山區高速公路橋隧相連隧道側面進洞施工方案研究

林東發

(漳州通平漳武高速公路有限公司，漳州 363000)

1 引言

近年來，高速公路工程等交通事業在山區蓬勃發展，因山區地形條件限制， 線路中的橋梁、 隧道占比越來越重，橋梁隧道相連的現象越來越多，甚至橋臺與隧道洞門相連，故大部分山區地形地貌高差較大、地質構造復雜、山體陡峭、 場地受限嚴重等問題尤為突出， 增加建設成本，給施工和運營埋下了極大的質量安全隱患。雖然我國在橋隧相連的設計和施工中取得了長足的進步， 但對于地形條件更加復雜的山嶺地區橋隧相連的洞口施工方法研究仍然不夠充分，存在著極大的局限性。

目前傳統正洞進洞施工方案對部分橋隧相連地區施工受地勢及橋梁施工干擾影響的山區高速公路隧道適用性較小。 本文結合某高速公路隧道洞口地形條件(極陡峭、圍巖破碎、完整性較差)，研究橋與隧緊連的山區高速公路隧道側面進洞施工， 以期為同類地形條件下隧道進洞施工制定更加經濟、可靠、合理的施工方案。

2 不同地形地質條件隧道進洞方式對比

隧道特點及進洞方式：①不良地質和地形條件，按照先加固、后進洞的原則，采用地層預加固措施，早進洞，避免邊仰坡過高及對自然環境的破壞(正洞進洞)；②成洞面仰坡開挖難度大，以滿足成洞條件為原則，根據現場地質條件，對其高度進行控制，保證一定的覆土厚度和適當的邊仰坡高度(正洞進洞)；③工期寬裕的隧道可在條件好的位置單向進洞(正洞進洞)；④地形限制大，便道無法修筑至洞口或便道過長的隧道， 根據實際地形設置橫洞或斜井，經方案必選后可采取橫洞或斜井進洞，避免對原地面大規模破壞(橫洞/斜井進洞)。 不同的進洞方式，各有其優缺點，如表1 所示，施工中應根據實際情況，有針對性地制定適當的進洞方案。

進洞方式確定后，主要的施工方法有：①明挖法；②套拱加短管棚法；③套拱加長管棚法；④地表錨桿或小導管注漿預加固法；⑤回填暗挖法。

表1 不同地形地質條件隧道進洞方式對比表

3 工程概況

某高速公路隧道左線全長4881m、右洞全長4891m，平均長度為4886m； 洞內設置14 處人行橫洞、6 處車行橫洞、4 處配電橫洞。 隧道進口左、右洞分別需獨頭掘進約3464m，順坡施工，合同要求工期24 個月，實際計算工期需33 個月，工期壓力大。

隧道進口段自然山體坡度約50～70°，位于山體半山坡位置，山林茂密。 隧道洞口與溝谷底部高差50m，與縣道高差80m， 隧道進口平面圖見圖1。 隧道洞頂埋深較淺，地表覆蓋層厚度較大，圍巖主要為殘坡積層、花崗斑巖風化土層，巖體結構松散，圍巖級別為V 級，開挖后穩定性較差， 且隧道進口緊接橋臺， 左洞門距離臺背僅0.5m，洞口臨崖、無作業空間，進洞難度極大，如圖2 所示。

圖2 隧道左洞洞口橫斷面圖

洞口清表完成后現場踏勘隧道進口處地形及地質情況：隧道進口地形陡峭且偏壓，洞口揭示圍巖節理發育、破碎，伴隨項目所處地區降雨量較大，降水入滲形成基巖裂隙水，施工時的輕微振動即可導致掉塊甚至崩塌現象，給隧道進洞施工造成較大的安全隱患， 洞口揭露巖層結構見下圖3。

