臥虎山隧道左線上導坑出洞施工技術

吳發展 龍楊

(中鐵隧道集團二處有限公司 河北廊坊 065201)

0 引言

山嶺隧道洞口施工，胡平等[1]貫徹環保理念，主張“零開挖”。蒙華鐵路隧道對施工圖現場設計優化，貫徹“保護優先，預防為主”的原則，實現“零開挖”進洞[2]。林坤霖[3]等在隧道洞口采用更具彈性且無需砍伐樹木的非混凝土結構護坡預應防護網工法，使隧道洞口的設計施工更加彈性及符合環境保護。卓國平[4]研究橋隧相連處或洞口懸巖陡坎段無施工場地的隧道反向施工法，對洞口段地表預加固和施工相鄰橋臺的同時，反向挑開洞口，不但增加洞口段施工安全性，并且有效提高施工效率。公路隧道斷面大，出于防坍塌和施工安全，洞口段通常不采用全斷面開挖法[5]。由于線路的走向及場地的限制，隧道洞口橋隧相連或地形陡峭，不便于直接進洞[6-7]，在不影響工期的情況下，臥虎山隧道左線由出口端獨頭施工到進口端洞口附近，由上導坑先行貫通，解決施工便道的問題，再對洞口進行加固擴挖。

1 工程概況

陜西寶雞至坪坎高速公路是《國家公路網規劃(2013-2030)》銀川至昆明高速公路(G85)的重要組成部分[8]。6標臥虎山隧道左線起訖里程為ZK137+565.4～ZK139+010，隧道左線長1444.6m； 臥虎山隧道進口位于寶雞市渭濱區神龍鎮邵家溝村邵家溝內， 左右線洞口位于山腰上，山體陡峭，距坡腳約32m(圖1)，洞口距S212省道4.8km。左線進口洞口ZK137+569.9處埋深約2m，ZK137+599.9處埋深約37m。左線進口洞口洞頂有粉質粘土覆蓋，圍巖以強風化花崗巖為主，節理發育，巖體較破碎，呈松散結構，開挖時巖體易沿節理面崩塌。隧址區未見地表水，地下水礦化度低，水化學類型簡單，為HC03-Ca-Mg-Na型，主要為重碳酸型、礦化度小于1g/l的淡水，對混凝土、鋼筋、鋼結構具有微腐蝕性。由于隧道進口端位于5標施工場地山腰上，山體陡峭，且洞口緊鄰5標的橋梁工地，不便于修建施工道路，也無場地修建施工臨建設施，在滿足工期要求的前提下，隧道施工采取從左線出口端向進口端單向掘進，再利用洞口30m的左側先行上導坑出洞，如圖2所示。

圖1 臥虎山隧道左線、右線進口洞門

圖2 側壁上導坑

2 出洞方案

根據項目部測量組實際復測斷面資料顯示，臥虎山隧道左線ZK137+569.9明暗交界處覆土高程為950.97，明暗交界處左側先行導坑上部拱腳高程為950.76，因此選擇明暗交界處作為出洞里程。

左線出洞方案：隧道左線從ZK137+599.9～ZK137+569.9作為SD加強段施工，施工前仰拱及二襯必須施工至ZK137+609.9與ZK137+639.9的位置。出洞采用雙側壁導坑的左側先行上導坑作為小導洞出洞，出洞洞口里程為ZK137+569.9(明暗交界)，貫通施工順序：隧道上臺階施工至ZK137+599.9→左側先行上導坑出洞至ZK137+569.9→洞口邊仰坡防護與截排水→施工洞口管棚護拱→雙側壁導坑洞身開挖(出口向進口ZK137+599.9～ZK137+569.9)→明洞仰拱→明洞襯砌→進口向出口方向仰拱及二次襯砌施工，如圖3所示。

圖3 臥虎山隧道左線進口施工示意圖

3 邊仰坡開挖

(1)先清除邊、仰坡上部危土、危石，施工截水溝，然后按設計坡度(仰坡坡度1∶0.3，邊坡坡度1∶0.5)用全站儀放樣出仰坡起始位置，挖掘機自上而下分層刷坡，臺階位置與洞外路基臺階對應，施工時確保坡面平順，沒有大面積凹凸區域。

