鄭萬鐵路重慶段朱家巖隧道洞口安全施工技術

戴義

摘要 隨著國家逐步加大對基礎工程的投入，在山區修建高鐵時很多隧道洞口圍巖存在順層偏壓、巖堆、滑坡等不良地質段，結合巖性軟弱、節理裂隙發育、坡陡等情況，使洞口段施工存在較高安全風險。文章通過朱家巖隧道進口洞口施工實踐，詳細介紹了隧道洞口段邊仰坡地形較陡，開挖邊仰坡較高時洞口安全施工方法，為保證隧道洞口的施工安全、擬供后期再存在類似工程推廣使用。

關鍵詞 隧道洞口;不良地質;較高安全風險

中圖分類號 U231.3 文獻標識碼 A 文章編號 2096-8949（2022）03-0126-03

0 引言

為降低施工難度和安全風險，根據隧道洞口圍巖存在不良地質段及陡峭地形條件，將隧道洞口明暗分界里程進行調整，漏空部位設置混凝土護拱。護拱宜作為導向墻，護拱內的鋼架與縱、橫向大管棚焊接牢固。以減少洞口邊仰坡大面積開挖對不良地質坡面的擾動[1]。

1 工程概況

1.1 設計概況

朱家巖隧道位于重慶市奉節縣草堂鎮轄區內，線路沿長江北岸展布。隧道進口位于草堂鎮新房村以東的溝谷內，進口里程D1K684+010.5，明暗分界里程D1K684+033。D1K684+033～D1K684+063段超前支護為Φ108 mm大管棚，共計50根，單根長度35 m，環向間距0.4 m;D1K684+033～D1K684+020采用單壓式明洞襯砌;D1K684+020～D1K684+010.5采用雙耳墻明洞襯砌，仰拱下設20根樁基，樁頂設置（9.5×25.3×3）m承臺。洞口緊鄰水井灣雙線中橋1#臺，進口洞口邊仰坡高陡，橋隧相連，且洞頂邊坡有巖堆;洞頂永久邊仰坡采用錨桿框架梁護坡防護;設計列車行車時速為350 km/h。隧道起止里程：D1K684+010.5～D1K690+990，全長6 979.5 m，采用?30‰，?15‰單坡下，最大埋深約490 m，如圖1所示。

1.2 自然條件及水文地質條件

奉節縣屬于中亞熱帶濕潤季風氣候，無霜期長，雨量充沛，日照時間長。年平均氣溫16.3 ℃，極端最低氣溫?9.2 ℃，極端最高氣溫39.6 ℃，年平均降水量為1 151.2 mm。在大氣降水法計算基礎上，設計預測測區最大涌水量Q max=13 440 m3/d。洞身通過地層主要為巖溶水與基巖裂隙水，靠大氣降雨下滲補給。

朱家巖隧道進口滑坡區段上覆蓋第四系全新統滑坡堆積粉質粘土、塊石土，下伏基巖為三疊系中統巴東組三段及頁巖地層。左側順層偏壓，加之該段線路行走于可溶巖與非可溶巖接觸帶，存在軟化夾層的可能，使得順層影響極為嚴重[2]。

1.3 工程難點

朱家巖隧道進口洞口鄰近水井灣雙線中橋1#橋臺，場地狹小，洞頂上方為巖堆、滑坡體;明暗分界里程處右側順層偏壓，邊坡開挖高度約49 m，邊仰坡坡度較陡，坡率1∶0.5～1∶0.75，加之該段線路行走于可溶巖與非可溶巖接觸帶，存在軟化夾層的可能，使得順層影響極為嚴重，因而隧道洞口地段施工難度相應增大，進洞方案優化調整對施工過程中安全順利進洞至關重要[3]。

2 施工階段和措施

2.1 積極變更設計，優化施工方案

D1K683+010.5～D1K684+033段開挖揭示0～8 m為巖堆（塊石土），下伏基巖巖性為巴東組二段及巴東組三段泥質灰巖，巖層緩傾，巖體較破碎。明洞開挖揭示巖堆厚度較原設計減薄，地質條件較原設計好。因洞口場地狹窄，水井灣雙線中橋橋臺已施作，現場無條件施作鉆孔樁。

經施工單位提出建議，參建各方多次現場踏勘研究后，決定將隧道進口明暗分界里程由D1K684+033調整為D1K684+028，漏空部位設置C40混凝土護拱，護拱內設置雙層I22型鋼鋼架，鋼架間距0.6 m;D1K684+028～D1K684+020段設置單壓式明洞襯砌，D1K684+020～D1K684+010.5段設置雙耳墻明洞襯砌，取消仰拱下設樁基、承臺，采用C40混凝土換填至基巖。D1K684+033～D1K684+063段超前支護為直徑108 mm大管棚調整至D1K684+028～D1K684+058段，共計50根，單根長度35 m，環向間距0.4 m;靠山側護拱內設置橫向雙層直徑108 mm大管棚16根，層間距1.5 m，縱向間距0.6 m。

