隧道洞口淺埋偏壓段施工技術(shù)應(yīng)用

劉曉飛

（廣西路建工程集團(tuán)有限公司，廣西 南寧 530001）

改革開放以來，在我國經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展的同時(shí)，我國的交通基礎(chǔ)建設(shè)也得到了大幅度提升，尤其是近年來我國的大規(guī)模交通基礎(chǔ)項(xiàng)目令世界矚目，如2018年通車的港珠澳大橋。我國山區(qū)由于地理環(huán)境復(fù)雜，導(dǎo)致經(jīng)濟(jì)發(fā)展比較落后，道路交通建設(shè)就顯得異常重要，但山區(qū)地形復(fù)雜，給公路施工帶來了很大的難度，經(jīng)常涉及隧道的各種施工技術(shù)難題[1]。隧道洞口段淺埋地層情況曲折復(fù)雜，其構(gòu)造風(fēng)化巖層較深埋隧道也更嚴(yán)重破碎，導(dǎo)致在開挖過程中的拱效應(yīng)不容易形成[2]，存在隱患，如果操作不當(dāng)，極易發(fā)生洞口塌方、地表沉陷、滑坡等破壞現(xiàn)象[3]。因此，在隧道施工的過程中只有將潛在威脅施工安全因素考量周全，才能保障洞口施工安全。

1 工程概況

觀音山隧道位于廣西寧明縣峙朗鄉(xiāng)長橋村觀音山森林公園。隧道設(shè)計(jì)為分離式隧道，觀音山隧道位于寧明縣東南方向約15km，左線起止里程為ZK29+272～ZK34+062，長為4 790m，右線起止里程為YK29+256～YK 34+076，長為4 820 m，為小凈距隧道，大致呈東北-西南走向。隧道設(shè)計(jì)為單洞單向雙車道，采用三心圓的拱形斷面，開挖尺寸凈寬為12．80 m、凈高為10．15 m。愛店端洞門處于傍山側(cè)坡地區(qū)，其中左線位于外側(cè)，覆土淺。

觀音山隧道為特長隧道，左線2395m，右線2410m，愛店（出口）端雙口組織施工。負(fù)責(zé)施工范圍，雙洞Ⅲ級圍巖2 565 m，占總長的52．9%；Ⅳ級圍巖1 972 m，占總長的41．4%；Ⅴ級圍巖281 m，占總長的5．7%，最長連續(xù)長為812 m。出口端均為端墻洞門，左線明洞段為7 m，右線明洞段為10 m。

2 隧道洞口工程施工工藝流程

觀音山隧道出口端洞口上覆蓋層較薄，屬于淺埋偏壓路段，洞口段采取“零開挖”方式施工。洞口及坡面防護(hù)流程如圖1所示。

圖1 隧道洞口工程施工工藝流程圖

隧道洞口工程施工必須嚴(yán)格按照圖1所示的工藝流程進(jìn)行，需要注意的是，截水溝施工需要在保證不影響下道工序的基礎(chǔ)上提前進(jìn)行施工；洞口邊仰坡施工主要進(jìn)行分級施工，及時(shí)支護(hù)；洞口擋土墻的施工必須嚴(yán)格按照圖紙進(jìn)行；明洞襯砌可在洞內(nèi)施工正常后及時(shí)施工。

3 隧道洞口邊仰坡施工方案

3.1 總體思路

觀音山隧道愛店端根據(jù)現(xiàn)場及設(shè)計(jì)給出施工條件，計(jì)劃右洞先施工，當(dāng)右洞達(dá)到安全步距后左洞開始掘進(jìn)。

施工工藝流程：清表→洞口排水工程→邊仰坡開挖→邊仰坡防護(hù)。

3.2 施工準(zhǔn)備工作

施工前，必須做好準(zhǔn)備工作，包括圖紙會(huì)審、技術(shù)交底、測量復(fù)核、超前地質(zhì)預(yù)報(bào)、監(jiān)控量測等工作。

