淺談軟弱圍巖隧道進洞施工技術

劉洋

(中鐵九局集團有限公司,遼寧沈陽 110051)

淺談軟弱圍巖隧道進洞施工技術

劉洋

(中鐵九局集團有限公司,遼寧沈陽 110051)

結合重慶渝湘高速公路曾家灣隧道等施工實踐,論述在隧道施工過程中,洞口加固、雙側壁開挖進洞過程等幾個關鍵環節的控制,保證順利進洞,為今后隧道進洞施工積累經驗。

軟弱圍巖 洞口加固 隧道開挖 進洞

1 前言

在隧道施工中，能否順利進洞，是下步正洞施工的關鍵。隧道進洞主要考慮洞口的穩定，為正洞的安全有序的施工創造條件。由于隧道洞口段山體巖層通常為軟弱且覆蓋較薄，在進洞前必須做好洞口段的巖體調查來初步確定加固方法及進洞的開挖方法。

重慶渝湘高速公路曾家灣隧道進口段山體圍巖破碎、大多為坡積土，有100余延長米全風化泥巖，圍巖富含水、地下水位較高。若不采用特殊的加固方法對洞口進行加固，在下一步的正洞施工中將面臨較大的安全威脅。經反復的方案比選與論證，確定了拱腳設鉆孔樁基礎的大管棚強支護施工方案。作者結合重慶渝湘高速公路曾家灣隧道進洞施工，根據隧道進洞施工時所采用的施工方法談些認識。

2 進洞方案設計

隧道入口段100m埋置于全風化泥巖，為避免發生暗挖塌方事故，提高隧道暗挖安全系數和可靠性，參考以往類似施工經驗，在管棚支護設計方案的基礎上，加大管棚的支護能力，實際施工采用大管棚(鋼管帷幕)強支護施工防護方案。

本方案以大直徑鋼管、延長管棚支護長度，擴大管棚的防護范圍，提高管棚支護能力為主。采用直徑φ108mm鋼管、間距30cm、長度50m管棚，管棚支護范圍增加管棚至拱腳以下最寬處，管棚布置范圍180度，管內壓注水泥砂漿。為了保證管棚鉆機鉆孔位置準確和提高洞門支撐能力、抗傾覆穩定性，加大型鋼混凝土導向墻截面積和長度。管棚導向墻長度增加至3米，導向墻向下延伸，拱腳增加直徑1.5m鋼筋混凝土樁基礎。鋼筋混凝土樁置于管棚導向墻下，支撐樁與導向墻連接成一體，鋼筋混凝土樁對導向墻起支撐作用，管棚的土壤握裹力對導向墻起到抗拔錨固作用。洞口端部側壁圍巖得到支擋，提高了進洞安全性。

該工藝方法大大提高了管棚的支護能力，提高了暗挖進洞的施工安全性。管棚全部承受了頂部垂直土壓力，有利于開挖施工作業安全、有利于加快施工進度。

3 管棚施作安全性分析

3.1 鋼筋混凝土支撐樁設計

導向墻樁基礎承受其自重、導向墻重量、管棚及其部分覆蓋土壓力，抵抗洞門側向土壓力。

鋼筋混凝土支撐樁支撐能力：導向墻、鋼筋混凝土支撐樁自重、管棚以及部分管棚覆蓋土壓力，估計荷載每根380噸。樁基置于全風化圍巖內。

鋼筋混凝土支撐樁按直徑φ120cm、有效深度10m進行設計，并對樁基進行配筋。

圖1 管棚混凝土套拱結構示意圖

3.2 管棚的抗拔錨固與支護能力分析

洞口仰坡開挖后，不穩定仰坡土石方產生向下傾斜滑移的水平推力，對管棚產生推拔力。管棚對上方傾斜滑移土體起到錨固抗拔作用。

管棚承受覆蓋土壓力。前端處于未開挖土體支撐，后端處于導向墻、工字鋼架支撐。

管棚覆蓋土按12米厚估算，按最不利的無粘聚力松散土，假設覆蓋土沒有一點自穩能力、全部由管棚承受，以臺階法、全斷面開挖法的最大開挖截面估計管棚支護能力，工字鋼支撐拱架按1米間距布置，根據以往經驗開挖空間管棚會有一定的位移變量，但均在可控范圍以內。管棚施作結束后，注入砂漿以增強其鋼度。