圖3 隧道洞口圍巖裂隙發育

4 特殊地形地質條件下進洞方案

4.1 進洞方案

根據現場實際情況確保施工安全及保證工期， 該隧道采取左洞左側橫洞(凈空8m×7m)進洞方案，取消采用正洞進洞方案， 并在隧道左右洞之間再增設一處車行橫洞，用于右洞施工交通要道。 該方法主要優點：一是避開施工便道修筑通過洞口需進行邊仰坡擴挖的安全風險，減少了對山體的擾動，確保洞口圍巖穩定有一定的作用；二是預計比從正洞正面進洞需要進行洞口加固完后方可進洞施工提前6 個月進洞，從而確保了施工工期，提高了整體經濟效益；三是改善了隧道施工的場地作業環境，確保了施工安全；四是采取“零仰坡”出洞，減少對邊仰坡破壞，保護生態環境。此方案在地形陡峭、山體破碎、易發生崩塌， 且橋隧零距離相連的洞口效果非常明顯。 詳見圖4、圖5。

圖4 側面橫洞進洞平面圖

圖5 橫洞斷面圖

4.2 施工組織流程圖(圖6)

圖6 橫洞進洞施工組織流程圖

4.2.1 橫洞施工

(1)橫洞洞口截水溝設置。橫洞洞門采用端墻式，洞頂邊仰坡開挖線5m 外設0.6m 深×1.0m 寬梯形截水溝，將橫洞頂山體水流通過截水溝改移， 并順接至山谷內自然水系中，保證正常排水。

(2)將橫洞口邊仰坡加固。 橫洞成洞面及臨時邊坡采用噴、 錨、 網支護，C25 噴射混凝土(厚10cm)； @20×20cmφ8mm 鋼筋網；L=5m， @1m×1mφ22mm 水泥砂漿錨桿。 成洞面及臨時邊坡應設置 @2.0m ×2.0m φ10cmPVC 管泄水孔。 洞口開挖時，采取預留核心土臺階法施工。

(3) 橫洞洞口段采取φ108mm 鋼管，L= 24m@50cm中管棚超前加固方案進洞。

(4)進洞橫洞段按照V 級圍巖進行設計，洞身初期支護采用錨、噴、網、鋼架支護，洞口段、橫洞與正洞交叉段采用工@60cm， 工16 工字鋼， 管棚范圍外鋼架間距1.0m；鋼筋網采用@20×20cmφ8mm 鋼筋網；噴射混凝土標號C25；系統錨桿拱部采用L=3.5，@1mφ25mm 中空錨桿，邊墻采用L=3，@1mφ22mm 砂漿錨桿梅花形布置；超前小導管L=4.5m，@50cm，σ5mmφ50mm 的無縫鋼管，縱向搭接長度1.5m，外插角15°。洞口段15m 及與正洞交叉處10m 采用30cm 厚C30 模筑混凝土。

(5)左、右主洞之間橫洞段按照IV 級圍巖進行設計，洞身初期支護采用錨、 噴、 網、 鋼架支護， 鋼架采用@1.2cm，工14 工字鋼；鋼筋網采用@20×20cmφ8mm 鋼筋網； 噴射混凝土標號C25； 系統錨桿拱部采用L=30，@1.2mφ25mm 中空錨桿， 邊墻采用L=3，@1.2mφ22mm砂漿錨桿，梅花形布置。 與正洞交叉處各10m 采用30cm厚的C30 模筑混凝土。

(6)橫洞內路面采用20cm 厚C20 混凝土澆筑，路面右側預留排水側溝，水溝寬30cm，深20cm。

(7) 主洞與橫洞交接位置的縱向排水管采用暗埋敷設，跨電纜槽處設置跨溝蓋板，以確保排水不受影響。

4.2.2 橫洞挑頂施工

橫洞與主洞交接部位按先加固后開挖的原則， 根據地質情況，相交位置5m 范圍的支護型式加強。 橫洞進入正洞的門洞采用雙拼工18 型鋼門架，鋼架組拼如圖7 所示。 進入正洞后的挑頂施工，應從外向內逐步擴大，并始終保持逃生通道的暢通。

圖7 橫洞挑頂鋼架組拼圖

4.2.3 主洞二襯臺車拼裝

正洞二襯臺車采用洞內拼裝的施工方案。 臺車拼裝場地設置在橫洞與主洞交接位置小里程段落。 拼裝場地長15m，主洞開挖時拱部斷面加大100cm，后期二襯澆筑時按照原設計凈空澆筑到位，如圖8、圖9 所示。

