谈半明半暗隧道进洞施工技术

2014-06-06汪兰芳汪贻谋

山西建筑 2014年16期

汪兰芳汪贻谋

(1.中交第二公路工程局有限公司，陕西西安 710075;2.中交二公局第四工程有限公司，河南洛阳 471013)

1 概述

随着我国公路建设高速发展，山区公路隧道越来越多，且很多隧道洞口处的地质、地形条件较差，埋深较浅，围岩风化严重、节理裂隙发育、地表水流冲刷严重，围岩承载能力差［1］。故隧道洞口的设计与施工非常关键，直接关系到隧道的安全进洞及今后的运营安全，尤其在不良地质地段隧道洞口的设计更需要得到充分重视［2］。因此在设计与施工时，需特别注意隧道洞口段的特殊性。

近年来，工程建设对环保和生态保护提出了越来越高的要求，如何在工程建设中最大限度的保留原有的植被，成为工程施工关注的一个焦点［3］。此外，当隧道洞口位于地形严重偏压地段时，为贯彻“‘零’开挖”理念，并确保施工安全，避免洞口“大挖大刷”形成高边坡、仰坡，常采用“半明半暗”的进洞方法［4］。该施工方法不仅减少了对洞口植被的破坏，对隧址区自然环境也起到了很好的保护作用，是对建设生态性、环保性工程指导理念的有效运用。然而，半明半暗洞口段地质条件复杂，影响因素较多，荷载多变，而且其本身结构复杂，设计施工难度很大，主要体现在:

1)半明半暗段围岩节理、裂隙发育，岩体破碎，稳定性差，大多处于偏压位置;

2)当受到施工扰动或雨水影响后，围岩的物理力学性质易发生较大变化;

3)半明半暗法施工工序多，结构受力复杂。在施工过程中，稍有不慎，易产生大变形，严重时甚至出现裂缝。

因此加强施工监控成为保证这些特殊隧道结构安全施工的重要手段。

2 工程概况

十白高速SHTJ-5标堵河隧道全长808 m，左线出口洞口，地质条件差，岩体极其破碎，岩体中掺杂着黄土，进洞困难，围岩等级均为Ⅴ级。洞口地形起伏较大，隧道轴线经过地段地面高程约200 m～348 m。山体植被繁茂，洞口总体覆盖层较薄，实测结果显示，洞口段13 m为半明半暗形式，隧道呈偏压结构。

3 偏压隧道施工研究分析过程

堵河隧道进口紧邻堵河，洞口位于山体的半山腰，距地面约60 m，无法正常进洞施工，而且山势陡峭，洞口无法展开施工，而出口洞口较低，修便道易到达洞口，因此，经过研究决定从出口单端掘进。

堵河隧道左线出口洞口，位于V形冲沟的上方，地形坡度为45°，沟底距洞口高差为14 m，洞口段围岩呈松散块石状，中间夹着黄土，厚度约为7 m，遇水成泥。山体植被繁茂，洞口总体覆盖层较薄，隧道埋深浅且偏压严重。在开挖边仰坡时会引起洞口左侧土体的滑动或坍塌，尤其是在暗洞施工时左侧土体还可能会产生下沉或使隧道产生冒顶，对隧道的施工极不安全，工期得不到保障。

原设计出口里程为ZK22+541，右侧成洞面里程ZK22+531，左侧成洞面里程ZK22+539，洞口采用半明半暗施工，隧道偏压非常严重，左侧临时开挖面设计为1∶1的坡率，经过测量发现，左侧边仰坡开挖高度较高，达到32 m，无法保证边仰坡的稳定性和进洞的安全性，同时开挖难度极大;通过业主、设计及监理单位多次到现场会勘，最后把隧道出口里程向外延伸6 m，确定在ZK22+547，左侧成洞面里程定在ZK22+545，边仰坡开挖高度降至20 m左右，提高了边仰坡的稳定性，保证了施工的安全，降低了一定施工难度。偏压隧道施工以新奥法为原理，坚持管超前、短开挖、弱爆破、早封闭、强支护、勤量测的原则。

4 施工方案

洞口施工好坏直接决定着隧道是否能够顺利进洞，因此对偏压隧道洞口施工做好策划工作，十白项目偏压隧道洞口施工方案为:优先做好洞顶截水沟施工，布设地表沉降观测点，然后开挖边仰坡，开挖时必须避开雨天，逐级开挖后立即施作锚杆、挂设钢筋网、喷射混凝土支护，开挖至洞顶时在洞口的左侧采取打小导管进行注浆加固处理，进行洞口偏压挡墙的施工，然后开始套拱和管棚的施作。在偏压挡墙混凝土强度达到设计强度的80%以上后，开始进行反压回填，以上工作完成后方可进行暗洞的开挖和支护。要加密监控量测点，观测洞口上方沉降指导施工，确保施工的安全。

