木槽巖隧道進口施工方案比選

劉 唐，劉德品

(湖北交通職業技術學院公路與軌道學院,武漢 430079)

1 工程概況

木槽巖隧道是恩施大峽谷旅游公路控制性工程，穿越大巴山向南延伸的中山區，沿線地形復雜，所經之處起伏較大，地勢陡峭，相對高差達200 m。在溝壑、路坎、陡壁處基巖出露較廣，隧道地區大部分覆土0.5～2.5 m，植被茂密，自然坡度一般15°～35°。隧道進口自然坡度45°～75°之間，距進口不遠處即為懸崖。隧道進口里程K20+460，隧道出口里程K21+545，全長1 085 m。隧道進口段上覆地層為第四系坡殘積土層,由山前滑坡坡積、崩積物及坡面洪流形成的洪積物組成，有溶洞，地下水不發育，圍巖級別Ⅴ級，主要成分為巖屑、砂礫、角礫、粘土等。從開挖的邊坡、仰坡土層中發現,內含大塊孤石較多,土層松散、潮濕。此段屬于嚴重左偏壓地段,坡體處于不穩定狀態[1]。木槽巖隧道入口原設計在開挖過程中采取超前小導管注漿支護。

2 方案變更的提出

2.1 第一次方案變更——清除坡頂危巖并延長明洞

施工單位進場后，開始按設計要求對洞頂邊仰坡進行刷坡施工，表層剝離后發現洞頂圍巖較差、巖石破碎嚴重，并有多處溶洞，從表面看溶洞直徑在1 m左右，深度未知，現場地質情況與原勘察結果發生較大變化[2]。因此施工單位邀請設計、監理、監控量測及業主單位進行現場踏勘，并由監理方組織召開了現場會議，會議決定將洞頂松散巖石全部清除，并將明洞延長至K20+500處，維持超前小導管注漿支護的方式[3]，施工方案見圖1。

2.2 第二次方案變更——管棚進洞方案的提出

施工單位按照第一次變更方案實施過程中發現，洞頂山體坡度大，部位狹窄，爆破后的巖石只能用人工進行清理，清除難度大。經過近半個月的施工，進度緩慢，效果不佳，如繼續按清除方案進行實施，質量、進度、工期以及安全均難以保證。

為盡量減少對現有植被的破壞、避免隧道頂落石對山下過往車輛及行人的安全威脅，施工單位再次邀請設計、監理、監控量測及業主等參建單位進行現場踏勘，并組織有關專家召開了第二次專題會議，會議研究認為，明洞延長至K20+500是合適的，按清除松散巖體方案執行難度大、工期長、安全難以保證，而且對環境破壞大，建議采用管棚支護進洞，但會議要求施工單位對管棚方案與清除松散危巖后配合超前小導管注漿方案進行綜合對比論證，以便最終確定進洞方案。

3 管棚方案與清除松散巖體后配合超前小導管注漿方案對比分析

3.1 質量對比分析

原設計為超前小導管注漿。按第一次方案變更的會議精神，將洞頂堆積巖體(K20+500～K20+518)全部清除。因進洞口處巖石破碎嚴重，從表面看洞頂的巖石(K20+500～K20+518段)與山體之間有約30 cm的土夾層，與山體未連成整體，如采用超前小導管，因小導管受施工工藝和機械限制，長度一般在5 m左右，注漿壓力較小，而且注漿分段進行，水泥漿浸入巖石的深度有限，固結的整體性較差。

如采用大管棚方案，因大管棚成孔深度大，最深可超過40 m(該項目預估30 m)，注漿壓力大，水泥漿浸入巖隙的范圍大，一次完成注漿，可以形成很好的整體性，對破碎巖石的固結效果好，充分發揮周邊巖體的作用，與新奧法設計原理一致，有利于順利進洞，而且可以提高隧道明洞段的耐久性。從質量上講大管棚明顯優于超前小導管[4]。

3.2 安全對比分析

按第一次會議確定的方案施工，需將洞頂仰坡部分(K20+500～K20+518)的松散巖體全部清除，因該部分巖體有效施工部位狹窄，坡度大(最大坡度約為75°)，沒有足夠的工作面，屬復雜的高空、高邊坡作業，在此處進行鉆孔、爆破、清除爆破后的巖石等工作難度大，工作人員必須系安全繩方可進行施工作業；清理的巖石只能任其自由下落，極易落至山下(洞口下方約300 m有高嶺土公司正在施工)造成落石傷人；在進行爆破時，因巖體破碎嚴重，爆破參數難以控制，炸藥單耗太低達不到爆破效果，單耗過高又容易形成爆破飛石，給山下的施工單位及附近的居民造成傷害；在進暗洞的施工過程中，原方案的超前小導管的可靠性沒有大管棚保障性高，較易發生洞頂坍塌等安全事故。總之，如采用第一次會議擬定的方案，施工安全隱患極大。

如采用大管棚方案，不用全部清除洞頂的堆積巖體，只需對明洞末端兩側進行少量的松散巖石刷坡后，對仰坡直接進行掛網錨噴處理；對明洞與暗洞交界面K20+500臺階處的石碴用機械轉至路基上，然后再用裝載機裝車、汽車運至棄土場，減少高空、高邊坡作業的時間，降低施工安全風險。

