隧道斜交洞口異形側壁導坑法進洞施工技術的研究

李森

摘要：隨著公路建設在西部山區的不斷延伸，在沿河傍山選線過程中受山區地形和線位整體布設的限制[5]，隧道軸線與山體等高線出現斜交，或者在施工設計完成后人類生產活動對洞口原有地貌進行了破壞，使得進洞工況發生變化，一側隧道落底，一側出現高邊坡松散圍巖，正交進洞無法施工。在隧道洞口斜交偏壓、松散堆積體等不良地質條件下，本著“安全、環保、美觀”的理念，結合噴射混凝土特性，利用異形側壁導坑法暗洞拱架，對拱架進行二次設計，一側暗洞明做形成扇形洞壁，一側導坑漸變跟進，調整洞內徑向注漿管，加強鎖腳，固化圍巖，提高落底安全性能，最終斜交正進。

關鍵詞：隧道;異形側壁導坑法;斜交進洞;扇形洞壁;徑向注漿

中圖分類號：U455.4文獻標志碼：A

1 項目概況

峰代 FDZCB-1標段項目起于甘肅省法官學院西側，與本項目試驗段終點相接，起點樁號為 K20+000，路線向西北展線，在立節鎮南側以隧道穿越山體后接舊路，在下巴藏村利用橋梁跨越白龍江至江右岸避開巴藏鄉，沿河谷有利地形布線至嶺兒壩，以隧道形式穿越山體后經各皂壩、城馬，在各峪水地以隧道穿過右岸山體后接舊路，行進至洛大鄉，沿白龍江左岸農田布線，與舊路在代古寺變電所西側順接，再利用舊路布設至終點代古寺，終點新建代古寺隧道與 S210相接[3]。

代古寺隧道起止樁號為 K45+578～ K46+545，全長967 m，隧道單洞建筑限界凈寬為10.5 m，凈高為5m。隧道出口段埋深10～ 80 m。洞口坡面覆蓋厚層坡積、坡洪積碎石，含較多塊石，松散、稍密，表層多有架空，厚度不均勻;洞身巖性主要為志留系（S2-3）板巖夾千枚巖，局部夾炭質板巖，變余泥砂質結構，薄層板狀構造，板理極發育，層間結合差，產狀215°∠62°，巖層走向與洞軸線夾角為40°;巖石單軸飽和抗壓強度一般為15 MPa，屬較軟巖;巖體風化強烈，破碎;地下水不發育，開挖后洞室以滴滲水為主;無高地應力現象。綜合評價，圍巖級別為Ⅴ級，圍巖破碎，自穩性差，會出現塌方及大變形等工程地質問題。洞口存在地形偏壓，地表 3 m范圍多有架空，存在滑塌現象，自穩性差。根據原有地形圖按照設計明暗交接位置在偏壓情況下存在正交進洞條件[3]。后期原有洞口地形遭當地村民取土破壞，隧道出口明洞長度9 m，進洞方向右側明暗交接處位于取土后坡腳處，邊坡高度15 m，坡比1 ∶0.15;進洞方向左側明暗交接位置，遠離取土坡腳處達8 m，邊坡高度5 m，坡比1 ∶0.15。隧道軸線與現有成型仰坡斜交角度為58°，根據進洞方案、邊坡防護、施工方案，盡可能利用已有地形，減少對地貌和生態環境的破壞，制定異形側壁導坑法進洞施工技術。

2 工藝工法

2.1 工法特點

（1）較好解決復雜地形軟弱圍巖區段正交進洞高仰坡洞口穩定問題，遵循“零開挖”原則，減少對原有地形破壞，有利于環境保護。

（2）開挖工程量小，仰坡支護簡單，加快施工進度，節約成本，降低安全隱患。

（3）異形側壁導坑法降低施工難度，圬工量小，有效利用噴射混凝土特性虛擬洞壁成型快，效率高，施工周期短。

（4） 暗洞明做的初次襯砌鋼拱架與導向管固結，整體性強，降低單側壁落底風險，快速進洞。

（5）洞面正交后，徑向注漿管與初支拱架固結，注漿補強，解決偏壓問題，增加成型洞身穩定性。

2.2 工藝流程

2.2.1仰坡加固

測量放樣，確定洞口仰坡坡腳與明暗交接樁號及高程關系，進洞方向右側仰坡坡腳樁號 K46+536，仰坡高度15 m，左側仰坡坡腳樁號 K46+528，仰坡高度5 m，仰坡坡體整體穩定，山體坡度45°，未見滑塌。如果按設計1 ∶1進行邊坡開挖，邊坡開挖至少向山體延伸30m，開挖后整個山體將遭到破壞，且不利于邊坡穩定。經對現場邊坡地形地質調查后，根據目前山體既有坡度對山體表面進行施工，既降低了開挖帶來的環境破壞，又避免了高邊坡斜交進洞情況下邊坡大開挖帶來的安全隱患。結合現場實際，施工人員取土后山體穩定，須對取土邊坡進行噴射掛網防護，安排機械反壓回填至右側三級仰坡施工平臺，人工清除浮石，對隧道仰坡全部做掛網噴錨封閉處理，并對松散嚴重圍巖進行注漿固結施工。施工洞頂截水溝，并在隧道仰坡頂部及已封閉仰坡部位布設監控量測點。

