環境，按照“先外后內”的原則施工，即先施工洞外防護工程，然后再進行洞內施工。洞口段施工順序為:搭設防護棚→洞口處理(設截水盲溝、打設錨桿)→危石處理(加設支墩、錨索施工)→大管棚施工→靜態爆破開挖。

4 施工技術

4.1 邊坡施工

4.1.1 防護棚搭設

由于出洞口側為高而陡的峭壁，洞口端的巖石長期暴露在自然條件下，存在兩塊大而散的孤石，為防止隧道施工過程中絕壁上的碎石滾落，在進行洞口施工前先搭設防護棚對下方的人行和小閣樓進行保護，同時搭設好的防護棚可作為后期進行洞口邊坡支護和管棚施工的操作平臺。出洞口防護如圖3、圖4。

圖3 出洞口防護立面

圖4 出洞口防護剖面

根據陡崖的地形，沿著隧道出口方向及下方人員出行和建筑物的位置，搭設長24 m、寬6 m、高9 m 的鋼管立柱防護棚，鋼管立柱采用600 mm 厚10 mm 鋼管柱，立柱橫向間距為4 m，縱向間距6 m，共兩排，共計12 根立柱，立柱之間用設置20 槽鋼水平桿，水平桿之間用20 槽鋼連接成剪刀撐。短方向立柱上縱向鋪設I 32 工字鋼，工字鋼與鋼管立柱焊接牢固，工字鋼上方滿鋪4 cm 厚的鋼板。鋼管立柱的基礎落于原地貌的硬質基礎上，采用鋼筋混凝土墩，通過測量放樣，在出口的原地面上放出12個基礎點，在12個基礎點的地方清除地表土，澆筑12個立柱基礎，每個基礎為長1.5、寬1.5 m、高1.0 m，基礎頂面預埋尺寸830 mm×830 mm×10 mm 鋼板，作為焊接鋼管立柱的基礎面。防護棚搭設好之后再在四周搭設防護欄桿，欄桿搭設高度為2 m，欄桿之間用鐵絲和竹跳板密封牢固。然后再在鋼板上面搭設簡易的支架，支架采用碗扣式支架，間距為0.9 m×0.9 m，用于洞口后期的邊坡支護和錨索施工。

4.1.2 洞口處理

先在出洞口頂段5 m 以外的位置設置一條截水溝，減少大氣降水和地表水的滲入對洞口圍巖造成破壞。洞口土方段打設錨桿采用長7 m 的25 的砂漿錨桿，錨桿錨入土層不少于6 m，錨入巖層段不少于3 m，錨桿間距為1500 mm×1500 mm，掛8@200×200 鋼筋網片;噴射混凝土采用C25 混凝土，厚度150 mm，標號不低于M 20，注漿壓力0.4～0.6 MPa。邊坡防護自上而下分層進行，每層高度2～3 m。做好坡面噴射混凝土防護層與原坡面銜接，防止坡面擾動，引起水土流失、導致邊坡防護受到損壞。

4.1.3 巨型危石處理

由于輪廓線內的危巖體下部巖體已經墜落，形成高約10 m、深約2.8 m 的凹腔，其下部完全臨空，如圖2。為避免隧道出洞施工過程對其的擾動，使其重心改變發生傾斜或掉落，采取了預應力錨索加支墩聯合支護處理，這樣既避免了錨索抗剪強度弱的受力特性，又充分發揮了混凝土的抗壓特性。施工時在該孤石凹腔下方設三個C30 混凝土支墩支撐，斷面為2 m×2 m，高度為9 m。孤石與巖層面下方的縫隙采取灌注M30 水泥漿填充密實，支撐完畢之后再對危石進行預應力錨索加固。錨索施工在防護棚上面搭設簡易操作平臺，每個孤石的錨索為三排兩列，錨索長度為15 m，每孔為7 根j15.24 mm 的鋼絞線，采用二次高壓灌漿錨索。

4.2 洞口施工

由于出口端地形陡峭，在施工過程中只能采取從洞內向外進行開挖，受外界施工條件影響，采取傳統的爆破法造成的飛石會對風景區內的古建筑群和洞口下部人行道的人行造成較大的安全隱患。因此，采取在洞外向里打設長30 m的超前大管棚預支護，洞內采取靜態爆破的施工方案施工出口段最后15 m，很好的控制了飛石對風景區及人行的影響。

