公路山嶺隧道單向出洞技術(shù)研究

周滿兵

（1.安徽省公路工程檢測(cè)中心，安徽 合肥 230051；2.橋梁與隧道工程檢測(cè)安徽省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，安徽 合肥 230051）

山區(qū)公路隧道洞口地形陡峭，水、電等施工[1]設(shè)施搭建困難，工作場(chǎng)地狹窄，研究這種條件下隧道單向出洞技術(shù)[2]，以解決交通不便等問(wèn)題，同時(shí)保障施工安全，滿足工程進(jìn)度。

1 工程概況

南田隧道位于黃山市休寧縣境內(nèi)，起訖樁號(hào)K35+215～K35+661，為單洞雙向行車隧道，全長(zhǎng)446m。隧址區(qū)地勢(shì)以茶子嶺為界，呈兩邊低中間高，地面高程一般在380m～580m，地形起伏較大，地貌以中低山丘陵地貌為主，局部分布有山間溝谷，沿線植被多為幼樹(shù)、灌木、雜草為主，生長(zhǎng)茂密。隧址區(qū)地層屬揚(yáng)子地層區(qū)江南地層分區(qū)，基巖巖性為休寧期晚期花崗巖，分布層殘坡積覆蓋層。

1.1 洞口地質(zhì)條件

南田隧道從大樁號(hào)往小樁號(hào)方向開(kāi)挖掘進(jìn)，出洞口位于穿越山咀的西北坡，山坡地勢(shì)陡，自然坡度約為70。。洞口段主要為中風(fēng)化花崗巖，零星分布薄層殘積土，中風(fēng)化巖性硬，受F43斷層影響，巖體破碎，洞口仰坡總體穩(wěn)定性一般。

1.2 洞口段設(shè)計(jì)情況

隧道出洞口段（K35+215～K35+240）為Ⅴ級(jí)圍巖，此段主要穿越中風(fēng)化花崗巖。洞口段設(shè)計(jì)采用V淺型復(fù)合式襯砌，初期支護(hù)采用強(qiáng)度高、剛度大的I20a型鋼，間距0.6m，鋼支撐與圍巖之間使用墊塊楔緊，及時(shí)用噴混凝土噴滿其空隙，二次襯砌采用60cm鋼筋混凝土。

原設(shè)計(jì)隧道K35+215～K35+250段為淺埋層地段，采用φ108無(wú)縫鋼管大管棚作為輔助工程措施，大管棚長(zhǎng)30m，環(huán)向間距為40cm,鋼管軸線與襯砌外緣線夾角1。～3。，設(shè)置于襯砌拱部約120。范圍，管棚注漿采用水泥漿液。

2 出洞方案的確定

2.1 現(xiàn)場(chǎng)施工條件

南田隧道出洞口端斜坡較陡，洞口下方4.5m為原G205公路，洞口離原公路平面距離只有1m。原圖紙?jiān)O(shè)計(jì)大管棚已難以實(shí)現(xiàn)。現(xiàn)面臨的有以下幾點(diǎn)困難：

①隧道出洞口下面是原G205公路，進(jìn)行管棚施工時(shí)，至少要有15m的縱向平臺(tái)，勢(shì)必會(huì)占用G205國(guó)道，會(huì)阻斷公路的交通，按照我國(guó)道路交通法律的相關(guān)規(guī)定，G205國(guó)道長(zhǎng)時(shí)間封閉交通施工的審批不可行；

②地形陡峭，加之高差太大，施工場(chǎng)地沒(méi)法搭建，水、電無(wú)法保證；

③如若強(qiáng)行在該洞口進(jìn)洞施工，因地勢(shì)陡峭、工作場(chǎng)地狹窄，同時(shí)又要保證G205道路暢通，施工過(guò)程中會(huì)對(duì)施工人員和過(guò)往人員、車輛帶來(lái)極大的安全隱患。

2.2 出洞方案及方法

結(jié)合現(xiàn)有的施工條件，南田隧道計(jì)劃采取單向出洞的施工方法。根據(jù)隧道“早進(jìn)洞、晚出洞”的施工原則，保持山體的原始平衡狀態(tài)，避免洞口塌方，結(jié)合洞口的地形，擬采用“上臺(tái)階小導(dǎo)洞[3]貫通，加密超前小導(dǎo)管為輔，貫通后施作邊仰坡防護(hù)，由洞內(nèi)向洞外預(yù)留核心土，環(huán)向逐步擴(kuò)挖至設(shè)計(jì)斷面的出洞施工方案”。

