淺埋偏壓隧道洞口進洞施工技術與質量控制分析

唐瞻鵬，零銀珠

(廣西桂通工程管理集團有限公司，廣西 南寧 530029)

0 引言

在山區及丘陵坡腳陡峭斜坡上建設高速公路或高速鐵路，隧道洞口時常會出現一側埋深大、一側埋深小的情況，使其受到嚴重的偏壓，如果處理不當，會導致洞口結構出現過大變形或損壞。傍山隧道受地形限制，淺埋偏壓進洞難以避免，因此，必須采取可靠措施保證洞口結構、邊坡及仰坡穩定，確保隧道洞口安全[1-2]。

淺埋偏壓隧道工程進洞施工要采取合理的施工技術及嚴格的質量控制措施，一些學者開展了相關的施工方法研究。白國權[3]探討了偏壓隧道洞口進洞方式，提出了合理可行的方案；張富有等[4]針對東山隧道進口段180 m范圍的淺埋偏壓段，介紹了相關施工技術的應用情況；趙樹杰等[5]開展了淺埋偏壓隧道CRD法的施工方案研究，并進行了優化；賈元霞[6]進行了高速鐵路淺埋偏壓隧道的安全進洞方案研究。

雖然在淺埋偏壓隧道工程進洞施工方法與安全保障方面的研究已有了一定的成果，但由于地質條件、設計方案、施工環境復雜多變，具體的隧道洞口還要進行有針對性的設計施工。本文以穿過丘陵地貌區的云盤隧道為例，針對隧道進出口地段的洞口設計情況，對施工方法與安全保障進行了介紹，并提出了相應的質量控制要點，以期為此類的隧道建設提供參考。

1 工程概況

在建龍勝至峒中口岸高速公路云盤隧道穿過丘陵地貌區，其左線長度為1 463 m，右線長度為1 456 m；進口洞門為端墻式，出口洞門采用削竹式，洞口段圍巖均為Ⅴ級。云盤隧道左線進出口、右線進口(湖南城步端)均為偏壓明洞，采用雙向開挖掘進的方法進行施工。

根據勘探和調繪成果，隧址區地層巖性為第四系坡沖積塊石、殘積粉質黏土，基底為震旦系南沱組下段粉砂巖、斷層角礫巖等。左線Ⅴ級圍巖連續長度最長為160 m，占總隧道長度的10.9%；右線Ⅴ級圍巖連續長度最長為291 m，占總隧道長度的20.0%。依據《公路工程施工安全技術規范》(JTG F90-2015)的相關要求[7]，該隧道需編制專項施工方案以確保施工安全。

云盤隧道城步端進口左右洞均存在較大地形偏壓，且均為半明半暗淺埋偏壓段，其進口左線洞口段8 m、右線洞口段21 m為半明半暗淺埋偏壓段，洞口左側設計有抗滑樁，右側布置偏壓墻。為了保證安全，必須對洞口段進行適當防護加固，并采取可靠的洞口段結構設計及相應的施工方法。

2 洞口地質條件

地勘資料顯示，隧道進出口地段表層大部分為粉質黏土覆蓋層，圍巖穩定性差，均可能因施工開挖造成坍塌，設計中采用錨、噴、網等防護措施予以加固處理。

2.1 地形地貌

云盤隧道地處剝蝕丘陵、深丘地形，受砂泥巖軟硬巖類組合特征的影響明顯，為深谷、臺梁式地貌，地面標高為496.00～742.10 m。

隧道所穿越的山體大致呈南北向臺梁式展布，進、出口段位于丘陵坡腳。地形地貌為谷地或寬緩的剝蝕槽狀地形，為鰭脊陡坡、陡壁，自然斜坡坡角一般在30°～40°。隧址區內植被茂密，場地斜坡表層覆蓋土體為坡殘積粉質黏土，部分山體基巖大片外露，部分緩坡有水田、旱地。

2.2 進洞口邊、仰坡

隧道進口段位于丘陵坡腳陡峭斜坡上，地形坡角為26°～35°，局部形成高4～5 m的陡坎，分布旱地，坡向320°，坡形呈單面山，隧道軸線與坡向呈小角度相交。

進口段斜坡坡面分布連續的薄層第四系坡積(Qdl)粉質黏土，下伏殘積粉質黏土(Qel)為硬塑狀，該層厚0.30～1.60 m。下伏基巖為震旦系南沱組下段粉砂巖。根據地質調繪，洞口附近地層產狀傾向為89°，傾角為18°，相對洞口右側邊坡為順向坡。土體風化層強度較低，遇水易軟化崩解，引發坡體淺層滑塌。勘察期間自然坡體處于穩定狀態。

