黃土公路隧道進洞施工技術及探究

陳國營

(重慶交通大學土木工程學院，重慶 400074)

對于黃土公路隧道在淺埋、偏壓、軟弱圍巖、富水、松散堆積體等復雜條件工況下，隧道合理進洞技術的問題已引起廣泛關注，大多數學者通過有限元軟件模擬分析、模型試驗以及到施工現場測試等方法，經過幾十載的研究，已對洞口邊仰坡和圍巖的應力應變特征認識有很大突破，并對隧道洞口邊仰坡和圍巖的失穩機理進行深入了解，提出適合此種情況下有效治理措施。

國外如日本、瑞士和挪威等，通常采用預支護拱法、AGF工法、管棚法和小導管注漿等進洞工法。更多從洞口施工安全的角度加以考慮，施工技術和工藝上都相對比較完善，已在我國得到廣泛應用。我國在隧道施工方面一直不斷地探索創新，其大致發展歷程如下：(1)理念方面從“晚進晚出”→“早進晚出”→“零開挖”；(2)隧道洞口工程注重依次歷經安全→經濟→環保的三個過程[1]；(3)隧道的進洞技術從大開挖進洞技術→明洞進洞技術→超前支護進洞技術。但至今沒有任何一種能適用各種地質條件的進洞技術，因此有必要對進洞技術做進一步的探討。

1 洞口段常遇問題及應對措施

1.1 常遇問題

在開挖過程中，由于黃土隧道自身的特性，洞口段常伴隨著較多的地質災害，給施工安全帶來極大風險。洞口段作為隧道施工的難點與重點，由于其地形地貌、地質條件的特殊性，洞口圍巖往往受外界應力的嚴重侵蝕作用[2]。巖體破碎和節理裂隙發育等情況的出現，致使隧道在施工建設中，很容易誘發隧道災害，主要包括洞口邊仰坡失穩、地面開裂破壞、塌陷以及隧道冒頂、塌方、結構裂損、大變形與侵限、整體沉降、滲漏水等,特別是洞口淺埋段圍巖的坍塌所造成的“關門”事故新聞媒體時有報道并造成了一定的不良社會影響。

1.2 應對措施

大量的黃土隧道工程施工案例表明，施工時，須嚴格按照“短進尺、少擾動、勤量測、早封閉”的原則來實施[3-4]。對洞口段常遇問題，主要從加強防排水、選擇合理的開挖方式、加強監控量測、加固地基、減小周圍施工干擾等幾個方面來入手(表1)。

表1 黃土公路隧道常遇問題應對方案和實施措施

2 進洞技術

2.1 大挖大刷進洞

19世紀，為減少隧道的長度，常選擇洞口位置在明塹和隧道的等價點上來進行設計，進而允許隧道洞口位置設計在山體深處，但很難避免明塹大挖大刷現象。之前的鐵路建設常采用“晚進晚出”的理念，導坑式是較為常用的施工方式，先刷洞面，接著架明箱，鋪裝滿土的草袋。進導坑的時候，通常采用邊挖邊撐放小炮的方式，等進到洞里一定距離之后，慢慢的從內側向外側來進行擴大施工，從而再對襯砌進行施工，與此同時修筑洞門[5]。

2.2 明洞進洞

明洞的回填相對于大開挖進洞，從很大程度上來說，減少了開挖量，開挖依次可按削坡→洞外拉槽→明洞底板灌注→洞身襯砌等順序進行。與大開挖相比較穩妥，但也有一些不足，如前期工作較繁瑣、經濟性差等。

在傍山工況下，一般采用修筑的棚洞結構，減少開挖的同時也保護了周圍環境，還可以遮擋崩塌落石，保證隧道安全運營；洞口處于破碎、淺埋以及滑坡的工況下，大多數工程難免要進行一些開挖，為確保后期安全運營，需要加長明洞的方式，來慢慢恢復洞口的生態環境，提高山體的穩定性[6]。明洞相對于大開大挖有很大的改觀，但仍要進行刷坡，必然對周圍環境造成破壞，很難恢復到原來的生態環境。如果開挖量較大，也會引起坍塌、滑坡現象。