3 隧道單向出洞施工

3.1 施工工藝

圖1 隧道施工工藝流程圖

3.2 單向出洞前準(zhǔn)備

隧道出洞前需做好以下幾點(diǎn)準(zhǔn)備工作。

①洞口上方圍巖處治

先對(duì)洞口上方陡壁圍巖進(jìn)行全部處理，具體為清理進(jìn)口端浮土、浮石、樹(shù)木等。出洞前首先按照設(shè)計(jì)文件要求施作截、排水溝以及洞口改溝，并確保排水通暢，以減少積水對(duì)洞口的沖蝕，確保洞口施工安全。

②加強(qiáng)監(jiān)控量測(cè)

重點(diǎn)進(jìn)行地質(zhì)觀察，密切關(guān)注洞口圍巖及洞內(nèi)支護(hù)變化狀況，提前布設(shè)洞內(nèi)外監(jiān)測(cè)點(diǎn)，量測(cè)圍巖周邊位移、拱頂下沉變化[4]，進(jìn)行綜合分析，通過(guò)分析成果及時(shí)反映圍巖下沉、收斂動(dòng)態(tài)，正確指導(dǎo)施工，及時(shí)調(diào)整支護(hù)參數(shù)，以保證出洞施工期間的安全。

③對(duì)洞口原G205老路進(jìn)行拼寬處理，保證半幅通行的要求，同時(shí)指派專職人員對(duì)過(guò)往車輛進(jìn)行引導(dǎo)，以免發(fā)生堵塞。

④洞口施工過(guò)程中必須遵循“短進(jìn)尺、弱爆破、強(qiáng)支護(hù)、勤量測(cè)”的原則，在隧道出洞前，要求隧道初期支護(hù)緊跟掌子面，避免掌子面圍巖裸露時(shí)間過(guò)長(zhǎng)。

3.3 單向出洞具體方案

3.3.1 上臺(tái)階小導(dǎo)洞施工

當(dāng)掌子面施工至貫通面約為15m的距離時(shí)，暫停掌子面的施工，完善圍巖的初期支護(hù)，且保證二襯施工與掌子面距離小于120m。小導(dǎo)洞施工要求如下。

①小導(dǎo)洞位于上臺(tái)階頂部，導(dǎo)洞頂部輪廓與隧道設(shè)計(jì)開(kāi)挖斷面相同，以利用超前支護(hù)系統(tǒng)和初期支護(hù)系統(tǒng)，保證小導(dǎo)洞開(kāi)挖時(shí)的穩(wěn)定與安全。小導(dǎo)洞截面尺寸為4m×4m，以方便裝載機(jī)、挖掘機(jī)施工為宜，具體布置如圖2所示。

圖2 小導(dǎo)洞斷面示意圖（單位：m）

②小導(dǎo)洞掘進(jìn)施工按每循環(huán)0.5～1.0m控制，每循環(huán)按正洞施工時(shí)的方法預(yù)先做好超前支護(hù)，支護(hù)范圍略大于導(dǎo)洞頂部寬度即可。

③每循環(huán)開(kāi)挖完成后及時(shí)施作初期支護(hù)，注意導(dǎo)洞頂部與隧道設(shè)計(jì)開(kāi)挖斷面相同，并適當(dāng)預(yù)留變形量，保證在后期施工中，圍巖收斂、拱頂下沉后不侵入二襯混凝土。導(dǎo)洞開(kāi)挖面完成后應(yīng)及時(shí)進(jìn)行初期支護(hù)，拱頂部打設(shè)φ22砂漿錨桿，長(zhǎng)度3.0m，環(huán)、縱向間距為1.2m×1.0m，梅花型布置，掛設(shè)直徑為φ8的鋼筋網(wǎng)片，網(wǎng)眼尺寸為20cm×20cm，噴射C20混凝土厚度為10cm。小導(dǎo)洞兩側(cè)采用噴射C20混凝土進(jìn)行臨時(shí)支護(hù)，厚度為10cm。

④小導(dǎo)洞施工時(shí)，每循環(huán)鉆眼增加2～3個(gè)探眼，探眼深度5m，以探明具體的剩余距離，便于安全出洞。

⑤小導(dǎo)洞施工主要以人工開(kāi)挖為主，輔以微弱爆破。每循環(huán)開(kāi)挖完畢、檢查凈空，符合要求后立即施作初期防護(hù)，盡快封閉圍巖。

⑥小導(dǎo)洞開(kāi)挖過(guò)程中，加強(qiáng)對(duì)地表監(jiān)測(cè)，發(fā)現(xiàn)異常及時(shí)處理。小導(dǎo)洞施工前對(duì)洞口原有地面進(jìn)行一次復(fù)測(cè)，準(zhǔn)確掌握出洞時(shí)洞頂?shù)母采w層厚度，確保施工安全。