項(xiàng)目總工組織相關(guān)人員進(jìn)行圖紙會(huì)審，并要做好詳細(xì)的會(huì)審記錄，在會(huì)審?fù)戤吅筇峤幌嚓P(guān)部門和單位，包括設(shè)計(jì)、現(xiàn)場監(jiān)理和業(yè)主。設(shè)計(jì)單位不許對相關(guān)問題進(jìn)行澄清或修改，并給予書面答復(fù)。

技術(shù)交底采用三級技術(shù)交底制度，并嚴(yán)格執(zhí)行。

第一級技術(shù)交底是技術(shù)部門向項(xiàng)目總工程師進(jìn)行交底，其內(nèi)容包括明確施工方案中的主要內(nèi)容、重點(diǎn)工序和施工方法，對可能發(fā)生的狀況和問題進(jìn)行預(yù)防措施的制定。

第二級技術(shù)交底是項(xiàng)目總工程師向施工管理人員進(jìn)行交底，其內(nèi)容主要包括施工的詳細(xì)技術(shù)要求、質(zhì)量要求、數(shù)據(jù)要求、精度要求，施工方法、工序、工種配合，安全操作要求等。

第三級技術(shù)交底是現(xiàn)場施工管理人員向作業(yè)操作人員進(jìn)行交底，主要是對項(xiàng)目總工程師的交底進(jìn)行細(xì)化，確保施工的各項(xiàng)要求都能夠順利達(dá)標(biāo)，保障施工質(zhì)量。

3.3 施工方法

（1）清表。積極推廣“零開挖”進(jìn)洞理念，避免對山體的大挖大刷，減小對自然地貌的破壞。隧道洞頂截水溝以外植被禁止砍伐破壞，保護(hù)好生態(tài)環(huán)境，減少對山體的擾動(dòng)[4]。在進(jìn)行洞口土方施工時(shí)，必須將地表植被草木等植物清除，保障施工的順利開展。據(jù)設(shè)計(jì)圖紙中的數(shù)據(jù)，確定邊界點(diǎn)、坡度等，進(jìn)行施工放樣，然后用石灰粉等畫出邊、仰坡開挖輪廓，輪廓線必須嚴(yán)格按照圖紙要求精確測定。同時(shí)，要根據(jù)施工現(xiàn)場的實(shí)際情況修筑好運(yùn)輸通道，以便施工車輛等順利出入。開挖作業(yè)時(shí)，對坡積亞砂土、殘坡積砂質(zhì)黏性土等土質(zhì)直接用挖掘機(jī)采取自上而下的順序開挖，為了保障安全施工，嚴(yán)禁重疊開挖或從坡地開挖，開挖的土方用裝載機(jī)或者挖掘機(jī)裝土，自卸車運(yùn)輸至廢土場。愛店端洞口段是淺埋偏壓段，以左洞為最，施工順序?yàn)橄茸蠖春笥叶础Ｗ詈笄謇砥旅嫔系母∧唷⑻撛⑿拚旅姘纪共黄降牡胤健?/p>

（2）洞口排水施工。按測量平面位置和高程數(shù)據(jù)挖出截水溝溝槽；清除溝底虛土，并夯實(shí)；先按設(shè)計(jì)要求澆筑30 cm厚的溝底砼，次日安裝溝身模板，澆筑溝身砼。洞口截、排水溝應(yīng)按計(jì)劃要求在雨季之前完成。截水溝迎水面不得高于原地面，對溝背回填應(yīng)密實(shí)。截、排水溝墻身上拉桿孔應(yīng)用M10砂漿進(jìn)行填充密實(shí)，避免水從拉桿孔滲漏。

（3）洞口開挖施工。觀音山隧道進(jìn)洞施工根據(jù)隧道進(jìn)洞施工標(biāo)準(zhǔn)化要求，貫徹零開挖的理念，禁止大刷大挖，盡量減少隧道施工對原有地貌的破壞。

