高速公路隧道零仰坡破碎巖體洞口開挖進(jìn)洞施工技術(shù)研究

何立東

（甘肅路橋第三公路工程有限責(zé)任公司，甘肅蘭州 730030）

在我國交通道路的建設(shè)過程中，山區(qū)道路建設(shè)較多，較多高速公路項(xiàng)目需要將山體打通，開掘隧道，縮短高速公路的線路，合理控制施工建設(shè)成本及資源的利用。受施工技術(shù)及施工方式的影響，施工過程中會產(chǎn)生大量粉塵和廢棄土石，使隧道洞口周圍山體植被受到嚴(yán)重污染、破壞，不利于社會環(huán)境的協(xié)調(diào)可持續(xù)發(fā)展。部分施工地區(qū)的地質(zhì)結(jié)構(gòu)破損嚴(yán)重，在進(jìn)行穿越隧道建設(shè)時常造成洞口塌方，導(dǎo)致土石方的挖掘數(shù)量持續(xù)增加，對施工地區(qū)的地面及周邊植被造成破壞。通過多年的研究發(fā)現(xiàn)，與大仰坡洞口開挖技術(shù)相比，零仰坡洞口開挖進(jìn)洞技術(shù)更適用破碎地質(zhì)的隧道施工建設(shè)，該項(xiàng)技術(shù)對施工地區(qū)植被和耕地能夠起到保護(hù)作用，降低施工難度，確保施工建設(shè)的安全實(shí)施。

1 零仰坡技術(shù)

零仰坡技術(shù)目前主要應(yīng)用于環(huán)保要求較高、地處旅游地區(qū)、山勢陡峭、大仰坡開挖技術(shù)不適用的隧道洞口。工作原理是松動爆破技術(shù)、大管棚注漿工藝、套拱支擋效應(yīng)等，施工技術(shù)對隧道洞口巖體實(shí)施開挖和支護(hù)，實(shí)現(xiàn)小開挖或不開挖洞口仰坡的“零仰坡”。

（1）松動爆破技術(shù)對直接爆破進(jìn)行有效控制，減少施工建設(shè)對洞口山體的影響，降低開挖隱患。

（2）大管棚注漿工藝技術(shù)提前支護(hù)松散的圍巖，通過注漿工藝對松散圍巖進(jìn)行加固，保證整體受力，有效控制洞頂圍巖邊坡失穩(wěn)等情況的發(fā)生。

（3）二次注漿技術(shù)在某種程度上能夠防止松散巖體出現(xiàn)坍塌，消除松散巖體的施工安全隱患，確保高速公路隧道洞口施工建設(shè)進(jìn)度和安全施工的順利推進(jìn)。

2 零仰坡技術(shù)的施工要點(diǎn)

2.1 超前預(yù)報(bào)地質(zhì)

在正式開挖施工前，使用地質(zhì)雷達(dá)對施工建設(shè)區(qū)域進(jìn)行探測，進(jìn)行超前預(yù)報(bào)，全面掌握建設(shè)工地的工程地質(zhì)、水文地質(zhì)，制定適宜的施工建設(shè)方案以及對支護(hù)參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，有效避免地質(zhì)病害的發(fā)生。

2.2 確定施工樁號

在實(shí)施隧道洞口開挖前，應(yīng)對洞口地形進(jìn)行實(shí)際測量，主要測量洞口左、中、右這三個縱橫面，根據(jù)測量數(shù)據(jù)確定進(jìn)洞施工樁號，對確定的樁號實(shí)施橫斷面實(shí)際測量，檢驗(yàn)確定是否可以實(shí)施零仰坡技術(shù)。施工樁號的部分橫截面套拱在外輪廓線以內(nèi)，應(yīng)對施工樁號進(jìn)行相應(yīng)調(diào)整，直到所有施工樁號都符合零仰坡技術(shù)的施工條件。

2.3 鉆爆設(shè)計(jì)

鉆爆時選擇2號乳化炸藥，嚴(yán)格依據(jù)炮眼用藥量的核算公式計(jì)算炸藥用量，期間出現(xiàn)特殊情況，需要讓鉆爆技術(shù)人員及時進(jìn)行相應(yīng)的技術(shù)鑒定。實(shí)施鉆爆技術(shù)時，兩排炮眼布置時呈梅花狀，炮眼臨空邊間距和炮眼間距是1 m，相鄰的炮眼布置時，中間間距設(shè)置成1 m。