2.3 出洞口邊、仰坡

隧道出口段位于丘陵斜坡谷地上，地形坡角約30°，山體植被發育，坡向180°，坡形呈負地形，隧道軸線與坡向近垂直相交，自然邊坡坡向與地層走向呈大角度相交，但地層傾角較陡，約為31°。勘察期間自然坡體穩定，無不良地質現象。

出口段斜坡坡面分布連續，為厚0.50 m的薄層第四系坡積(Qdl)粉質黏土。下伏基巖為震旦系南沱組下段粉砂巖，強風化層厚度>46.8 m。土體風化層風化強烈、強度低，遇水易軟化崩解形成軟弱夾層，容易引發坡體淺層滑塌。

3 洞口設計方案

3.1 洞口防護與加固設計

進口段設計情況：進口左、右線洞口均為半明半暗淺埋偏壓段，長度分別為8 m和21 m，兩個洞口左側均設置3根φ2.2 m、縱向間距為4 m的抗滑樁，右側分別布設長8 m、13 m的偏壓墻。隧道進口仰坡開挖需對左側山體進行刷坡，為5級坡，洞口臨時邊坡高30～40 m，進口段左側臨時邊坡按1∶0.5放坡。為了保證安全，邊仰坡防護設置長3.5 m的φ42 mm注漿小導管，掛φ8 mm間距20 cm的鋼筋網，并噴射10 cm厚C20混凝土進行加固；右側臨時邊坡按1∶0.75進行分階放坡，采用與左側相同的錨噴護面(具體設計詳見圖1、圖2)。

圖1 進口段平面圖(cm)

圖2 進口段立面圖(cm)

出口段情況：左線洞口段8 m為半明半暗淺埋偏壓段，左洞左側ZK3+988～ZK3+990段為路塹擋墻，左洞右側ZK3+988～ZK3+980段為偏壓墻。龍勝端右洞無明顯偏壓現象。隧道出口仰坡開挖需對左側山體進行刷坡，刷坡高度為1級坡，洞口臨時邊坡高10～15 m，對出口段左側和右側臨時巖質邊坡按1∶1.25進行分階放坡及錨噴護面。

3.2 洞口結構設計

偏壓洞口結構尺寸要由計算確定[8]。本隧道左線進出口端超前大管棚長均為28 m，右線進出口端超前大管棚長均為40 m。管棚采用φ108 mm、壁厚6 mm無縫鋼管制作，節長分別設為3 m、6 m和9 m；導向管采用φ127 mm、壁厚4 mm無縫鋼管制作，在距離管尾240 cm處，將麻絲成紡錐狀纏繞在管壁上，并用膠帶纏緊，尾段加焊φ16 mm鋼筋；在鋼管頂部20 cm位置切割開并加工成尖錐狀。管上注漿孔孔徑為15 mm，孔間距為150 mm，呈梅花形布置；管棚環向間距為0.5 m，呈0.5°～1°外插。

洞口段套拱設計為厚60 cm的C30混凝土結構，其基礎為C15的混凝土擴大基礎，長度×寬度×厚度為200 mm(一般情況)×110 cm×100 cm。洞口管棚套拱鋼架采用Ⅰ20b型鋼拱架制作，按縱向間距75 cm/榀布設3榀鋼拱架，布設31個φ127 mm×4 mm孔口管。超前管棚與暗洞第一排超前注漿小導管搭接長度≥5 m，注漿孔孔徑為16 mm，間距為150 mm，呈梅花形布置。

明洞拱圈、墻部均采用厚度為60 cm的C40防水鋼筋混凝土，其抗滲等級≥P8；拱圈鋼筋為縱向間距20 cm的φ22 mm鋼筋；仰拱布設環距60 cm的φ8 mm鋼筋網，采用C40鋼筋混凝土現澆，上部回填C15素混凝土。

4 洞口施工及質量控制要點

本隧道工程施工難點為進口左、右線洞口的半明半暗淺埋偏壓段施工(下文主要介紹進口段施工)。質量控制要點的主要施工步驟安排為：邊、仰坡的開挖與防護，抗滑樁，偏壓擋墻(含錨索)，明洞開挖與結構施工[9]。