4.2.1 大管棚施工

(1)套拱施工。套拱拱內設3 榀I 22 工字鋼，拱架間距0.6 m，導向墻1.2 m，在其中布設56個133 孔口管，孔口管與I 22 工字鋼焊接為整體，孔口管、I 22 工字型鋼采用25固定鋼筋連接，連接間距為0.5 m，孔口管與型鋼拱之間用25 固定鋼筋采用雙面焊接，焊縫長度大于5 倍鋼筋直徑。套拱混凝土為C30，可加適量早強劑，在施工過程中必須保持套拱的穩定、不偏移、不沉降，必時要增加一些臨時支撐。

4.2.2 靜態爆破施工

(1)靜態爆破設計采用適用溫度在15℃～40℃，規格為30 mm×250 mm(外徑×長度)的藥卷型破裂劑。靜態爆破開挖同樣需要通過掏槽來形成臨空面，掏槽孔徑設計為0.8 m。炮眼采用鑿巖機鉆孔，孔徑為42 mm，孔深按循環進尺要求，不超過1.5 m。炮眼呈梅花狀排列，排距40～50 cm，間距50～60 cm。藥量計算得直徑42 mm 單位孔長用藥量為2.3 kg/m，每孔(1.5 m 深)裝藥量為3.8 kg。

(2)靜態爆破施工炮孔成型驗收合格后，根據計算每孔裝藥量裝藥，裝藥所用的器具為大口裝水容器、炮棍、勞保防護眼鏡和計時手表四種工具。主要步驟如下:容器內裝一定量清水，水深以足夠浸沒平放的藥卷為度;把每孔所需藥卷一個個順序放入水中，并記錄下第一個藥卷入水時間;浸水時間到2 min 后，按入水順序一個個取出裝入炮孔，每卷都用炮棍搗實，孔口不夠一卷長時，可把藥卷分成兩段分次裝入，孔口可留5～10 cm 不裝藥［6］。藥卷浸水2～5 min 內，吸水率在26%左右，因此，裝藥時不必緊張，在2 min 內完全有時間裝完藥卷。另外，所有炮棍的長度應以剛好順利插入炮孔底部為準，不得過粗或過細。

4.3 實施效果評價

隧道出洞過程中，布置了拱頂下沉監測點和水平收斂測點。監測得拱頂下沉最終約1.2 cm，水平收斂約0.5 cm，地表下沉最終約為2.0 cm，沉降變形控制較好，滿足相關規范要求。

5 結語

本工程出洞口處于著名風景區內，洞口處于陡崖上，沒有任何施工通道可達洞口，且洞口輪廓范圍內有巨型危石存在，使得洞口的開挖較為困難。本工程結合實際施工情況，采取了“先外后內”的原則，先在陡崖上搭建了防護棚，對邊坡進行了處理，然后對輪廓線內的巨型危石采取了支墩加錨索的聯合支護體系方法的效果顯著，在洞口開挖過程中危石保持了很好的穩定性，較好地解決了洞外施工與技術上的難題。在進行洞口施工當中，采取了靜態爆破結合大管棚施工，不僅減少了飛石對風景區內古建筑群和洞口下面人行造成的安全隱患，也減少了洞口頂部路面的沉降以及保證了出洞的安全。實踐證明，該施工過程中所采取的方案、方法、措施是適合的，解決了隧道出洞過程所面臨地形陡峭、人群聚居、巨型危石、風景區緊鄰諸多不利因素，為同類工程施工起到了借鑒作用。

［1］程剛.望江嶺隧道出口進洞施工技術［J］.施工技術，2009，38(9):15－17

［2］李琨，馬慧勇.巖灣隧道高傾角裂隙巖質洞口施工技術［J］.施工技術，2009，38(9):18－20

［3］張英明，丁立金.隧道洞口位于人口聚居區出洞施工方案探討［J］.鐵道工程學報，2009，38(9):15－17

［4］JTGD70－2004 公路隧道設計規范［S］

［5］GB6722－2003 爆破安全規程［S］

［6］關寶樹.隧道工程施工要點集［M］.北京:人民交通出版社，2003