使用零仰坡技術(shù)明挖洞口時，炮眼開挖深度為3～5 m，為了便于巖石的運(yùn)輸，防止出現(xiàn)飛石等現(xiàn)象，應(yīng)使用兩層打眼的爆破方式，炮眼深度控制在1.5～2.5 m，炮眼由高向低?？v向挖掘1.5～2 m時，炮眼應(yīng)均勻、垂直，靠近邊坡位置的炮眼走向逐漸趨向邊坡開挖線時，最后一排炮眼必須打在邊坡線上面。起爆網(wǎng)絡(luò)使用非電起爆系統(tǒng)的塑料導(dǎo)爆管，運(yùn)用同排同段的微差起爆法，根據(jù)實(shí)際圍巖結(jié)構(gòu)，調(diào)整單孔炸藥的用量和炮眼間距，以確保爆破實(shí)施效果。洞口開挖時，使用邊坡光面爆破和粉鉆打眼潛孔松動爆破相結(jié)合的方法，一邊爆破一邊清理。

2.4 臨時支護(hù)對邊坡

在向?qū)吰逻M(jìn)行臨時支護(hù)時，通過機(jī)械和人工相結(jié)合的方式對施工地段進(jìn)行清理，完成清理工作后再實(shí)施邊坡臨時支護(hù)，使用掛網(wǎng)錨噴支護(hù)技術(shù)，一邊開挖一邊支護(hù)。完成支護(hù)后，做好受噴面的準(zhǔn)備工作，依照隧道洞口施工標(biāo)準(zhǔn)實(shí)施錨桿施工和噴射混凝土的施工建設(shè)。

2.5 套拱施工

隧道洞口土方石開挖進(jìn)行到距離進(jìn)洞樁號2 m的距離時，停止開挖，開始實(shí)施套拱施工建設(shè)，將核心土距的套拱護(hù)拱控制在50～100 cm。開挖方式可以采用預(yù)留核心土拱部環(huán)形的方式，便于護(hù)拱支撐和套拱施工同步進(jìn)行。套拱分臺階施工主要包括上臺階擴(kuò)大拱腳的基礎(chǔ)施工、拱架拼裝施工、模板和導(dǎo)向管的安裝施工、混凝土澆筑等。在套拱施工建設(shè)的過程中，應(yīng)嚴(yán)格依據(jù)實(shí)際的項(xiàng)目施工要求進(jìn)行施工建設(shè)，避免安全隱患的發(fā)生。

2.6 大管棚技術(shù)

搭建施工平臺，將潛孔鉆放置就位，進(jìn)行鉆孔、清孔工作，將鋼管頂進(jìn)。在實(shí)際的施工建設(shè)過程中，必須嚴(yán)格按照具體的項(xiàng)目施工標(biāo)準(zhǔn)開展施工建設(shè)，將施工項(xiàng)目控制在要求的合理范圍內(nèi)。例如鋼管加工分成3、6 m，鋼管上鉆孔直徑控制在6～8 mm。確保隧道洞口施工建設(shè)的質(zhì)量，工程建設(shè)順利推進(jìn)。

2.7 二次注漿技術(shù)和暗洞施工

嚴(yán)格按照二次注漿技術(shù)和暗洞施工的標(biāo)準(zhǔn)選取漿液材料、設(shè)置參數(shù)，在攪拌制作漿液的過程中，使用漿液攪拌機(jī)械設(shè)備進(jìn)行攪拌，邊攪拌邊使用，確保在漿液初凝前開始使用。使用專業(yè)攪拌機(jī)攪拌2 min，漿液達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)稠度時，將漿液倒入儲漿桶，根據(jù)注漿技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)實(shí)施二次注漿，注漿檢測合格、洞口施工位置的圍巖以及支護(hù)趨于穩(wěn)定后，開始暗洞施工建設(shè)。

3 對零仰坡技術(shù)施工的監(jiān)測

在采用零仰坡技術(shù)的高速公路隧洞洞口施工建設(shè)過程中，應(yīng)組建零仰坡技術(shù)專家團(tuán)隊(duì)或監(jiān)控測量小組。實(shí)施隧道洞口開挖前，對施工地點(diǎn)的地質(zhì)情況進(jìn)行相應(yīng)的勘探檢測，包括巖體的節(jié)理發(fā)育程度、挖斷面周圍部分的圍巖巖性、斷層破碎帶情況檢測等。施工前應(yīng)做好相應(yīng)的質(zhì)地檢測準(zhǔn)備，設(shè)置具體的觀測地點(diǎn)，引入高程質(zhì)控點(diǎn)，制定相應(yīng)的地表位移變化觀測計(jì)劃書，對地表位移變化實(shí)施監(jiān)控測量，為運(yùn)用零仰坡技術(shù)實(shí)施進(jìn)洞開挖提供必要的技術(shù)支持。