洞口土方采用人工配合機(jī)械開挖，在開挖的過程中，為了避免超挖、少挖等情況，需要實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)對邊坡坡率進(jìn)行檢查。在保障邊坡率符合設(shè)計(jì)要求的同時(shí)，也要保障邊坡和仰坡平順。

洞口的土石方開挖工程同樣是要采取自上而下的順序，為了保障安全施工，嚴(yán)禁重疊開挖或從坡地開挖。根據(jù)洞身的開挖方法，本次洞口土石方開挖采用的是環(huán)形預(yù)留核心土開挖法，在開挖施工的過程中要避免整體滑動(dòng)現(xiàn)象的產(chǎn)生。

洞口處自然邊坡較穩(wěn)定，洞口邊坡表層為厚約1．0 m的第四系殘坡積黏土，結(jié)構(gòu)松散，下層為厚24～30 m的強(qiáng)風(fēng)化砂巖夾泥巖，巖體破碎，工程地質(zhì)性質(zhì)差。施工前需將上方不穩(wěn)定巖塊清理并做好洞口鎖口。

在進(jìn)行地質(zhì)較差的洞口段施工時(shí)，要將滑坡、坍塌等因素充分考慮在內(nèi)，制定合理的施工措施和開挖前的防護(hù)措施。為了避免滑坡、坍塌等情況的發(fā)生，需要將坡率適度放緩，保持在1∶0．75～1∶1．00的范圍內(nèi)即可，在保障施工安全的同時(shí)要保障邊、仰坡的穩(wěn)定性。

（4）邊、仰坡防護(hù)施工。為了確保施工的順利進(jìn)行和施工安全，隧道洞口的開挖施工必須采取隨挖隨護(hù)的措施，逐級進(jìn)行。洞口開挖后，必須先完成洞口排水系統(tǒng)的施工方可進(jìn)洞施工，同時(shí)避免雨季施工，確保施工安全。

隧道明洞基礎(chǔ)承載力設(shè)計(jì)要求大于350 kPa，在開挖至設(shè)計(jì)基坑底時(shí)應(yīng)進(jìn)行承載力檢測，若是不滿足設(shè)計(jì)要求，應(yīng)采用基礎(chǔ)加固、基礎(chǔ)換填C15混凝土等措施進(jìn)行地基處理，保證地基穩(wěn)定。

洞口邊、仰坡防護(hù)采用明洞坡面，邊、仰坡防護(hù)采用直徑25 mm、長度4．0 m的中空注漿錨桿、間距梅花形布置@100 cm×100 cm、網(wǎng)格20 cm×20 cm的直徑8 mm鋼筋網(wǎng)及10 cm厚的C25噴射混凝土進(jìn)行支護(hù)。

鋼筋網(wǎng)必須在開挖初噴3 cm后進(jìn)行綁扎，安裝；鋼筋網(wǎng)片必須初噴面緊貼，與巖面最大間隙不超過30 mm，并要和小導(dǎo)管焊接或綁扎牢固；鋼筋搭接長度不小于30 d（24 cm），并不小于一個(gè)網(wǎng)格長邊尺寸。

