丘陵山區高速小凈距隧道單向出洞施工技術研究

程希

保利長大工程有限公司 廣東 廣州 510000

隧道單向出洞施工技術，即單向掘進至距出洞口20m～30m處時，通過動態調整支護參數，采取CD挑梁開挖法或環形開挖預留核心土法化大斷面為小斷面、延長或增加超前小導管的搭接長度或布設數量，提高注漿質量等措施，從洞內向另一端洞口直接出洞的施工工藝。本文以大埔至潮州高速公路石壁隧道為例，通過動態調整出洞支護參數結合施工質量控制等方法，分析研究丘陵山區高速隧道單向出洞施工技術。

1 工程概況

石壁隧道位于梅州市大埔縣高陂鎮宋公村，設計為雙向四車道，小凈距隧道，起訖樁號K16+421～K17+003，長582m；呈150°方向展布，穿宋公村；隧道穿過丘陵地貌區，地形起伏大，地面標高96～198m，最大相對高差約為102m。山體植被茂密。隧道最大埋深約110m，屬于洞口淺埋小凈距短隧道。

（1）洞口地質條件。石壁隧道由潮州端向大埔端單向掘進，大埔端洞口覆蓋層較薄，局部基巖裸露，見陡峭巖壁。洞口段圍巖主要由坡殘積粉質黏土、燕山期強風化混合花崗巖，節理裂隙發育密集，裂隙面之間多充填泥質，基巖破碎，無膠結，完整性差，強度低。

（2）洞口段原設計情況。隧道出洞口段為Ⅴ級軟巖淺埋段，洞口段設計支護參數為XS-Ⅴa型復核襯砌。洞口24m范圍內超前支護采用Φ108無縫鋼管長管棚，管棚長度24m，環向間距40cm，外插角1-30°，設置于拱頂120°范圍內，同時施設Φ42超前小導管，小導管長度4m，環向間距40cm，外插角120°，初期支護采用噴錨支護，主要采用Φ25中空注漿錨桿、Φ22藥卷錨桿、工字鋼支撐(I20a@60cm)、Φ6mm鋼筋網（20×20cm）、26cm厚C25噴射混凝土[1]。

2 隧道單向出洞施工技術

2.1 現場施工條件

石壁隧道大埔端為陡峭巖壁，洞口外側為深山溝谷地帶，地形高差較大，洞口位置叢林密布，施工場地狹窄，且施工便道較難開入，施工平臺無法搭建，施工水、電、機械設備等無法接入。

2.2 出洞方案確定

結合現場施工條件及大埔段端洞口圍巖巖性，石壁隧道采取CD挑梁法單向出洞施工。

2.3 CD挑梁法單向出洞明暗分界線的確定

根據挑梁法單向出洞的設計意圖，出洞時的明暗分界樁號以“超前支護打穿地表”和實現“零開挖出洞”為準。洞口樁號保持原設計不變，由于明暗分界線樁號變動，相應的洞門方案應根據實際地形地質情況提出調整，隧道出洞后，明洞段根據地形地貌及邊仰坡情況，可采取適當的支護形式進行加強支護。

2.4 CD挑梁法單向出洞施工方案

（1）CD挑梁法單向出洞施工方案。取消石壁隧道大埔端洞口原設計套拱及Φ108長管棚，原長管棚超前支護范圍直至出洞采用雙層超前注漿小導管代替，超前支護采用兩排超前注漿小導管每環37根，間距40cm。超前小導管規格為Φ42×4mm，長3m。在開挖支護過程中，每2榀鋼拱架打設一環，打設方式為第一環30°，第二環12°，第三環30°，第四環12°，交錯施工，超前小導管壓注水灰比為1∶1水泥液漿，終壓0.5～1Mpa。

為控制開挖過程中拱頂沉降，取消原Φ22砂漿鎖腳錨桿，變更為3.5m長Φ42注漿小導管，每處拱腳設置2組，每環設置8根，打設高度不超過拱腳以上50cm，施打角度與水平方向斜向下成45°。其他支護結構仍參照原設計XS-Va襯砌結構支護。

（2）CD挑梁法單向出洞施工步驟。當掌子面施工至原設計長管棚支護范圍時，暫停掌子面施工，完善開挖部分洞身初期支護及二次襯砌，控制好安全步距，做好洞身圍巖及洞外地表沉降位移監測，同時做好出洞施工準備工作。上臺階打通后再交錯施工下臺階，并及時封閉仰拱。單向打通后在明洞范圍加設3榀鋼支撐及噴混支護，作為洞口防護。

2.5 CD挑梁法單向出洞施工質量、安全控制要點

①施工中盡量縮短掌子面到仰拱和二次襯砌之間的距離，及時進行下臺階開挖及仰拱封閉成環，確保安全步距滿足規范的要求；②嚴格控制好雙層超前支護小導管的打設角度和小導管間的搭接范圍，確保注漿飽滿度；③上臺階先、后行導洞出洞過程中根據地質情況，適當增設臨時仰拱或橫撐；④每次開挖完成以后，先用小型挖掘機排險，確認無險情后，及時噴混封閉掌子面、施做初期支護；⑤上臺階兩側導洞貫通后，再行下臺階施工，左右側錯距5m開挖，避免局部爆破震動對上部松散土體的影響；⑥加強單向出洞段及洞外地表的施工監控量測（洞內每5m設置一觀測斷面），并根據監控量測結果決定是否需要對進尺、支護參數進行實時調整。

3 CD挑梁法單向出洞施工技術的經濟效益和社會效益

（1）節約投資。采用單向出洞施工工藝可以節省一個開挖面需增加的風、水、電、駐地建設費，節省洞口邊仰坡開挖噴錨防護以及施工機械等一整套費用。

（2）加快施工進度。采取單向出洞施工工藝相比從邊、仰坡開挖防護，截水溝施作，套拱與管棚施工，直至具備進洞條件，至少可以節約7～10天的工期。

（3）減少人工痕跡。采用單向出洞施工工藝，通過選擇合理的明暗交界里程，延長明、暗洞，優化洞門的結構形式，減少邊仰坡的開挖量，有效地避免對洞口植被、土體的擾動與破壞。

4 結束語

當隧道一端洞口受陡峭、臨崖、偏壓等地質條件差等環境因素影響，使施工機具難以就位或難以形成開挖面時，鑒于工期、投資以及洞口的自然景觀的保護等各方面優勢，可以選用單向出洞法出洞。本項目石壁隧道就是結合隧道自身特點及實際地形情況，巧妙的選用CD挑梁法單向出洞施工，為項目節省了輔助施工設備、設施的投入，取得了較好的經濟效益和寶貴的施工經驗。對丘陵山區短、中隧道施工具有較好對借鑒意義和推廣價值。