3.1 監(jiān)控測量的目的

通過對高速公路隧道偏位的測定，全面掌握隧道軸線情況，確定是否符合設(shè)計(jì)圖的要求。通過對隧道地表下沉情況和洞外周圍的觀測、測量、拱頂下沉的量測以及凈空收斂的量測，使圍巖支護(hù)發(fā)生變形的情況得到有效控制。

3.2 監(jiān)控量測的項(xiàng)目和使用方法

在零仰坡洞口開挖進(jìn)洞施工中應(yīng)用監(jiān)控測量技術(shù)，主要指對測量儀器的使用，測量項(xiàng)目為隧道偏位、隧道凈寬、隧道凈總寬、車行道、引道中心線與隧道中心線的銜接、邊坡與仰坡的坡度，在監(jiān)控測量前應(yīng)設(shè)定規(guī)定值與允許偏差值。隧道開挖前的監(jiān)控主要工作是對工程地質(zhì)狀況的觀察，例如斷層破碎帶、變質(zhì)帶、開挖斷面周圍的巖石巖性、巖石種類、節(jié)理發(fā)育程度、接觸面填充物性質(zhì)，對開挖面的穩(wěn)定情況進(jìn)行評估，查看是否有地下水以及松散坍塌情況，詳細(xì)記錄方便后期查看。

3.3 地表監(jiān)控測量點(diǎn)布設(shè)

該階段屬于開挖進(jìn)洞的重要階段，為零仰坡開挖進(jìn)洞提供強(qiáng)有力的技術(shù)支持。

施工前，應(yīng)做好測量的相關(guān)準(zhǔn)備工作，包括觀測點(diǎn)的設(shè)定、高程控制點(diǎn)的以內(nèi)以及編制地表位移觀測計(jì)劃書。

施工時，在開挖洞口處布設(shè)地表沉降觀測橫斷面，一般4～6個，埋深不足15 m時，縱向間距為5 m，埋深超過15 m但不足30 m時，縱向間距為10 m。隧道開挖時，對其開挖面進(jìn)行距離評估，測量斷面后不足寬度兩倍的位置時，每天進(jìn)行兩次作業(yè)，測量斷面前超過寬度兩倍的位置時，每兩天進(jìn)行一次作業(yè)。通過對地表監(jiān)控測量點(diǎn)的布設(shè)，能夠有效實(shí)現(xiàn)監(jiān)控測量工作。監(jiān)測到其沉降速率每天不超過0.1 mm時，表明沉降情況已基本穩(wěn)定，可以開始“零仰坡”開挖進(jìn)洞。

4 關(guān)鍵工序的質(zhì)量控制

（1）進(jìn)行隧道洞口開挖時，遵循“短進(jìn)尺、弱爆破、快封閉”原則，將其周圍的巖石支撐力作用發(fā)揮到最大。進(jìn)行開挖進(jìn)洞時，嚴(yán)格控制開挖的斷面，盡量避免欠挖、超挖等情況。

（2）在施工過程中嚴(yán)格遵照設(shè)計(jì)，進(jìn)行注漿漿液拌制時應(yīng)按照配合比設(shè)計(jì)進(jìn)行，務(wù)必確保流動性較好，固結(jié)后收縮性較小，黏結(jié)力良好，早期強(qiáng)度較高，結(jié)石體的透水性低，有較好的抗?jié)B性能。在大管棚注漿時，應(yīng)從拱腳開始，向拱頂依次進(jìn)行。

（3）施工過程中應(yīng)注重監(jiān)控測量小組的建立，明確監(jiān)測周期，對每次監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行準(zhǔn)確記錄、保存，務(wù)必確保測量的真實(shí)性與有效性，以在工程施工中發(fā)揮最大作用。

5 結(jié)語

綜上所述，所有交通建設(shè)工程的技術(shù)人員在長期施工實(shí)踐中，不斷總結(jié)以往施工經(jīng)驗(yàn)和創(chuàng)新，零仰坡破碎巖體洞口開挖進(jìn)洞施工技術(shù)逐漸完善。零仰坡破碎巖體洞口開挖進(jìn)洞施工技術(shù)對高速公路隧道施工建設(shè)具有積極的促進(jìn)作用，應(yīng)大力推廣應(yīng)用。本文主要就此項(xiàng)技術(shù)的施工原理、施工要點(diǎn)以及具體工序進(jìn)行簡單介紹，闡述施工過程中的技術(shù)監(jiān)測注意事項(xiàng)，為相關(guān)人員提供參考。