2.2 施工方法及步驟

第一步：朱家巖隧道1#橫洞小里程方向施工至D1K684+070時停止掌子面施工。邊仰坡測量放線，上半部分采用人工刷坡，機械能施作范圍采用人工配合挖機開挖，臨時邊仰坡采用錨噴網防護、施作洞頂防護網。

第二步：施作D1K684+028～D1K684+033段線路左側護拱邊墻工字鋼鋼架;施作環向及縱向連接鋼筋;并留設縱向管棚導向管，澆筑護拱C40混凝土至拱頂。

第三步：打設橫向2排φ108 mm大管棚及大管棚頂3排φ42 mm小導管并注漿，外露1 m。

第四步：接長拱頂工字鋼鋼架，施作環向及縱向連接鋼筋，并留設縱向管棚導向管，澆筑護拱C40混凝土，加強坡面監測，確保坡面穩定。

第五步：開挖作業平臺打設縱向直徑108 mm大管棚;搭設腳手架施作邊仰坡永久錨桿框架梁。

第六步：采用三臺階加臨時仰拱法施工1#橫洞小里程D1K684+070～D1K684+028段暗洞（隧道貫通），二次襯砌緊跟。

第七步：明洞段明洞施工。

第八步：洞門施工，洞頂回填、綠化。

2.3 邊仰坡施工

測量放樣時把洞口位置定位準確后，按設計圖紙先施工洞頂上面截排水溝及邊坡防護，由于朱家巖隧道進口洞口位于巖堆、滑坡體，邊仰坡坡度較陡，上半部分邊仰坡采用人工刷坡，機械能施作范圍采用人工配合挖機開挖，從上而下逐層開挖，每層開挖的高度不大于3 m，并及時逐層分段落按設計的參數支護到位。

2.4 橫向管棚及管棚頂小導管

施作D1K684+028～D1K684+033段線路左側護拱邊墻至拱頂高度，利用刷坡渣土壓實作為左側護拱邊墻施工平臺，平臺上滿鋪竹跳板，山體水平打孔氣動潛孔鉆（YQ100A）打設橫向2排直徑108 mm大管棚，長13～16 m（根據圍巖情況確定深度，如進入基巖打13 m），間距0.6 m，共16根，大管棚外露1 m與工字鋼焊接牢固，大管棚內設鋼筋籠并注漿，注漿由下至上順序，注漿壓力1～2 MPa;采用YT-28鉆機打設大管棚頂3排直徑42 mm小導管并注漿，豎向間距0.6 m，縱向0.6 m，共計24根，打設4.5 m小導管，外露1 m，并注漿，小導管填充水泥砂漿，采用專用注漿泵注漿，水泥漿拌制嚴格按施工配合比執行，注漿前要先沖洗注漿管中沉積等雜物，從下面往上的順序依次進行。單孔注漿壓力0.5～1.0 MPa，一般情況下以注漿量達到設計提供的注漿量作為注漿結束標準。當注漿壓力達到終壓后持壓10～15 min，注漿量如果達不到設計提供的注漿量，但大于設計提供的注漿量的80%以后時，也可以結束注漿。

2.5 暗洞段護拱施工

采用挖機分部開挖護拱拱腳底基礎，開挖分部完成，深度為2.2～2.8 m，開挖放坡，坡比為1∶0.75，開挖一級支護一級，采用噴射混凝土封閉邊坡，施作D1K684+028～D1K684+033段線路左側護拱邊墻工字鋼鋼架，鋼架底部固定在基礎底，型鋼鋼架采用I22a，縱向間距為0.6 m，橫向間距1.5 m，由雙層鋼架共6個單元組成，也可以根據現場的情況調整每個型鋼鋼架的各節長度，型鋼鋼架的接頭也需調整位置;施作環向及縱向連接鋼筋，連接鋼筋為Φ22 mm的HRB400鋼筋進行連接，按環向間距1.0 m設置，工字鋼架與縱向的連接筋端部需焊接穩固;并留設縱向管棚導向管，護拱鋼架安裝完成后采用“I18型鋼+厚5 cm木板”搭設支架模型的方法施工該段護拱，澆筑護拱C40混凝土至拱頂。