2.3 超前支護進洞

通過上述對大開大挖和明洞進洞的技術深入了解后，深知其中的不利因素，大多數研究者進而轉向少開挖或“零開挖”的進洞方法，為了減少對洞口段的開挖，采取一系列措施來加強隧道洞口處圍巖的自穩，隨著時間的推移，進一步得出超前支護加固進洞方法[7]。這種方法使圍巖的穩定性得到大幅度提升，與洞內襯砌支護結構很好的融合在一起，達到高標準安全進洞目的。常見支護方式有抗滑樁、擋墻、管棚法、鋼支撐、超前小導管等多種形式。“前置洞口工法”使“零開挖”理念在少數工程實例中得到全新的應用，在不挖山體的情況下，采取兩側開槽布置工字鋼拱架前進到山體，充分利用縱向鋼筋與鋼拱架形成一個整體，在進暗洞前，澆筑混凝土形成臨時的襯砌洞口并進行回填反壓，再進行洞內暗挖工作。

3 掛口進洞施工與邊仰坡耦合作用分析及其一體化處治措施

基于上述進洞技術并結合在大量實際工程考察之上，本文提出隧道掛口進洞施工，隧道洞口段有可能發生隧道滑坡、坍塌、結構破裂、漏水等問題，邊仰坡也很有可能會發生地面開裂塌陷、側向山體滑移、危巖崩落等施工災害，所以洞口段施工難度較大，必須科學地進行隧道掛口進洞施工與邊仰坡的耦合作用分析；進洞工作前須制定好切實可行、安全可靠的施工方案，才能確保施工安全和運營期的長久安全性。在開挖進洞前，有關的邊仰坡就應該進行綜合整治，即首先對洞口周圍有關的邊仰坡采取一體化處治防護，且對明暗溝交匯處所形成的坡面采取臨時防護，同時進行掛網和噴錨聯合支護，邊仰坡須要噴錨支護，來確保洞口邊坡的穩定，同時必須做好洞口的排放水溝渠系統，防止因雨水滲透等而發生滑坡或邊仰坡坍塌現象。地表注漿加固則可大幅度增強淺埋洞口段圍巖自承能力。之前偏壓洞口的施工方法通常清理邊仰坡表面植被，緊接著對邊仰坡進行反壓處治，但邊仰坡的開挖會打破山體之前的平衡，較容易引發坍塌、順層滑動等施工災害。大量工程實踐表明，隧道沒開挖時其圍巖是穩定的。因而，對于目前所提倡得自然進洞原則以及“零開挖”概念，即在進洞前采取諸如大管棚、超前小導管等預加固方法，不打破洞口原有平衡，來實現隧道洞口“早進、晚出”的建設基本原則。

4 監控量測

為保證黃土公路隧道掛口進洞施工的順利進行,須進一步研究黃土隧道的結構、受力特點，對公路黃土隧道施工現場進行監控量測[8]，為隧道動態設計提供依據和信息，進而指導施工和預報險情，并作為地下工程的設計與施工積累寶貴經，同時是對隧道進行長期監視的可靠手段。依據黃土公路隧道自身的特性，監控主要包括地質及支護狀況觀測、周邊收斂測量、拱頂下沉測量、地表沉降測量、圍巖內位移監測、圍巖壓力、鋼拱架和棍凝土應變、鋼筋和錨桿軸力測量等內容。掌握圍巖與支護結構的動態，對圍巖的穩定性做出合理判斷，進而對支護結構的合理性及安全性做出評價，為項目的實施提供可靠資料。

5 突發處理措施

防止掛口進洞施工風險的發生，對實際工程已發生的災害原因進行分析總結，得出一套較實用的黃土公路隧道施工突發問題處理方法，即施工時須按照“定計劃、做準備、聽指揮、勤觀測”的方針嚴格實施(表2)。

表2 黃土公路隧道施工突發問題處理措施[9]

6 結束語

綜上所述，針對黃土公路隧道自身的特性，在進洞段施工時應注意危險源排查工作，加強地表防排水措施，選擇適合隧道本身的進洞方案，監控量測工作落實到個人，加快斷面封閉成環，最大程度使隧道周圍環境干擾降到最低等，加強各個環節的控制，深入開展其隧道掛口進洞施工與邊仰坡耦合作用分析及其一體化綜合處治技術的攻關工作，使圍巖自身的承載能力得到充分發揮,大大減少施工類似事故的發生，提高生產效率，從而產生良好的經濟與社會效益。