逐層清理反壓平臺，5 m 一坡逐層封閉，清理反壓部位時進行監控量測，確保變形處于安全范圍內，穩定后再行開挖。直至暗挖成洞面前預留8～ 10 m梯形核心土。

2.2.2套拱拱架架立

核心土兩側開挖切槽至起拱線位置，套拱基礎開挖，保證基礎承載力不小于300 kPa 。按設計要求在套拱基礎上安裝30 cm×30 cm×2 cm 鋼板預埋件，預埋鋼板縱坡按5 %控制（進洞方向縱坡2%）。套拱拱架墊板與預埋鋼板滿焊，保證拱架垂直度，兩側設置剪刀撐，右側與仰坡錨桿焊接連接，補強套拱拱架安裝穩定，防止傾覆。

2.2.3暗洞明做

根據設計文件，進洞圍巖級別為Vd，設計內徑拱架內徑6.2 m，預留沉降0.15 m，套拱拱架內徑6.4 m，考慮到暗洞明做后期沉降和套拱拱架順接，預留沉降放大到0.25 m，異形側壁施工暗洞拱架內徑設計為6.45 m。Vd拱架間距0.6 m，根據洞頂仰坡與隧道軸線確定拱架尺寸及榀數，分別編號1# ～13#。拱架加工分60°三節單元加工，從左至右分別為 A、B、C，根據拱架設計圖偏距尺寸對 B 單元編號切割，制成異形側壁成品拱架 B、 B′。設計尺寸可根據現場實測數據進行微調，保證 B 單元與洞面斜交緊貼，如圖1 所示。

測量放樣，對左側拱腳及核心土側壁支支撐位置整平夯實，每循環兩榀進行拱架架立。暗洞明做拱架與套拱拱架用連接筋連接，對 B 單元接 B′單元端頭部位墊板進行包裹保護，弧頂位置安裝側壁支架，側面根據 B 單元弧長，適當增加斜撐。拱架架立完成后人工安裝背模，背模安裝采用拱架背側鋪掛防水板，連接筋節點位置采用鐵絲與連接筋進行綁扎固定，確保噴射施工時背模防水板牢固。噴射混凝土應自下而上噴射堆砌施工，嚴禁垂直于背模噴射施工。

依次按照編號對1# ～13#拱架單元進行安裝，噴射混凝土施工，直至緊貼左側仰坡洞面，從而形成虛擬洞壁，完成斜交外側的暗洞施工。

2.2.4導向管安裝

在套拱拱架上對導向管安裝位置進行放樣布設，逐根量取套拱端頭至仰坡面長度，下料安裝，并確保同一斷面接頭數不得大于50%，接頭平順滿焊，端頭與仰坡接觸面采用噴射混凝土進行二次封閉。導向管與套拱拱架及暗洞拱架每個節點固定采用“Ω”筋進行固定，確保暗洞拱架與導向管形成一體，增加暗洞明做部位整體穩定性。

2.2.5套拱管棚施工

使用吊模法安裝套拱模板，模板安裝完成后對完成施工的虛擬洞側壁左右兩側進行對稱回填至起拱線位置，背模下部采用鋼管支撐，防止澆筑過程產生跑模現象。套拱混凝土強度達到75%進行管棚施工，洞口圍巖為松散堆積體，管棚施工使用跟管施工工藝，確保管棚施工長度。完成后安裝鋼籠，封孔注漿。

2.2.6異形側壁落底施工

右側掘進開挖，依次順接B′、C 單元。圍巖松散，拱腳開挖使用人工開挖，造成超挖時使用墊塊，確保拱架落底于穩固基礎上。噴射混凝土作業未進行終噴施工確保拱架外露，方便徑向管與襯砌拱架的連接，如圖2 所示。

2.2.7徑向注漿施工

核心土長度控制在4 ～5 m，右側異形側壁落底施工完成兩個循環后，安排徑向管施工。徑向管規格小108 mm，長度6 m，按60 cm×100 cm 梅花樁布置。根據圍巖及施工工藝徑向管施工選擇潛孔鉆跟管施工。異形側壁施工時由于空間限制，鎖腳無法施工，將拱腳往拱腰方向的3 根徑向管由梅花柱布置調整為并排布置，以便替代鎖腳，管頭高出拱架水平位置5 cm，使用小25鋼筋與拱架焊接連接，形成一體，增加拱架與徑向管整體性。每兩個循環進行注漿施工，及時對右側松散山體及左側回填堆積體注漿板結，降低偏壓隱患。

