位于坡積體上的隧道進洞施工方案比選及實施

董儉召?張曉海

摘要 ： 雖然山區高速公路隧道目前普遍采用“新奧法”原理進行設計和施工，但在實際的公路隧道施工中，受制于設計慣性思維和建設單位控制投資造價的影響，卻常常遵循晚進早出，縮短隧道長度，以節約造價，在洞口坡面進行大開挖，這樣不僅破壞原生環境，使得原地貌植被很難恢復，且采用人工修整的邊坡與隧道周圍地貌不協調，與目前的“環保、綠色”設計理念不相符合。隨著隧道施工和運營期的積累的經驗，近年來提出了隧道洞口“零開挖”的設計施工理念。“零開挖”進洞和“早進晚出”的施工理念是一致的，只是“早進晚出”更加注重的是工程上的意義，即通過早進洞，晚出洞，減少隧道邊仰坡高度，保證洞口山體穩定以及運營期的安全。本文依托十巫高速公路SWBY-2項目經理部負責的雞公寨特長隧道進口端左洞洞口工程，采用隧道洞口加長套拱、分次落底的零開挖進洞施工方法，在洞頂存在坡積體和淺埋的情況下安全進洞，目前洞門以施做完成，隧道安全進洞，洞頂上方坡積體至今穩定。

關鍵詞 ：隧道;坡積體;零開挖;洞口

一、 工程概況

雞公寨隧道全長4828m，為上、下行分離式特長隧道，兩洞軸線相距46～48.5m，隧道最大埋深約464m，洞門采用削竹式洞門。根據地勘文件，圍巖為全～中等風化中元古界武當群雙臺組絹云鈉長石英片巖，洞口段為淺埋隧道，同時在左洞洞口正位于坡積體內，松散堆積體長145m，位于斜坡坡腳，自然坡角約28°，物質組成為第四系崩坡積塊石及碎石土。其平面呈U形，前緣寬約50m，縱長約150m，厚約8～12m，體積約3萬m3。目前處于穩定狀態，坡腳開挖后易失穩，對隧道進口邊仰坡穩定性有一定影響。

二、進洞方案比選

原施工圖設計中洞門采用大管棚+套拱進洞，洞門采用削竹式洞門，經過現場踏勘后，隧道的明暗交接里程已經進入坡積體內，且洞口邊仰坡開挖高度達到5m，此種方式進洞上方坡積體存在很大的滑坡風險，為確保施工安全，對進洞方案進行比選，擬定以下三種比選方案。

（一）方案一：長管棚進洞法

按照原設計圖紙給定的大管棚+套拱支護進洞施工，然后施做削竹式洞門的施工方案。按此方案實施洞口開挖，洞身右側松散堆積體坡腳將形成15m左右的臨時邊坡，邊坡采用臨時支護，然后采用“三臺階預留核心土法”進洞施工。

（二）方案二：套拱整體外移+長管棚進洞法

根據隧道工程“早進洞”原則及現場開挖地層出露情況，為減少松散堆積體坡腳開挖，通過實地測量考慮將明暗交接里程樁號往小樁號方向移5m，明暗交接里程樁號變更為ZK17+990;對已開挖臨時仰坡維持現狀，并及時施作錨噴支護。套拱呈直立狀態，不倚靠山體，然后進行大管棚施工。

管棚注漿施工完成后，采用噴射混凝土和鋼筋網片將山體和套拱間的空隙噴射密實。然后按照采用“三臺階預留核心土法”進洞施工。洞門結構形式更改為端墻式洞門。

（三）方案三：分次施做加長套拱+長管棚進洞法

1、套拱前移樁號、明暗交接里程樁號同方案二，此方案與方案二不同之處有以下兩點：

1.1套拱靠近大樁號側做成斜置套拱，直接倚靠在上體側，即加長套拱，對山體側形成一個反壓效果;

1.2為套拱處一次開挖高度，采用靠近小樁號側2m套拱不直接落底，采用兩次落底的施工工藝。

2、主要的施工方法及步驟

步驟1：對已開挖臨時邊、仰坡按設計圖紙進行錨噴防護;

步驟2：明洞套拱部位開挖預留核心土，施作套拱及護拱上斷面①，套拱上斷面具體至拱部180°位置;護拱上斷面左側拱腳至基巖，右側拱腳落至山體即可;

步驟3：施作超前長管棚②;

步驟4：明洞套拱部位向下開挖，施作套拱下斷面③（采用接長的方式將套拱落至設計標高）;

步驟5：套拱施作完成后，暗洞開挖進洞。采用機械按Ⅰ（前期已開挖部分）、Ⅱ、Ⅲ順序環行開挖上斷面，施作護拱右側下斷面④及初期支護⑤，一次開挖進尺0.6～0.8m;

步驟6：上斷面支護完成，且噴射混凝土達到設計強度的70%以上時，將上斷面的核心土與下斷面一起開挖;下斷面Ⅳ、Ⅴ采用跳槽開挖，初期支護⑥、⑦雙側交錯落底，避免上半斷面兩側拱腳同時懸空，下斷面一次開挖長度應與上斷面相同;