(2)邊、仰坡及明洞開挖采用挖掘機分層開挖，人工配合機械刷坡，裝載機裝碴，自卸汽車出碴。每開挖一層，立即對坡面進行支護加固，分層開挖厚度控制在2m～3m，便于施作坡面掛鋼筋網錨噴支護。施工中盡量減少對原巖層的擾動，開挖后的坡面穩定、平整、美觀。

(3)洞口需施工套拱，仰坡刷坡時預留核心土，方便將來安裝拱架。

4 套拱支護

隧道左線套拱進洞起點樁號ZK137+571.9，終點樁號ZK137+569.9，長度為2m，采用C30混凝土，厚度為60cm。套拱在明洞外輪廓以外，套拱內埋Ⅰ20a型工字鋼4榀，環向采用φ22螺紋鋼筋連接，連接筋環向間距1.0m，并在鋼拱架內、外緣交錯布置，如圖4，表1所示。工字鋼與管棚套管焊成整體，基礎采用C30混凝土。管棚采用熱軋無縫鋼管，型號：φ108×6，節長為3m、6m，單根總長度30m(單根有效長度30m，護拱2m)，鋼管環向間距為40cm，仰角1°～2°(與線路中線平行)，管棚內設置φ28的通長筋。

(1)基本參數

①套拱長度為200cm，厚度60cm，與明洞間預留15cm預留變形量；

②鋼拱選用I20a 工字鋼，架立4榀，間距60cm，兩端保護層厚度10cm；連接鋼筋為φ22帶肋鋼筋，間距1m，并內外交錯布置；

③導向鋼管選用φ133×4鋼管，與工字鋼焊接牢固，外向插角2°；鋼管內通筋選用φ28帶肋鋼筋。

(2)掏槽開挖

測量組根據圖紙設計要求放出開挖輪廓線，對拱架安設部位進行掏槽，土槽寬(縱向方向)與護拱厚度相同。土槽開挖采用人工輔助挖掘機開挖方式進行，土槽挖好后，要求內表面成型好。清除套拱段上斷面土方，預留核心土體工作平臺以抵抗掌子面前的土體壓力。

(3)套拱基礎澆筑

①挖基礎：按設計標高開挖套拱基礎，并夯實，地基承載力不小于250kpa；基礎尺寸：長度2m，寬度1.1m，高度0.4m；

②關模，澆筑C30混凝土基礎。

(4)架立工字鋼(套拱內工字鋼)

①拱架的架立以穩定、貼近掌子面并不侵占隧道凈空為原則，安設時保證中線、法線的準確，將各連接螺栓上齊、擰緊。

②拉槽成型、經測量組檢查合格后，立第一榀拱，拱架應盡量靠近巖面；第一榀拱架架設完畢后，退回立第二榀拱架(依此類推)。拱架間采用φ22鋼筋焊接，縱向連接筋環向間距為1.0m，并在鋼拱架內外交錯布置。

③套拱拱架架設完成以后，在拱腳部位焊接φ22縱向連接筋，并在每兩榀拱架之間焊接抗剪鋼筋以形成一水平防沉梁。

圖4 鋼拱架組裝圖

編號型號內半徑內弦長內弧長外半徑外弦長外弧長弦高加工數量備注一單元I20 a882453.5458.6902463.8469.129.63圓曲線二單元I20 a692526.7540.371254255652.12圓曲線三單元I20 a/272.8//272.8//2直線

注：表中未標單位均為厘米，加工數量為一榀拱架所需個數

(5)安裝導向管

①工字鋼定位準確后，在四榀工字鋼上準確標出導向管的位置，導向管定位時，先定出頂部導向管位置，然后向兩邊對稱，每間隔40cm一個，共計37根。

②定位完畢后進行固定導向管：采用固定筋雙面焊接，焊接長度不小于15cm。導向管必須保證不松動，定位準確，外插角2°，方向平行于路線中線。

③考慮因掌子面不平整，靠近掌子面端的導向管抵緊掌子面；靠洞口方向管端在同一斷面上。導向管安裝完畢后，將導向管兩端用編織袋堵塞密實，防止澆注混凝土時混凝土進入導向管內。

(6)關模澆筑混凝土

①拱架和導向管安裝完畢后，進行內外模板鋪設。模板采用厚度5cm、寬度為20cm、長度為2m～3m的木板，模板連接處要嚴密、牢固，以防跑模漏漿。內模板采用方木(10cm×10cm)加頂托、墊板做支撐骨架，方木長度及布置間距根據現場核心土實際情況布置。在核心土架立底模和側模支架減小支架高度。內外模及側模均采用φ22螺紋鋼在模板背后作為加勁筋，間距為30cm，用φ8的鋼筋與拱架焊接，連接內外模板的鋼筋進行加固。模板安裝時，分別在套拱外兩側及拱頂預留混凝土下料窗口，對套拱混凝土進行分層澆筑(圖5)。

