高速公路隧道“零開挖”進洞技術分析

魏慧平

(山西路橋建設集團有限公司，山西 太原 030000)

1 項目背景

某高速公路工程項目的全線長度為35.17 km，采用雙向四車道，設計行車速度為100 km/h。此項目中包含了一座隧道(屬于分離式隧道)，隧道內行車速度為80 km/h，隧道的凈寬度為10.25 m，凈高度為5.5 m，左線縱坡與右線縱坡均屬于單向坡，洞身的圍巖等級為Ⅴ級與Ⅳ級。

2 方案設計

2.1 隧道進出口仰坡穩定性分析

該隧道洞口位置處在山坡腰部，隧道的右線起點為K22+880，左線起點為ZK22+895，地形坡角為15°～22°；隧道的右線終點為K25+560，左線終點為ZK25+575，地形坡角為15°～18°，邊坡的總體結構較為穩定，然而洞口邊坡的表層厚度為2.5～9.3 m，屬于粉質黏土與碎石土層，邊坡表層結構比較松散，V級圍巖的結構穩定性表現較差。

2.2 施工方案

隧道進洞采用的基本方式是大刷仰坡、深路塹，此進洞方式會對山體造成擾動，弱化山體抗滑阻力，引發地表水下滲，加大隧道施工難度。綜合分析此隧道項目地質條件及施工要求，并通過討論研究后確定采用“零開挖”進洞方式[1]。此方案是從原地面實施進洞，不但保證了隧道進洞安全，而且處理了隧洞病害，具有良好的環保性、經濟性優勢。

2.3 工藝流程(見圖1)

圖1 “零開挖”進洞工藝流程

3 過程控制

3.1 進洞位置確定

結合測量橫斷面的實際高程與平面合理確定進洞位置，然后按照隧道中的控制導線點實現邊坡開挖坐標的有效控制，盡可能地減少隧道洞口邊仰坡開挖。同時應提前設置截水溝，優化排水系統。此外，隧道洞口土石方應選擇挖掘機進行開挖作業，然后通過自卸車運輸至指定位置堆放，若是部分巖體不適合挖掘機開挖，則應采用松動施工方法。

3.2 套拱施工

1)拱腳基礎施工。在套拱的兩側拱腳基坑開挖至指定位置后，需要進行C25混凝土基礎澆筑，其縱向長度為2.0 m，厚度為1.0 m，寬度為1.1 m。此項目中套拱的縱向長度為2 m，其中I18工字鋼數量為4榀，根據圖紙要求制作I18工字鋼拱架，且必須在加工場進行預制[2]。同時需要對工字鋼尺寸進行嚴格檢查，確保符合要求后才能運輸至現場安裝，但是安裝階段必須確保鋼拱架的垂直度，可以選擇Φ20 mm鋼筋以焊接方式進行固定。

2)導向管施工。在導向管安裝階段，必須確保其位置與角度的精準性，選用的導向管為鋼管(規格為Φ140 mm×8 mm)，外插角為2°～3°，環向間隔距離為40 cm，從鋼拱架上進行三角墊片鋼板焊接，其長度為4 m。為了有效控制混凝土澆筑階段流入到導向管，需要從導向管的管口位置進行封堵處理。

3)鎖腳小導管施工。選擇的鎖腳小導管為Φ42 mm，L=4.5 m，設置的縱向間隔距離為50 cm，從套拱腳與邊墻位置建立鎖腳小導管，每2 m設置4根，同時錨管端頭和鋼架連接以U型筋進行有效連接，以增強其和拱架之間的穩定性[3]。而在錨管安裝完成之后應實施注漿加固處理，選擇的注漿液為單液水泥漿。

3.3 套拱模板與混凝土施工

在導向管安裝結束之后，開始構建平臺安裝模板。其中內模板選擇竹膠板扇形從核心土之上進行支撐；側模與外模選擇木模板。環向支撐使用方木(規格為10 cm×10 cm)，而在外模安裝階段需要采用有效措施處理接縫，同時均勻地涂抹一層脫模劑，最后實施堵頭板的安裝。在混凝土澆筑之前，需要對鋼支撐加固實際狀況進行全面檢查，以保證混凝土澆筑階段支撐系統的穩定性及安全性。此外，應對模板和導向管之間位置進行嚴格檢查，當安裝檢查確認無誤之后，首先進行一層C25混凝土澆筑(其厚度為60 cm)。而混凝土澆筑施工必須確保均勻性、連續性，然后實施有效振搗，以增強混凝土密實度。待混凝土澆筑施工結束后需要及時地進行養護處理，確保混凝土的強度等級≥2.5 MPa后才能進行拆模。

