淺議山嶺地區隧道施工

摘要：山嶺地區的公路隧道由于受實際地質條件及水文條件的影響，在設計和施工方面均存在一定的難度。文章對湖南某山嶺地區隧道施工過程中遇到的技術問題進行了梳理，并就此類隧道的施工技術淺談了體會。

關鍵詞：山嶺地區；隧道施工；工程技術；公路隧道；地質條件；水文條件 文獻標識碼：A

中圖分類號：U455 文章編號：1009-2374（2016）29-0101-03 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.29.045

1 概述

隧道通常指用作地下通道的工程建筑物，其在山嶺地區可用做克服地形或高程障礙、改善地形、提高車速、縮短里程、節約燃料、節省時間、減少對植被的破壞，保護生態環境，同時可有效防止落石、塌方、雪崩、崩塌等地質危害，因此在交通運輸工程中使用較為廣泛。

山嶺地區的公路隧道由于受實際地質、地形條件的影響，設計、施工均存在一定的難度，其中又以隧道洞體開挖過程中支護體系的施工最復雜，本文結合湖南某山嶺地區隧道施工中遇到的問題就隧道的施工技術進行探討。

2 工程概況

湖南某山嶺地區道路共有隧道1處（K0+650～K1+465），其全長815m，屬于中隧道。隧道位于直線上，單向縱坡-1.98%。隧道路面雙向橫坡2%。

隧道輪廓線按60km/h行車速度確定，采用雙心圓，凈寬9.0m，凈高8.4m。

根據地質勘察資料，隧道位于新華夏系第二沉降帶，主要構造為新華夏系構造，北東向構造發育，出露基巖主要為元古界泥質板巖、砂質板巖夾變質砂巖，巖層傾向變化較大，受其影響，巖石節理裂隙發育，據此，設計最終判定K0+650～K0+725、K1+440～K1+465段隧道圍巖為Ⅳ級，K0+725～K1+440段隧道圍巖為Ⅲ級。隧道設計以新奧法原理為指導，各類襯砌均采用復合式襯砌。隧道路線范圍內圍巖級別為Ⅲ級、

Ⅳ級。

3 原設計方案及開挖方案

3.1 原設計支護方案

Ⅲ級圍巖（K0+725～K1+440）：設計采用復合式襯砌，初期支護由系統錨桿、單層鋼筋網、噴射混凝土、工字鋼鋼拱架（圍巖較差處）組成，模筑混凝土作為二次襯砌，初期支護與二次襯砌之間鋪設復合防水板作為防水層，具體參數如下：系統錨桿：D25型中空注漿錨桿L=300cm，縱、環向間距100×120cm梅花形布置；單層鋼筋網：直徑8mm的一級鋼筋，網格間距25×25cm；噴射混凝土：15cm厚的C25混凝土；二次襯砌：35cm厚的C30混凝土。

Ⅳ級圍巖（K0+650～K0+725、K1+440～K1+465）：設計基本同Ⅲ級圍巖，也采用復合式襯砌，但系統錨桿的縱、環間距由100×120cm調整為100×100cm，初次襯砌中鋼筋網片的網格間距由25×25cm調整為20×20cm，噴射混凝土厚度由15cm調整為22cm，此外初次襯砌中增加了鋼拱架。

超前支護方案（K0+650～K0+725，K1+440～K1+465）：隧道弧頂120°范圍內采用采用外徑42mm、厚3.5mm的熱軋無縫鋼管進行超前支護，其中小導管長350cm，呈梅花形布置，環向間距0.24m，縱向間距2m，鋼管前端呈尖錐狀，尾部焊上直徑6mm的加勁箍，管壁四周鉆6mm壓漿孔，超前小導管施工時，鋼管以10°～15°的外傾角打入圍巖，鋼管環向間距24cm，超前小導管間保持1m的搭接長度。

3.2 原施工開挖方案

隧道洞身開挖采用“新奧法”施工，光面爆破技術，先施工超前小導管（如有設計時），然后對洞體采用上下臺階法進行開挖，即先進行上半斷面開挖，上半斷面初期支護，再進行下半斷面開挖，下半斷面初期支護，上臺階的高度約為8.366m，下臺階主要為仰拱區域，洞體整體開挖完畢后施工二次襯砌。每循環進尺為1.5m，每月的平均進尺為45～50m。洞體開挖工序如下：超前小導管施工（如有設計時）→上臺階爆破作業→洞體上臺階開挖除渣→上臺階初期支護→下臺階爆破作業→下臺階開挖除渣→下臺階支護跟進→二次襯砌。