4.3 施工注意事項

(1)橫洞洞口施工前，應先施作截、排水溝及洞口改溝，并確保排水暢通，確保洞口施工安全。

(2)橫洞大管棚與小導管縱向搭接長度應不小于5m；小導管搭接長度不小于1m。

(3)橫洞施工時，加強地表沉降、洞內初期支護等監控量測工作。

(4)嚴禁超挖，逐榀開挖。

(5)盡可能控制爆破藥量，減少擾動，防止發生崩塌等災害。

(6)嚴格遵循“短進尺、弱爆破、快封閉、勤量測”的原則，嚴格控制開挖進尺和爆破振動速度。

(7)應堅持“隨挖隨支、先噴后錨”的原則，即初期支護必須緊跟開挖工作面，應在爆破、通風和找頂后首先及時初噴砼，盡快封閉巖面，控制圍巖變形，然后再及時掛鋼筋網、施作錨桿、架立鋼架，最后復噴砼至設計厚度。

(8)鋼架拱腳須位于堅實的基礎上，嚴禁拱腳懸空。拱腳處應采用鎖腳錨桿將拱腳鎖緊。 當拱腳位于土質圍巖時，應進行擴大拱腳處理。

圖8 臺車拼裝場地設計圖

圖9 臺車拼裝立面圖

(9)在初期支護作業期間，應隨時觀察圍巖變化情況。當圍巖變形過大，應及時反饋，以便采取施工輔助措施、加強初期支護或提前施作二次襯砌。

(10)隧道主洞出洞時應已完成洞口邊坡加固施工，且加強洞口作業防護，避免落石傷人。

(11)主洞洞口大管棚、邊坡防護等防護措施施工完成后方可施工橋臺，避免石塊崩落傷人。

(12)隧道施工過程中，嚴格落實隧道施工安全九條規定和“十一項措施”，嚴格落實領導帶班制度，控制安全步距，落實安全教育培訓制度，做好班前教育工作。

4.4 進洞方案對比

(1)傳統正洞進洞與橫洞進洞方案對比，見表2。

表2 正洞進洞與橫洞進洞方案對比表

(2)實際產生效益分析

橫洞進洞方案比正洞進洞方案投資增加340 萬，工期節省6 個多月；勞務及機械等成本減少378 萬元，具體見表3。

表3 人、料、機成本對比

5 結論

本文介紹了某高速公路隧道橋隧相連的特點、 地質條件， 對傳統施工方案中隧道洞口位置和開挖方案的選擇作了闡述，正洞進洞在承擔高風險、高難度、長工期、多作業面干擾的情況下， 比橫洞進洞方案增加投資340 萬元，但橫洞進洞方案工期提前6 個月，勞務及機械等成本節約378 萬元。正洞進洞方案中施工安全、施工難度以及對環境破壞等方面所造成的負面影響遠遠超過其所節省的經濟成本。

本文所述某隧道針對地形、 地質、 地貌條件的特殊性，摒棄在地形陡峭部位正洞進洞的傳統方案，采用橫洞進洞方案。

經對正洞進洞方案和橫洞進洞方案進行對比， 總結如下：

(1)經方案比選，針對地形陡峭、地質復雜、安全風險大的隧道不應盲目選擇節省成本的進洞方式， 應堅持以人為本，安全第一，綠色公路，品質工程的理念，結合現場實際，綜合考慮，統籌規劃，制定切實可行的方案，才能保證施工安全，順利進洞施工，緩解工期壓力。

(2)探討了主洞進洞施工安全隱患及地形地質條件對施工工期和質量的影響，給出了橫洞進洞的建議。

(3)橫洞進洞施工，仍舊堅持“管超前、嚴注漿、短開挖、強支護、早封閉、勤量測”的施工原則，早進洞，晚出洞，確保施工安全。

(4)從經濟、安全、施工質量控制等方面對不同的進洞方案進行比選， 對不同施工方案可能出現的風險進行總結和分析，為橋隧相連工程施工提供了一定的參考。