3.3 工期對比分析

如采用全部清除洞頂松散巖石的方案，工效過低，耗時較長。該處剩余總方量約4 100 m3，全部用人工清至洞頂高程約需耗時70 d。清除方案受天氣影響大，一旦下雨因安全無法保障只能停工；清除后超前小導管進洞方案，因安全保障性低，不能采用全斷面開挖，只能采用臺階法或預留核心土法進行洞身開挖，每天進尺只能保證1 m左右，則K20+500～K20+525明暗交接段的施工時間大約需30 d。采用清除松散巖石方案開挖至K20+525樁號(大管棚方案末端達的樁號)所需的總時間約100 d。

如采用大管棚進洞方案只需先用機械清除K20+500臺階處的石碴，然后直接進行大管棚施工，大管棚施工時因占地面積小，可在施工部位搭設防雨棚，受天氣影響因素相對較小，整個施工過程包括石碴清理、套拱澆筑、造孔、頂管、注漿并開挖至K20+525，預計包括明暗洞交界處孤石清理、支護和管棚加工25 d，套拱施工5 d，鉆孔、管棚安裝、注漿、開挖35 d，所需時間為65 d。

對比可知，如采用大管棚方案可提前工期35 d以上，進度明顯加快。

3.4 環境保護對比分析

采用清理松散巖石方案，總方量大約為4 100 m3，如全部開挖，對現有植被破壞嚴重，開挖后形成陡峭的山體(近乎懸崖)，沒有坡面過渡段，洞頂視覺效果差。開挖的棄碴需占用800 m2(折合為1.2畝)的平地(堆積高度按5 m計)，對當地的生態環境造成較大的破壞，不利于耕地保護。采用大管棚方案，棄渣大大減少，有利于保護環境。

3.5 經濟對比分析

K20+500～K20+525采用清除松散巖體后，采取超前小導管的支護措施費用，包含孤石開挖、C20噴射混凝土、鋼筋網、超前小導管、φ22砂漿錨桿、洞頂碎石回填、棄渣場征地等，費用合計約80.4萬元。

采用大管棚的支護措施費用，包括套拱C25砼、套拱孔口管、大管棚、注漿、鋼筋籠、φ22砂漿錨桿、C20噴射混凝土、鋼筋網、機械設備進出場費等，合計約92.8萬元。

采取大管棚方案需要增加造價約12.4萬元。

3.6 方案的確定

通過以上兩個方案的對比分析可知，如采用大管棚方案，在質量、安全、環境保護方面均比清除洞頂松散巖體后進洞的方案更優，進度也可大幅加快。大管棚比清除方案加快的絕對時間為35 d，相對時間為35/500=7%(500 d為原計劃隧道施工總工期)。

采用大管棚方案需要增加一部分費用，增加的費用絕對額為12.4萬元，相對于隧道造價的比值為12.4萬元/3 000萬元=0.41%(3 000萬元為隧道概算金額)，通過對比可知費用增加幅度遠遠小于工期提前的幅度，同時有質量、安全方面的保障，還可最大限度地保護當地良好的生態環境。

為保證順利進洞和施工安全,經業主、設計、監理、施工單位對比論證,決定采用大管棚支護方案,以便盡快通過明暗交界地質破碎帶。

4 進洞施工順序與管棚施工

4.1 施工順序

為確保施工安全，進洞采取側導坑方式開挖，縮小相關節段長度。開挖在預支護長管棚及注漿完成并達到強度后進行，主要施工順序為[5]：1)左側導坑開挖；2)左側初期支護(含側導坑、仰拱初期支護)；3)右側上導坑開挖；4)右側上導坑初期支護；5)右側下導坑開挖；6)右側下導坑初期支護(含仰拱初期支護)；7)仰拱襯砌；8)二次襯砌。

4.2 管棚施工

管棚規格采取熱軋無縫鋼管，外徑108 mm，壁厚6 mm，節長3 m和6 m；外插傾角1.5°，可根據實際情況作調整，范圍在1°～5°之間[6]。注漿材料采用32.5普通硅酸鹽水泥漿，水灰比1∶1，注漿壓力0.5～1.0 MPa，漿液擴散半徑不小于0.5 m。洞口明暗挖交接段開挖時，挖至拱頂輪廓線下50 cm左右，拱頂即作為套拱施工和鉆機架設的平臺，大管棚布置見圖2。管棚施工工藝流程主要包括套拱施工——搭設平臺——鉆機就位——鉆孔施工——鉆桿分節退出——清孔——管棚下管——移動鉆機——注漿機準備——注漿——退機——拆除平臺——管棚施工結束。

5 結 語

通過參建各方共同努力，加強施工中的質量檢查、監控量測，木槽巖隧道大管棚進洞施工順利完成，保證了工期、質量、安全、環保，實現了預期通車目標。實踐證明，在地質、地形復雜情況下，進洞支護方案比選是必要的，設計、施工人員應充分開展現場調查，全面了解工程現狀，盡量減少坡頂巖石擾動，確保施工安全。