3.4 超前管棚

1)鉆孔與管棚鋼管安裝。鉆機平臺選擇的為核心土，由拱頂位置至兩側位置進行鉆孔，其中地質鉆機的鉆頭鉆孔為Φ120 mm。在鉆孔階段需要嚴格控制鉆桿角度變化，保證鉆機不會發生移位現象，同時需要檢查成孔效果，若是不達標則應進行套鉆清孔。此外，管棚鋼管的外徑為Φ100 mm，管節的長度為3 m，若是管棚鋼管需要接長應確保接頭位置錯開1 m，而鋼管節段之間應選擇Φ110 mm鋼管通過絲扣實現有效連接，并在鋼管的周身位置鉆壓漿孔(直徑Φ=10 mm)[4]。鋼管選擇的是“人工+鉆機頂進”方式，以便順利入孔，首節鋼管應制作成尖錐形。

2)掌子面封閉與管棚注漿。在注漿之前應對封面層進行噴射混凝土(厚度為10 cm)，鋼管和孔口壁間產生的孔隙應采用止漿環進行堵塞，同時補噴封面層。待管棚鋼管安裝完成之后，為了提高注漿施工效果，需要合理安裝PVC注漿管與排氣閥。同時鋼管導向管的間隙應選擇速凝水泥或者是其他材料實施堵塞處理，以免注漿時出現冒漿現象。注漿時選擇的為M20水泥凈漿，其中水灰比為1∶1，在具體注漿過程中需要結合具體狀況合理優化注漿參數。漿液選擇HFV-5D注漿機實施灌注，施工順序是從最低孔位至最高孔位。此外，注漿時需要密切關注掌子面圍巖實際變化狀況，若是發生了異常現象則必須立即處理。

3.5 洞身開挖

此隧道項目洞身開挖選擇的是三臺階預留核心土開挖施工方式，具體操作步驟為：①上部弧形導坑環向開挖，此隧道項目中上部弧形導坑開挖選擇的是“環形開挖”+“預留核心土”方式，在開挖階段需要結合初期支護鋼架間隔距離合理確定循環進尺，確保每次開挖≤1.0 m，同時V級圍巖開挖的循環進尺需要保證處于5 m至6 m[5]。在開挖結束后需要及時初噴混凝土(厚度為4 cm)，然后實施噴錨支護與掛網，復噴混凝土到設計要求厚度；②左側、右側中臺階開挖，此隧道項目的中臺階開挖高度為3.3 m，左側與右側需要錯開2～3 m，開挖結束之后要及時地初噴混凝土(厚度為4 cm)，并實施噴錨支護與掛網，然后復噴混凝土到設計要求厚度；③左側、右側下臺階開挖，此隧道項目下臺階開挖的高度為3.1 m，左側與右側臺階需要錯開2～3 m，開挖結束之后要及時地初噴混凝土(厚度為4 cm)，并實施噴錨支護與掛網，然后復噴混凝土到設計要求厚度；④上、中、下核心土開挖，此隧道項目核心土的長度為3～5 m，寬度需要控制為隧道的開挖寬度1/3～1/2；⑤仰拱開挖，此隧道項目選擇的是移動式仰拱棧橋開挖方式，在開挖之后需要進行仰拱初期支護，且仰拱混凝土確保一次澆筑成型。

4 總 結

此隧道洞口位置土質松散，強度性能參數較低，自穩性能偏差，巖體軟、易破碎，成洞條件相對較差。通過綜合分析研究確定選擇“零開挖”進洞施工方式，結合隧道現場地質條件與施工要求，選用了超前支護、分步開挖方式，并實施了超前長管棚、超前小導管以及鎖腳錨桿等支護措施，有效保證了隧道施工安全與質量。

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