步驟7：全斷面開挖完成后及時施作仰拱⑧并進行仰拱回填;仰拱采用全幅開挖，一次開挖進尺不得大于3m;

步驟8：12m仰拱施作完成后及時進行第一循環拱墻襯砌施工，進洞施工完成。

（四）方案對比分析

從方案安全、工程進度、材料設備投入、成本等方面，對三種方案的綜合評價見下表：

從綜合比選后，雖然方案一費用最低，在工程進度和材料設備投入中最少，但方案比選比僅僅要考慮施工費用的經濟性，還需考慮施工風險性，如果隧道上方坡積體一旦滑動，處理費用將會非常巨大，同時嚴重影響隧道施工工期，為保證安全，綜合比選選擇方案三，作為最終進洞施工方案。

三、坡積體上隧道進洞施工關鍵技術

（一）分次開挖，分次落底;

在洞口廓線以內的開挖采用分兩次開挖，第一次開挖洞口上半斷面，完成后立即施做管棚，然后開挖下半斷面，接長洞門端2m范圍內的套拱。洞口邊坡采用人工配合挖掘機按照設計坡率、尺寸進行開挖，應自上而下分階段、分層進行。每層開挖高度不大于2m，開挖后立即進行防護，保證防護與邊坡開挖同步進行。開挖時需時刻注意洞口段地質狀況，確保邊坡穩定性。

（二）加長套拱對應巖體開挖臺階狀;

將靠近山體側的巖體沿隧道軸線方向開挖成臺階狀，形成反壓，以有利于山體穩定，同時作為加長臺階形套拱的基礎。

（三）套拱混凝土施工

開挖完成后，進行套拱內工字鋼的位置放樣，根據現場實際開挖形狀，然后下料精確制作上半斷面套拱拱架。采用型鋼和模板制作套拱支撐體系，支立套拱拱架，并用縱向連接鋼筋連接套拱拱架。按設計要求布置安裝孔口鋼管，孔口管的位置和角度準確，然后進行護拱混凝土的澆筑施工，待套拱混凝土強度達到設計圖紙或規范要求強度后，進行長管棚的施工。

（四）管棚施工

采用潛孔鉆無水干鉆施工，潛孔鉆安裝固定在搭設加固的平臺上施工，調整潛孔鉆前后端高度、調整鉆床傾角，以抵抗潛孔鉆在鉆進過程中鉆頭下撓，避免管棚侵入開挖線內，起鉆仰角控制在2°左右，如管棚較長，可適當增加仰角。鉆孔順序為先鉆拱頂位置的管棚孔，然后由中間向兩側間隔鉆孔，在鉆孔過程中，現場記錄鉆屑和鉆進速度，用以分析圍巖情況及類別。鉆孔結束后采用高壓風清孔，清孔后將三根直徑22mm螺紋鋼筋焊接成整體，注漿前放置在管棚鋼管內，以提高管棚注漿體整體剛度，加強套拱與巖體的連接的有效性。

（五）洞口回填施工

洞口回填分兩次施工，第一次在管棚完工，立即進行洞頂回填，主要是回填在套拱與巖體接觸部分，回填施分層夯實，一是起到反壓回填，穩定洞頂上方的覆蓋層，二是夯實土體，防止雨水等從套拱與巖體接觸面下滲至掌子面，軟化巖體。在洞門完工后進行第二次洞頂回填，回填前及時施做防水層等防排水系統。

（六）明洞暗做施工

施工時結合洞口地形、地貌和地質條件，并針對洞口段工程施工的特點和難點，制定以“洞口開挖，超前預報，洞身開挖，加強支護，盡早封閉，監控量測，襯砌緊跟”為原則的總體施工方案。進洞開挖采用三臺階法，洞身開挖采用機械開挖;上斷面進洞20m時，下斷面開挖進洞;進洞30m時進行第一循環仰拱施作，12m仰拱（4個循環）施作完成后及時進行第一循環拱墻襯砌施工。暗洞下斷面開挖進洞后，根據現場施工組織安排及時施作明洞仰拱;明洞襯砌在暗洞襯砌施作一環之后施作;明洞襯砌澆筑完成后，應及早完成端墻式洞門施工，再次按照設計圖紙進行反壓回填，保證洞口安全。

四、結語

2018年6月份雞公寨隧道左洞進洞施工貫徹零開挖進洞理念，采用方案三：分次施做加長套拱+長管棚進洞法法進洞，隧道洞口正上方的坡積體至今穩定，同時很好地保護了隧道洞口的周圍的自然景觀。

參考文獻：

[1] 崔玉武（1）元華梁（2）隧道零開挖進洞施工方法——斜置護拱 建筑工程技術與設計 2017， （14）

[2] 張朝明 淺談隧道隧道零開挖進洞施工技術 廣東交通職業技術學院學報 2017年6月

作者簡介：董儉召 （1986--）? ?性別：男，民族：漢， 學歷：大學本科，職稱：工程師，研究方向：高速公路路橋隧施工;

姓名：張曉海，男，漢， 本科，工程師，研究方向：工程造價。