②混凝土采用自拌混凝土，輸送泵澆筑，澆筑時要兩側對稱澆筑，防止偏壓使拱架產生偏移，邊澆筑邊搗固，保證混凝土密實，混凝土的入模溫度、坍落度、和易性等必須滿足施工要求，在澆筑過程中注意檢查模板穩定情況，有異常時采取加固手段。

圖5 護拱襯砌斷面圖

5 大管棚施工

(1)大管棚制作：管棚采用長32m(有效長度30m，護拱2m)、φ108mm×6mm的無縫鋼管，編號為基數的第一節采用3m，偶數的第一節采用6m長，以后均為6m，最后打入的一節結合套拱長度截取合適長度，連接采用絲扣連接，絲扣長度不小于15cm；靠近洞口3m范圍內鋼管為無孔，其余長度鋼管鋼管壁四周鉆4排φ10的注漿孔，間隔15cm，每2排之間錯開7.5cm布置，預留止漿段長度為5m。同一斷面接頭數不大于50%，相鄰鋼管接頭錯開1m以上。

(2)鉆孔、安裝

①采用預留的核心土平臺作為鉆機操作平臺，超前管棚鉆孔采用YGL-100A管棚鉆機平行鉆孔作業，利用鉆機的沖擊和推力將安有工作管頭的棚管沿引導孔鉆進，鉆孔沿隧道周邊以2°外插角打入圍巖 (不包括路線縱坡)，方向與路線中線平行，管棚環向間距40cm，每鉆完一孔便頂進一根鋼管[9]。

②先安裝奇數鋼花管，安裝完畢后立即注漿，再安裝偶數鋼花管，通過偶數鋼花管鉆進時流出的液體及其顏色檢查奇數孔的注漿質量。

③鉆孔順序由高孔位向低孔位進行，開孔時低速低壓，待壓孔后可加壓到1.0～1.5MPa，鋼管施工誤差徑向不大于20cm，橫向不大于5cm。

(3)注漿

①注漿泵選用2臺，管棚灌注漿液：純水泥(添加水泥重量5%的水玻璃)漿液，注漿水灰比為1∶1，注漿壓：初壓為0.5～1.0MPa，終壓2.0MPa，漿液擴散半徑不小于0.5m，注漿采用分段注漿。注漿結束后及時清除管內漿液，并用M30水泥砂漿緊密充填，增強導管的剛度和強度[10]。

②注漿前先做注漿現場試驗，注漿參數通過現場試驗按實際情況確定。

6 暗洞洞身開挖方法

隧道進口洞口加強段圍巖為V級圍巖，巖性表現為強風化，巖體較破碎，呈松散結構，故采用雙側壁導坑法開挖，水壓爆破松動(炸藥單耗量0.93kg/m3)，如圖6，表2所示，施做時嚴格控制藥量，裝載機裝渣，自卸汽車運輸；初期支護落底后及時施作仰拱填充，然后施作二次襯砌。

圖6 雙側壁法上導坑爆破開挖設計圖

序號炮眼分類炮眼數(個)雷管段數炮眼深度(m)裝藥結構單孔裝藥量(kg)合計藥量(kg)1掏槽眼610.692擴槽眼230.6連續連續0.42.40.30.63輔助眼150.6連續0.30.34三圈眼1070.6連續0.335二圈眼2290.6連續0.36.66周邊眼35110.6間隔0.062.17底板眼9130.6連續0.363.24合 計85炮泥85節水袋170袋18.24

7 結語

(1)臥虎山隧道左線進口端洞口邊、仰坡及明洞開挖施工中盡量減少對原巖層的擾動，開挖后的坡面穩定、平整、美觀。

(2)洞口施工套拱，仰坡刷坡時預留核心土，方便將來安裝套拱拱架。

(3)套拱、管棚支護，起到加固隧道洞口段圍巖的作用，有利于施工安全。

(4)左側先行上導坑出洞，探明了隧道地質情況，有利于施工方法選擇和爆破參數確定。

(5)左線進口端洞口的安全施工，為類似條件的右線進口端洞口提供了施工便利。