4.1 施工步驟安排

進口段基本施工順序如圖3所示。

圖3 施工順序圖

4.2 邊仰坡開挖及防護

進行隧道洞口邊、仰坡的開挖時，應盡量減少對巖土體的擾動，可不爆破或小爆破，不得采用大爆破。邊坡防護必須與邊坡開挖同步進行，隨時檢查邊坡和仰坡的變形狀態，及時進行掛網并噴射混凝土。施工時要嚴格控制邊、仰坡鋼筋網的間距及噴射混凝土的厚度；對于防護用的長3.5 m、φ42 mm呈梅花形布置的注漿小導管，要檢測其間距及深度，確保施工質量要求。

4.3 抗滑樁施工

云盤隧道進口左右線各設置有3根抗滑樁。抗滑樁施工采用旋挖鉆施工。場地平整、樁位確定后，機械就位，進行埋設護筒。調制好泥漿，其含砂率為6%，比重<1.20，黏度≤25 s。泥漿檢驗合格后進行鉆孔施工。施工中應保證豎直度，確保成孔質量。鉆孔完成后清孔，要求孔底沉渣≤50 mm。鋼筋籠加工放置，混凝土澆筑均要按施工規范要求進行。

4.4 偏壓墻施工

偏壓墻應分段分層進行施工，節段之間設置沉降縫，混凝土澆筑過程應振搗充分，保證其強度和外觀質量。偏壓墻基礎開挖至設計標高后，要檢測地基承載力，如不滿足設計要求時應及時聯系監理、設計方確定處理方案，同時基礎埋深也應滿足設計要求。偏壓墻墻身各層之間應設置連接筋，連接筋型號和間距應滿足設計要求。

偏壓墻基礎開挖時，為了保證施工安全，四周邊坡應按規范要求進行放坡開挖，坡比≥1∶0.75，現場地質情況較差時應適當調整坡比或者增設臨時防護。臨時防護可采用掛網噴錨防護，錨桿采用φ22 mm、長1.6 m的鋼筋，鋼筋縱橫向間距均為1.0 m；噴射混凝土厚度≥5 cm。

要加強偏壓防護。開挖左線城步端右側偏壓段及右線城步端右側偏壓段時，在基坑開挖邊線1 m范圍外設置截水溝，基坑邊坡逐級開挖逐級掛鋼筋網噴混凝土防護，每級邊坡高度宜≤10 m，坡率宜≤1∶0.5。每級邊坡修筑邊坡平臺，寬度宜≥2 m。偏壓墻澆筑分段分層進行施工，節段之間設置沉降縫。

城步端左洞右側偏壓墻長8 m，為了確保安全，偏壓墻基礎需增設錨索，采用長20 m、縱向間距為2 m的單排Ⅰ類錨索，單索抗拔力設計值為300 kN，預應力張拉為設計值的80%，錨索按永久使用要求進行防腐處理，鉆孔孔徑≤130 mm，定位偏差≤10 mm，傾斜度≤5%。注漿為M40水泥砂漿，水泥為P.O42.5及以上，砂粒徑宜≤2 mm。正式施工前要選擇地質條件有代表性的地段進行錨固力試驗，以確定最優設計參數。

4.5 隧道洞口偏壓段施工

4.5.1 套拱施工

隧道洞口防排水系統及沖溝回填引流后，進行隧道套拱施工。安裝套拱底模后，安裝套拱內工字鋼和導向管。用工字鋼彎制成骨架，且與內支撐骨架連接牢固，連接間距縱向為0.5 m，環向為1 m。面模采用鋼模，且安裝時要預留混凝土澆筑窗口。套拱混凝土澆筑以振動棒振搗為主，人工配合，通過串筒下料，兩側分層對稱澆筑。

按單側施工方法進行套拱下斷面施工，一側施工完后再施工另一側。基礎開挖應分段開挖，挖好后及時使套拱內拱架接地，保證拱腳安置于穩定的基巖上。安裝好模板后，盡快進行套拱基礎及下斷面套拱混凝土澆筑。

