偏壓淺埋隧道洞口施工技術分析

文/楊勇

1 前言

伴隨經濟不斷發展，很多技術等級較高的公路開始從平原地區不斷向山區蔓延，為了良好的適應地形條件和高差等因素的影響，從根本上解決生態環境等因素造成的不利影響，難免需要在地質條件相對較差的情況下進行隧道工程建設，比如在偏壓淺埋條件下進行隧道施工，這樣除了會使施工難度大幅度增加，而且還會對施工安全造成一定程度的影響，延誤工期、增加造價，最終對工程實際運營質量及耐久性造成影響。因此，有必要結合具體的隧道工程案例探究偏壓淺埋隧道工程的洞口施工技術和方法。

2 工程概況

某隧道工程全長約910m，其出口標號為DK416+305，處在曲線段上，曲線的半徑為1200m，整條線路的縱坡值為-14.8%，埋深可打208m。該隧道所在地區的地形較為陡峭，有著很大的相對高差，為200～250m，隧道出口的右側是一個單面坡，表面以坡積殘積粘土為主，中間夾有一定量的碎石，厚度在0～5m范圍內；對于下伏基巖，分別為頁巖夾石英砂巖、泥巖和生物屑灰巖。巖層的走向和線路夾角都相對較小，右側一直處在偏壓的狀態，在這種情況下，拱腳與邊墻都容易出現滑動塌方，是典型的V 級圍巖。現圍繞該隧道工程實際情況，對其洞口施工技術做如下深入分析。

3 施工技術

對于隧道工程施工，需遵循長隧道看中間和短隧道看兩端原則，為保證洞口處在安全穩定的狀態，應先對洞口處偏壓狀態實施有效處理，然后再穩妥進洞。由于洞口處的地形具有左低右高的特點，且覆蓋層的厚度較小，在縱向的40m 范圍內埋深只有1～6m。若未加處理，開挖后會對原山體穩定性造成破壞，使上方圍巖很難保持在穩定狀態而產生明顯的變形。該變形發展速度很快，極易導致圍巖處在松弛的狀態，引起張裂破壞，最終導致整個洞口發生塌陷。基于此，對該偏壓洞口進行開挖時，必須對圍巖變形進行有效控制。

3.1 預加固處理

預加固對保證洞口段施工安全性和穩定性有重要作用，必須引起相關人員的高度重視，在實際的預加固處理過程中，應采用以下方法[1]。

3.1.1 先在洞頂進行排水天溝的施工，減少坡面上的土體荷載，同時通過錨噴混凝土進行全面封閉，避免地表水產生下滲，對坡體的穩定性造成影響。

3.1.2 在偏壓側，沿路線方向的橫、縱向分別設置8 根和6 根抗滑樁，用于抗偏加固。對于抗滑樁的施工，需間隔進行，開挖方法為弱爆破，待抗滑樁實際強度設計要求的75%以后，開始對洞口進行開挖施工。

3.1.3 由于巖層的產狀為順層，所以為防止洞口開挖施工時產生滑動，需要在洞口的頂部沿縱向設置錨桿，其間隔距離按照1.5m 控制，呈梅花形，實現對巖層的有效錨固。

3.1.4 在偏壓側和線路方向相垂直的方向設置監控點位，以此對山體的實際穩定性進行實時監控。主要監控內容為山體位移及沉降，以此保證山體在整個施工中都處在被實時監控的狀態之下。

3.2 洞口施工

根據以往工程施工經驗，施工必須嚴格遵循以下基本原則：管超前、嚴注漿、短進尺、弱爆破、強支護、快封閉和勤量測，由于洞口覆蓋層厚度相對較薄，且山體坡度較陡，通過多方研究和綜合論證，提出下列施工方案：

3.2.1 采用超前小導管進行預支護。為使進洞始終保證安全，在隧道開挖施工開始后，避免洞頂發生坍塌，完成測量放樣之后，在開挖輪廓線之外按照10°的插角設置超前小導管，然后在導管中注入水泥漿，水泥漿的水灰比按1∶1 控制，導管的長度為3.5m，在縱向進行搭接時，搭接長度不能超過1m，而環向間隔距離需按照40cm 控制，一環共25 個小導管，采用工字鋼進行支撐[2]。

3.2.2 進洞開挖。在進洞過程中，先在開挖工作面上緊貼一個鋼支撐，以此形成一個假擬的洞口，然后對小導管和鋼支撐進行焊接，將其整體設置到套拱當中，以此將洞口封鎖牢固。在V 級圍巖段，考慮到節理裂隙比較發育，而且圍巖也比較破碎，在開挖完成后無法形成良好的天然拱，為有效減小對圍巖造成的擾動，需采用人力對修整輪廓線。當采用預留核心土方法進行施工時，如果遇到大塊孤石，可通過預裂控制爆破來清除，如圖1 所示。