采用濕噴法噴射坍落度80～120 mm的混凝土；在噴射砼施工前，由試驗(yàn)室根據(jù)設(shè)計(jì)強(qiáng)度進(jìn)行配合比設(shè)計(jì)。砼的噴射作業(yè)必須采用自下而上的順序按照分片、分段、分層次進(jìn)行，原則上噴射作業(yè)的分段長度要保持在6 m之內(nèi)，混凝土的噴射厚度為5～6 cm，變角處的厚度為7～10 cm，并且必須保障噴射厚度均勻。在進(jìn)行混凝土噴射作業(yè)時(shí)，起始風(fēng)壓達(dá)到0．5 MPa才能進(jìn)行施工，為了便于壓實(shí)混凝土，噴射作業(yè)時(shí)要保持速度適當(dāng)，并根據(jù)實(shí)際情況實(shí)時(shí)調(diào)整風(fēng)壓。作業(yè)時(shí)，為了獲取最大壓實(shí)和最小會(huì)彈，噴射的角度要盡量接近90°，噴嘴的距離要調(diào)整適當(dāng)，以0．6～1．5 m范圍為適宜，根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行調(diào)整；噴射作業(yè)采用環(huán)形圈的方式進(jìn)行，一圈壓半圈緩慢移動(dòng)，盡量避免斷開，環(huán)形圈以橫向40～60 cm、高15～20 cm為宜。為了保障施工質(zhì)量，噴射作業(yè)完成后，進(jìn)行質(zhì)量檢查，如發(fā)現(xiàn)質(zhì)量問題必須及時(shí)糾正。

3.4 洞口邊、仰坡施工控制措施

觀音山隧道左線出口地形左薄右厚，埋深為3．29～53．63 m，地形坡腳為20°～30°，形成淺埋偏壓，洞口邊坡表層為厚1．0 m的第四系殘坡積黏土，結(jié)構(gòu)松散，下為厚24～30 m的強(qiáng)風(fēng)化砂巖夾泥巖，巖體破碎，工程地質(zhì)性質(zhì)差，開挖易導(dǎo)致崩塌失穩(wěn)。

針對出口的邊、仰坡施工應(yīng)按照以下要求進(jìn)行控制：①施工前，先做截水溝；②優(yōu)先施工淺埋偏壓段邊、仰坡防護(hù)。③開挖一級支護(hù)一級，每級開挖高度不超過1．5 m，開挖后立即組織進(jìn)行注漿錨桿鉆孔作業(yè)，錨桿為直徑25 mm、長度4．0 m的中空注漿錨桿、間距梅花形布置@100 cm×100 cm，初噴3 cm C25噴射混凝土，再進(jìn)行鋪掛直徑8 mm間距為20 cm×20 cm的鋼筋網(wǎng)，最后復(fù)噴C25噴射混凝土至設(shè)計(jì)要求厚度（10 cm）。

4 隧道洞口淺埋偏壓施工方案

4.1 總體思路

淺埋偏壓段歸為優(yōu)先施工項(xiàng)，施工過程中每日做好沉降觀測，并嚴(yán)格執(zhí)行一定頻率的檢測。

4.2 施工技術(shù)要點(diǎn)

（1）加固邊、仰坡。為了避免洞頂上方地面水流下滲，需要在邊、仰坡加固前進(jìn)行洞頂截水溝的鋪砌，做好洞口排水，避免由于地層壓力增加而導(dǎo)致洞口安全受到影響[5]，確保洞口的穩(wěn)定性和安全性。

邊、仰坡面的開挖線必須嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)圖紙精確測定。開挖時(shí)采取人工與機(jī)械配合的方式進(jìn)行，開挖完成后要對坡面進(jìn)行修整、刷齊，然后掛網(wǎng)噴厚度為3～5 cm的混凝土，從而讓巖面更加牢固；最后進(jìn)行加固巖體工作，采用打錨桿、注漿的方式，錨桿長為4 m，注漿壓力為2 MPa以上。

（2）偏壓擋墻施工。觀音山出口偏壓段坡度陡峭，地質(zhì)松散，左側(cè)為山體沖溝，受雨季影響大，根據(jù)設(shè)計(jì)給出地勘資料顯示，在出口段巖體接力裂隙發(fā)育，巖體破碎，穩(wěn)定性差，并且地下水較發(fā)育，開挖后以淋雨?duì)畛鏊疄橹鳎槐鈮旱奈ｋU(xiǎn)和隱患突出。因此，在進(jìn)行偏壓墻施工時(shí)應(yīng)避開雨季，同時(shí)設(shè)置好監(jiān)控點(diǎn)，便于施工監(jiān)控。