4.5.2 超前大管棚施工

管棚及導向管按設計要求制作，其外插角為0.5°～1°，在上拱部125°范圍布置；同一橫斷面內的接頭數≤50%，加工鋼管時要進行鋼節編號，相鄰鋼管錯開1 m以上；超前管棚與暗洞第一排超前注漿小導管搭接長度≥5 m。

管棚鉆孔要求定位準確，先從低孔開始鉆孔，并由兩側往中間方向對稱施工。待孔深、孔徑、傾斜度等檢驗合格后，方可進行下道工序。清孔后安裝鋼管，棚管頂進采用大孔引導與機械人工輔助相結合的工藝進行。注漿材料為1∶1的水泥漿，其漿液配合比和注漿壓力要在現場確定調整。注漿要從孔口一次性注入，當排氣孔有漿液流出時，終壓注漿，使管內漿液飽滿密實。

4.5.3 洞口進洞開挖與支護

洞口管棚、圍巖形成穩定的整體后，對隧道洞身進行開挖施工。隧道洞口圍巖為Ⅴ級，為保證隧道進洞安全，擬采用三臺階七步法開挖[10]，開挖順序如圖4所示。主要是預留核心土，同時采用臨時仰拱臺階法進行施工，先行開挖上斷面，開挖宜短進尺、多循環，并及時支護。

施工前進行超前地質預報，結合地質預報、地質素描和設計地質巖性等信息綜合分析隧道前方圍巖情況，據此在施工中制定必要的手段并適當調整施工參數。超前支護經檢驗符合設計要求之后，進行開挖施工。

圖4 三臺階七步開挖順序示意圖

4.5.4 明洞施工

明洞開挖按洞口開挖的方式進行，其基礎要落在穩固地基上。明洞開挖完成后，應及時進行仰拱施工。拱圈施工在臺車上進行，明洞襯砌采用液壓鋼內模，外模及外支撐采用定制木模和鋼管支撐，襯砌要求全斷面整體式灌注。

明洞襯砌強度達到設計強度的70%后拆架，明洞外沿鋪設防水層，要求由內至外敷設1層HDPE自粘防水卷材、1層400 g/mm3無紡土工布、2 cm厚的M20砂漿保護層。明洞結構全部施工結束并達到設計強度后進行拱頂回填，要按規范要求對稱均衡回填壓實，保證兩側高差≤0.5 m。明洞兩側采用C15素混凝土回填，頂面用5%水泥土回填至洞頂2 m高位置。

4.5.5 端墻式洞門施工

隧道進出口洞門分別采用端墻式、削竹式，要在洞頂回填完成后立即進行洞門工程施工。采用襯砌臺車立內模，由足夠強度、平整度的模板做外模。鋼筋集中制作，現場安裝。整體結構經監理驗收后，由明暗交接處向洞口方向澆筑。在明洞強度達到施工規范要求后，在不影響洞內施工的情況下施作洞門。

洞門墻澆筑可分層進行，每次澆筑高度控制在2 m以內。施工縫要求設在模板接縫處，按設計或施工規范要求設置接茬鋼筋并鑿毛。為確保整體腳手架穩定，應搭設雙排腳手架并預留行車道，安裝通長剪刀撐及斜撐。

4.6 隧道綜合超前地質預報方法

云盤隧道洞口淺埋段應進行地表下沉監控量測，地表下沉量測應從開挖工作面前方、距離為隧道埋深與開挖高度之和處布置測點并開始測量，直到襯砌結構封閉、下沉基本停止時為止。地表下沉量測宜與洞內凈空變化和拱頂下沉量測布置在同一個橫斷面內，用高精度全站儀及精密水準儀進行量測，量測精度為1 mm。

隧道進口設有抗滑樁、偏壓墻，邊仰坡也較陡，應在樁墻頂和邊仰坡設置監控量測點，定期對其沉降與偏位進行監測[11-12]。監測中若發現地表位移量過大或下沉速度無穩定趨勢時，要及時上報監理、業主及設計單位，以及時采取可靠的結構補強措施。

5 結語

由于本隧道設計考慮周全，施工技術方法合理，洞口進洞質量控制較好，安全措施到位，隧道的進洞施工得到了良好的質量控制及安全保障。目前，本隧道的明洞施工已經完成，隧道暗洞施工進展順利，洞口結構已經通過有效的質量控制措施和檢驗技術要求，地表下沉、邊仰坡、偏壓墻等監測表明均在預警范圍內，施工效果良好。