圖1 環向預留核心土開挖

圖1 中，①為超前注漿小導管；②為上弧形導坑開挖；③為拱部錨噴支護與鋼支撐架設；④為中核開挖。

3.2.3 在進洞長度達到20m 之后，應立即采用臺階法進行開挖，對各項爆破參數進行嚴格控制，以此減少對圍巖造成的擾動。對于掘進眼與掏槽眼，需使用爆速相對較高的炸藥，而對于二圈眼與周邊眼，需使用爆速相對較低的炸藥；對起爆時差進行嚴格控制，確保每個雷管的實際起爆時差滿足要求，避免爆破震動波形產生疊加。通過楔形掏槽可以有效減振，同時采用分層結構，避免周邊眼之間發生耦合。炮眼的布置應呈線性，完成爆破后，其臨空面應良好，而且有效顯著的自重作用，這樣除了能保證炸藥利用率，還能減少對圍巖造成的擾動。

3.2.4 初期支護。完成對洞口段圍巖全面開挖施工后，會產生一定變形，在實際施工中，開挖施工與初期支護之間的關系十分緊密，需嚴格按照相關工序做好初期支護。混凝土的噴射施工應分成兩次實施，刷幫與找頂完成后立即開始初噴，其厚度按照4cm 控制，盡可能早的完成圍巖封閉，實現對圍巖變形的有效控制。完成初期保護后，方可開始立架、掛設鋼筋網和錨桿設置，以此從根本上保證施工安全[3]。

為避免圍巖在開挖完成后產生失穩坍塌，需在做好初期支護基礎上，切實提高初期支護強度，適當增加鋼支撐之間的距離，在洞口段按照50cm 的間隔距離進行設置。為避免支撐發生下沉，需在鋼架的基腳處增設片石與鋼板，并在拱腳使用砂漿錨桿予以鎖定。在鋼架之間采用鋼筋進行連接，同時和拱架之間牢靠焊接，對于拱部錨桿，以中空注漿錨桿為宜，按梅花形進行布置，橫縱向間隔距離均為1m，在鋼支撐上還應進行錨墊板的焊接，以此形成一個多維度的支護結構，實現對圍巖收斂的有效控制，避免產生太大的變形。

4 監控量測

為了確定開挖與初期支護完成后圍巖產生的變形，保證施工安全，并為之后的二襯施工提供可靠依據，從根本上保證隧道整體安全性，實現信息反饋，需充分利用現有的監控結果為施工提供指導。

4.1 洞內和洞外觀察

在每次開挖完成后，立即對掌子面圍巖實際變化情況進行觀察，并繪制相應的地質剖面圖，同時對完成噴射施工的作業面與設置好錨桿與鋼架的段落進行觀察。對于洞外觀察，其重點在于洞口段與洞身埋深相對較淺的部分，主要內容為地表水滲透、地表裂縫與沉陷、邊仰坡實際穩定狀態[4]。

4.2 凈空與拱頂變化及地表下沉

在觀測凈空和拱頂變化及地表下沉情況時，應注意以下幾方面要點：

4.2.1 根據之前的分析可知，該隧道的出口段圍巖，其技術等級為V 級，施工中需按10m 的間隔距離設置沉降收斂狀況的觀測點，同時在拱頂處需要設置實際沉降的觀測點。拱腳和墻身上的同一斷面上要設置一定數量的觀測點，以此對收斂變化進行實時觀測。借助全站儀、收斂儀與水準儀對實際高程及位移進行準確量測。拱頂及凈空產生的變化需在開挖完成后12h 進行量測[5]。

4.2.2 在開挖工作面之前進行地表實際下沉情況的觀測點位，點位的設置距離為隧道埋深值和開挖高度總和。觀測直到襯砌結構完全封閉且下沉基本停止。

4.2.3 在每次量測工作完成之后都要立即對量測數據結果實施處理與分析，以此掌握具體情況，同時繪制相應的數據曲線。形成初期曲線后，對其實施回歸分析，確定可能產生的所有情況及其變化速度與最大值。如果數據存在異常，需要以具體情況為依據及時采取合理有效的加固措施，如增設鋼架、加大噴層厚度和對錨桿進行適當加密與加長處理等[6]。

5 結語

對整個隧道工程而言，洞口段施工為關鍵所在，特別是地質條件相對較差的隧道，其洞口施工就顯得更為重要，在很大程度上決定了后續隧道施工能否順利和安全地完成。如果洞口段施工做不好，將對之后的正常施工及施工安全都造成很大的影響，甚至發生安全事故，造成人員傷亡及財產損失。該隧道工程的洞口段埋深相對較淺，而且存在滑坡與偏壓等情況，對此，需采取行之有效的施工技術措施，在保證施工安全的基礎上，順利完成預定的各項施工任務，收獲良好效果。

首先，對隧道洞口段地表實施預加固，使洞口和邊仰坡始終處在安全穩定的狀態。

其次，在進洞之前通過合理有效的預支護，包括超前小導管等，使每循環進洞都處在安全狀態。

再次，施工中嚴格遵循了以下各項基本原則：管超前、短進尺、弱爆破、強支護、勤量測和速反饋，尤其是在洞口開挖施工完成后，保證所有循環進洞保證安全，及時有效地完成支護。

最后，通過實時監控量測，實現動態施工，以此及時且準確地對各項數據信息進行采集和分析處理，以此實現對支護參數的有效調整，為實際施工提供正確指導。