4 現場實施情況

××年8月下旬，隧道啟動現場施工工作，考慮到隧道出洞口地質條件相對較好，因此現行進行施工，并開展了爆破試驗，但局部出現了坍塌問題。針對隧道出洞口出現的局部坍塌問題，現場組織專題會議進行了討論，分析原因主要為出洞口上部基巖較為破碎，下部開挖形成臨空面后，原設計支護方案無法滿足實際需求，因此形成坍塌，經討論，初步提出了長管棚的強支護方案，即進洞前先施工長管棚和明洞，在形成支撐體系后，再進行暗洞洞體的開挖。此外，隧道進洞口上方有一“Y”形自然沖溝，進洞口隧道整體需從該沖溝下方進行穿越，由于隧道上方巖體含水率較高，基巖較為破碎，圍巖的整體強度與穩定性相對于出洞口還要差，鑒于出洞口開挖后出現的問題，經討論達成一致意見，進洞口的方案也必須進行調整，會上初步提出了兩種方案：一種是對進洞口進行調整，避開最差的沖溝區域圍巖，確保能夠順利進洞，并增加長管棚的強支護方案；另一種是明挖方案，即對圍巖較差的區域采用大開挖方案。后經過專家評審，確定隧道進洞口采用洞口位置調整以及增加長管棚強支護的變更方案，出洞口采用增加管棚支護的變更方案。

××年10月中旬，現場按照隧道進洞口、出洞口的設計變更方案以及修改后的施工方案繼續開展施工，其中出洞口按照長管棚方案進行開挖，并逐步走入正軌，進洞口開始仰坡的開挖及支護，并且同步開展隧道監控量測工作。

××年11月中旬，隧道進洞口已完成噴錨支護的仰坡出現了一道裂縫，現場組織專題會就該問題進行了討論，并確定了由施工單位對裂縫進行監控，設計院針對該問題提交仰坡的加固方案，最終確定了增加長管棚的加固方案，現場根據該方案開始對仰坡進行加固，繼續進行仰坡的開挖。

次年1月，由于仰坡裂縫繼續擴大，且已開挖洞體的拱頂和圍巖的位移值已進入風險預警值，現場停止了掌子面的洞體開挖，并對已開挖的洞體施工二次襯砌，以提供可靠支撐。關于仰坡裂縫問題，各方均認為仰坡自身穩定性存在問題，需進行加固，并經討論確定了增加明洞的方案，即在現有洞外加長35m明洞，其上部回填土方，對現有仰坡形成反壓，保證其穩定性，鑒于進洞口開挖過程中遇到的地質、水系復雜等諸多問題，為給接下來的洞體開挖提供基礎性數據，現場重新對隧道進洞口沖溝段進行詳勘。

次年2月，隧道進洞口已施工的二次襯砌出現了裂縫，現場組織了針對該問題的專家咨詢會，并結合補充的勘察資料，對進洞口原有的支護方案及開挖方案進行了調整：

第一，圍巖類別調整：K0+655～K0+720段隧道圍巖為Ⅴ類圍巖，K0+720～K0+773段隧道圍巖為Ⅳ類

圍巖。

第二，調整后的設計支護方案：Ⅴ級圍巖（K0+655～K0+720段）：初期支護及二次襯砌的總體方案未變，但對具體參數進行了較大的調整：系統錨桿：D25型中空注漿錨桿L=300cm，縱、環向間距75×100cm梅花形布置；單層鋼筋網：直徑8mm的一級鋼筋，網格間距15×15cm；鋼拱架：18工字鋼拱架，間距30cm；噴射混凝土：24cm厚的C30混凝土，并加設間距15×15cm直徑10mm的鋼筋網片；二次襯砌：60cm厚的C35鋼筋混凝土（其中配筋情況：主筋直徑28mm，間距15cm，箍筋直徑10mm，間距25cm；縱向連接筋直徑14mm，間距25cm）。