总体施工工序安排:原地面复测→截水沟施工→边仰坡测量放样→边仰坡开挖→小导管加固注浆处理→偏压挡墙施工→套拱施工→管棚施工→反压回填→洞身开挖、支护。

4.1 洞顶截水沟施工

隧道洞口开挖前，在洞口开挖边坡线5 m以外施作截水沟，截水沟通向路基边沟，以防雨季山坡汇积水冲洗已开挖的坡面，保证流水畅通，见图1。截水沟截面净宽600 mm×高600 mm;壁厚300 mm;用M7.5号浆砌片石砌筑。截水沟采用爆破和人工开挖相结合。

4.2 边仰坡开挖、支护

边仰坡防护采用锚喷支护，洞口边坡采用从上至下，分层开挖，开挖采用挖掘机配合人工自上而下逐段进行开挖，人工刷坡，分层高度2 m～3 m，每开挖完一层后就及时进行边仰坡的支护，初喷4 cm的C20喷射混凝土，再打入φ22砂浆锚杆并注浆，锚杆间距1 m×1 m，呈梅花形布置，长4 m，然后挂设钢筋网，钢筋网采用φ6的圆钢，网片间距25 cm×25 cm，最后复喷至10 cm，如图2，图3所示。

图1 洞顶截水沟施工

图2 隧道边坡开挖

4.3 偏压挡墙施工

偏压挡墙为C25素混凝土，基础宽5 m，高度100 cm，挡墙总高度11.7 m，背墙采用1∶0.25的坡率。偏压挡墙基础开挖时，应采用人工开挖，以保证不破坏岩石的完整性。基础的底层基础开挖时不能欠挖，基坑开挖至设计基底高程后，要求检验墙底地基承载力达到350 kPa，立即浇筑基础混凝土(如果地基承载力达不到要求，应加宽加深基础)。在基础混凝土达到设计强度75%后进行墙身模板的安装，考虑到施工的方便性和支撑的稳定性，基础采用一次成型的方式，并且在四周预留接槎钢筋，接槎钢筋采用φ22螺纹钢，长60 cm，间距40 cm，外露30 cm。偏压挡墙墙身采用分层施工的方式，每层施工高度约为3 m，每层间预留接槎钢筋。每层施工时需要在上一层混凝土达到设计强度的75%后方可进行模板的安装，见图4。

图3 隧道仰坡开挖

图4 偏压挡墙墙身施工工艺

混凝土采用集中拌合，罐车运输，混凝土在拌合站拌和好后用罐车运送至工地，然后采用混凝土输送泵泵送入模，分层浇筑，分层厚度控制在30 cm～45 cm，振捣采用插入式振动器，振捣时严禁碰撞模板防止跑模。在混凝土浇筑完成并且初凝后，洒水养护保证混凝土表面经常处于湿润状态。夏季温度高时，采用覆盖土工布洒水养护法养护。

4.4 套拱及管棚施工

由于隧道处于偏压且洞口半明半暗，洞口土质松散，施工难度较大，为确保顺利进洞，项目将套拱管棚分成两部分施工，即在不同部位施工套拱管棚，偏压挡墙施工完成后，先施工洞口套拱，然后施工明暗交接处套拱，套拱施工完成后进行管棚施工，见图5，图 6。

图5 洞口左侧套拱管棚施工

图6 洞口右侧套拱管棚施工

4.5 洞顶回填土

堵河隧道出口左线洞口桩号为ZK18+547，明暗交接处为ZK22+545和ZK22+535，在进洞时须先把洞口 ZK22+535～ZK22+545处回填起来，靠回填土、碎石与边坡相适应的侧向土压力来抵住洞顶左侧土体的滑动，使洞口处的暗洞开挖保持稳定。

1)材料要求:回填土质必须是渗水性好的砂性土质。

2)施工工艺:基底清理→拱背回填→拱顶回填→铺防渗层。

3)施工技术要求:洞顶拱背回填应对称分层夯实，每层厚度不得大于0.3 m，其两侧回填土高差不得大于0.5 m，回填至拱顶齐平后，应立即分层满铺填筑至要求高度，夯实度不小于90%，达到设计高度后，回填层表面应施作50 cm厚粘土隔水层，隔水层应与边仰坡搭接良好，封闭紧密，并有1∶5的横向排水，防止地表水下渗影响回填体的稳定。