2.2.8拱頂回填

1# ～13#拱架單元異形側壁全部落底后，洞面垂直于隧道軸線，做好監控量測，三臺階進行暗洞掘進。待暗洞明做段二襯施工完成強度達到設計強度后，按照明洞回填標準進行拱頂回填，并做好仰坡連接部位防水措施。

3 操作要點

3.1 工序控制

（1） 根據隧道仰坡圍巖穩定性、仰坡坡度及明暗交接樁號，通過監控量測數據確保施工安全。

（2） 套拱基礎砼澆筑后再進行套拱拱架架立，拱腳墊板可與基礎預埋件鋼板滿焊，套拱施工待暗洞明做結束后再進行導向管安裝等后續工序，提高導向管的整體性和導向的精準性。

（3）套拱砼澆筑前進行虛擬洞壁兩側回填，提高套拱砼澆筑的安全性。

（4） 管棚施工前對導向管端頭與仰坡接觸面封閉密實，防止跟管施工泄壓及注漿漏漿。

（5）與拱架連接三排水平徑向管施工緊跟異形側壁落底施工，注漿板結加固緊隨。

3.2 質量控制

3.2.1拱架架立

套拱基礎砼澆筑時，嚴格控制預埋鋼板標高及布設方位，確保套拱拱架墊板可與預埋鋼板精確對接、滿焊，拱架安裝注意拱架線型及垂直度控制，兩側剪刀撐及與仰坡錨桿焊接處安裝牢固，防止拱架走位，起到套拱的導向作用。暗洞明做鋼拱架架立確保坐立與穩定基礎上，對拱腳基底提前整平夯實。

3.2.2導向管安裝

導向管與拱架每個節點均通過“Ω”筋焊接牢固，從而使暗洞明做扇形部分拱架連成一體，增加整體穩定性。導向管連接平順，定位務必準確，精準導向，確保40 m 超大管棚施工長度及梁拱效應。

導向管端頭與坡面接觸面采用鑿槽，噴射混凝土封閉施工工藝，提高成孔質量及注漿質量。

3.2.3異形側壁落底施工

異形側壁拱架安裝后注意 B 單元拱架墊板的保護，與 B′單元落底拱架能較好連接，控制拱腳開挖高度，機械配合人工開挖，嚴禁超挖，確保拱腳位于穩定基礎上。徑向管施工有工作空間后，三排縮腳徑向管緊隨施工，連接貫穿鋼筋與拱架翼緣板滿焊連接，保證徑向管與柔性支護形成一體。

3.2.4拱頂回填

斜交洞口施工過程中著重加強地表位移監測及洞內收斂變形監測，結合施工反饋的各種異常變形，受力情況指導洞內施工，動態調整，保證襯砌厚度和后期運營安全，做好斜交回填部位的防排水工作。

4 經濟效益分析

異形側壁導坑法進洞施工技術，不僅降低了邊坡開挖量及防護圬工量，還減少了傳統貼壁套拱扇形部分的實施，通過與斜交洞口貼壁式套拱方案進行對比，共計節省工期5 d，節省費用50863.78元，見表1所列。

5 結論

（1）通過異形側壁導坑法進洞施工技術，嚴格遵循“早進洞”施工原則，采用斜交正做工藝，避免常規施工一側邊坡開挖過陡，開挖量大，圬工防護艱難等潛在的病害，保護環境，降低安全隱患，安全環保效益顯著。

（2）該技術利用既有設計，采用傳統的洞內施工技術，初次襯砌暗洞明做，避免常規貼壁式套拱扇形部分的施工，降低施工成本，加快與洞面正交的速度，經濟效益顯著。

（3）結合實際地質情況，對松散堆積體進行徑向注漿施工技術，加固補強高側圍巖，板結低側圍巖，降低虛擬洞壁一側擠壓力，有利于后續異形側壁落底穩定;設計拱腳墊板起三排拱墻部位的徑向管水平布置，鋼筋串聯與拱架滿焊成一體，增強了鎖腳錨桿的懸吊及加固作用，并與柔性支護形成一體，增加后期成型洞身穩定性。

（4）隧道異形側壁進洞施工技術成功可行，安全可靠，經濟合理。

參考文獻：

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[2]中冶建筑研究總院有限公司.巖土錨桿與噴射混凝土支護工程技術規范：GB 50086-2015[S]. 北京：中國計劃出版社，2015.

[3]湖北省交通規劃設計院股份有限公司.G345線峰迭至代古寺公路工程（FDZCB-1標）兩階段施工圖設計文件[Z].武漢：2018.

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