4 進洞施工工藝及方法

4.1 施工工藝流程

洞口刷坡—→搭設鉆孔平臺—→鉆孔灌注樁—→筑導向墻平臺—→澆注型鋼混凝土導向墻—→鉆孔、安管棚、注水泥砂漿—→挖洞門—→挖明洞仰拱基坑—→澆注明洞仰拱鋼筋混凝土—→臺階法暗挖進洞15米—→施做洞口7米仰拱鋼筋混凝土—→澆注洞門明暗12米二襯鋼筋混凝土—→臺階法進洞暗挖續30米—→管棚下后10米改為雙側壁導坑法暗挖—→繼續雙側壁導坑法暗挖。(混凝土套拱結構見圖1所示)

澆注洞門明暗12米二襯鋼筋混凝土—→明洞二襯鋼筋混凝土—→繼續暗洞二襯鋼筋混凝土。暗洞二襯鋼筋混凝土應依據施工情況及時跟進。

圖2 雙側壁導坑法施工示意圖

4.2 施工方法

4.2.1 洞口刷坡

由上往下按設計斷面坡度分階進行刷直，挖至拱頂標高時，填筑導向墻樁基鉆孔平臺。導向墻樁基鉆孔平臺影響范圍刷坡工作，待樁基完成后進行。

邊坡洞口仰坡多余土石方采用挖掘機挖出，預留20cm厚由人工挖出。

邊坡加固防護，依次刷坡進度跟進施工。小導管注漿錨桿采用錨桿鉆機施工，壓漿后掛鋼筋網噴射混凝土封閉。

4.2.2 導向墻鋼筋混凝土樁基礎

鉆孔灌注樁鉆孔作業平臺填筑后，埋設鋼護筒，安裝鉆孔機械。鉆孔采用沖擊鉆。成孔后，換漿清渣，鋼筋籠綁扎成型后吊裝入孔，樁基按水下混凝土灌注工藝施工。

4.2.3 導向墻

為了安裝管棚導向管，導向墻內埋設I18工字鋼，型鋼混凝土導向墻提高了承載能力。

導向墻底部采用填土筑島胎模，表面鋪設一層油氈紙隔離，I18工字鋼彎曲成導向墻的等弧形，再固定導向管，安裝就位后安裝側模板。模板采用竹膠模板或通用組合鋼模板。混凝土直接關注，人工搗固密實。

導向墻與樁基設置1m厚過渡承臺，以布置接茬連續鋼筋。

4.2.4 管棚帷幕

管棚帷幕采用專用水平鉆機施工，按設計外插角度先鉆孔，然后將鋼管插入孔內，鋼管接長采用內插接頭套管焊接方式接長，鋼管按設計要求留孔洞，每根鋼管安裝到位后壓力灌注水泥砂漿，鋼管端口封口包壓。鋼管要長出導向墻100mm，將鋼管與導向墻錨固。其錨固方法采用端部焊接、孔內注漿，或在管外焊接剪力鍵與注漿握裹成一體。

4.2.5 雙側壁導坑法暗挖進洞

雙側壁導坑法適用于Ⅱ級圍巖和淺埋段施工，采用人工開挖或機械手開挖，人工配合小型機械出碴。

施工方法詳見雙側壁導坑法施工工序圖。(見圖2)

4.2.6 明洞鋼筋混凝土拱圈、暗洞二襯鋼筋混凝土施工

明洞鋼筋混凝土拱圈及暗洞二襯鋼筋混凝土襯砌，采用定型鋼模板臺車，臺車長12米，即一次澆注12延米襯砌。

為增加洞口的安全性，應及早完成明洞和二襯鋼筋混凝土澆注。為保證隧道防水質量，將洞口明暗分界段鋼筋混凝土拱圈一次澆筑完畢，即洞內6米、洞外6米。

5 結語

在隧道進洞施工過程中，加強洞口的防護是一個重要的環節，洞口安全措施是否合理，不僅僅影響隧道進洞的施工，而且還將影響整個隧道的正洞施工能否順利完成。本文介紹的加強洞口支護及進洞的施工方法，在作者以往負責的幾座隧道施工中已被充分證明是可行的，對今后隧道進洞施工具有一定的指導意義。

[1]孫令偉.管棚法在隧道塌方處理中的應用[J].中南公路工程,2000,(4).