⑦小導(dǎo)洞貫通后，將洞內(nèi)的供風(fēng)、供水、供電線路引出洞外，并按要求布設(shè)整齊。

3.3.2 格柵鋼架錨噴支護(hù)

圍巖自穩(wěn)能力差易坍塌時(shí)，需加工格柵鋼架，間距1.2m～1.5m,連接筋環(huán)向間距1.0m,拱部打設(shè)φ22砂漿錨桿，長(zhǎng)度3.0m，環(huán)、縱向間距為1.2m×1.0m，梅花型布置，掛設(shè)直徑為φ8的鋼筋網(wǎng)片，網(wǎng)眼尺寸為20cm×20cm，噴射混凝土厚度20cm。

3.3.3 洞口邊仰坡施工

隧道小導(dǎo)洞貫通后，保證施工機(jī)械能安全通過(guò)的情況下，及時(shí)對(duì)出洞口進(jìn)行邊坡、仰坡施工[5]以及截水溝施工，確保洞口端邊坡穩(wěn)定。

3.3.4 留核心土環(huán)向開(kāi)挖

洞外防護(hù)工程施工完成后，由洞內(nèi)向洞外按照三臺(tái)階留核心土環(huán)向開(kāi)挖。施工工序如下：

①超前小導(dǎo)管注漿加固，開(kāi)挖1部，掛網(wǎng)初噴混凝土，架立鋼架，掛網(wǎng)復(fù)噴混凝土；

②滯后1部3～5m，開(kāi)挖2部，掛網(wǎng)初噴混凝土，架立鋼架，掛網(wǎng)復(fù)噴混凝土；

③滯后2部3～5m，開(kāi)挖3部，掛網(wǎng)初噴混凝土，架立鋼架，掛網(wǎng)復(fù)噴混凝土；

④分段開(kāi)挖4部和5部，開(kāi)挖4部6m，開(kāi)挖5部4m，施做仰拱4m，依次順序漸進(jìn)；

⑤全洞貫通后及時(shí)施作二襯。

留核心土環(huán)向開(kāi)挖工序步驟見(jiàn)圖3。

圖3 留核心土環(huán)向開(kāi)挖工序圖

3.3.5 輔助工程施工

采用雙層超前小導(dǎo)管輔助措施，隧道掌子面施工至距貫通面35m時(shí)（即K35+215～K35+250段），每循環(huán)鉆眼增加2～3個(gè)探眼，探眼深度5m，以探明具體剩余距離，便于安全出洞[6]，圍巖加固采用雙層Φ50×5mm超前小導(dǎo)管，小導(dǎo)管長(zhǎng)6m，環(huán)向間距30cm，外插腳分別為 5。～8。、45。～60。，小導(dǎo)管施工與鋼拱架配套，每隔4榀一環(huán)加以輔助以保證拱頂圍巖的穩(wěn)定，必要時(shí)縮短剛架的間距。初期支護(hù)緊跟掌子面。

具體的雙層超前小導(dǎo)管布置如圖4所示。

圖4 雙層超前小導(dǎo)管支護(hù)立面圖

4 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)G205五里亭至桃林公路改建工程南田隧道的安全出洞，對(duì)公路山嶺隧道單向出洞技術(shù)進(jìn)行了探索，隧道單向出洞采用小導(dǎo)洞分部環(huán)向開(kāi)挖結(jié)合雙層超前小導(dǎo)管技術(shù)切實(shí)可行，解決了洞口施工不便造成的難題，并能夠確保隧道施工安全，可為其他類似工程施工提供經(jīng)驗(yàn)，須特別注意在任何情況下隧道工程施工必須嚴(yán)格遵守“先支護(hù)、后開(kāi)挖、短進(jìn)尺、弱爆破、快封閉、勤量測(cè)”的基本原則。

[1]黃成光.公路隧道施工[M].北京：人民交通出版社，2001.

[2]何英偉.復(fù)雜地形條件下山嶺隧道單口出洞施工技術(shù)[J].公路工程，2001（3）.

[3]王紅雨.Ⅴ級(jí)淺埋偏壓隧道出洞方案[J].山西建筑，2008（12）.

[4]郭嘉陵，李財(cái).山嶺隧道進(jìn)洞施工方案淺析[J].鐵道建筑，2004（10）.

[5]王曉宇.山嶺隧道洞口段橋隧相接工程技術(shù)研究[J].北方交通，2016（3）.

[6]劉濤.山嶺區(qū)公路隧道施工安全保障及常見(jiàn)病害處治[J].城市道橋與防洪，2016（8）.