擋墻墻體采用C35鋼筋混凝土，與山體的回填采用C15混凝土，防護(hù)采用直徑8 mm鋼筋網(wǎng)（噴射10 cm C25砼）+直徑25 mm中空注漿錨桿進(jìn)行防護(hù)；提高整體穩(wěn)定性，共同受力。

（3）回填土。明洞拱圈采用分散受力設(shè)計(jì)，其厚度為60 cm；為了增加防推的穩(wěn)定性，拱頂采用透水性較好的砂土進(jìn)行回填，加高其覆蓋高度，回填土的高度保持在設(shè)計(jì)值高度以上。

（4）注漿加固。由于出口端隧道地質(zhì)情況復(fù)雜，受到雨季影響較大，因此在雨季到來后，地層壓力變大，鋼拱受力逐漸增大。因此需做好超前支護(hù)施工，在地質(zhì)不穩(wěn)定段落按設(shè)計(jì)要求，打2排上、下間距為60 cm，縱向間距為2．4 m，長為4．5 m，搭接長度大于1 m的42 mm×4超前小導(dǎo)管，并加壓注漿加固，保證結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。

（5）洞口淺埋段施工。由于受到施工的擾動(dòng)，淺埋段土層的穩(wěn)定受力圈在施工后很難形成，因此在洞口淺埋段施工時(shí)通常會(huì)采用一些輔助方法，如超前錨桿、長管棚、超前小導(dǎo)管、注漿加固圍巖等。結(jié)合觀音山隧道的地形、地質(zhì)等情況，選用“超前長管棚+注漿施工”的方法。

超前長管棚是在隧道開挖輪廓線外圍打一排鋼管，管內(nèi)注漿加強(qiáng)剛度，管外由注入漿液的擴(kuò)散半徑連成一整體，形成棚架，觀音山隧道管棚的技術(shù)參數(shù)如下：熱軋無縫鋼管@108 mm×6 mm，環(huán)形布眼39孔，孔距40 cm，利用水泥凈漿（添加含水量為5%的35波美度水玻璃）進(jìn)行注漿。

4.3 操作要求

①套拱套管施工，準(zhǔn)確放樣套管，復(fù)核檢查保證其角度（路線縱坡+仰角）在設(shè)計(jì)規(guī)范內(nèi)。②施工過程中，為了保證鋼管的方向正確，對頂入管的斜度采用測斜儀進(jìn)行量測。③為了避免坍塌、卡鉆、縮孔等情況的出現(xiàn)，鉆機(jī)的鉆進(jìn)速度需要根據(jù)施工過程中的地質(zhì)條件及斷層的破碎情況進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)整。④注漿加固施工過程中，注漿填充率和擴(kuò)散半徑分別控制在5%和31．5 cm。同時(shí)適當(dāng)調(diào)配現(xiàn)場水玻璃濃度等，以保證注漿質(zhì)量。⑤為了檢查注漿效果及分析地質(zhì)情況，在拱頂及拱腳處預(yù)留取芯孔，同時(shí)由取芯孔取得的巖芯還可以作為洞身開挖和其他孔鉆取的參考。

5 結(jié)語

對于淺埋偏壓隧道洞口段的施工來說，偏壓問題是需要解決好的最關(guān)鍵問題，需要嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)圖紙的要求結(jié)合施工現(xiàn)場的地質(zhì)條件、自然條件及水文情況，制訂最佳的施工方案。觀音山隧道洞口淺埋偏壓段工程實(shí)踐表明，本次工程采用的施工技術(shù)能夠在保障工期、質(zhì)量和安全的基礎(chǔ)上，確保項(xiàng)目的經(jīng)濟(jì)、環(huán)保，這也說明本次工程施工采用的技術(shù)措施是比較成功的。