第三，調整后的超前支護設計：K0+653～K0+674段圍巖在其拱部120。的范圍內均增加長管棚支護。

第四，調整后的開挖方案：Ⅴ級圍巖（K0+665～720）區域仍采用臺階法進行施工，但對臺階的高度進行了調整，洞體整體分為三個臺階進行開挖，其中上臺階高度為拱頂往下5.0m，中臺階高度為上臺階底部往下3.366m，下臺階與原方案保持不變，仍為隧道仰拱區域，先施工長管棚，接著進行上臺階的爆破開挖、初期支護，再進行中臺階的爆破開挖、初期支護，最后實施仰拱的爆破開挖、初期支護以及洞體整體的二次襯砌。總體施工工序如下：長管棚施工→洞體上臺階爆破作業→洞體上臺階開挖除渣→上臺階初期支護→中臺階爆破作業→洞體中臺階開挖除渣→中臺階初期支護跟進→下臺階爆破作業→下臺階開挖除渣→下臺階初期支護跟進→洞體整體二次襯砌。

長管棚每循環進尺15m，所需時間為12天，上臺階每循環進尺為0.8m，每循環施工時間為30.5個小時；中臺階每循環進尺3.5m，每循環施工時間為19小時。

之后進洞口的開挖逐步趨于正常，并于次年10月底實現了隧道的貫通。

5 分析與體會

5.1 隧道洞口位置的選擇

隧道洞口開挖時，由于面臨隧道上方仰坡、隧道開挖后拱部及掌子面三個臨空面，因此若所處位置基巖較差，則對工程支護體系要求較高，因此隧道洞口位置的選擇極為重要，所謂的“早進洞”即是要求能進的盡量進入洞體內部，避免洞口開挖時多個臨空面所帶來的支護體系風險，因此洞口選擇時應考慮避開滑坡、崩塌、泥石流等不良地質地段，并應著重考慮確保邊、仰坡的穩定性，以免造成難以整治的病害，且一般應設在山體穩定、地質條件好、排水有利的地方，同時應盡量避免“大挖大刷”，破壞山體穩定。結合我們的隧道進洞口，可以看出，最初的洞口位置不是特別理想，由于其剛好位于沖溝區域，因此上方基巖為富含水帶，圍巖的強度和整體性都較差，同時該位置覆蓋層厚度較薄，因此如在該處進洞，則極有可能面臨入洞即冒頂的問題，因此施工過程中將進洞口位置調整到基巖情況相對來說較好且覆蓋層厚度較厚的區域，保證了順利進洞。

5.2 地質勘察的重要性

隧道作為地下結構，其支護方案極其重要，不僅影響到初步設計階段工程總體造價的經濟分析，而且直接影響到施工階段的施工部署及施工安全，因此前期作為設計輸入條件的地質勘察資料則更為重要，本工程中，最初將K0+650～K0+725、K1+440～K1+465段隧道圍巖判定為Ⅳ級，K0+725～K1+440段隧道圍巖判定為Ⅲ級，但后期由于隧道進洞口施工中出現的諸多問題，現場對隧道進洞口的地質情況重新進行了勘察，并將K0+655～K0+720段隧道圍巖判定為Ⅴ類圍巖，K0+720～K0+773段隧道圍巖判定為Ⅳ類圍巖，相應的支護方案做了較大的調整，同時也直接影響整個項目的投資及進度控制，由此可見勘察資料的重要性，建議針對類似工程的地質勘察工作，能夠強化過程中的獨立第三方的監督復查工作和勘察報告的專家審查工作，以確保勘察資料的準確性。

5.3 隧道施工中監控量測的必要性

上面提到了地質勘察資料作為設計輸入條件，必須保證其準確性，但畢竟地質勘察只是通過一定數量的勘察布孔去收集相關的地質、水文信息，由于現場地質情況一般變化復雜，因此勘察資料與實際地質情況不可避免存在一定的差別，這種差別就需要施工過程中通過監控量測來進行補充，隧道施工過程中由第三方監測單位負責對洞口仰坡、洞內支護體系進行監控量測，在驗證已有支護體系適用性的同時，對后續施工支護方案及開挖方案的及時調整提供基礎性數據。

6 結語

總體來說，湖南某山嶺地區隧道工程整體經歷了兩年時間的施工，雖然進洞口區域地質條件較為復雜，前后經過了多次的設計變更，但經過參建各方的努力，最終還是克服了諸多技術難題，實現了成功貫通，并完成了安全生產目標，對于施工過程中留下的寶貴經驗，值得我們很好地去深思、體會。

作者簡介：戈繁（1982-），男，湖北宜昌人，中核集團湖南桃花江核電有限公司工程管理處工程師，研究方向：工程管理。

（責任編輯：小 燕）