2.6 超前大管棚支護

洞口D1K684+028～D1K684+058段設計采用大管棚進行超前預支護，該段大管棚一次施做到位，洞口管棚利用D1K684+028～D1K684+033護拱鋼架作為導向墻，管棚長度30 m，間距40 cm，排列數量為50根。

2.6.1 導向墻施工

管棚利用D1K684+028～D1K684+033護拱鋼架作為導向墻，鋼架的外邊緣采用直徑133 mm的鋼管與工字鋼架焊接牢固。

2.6.2 大管棚鉆孔、安裝

（1）搭建鉆孔所需的作業平臺安裝鉆孔所需的鉆機。①鉆機的作業平臺用鋼管腳手架搭設，同橫向管棚鉆機的作業平臺，搭建平臺需一次性搭好，鉆孔所需的鉆機從高方向孔位向低方向孔位依次進行。②作業平臺必須支撐在穩固的木板或混凝土預制板上，腳手架連接必須牢固，保證穩定，以防在鉆機鉆進過程中產生不均勻下沉或擺動等影響鉆好后的成孔質量。③鉆機定位：鉆機要和已預埋好的孔口管方向平行，以確保鉆機位置正確。用全站儀、掛線等方法相互結合的復核方法，反復調整，確保鉆機的鉆桿軸線與孔口管的軸線相吻合。

（2）鉆孔。①鉆機開始鉆孔時，必須低速低壓，待成孔5 m以上再根據實際探明的地質情況逐漸調整鉆機鉆進速率及調整鉆機的風壓。②在鉆孔過程中采用測斜儀測定鉆孔位置，并根據鉆機鉆進的速度來判定前方巖層情況。③現場在鉆桿鉆進過程中要保證鉆機上的動力器及鉆頭等按同心圓鉆進。④安排專人做好鉆進過程的原始記錄，對孔口排出的巖屑進行地質判定和描述，為后續洞身開挖提供相關依據。

（3）清孔驗孔。①用鉆桿配合鉆頭連續進行反復洗孔，清除孔內浮碴等雜物，確保成孔孔徑滿足設計要求。②用高壓風從孔底向孔口方向清理浮碴等雜物。③用PVC管檢測成孔是否滿足孔深、外插角等相關要求。

（4）安裝管棚鋼管。①鋼管在機床上加工好絲扣，鋼管四周按設計鉆設10 mm孔徑的溢（注）漿孔（靠孔口端部1.5 m不鉆孔），孔間距15 cm，按梅花型設置。②接長鋼管時相鄰鋼管的接頭需前后錯開。在同一截面內接頭數不大于一半數量，相鄰鋼管的接頭需錯開1.5 m以上。③大管棚內設4根Φ18 mm鋼筋籠，鋼筋籠由主筋和定位環組成，定位環采用鋼筋作為定位環，將其與主筋焊接，按1 m間距設置。

2.6.3 大管棚注漿

管棚安裝完成后，開始進入壓注水泥漿工序，利用漿液的滲透作用，將周圍巖體預先加固及堵住圍巖裂隙水，既能起到超前預支護的作用，同時又加強了管棚的強度和剛度。

2.7 暗洞段施工

（1）朱家巖隧道D1K684+070～D1K684+028段洞身采用三臺階法+臨時仰拱法施工，整個開挖面共劃分成三個臺階和仰拱部分采用平行跟進的施工方法，各臺階長5 m左右，相錯5 m左右。后續仰拱和二次襯砌緊跟，距下臺階掌子面分別為30～35 m。循環進尺控制為一榀鋼架的距離。

（2）三臺階法+臨時仰拱法采用弱爆破控制及配合人工機械開挖，下臺階開挖后必須及時施作下臺階邊墻的初期支護，后面仰拱與下臺階的距離滿足規范要求，并及時施做二襯以便盡早閉合成環。采用裝載機裝渣，運碴采用15 t以上自卸汽車運輸至棄渣場。

3 結語

當隧道洞口位于不良地質及邊仰坡陡峭地段，從加強技術手段，通過變更設計，優化施工方案，加強與參建各方溝通協調，確保了在隧道洞口場地狹窄、洞頂上方為不良地質及邊仰坡陡峭地段安全進洞施工技術方案，在其他類似工程提供借鑒。

參考文獻

[1]王勤富.淺埋暗挖法地鐵出入口逆向進站變截面開挖技術的研究[D].株洲：湖南工業大學，2016.

[2]宋戰平，綦彥波，趙國祝，等.巖溶隧道施工關鍵技術及工程應用研究[M].西安：陜西科學技術出版社，2013：14-15.

[3]王琪，史振宇，汪原原，等.秦嶺隧道洞口段施工技術[J].公路交通科技（應用技術版），2012（3）：161-165.