復雜地質隧道出口超淺埋段導洞法雙向施工技術

楊亞孝 （中鐵十六局集團第三工程有限公司，浙江 湖州 313000）

0 前言

隧道建設一直以來作為公路鐵路施工中關鍵控制性工程，施工難度大，風險高，因此許多專家學者對此進行研究。特別是隧道進出口施工，由于蓋層薄，圍巖風化嚴重，給施工帶來極大的困難，傳統隧道出口施工都采用大管棚進行超前防護施工，但對于一些地域受限地區，由于空間狹小，難以進行管棚搭設，因此給施工帶來極大的困難。本工程中，針對上述問題，采用導洞法雙向施工技術，即先導洞施工出洞，再反向開挖的方法有效解決出洞難題，保證了施工安全和進度。

1 工程概況

奉節隧道全長13472m，設計時速350km/h，為單洞雙線大斷面隧道，出口采用橋臺進洞，明洞長10.55m，與金橋雙線中橋橋臺緊鄰相接。隧道出口屬剝蝕低山地貌，斜坡基巖大部裸露，洞身穿越基巖侏羅系下統下沙溪廟組（Jxs），上沙溪廟組（Js）泥巖夾砂巖，巖層單斜，傾角變化較大，巖體較破碎。

2 施工方法

2.1 施工方案

洞口段傳統大管棚超前支護施工，雖可最大限度地控制隧道變形沉降、保證施工安全，但也存在施工工序繁瑣，工序施工時間長且無法平行作業，同時管棚施工需提前做好場地清理及風、水、電保障工作。特殊情況下，由于洞口處受地形條件以及復雜地質條件限制，現場無法進行大管棚施工，因此需要尋找新的安全可控、工期較短以及成本經濟合理的施工方法。

奉節隧道出口位置山勢陡峭，以V級圍巖為主，圍巖巖性為泥巖夾砂巖，巖體裸露較破碎，覆蓋層較薄，洞口段30m范圍內洞頂覆蓋層厚度為0.5～3.5m，洞口明暗分界處僅0.5m厚，且與之相鄰的金橋雙線中橋橋臺正在施工，現場不具備大管棚施工條件。通過與參建各方現場實地踏勘后，確定采用導洞法雙向施工，導洞法施工可有效保證拱部的穩定，洞外反向支護加強了洞口及邊仰坡的穩定，逆作法施工工序簡單，工序循環時間短，工期可控，同時可直接利用洞內設備施工，成本明顯降低。該方法具體為洞內導洞出洞+洞外支護，洞內導洞采用雙層小導管超前支護方式出洞，洞外支護采用型鋼鋼架支護+混凝土模筑襯砌，施工參數：φ42mm雙層小導管長度為4m/根+7m長自進式錨桿，全環設置I22a型工字鋼拱架，間距0.6m/榀。

2.2 施工步驟

奉節隧道出口原地面坡度較陡，覆蓋層較薄，圍巖以泥巖為主，施工遵循“早進晚出”的原則，施工前應首先對邊仰坡進行防護。出洞施工分為四步：第一步，先進行DK734+600～DK734+608段洞內施工，采用下臺階小導洞出洞，噴射混凝土支護，施工至DK734+608后停止；第二步，DK734+612～DK734+608段由洞外向洞內施工，施工至DK734+608停止；第三步，DK734+600～DK734+608段開挖至設計輪廓并按設計要求進行支護；第四步，DK734+600～DK734+612仰拱初支及時封閉。具體施工如圖1所示。

圖1 現場出洞施工示意圖

3 出口雙向施工技術

3.1 洞內導洞施工

由于此段覆蓋層較薄，先對DK734+600拱部區域進行自進式錨桿和超前小導管施作，以保證拱部穩定，開挖時上臺階掌子面停止施工，開挖面下降2～3m至下臺階，由下臺階采用小導洞施工出洞，小導洞開挖后及時噴射混凝土封閉，每次開挖進尺控制在1.5m左右，施工過程中，上臺階未開挖層作為覆蓋層，以確保施工安全，根據圍巖情況按照要求I18臨時鋼架錨噴施工，然后按照上述工序持續施工至DK734+608處，噴混凝土封閉掌子面停止施工，轉入洞外施工。

小導洞施工要求：小導洞位于掌子面中下部，截面尺寸為4.5m（寬）×4.5m（高），以方便施工機械施工為宜；小導洞每循環按雙層小導管法預先做好超前支護，每循環掘進按不超過2榀鋼架間距控制，支護范圍為小導洞拱部；每循環開挖完成后及時施作初期支護，采用I18鋼架噴射混凝土支護，鋼架間距0.8m，@20×20cm的φ6鋼筋網+25cm厚C20噴混凝土；小導洞每循環施工增加若干個探孔，探孔深度為循環進尺+3m，以探明具體的剩余距離，便于安全出洞；小導洞施工采用機械開挖配合弱爆破，減少對周邊圍巖及洞頂的擾動。每循環開挖完畢后立即施作初期支護，盡快封閉圍巖；小導坑開挖過程中，加強對地表監測，發現異常及時處理。小導洞施工前對原地面進行一次復測，準確掌握出洞時洞頂的覆蓋層厚度，確保施工安全。

3.2 洞外反向立架施工

3.2.1 DK734+612～DK734+608段洞外施工

洞內施工至DK734+608后，開始DK734+612～DK734+608段施工，采用破碎機進行開挖，每次開挖一榀鋼架間距后及時架設1榀I22a工字鋼拱架，在鋼架上部外側安裝模板保證噴混凝土厚度，模板采用Φ22分布筋與鋼架焊接固定，待噴射混凝土后拆除。后續鑿除一環支護一環，施工至DK734+608后按照傾斜度要求進行立架噴射混凝土支護，立架時注意傾斜度，根據洞口坡度進行立架（見圖1)，最后拱部立模澆筑混凝土覆蓋，以保證洞口穩定。

3.2.2 DK734+600～DK734+608段拱部開挖

貫通后對DK734+600～DK734+608段拱部進行開挖，開挖前先施工自進式錨桿和超前小導管支護，采用弱爆破剝離開挖，并按設計要求進行初期支護，開挖一榀支護一榀，直至拱部開挖出設計輪廓。鉆爆施工時嚴格按照“短進尺、弱爆破、快封閉、勤量測”的原則進行施工，嚴格控制裝藥量，增加周邊眼和輔助眼的數量，掏槽眼數量增加，掏槽眼長度遞減設置，進行剝離爆破，減少對圍巖的擾動。

3.2.3 自進式錨桿施工

3.2.3.1 施工工藝流程

自進式錨桿施工工藝流程如圖2所示。

圖2 自進式錨桿施工工藝流程圖

3.2.3.2 施工工藝

自進式錨桿主要采用鉆神ZML-120錨桿鉆機施工，根據已測量定位好的位置，將超前自進式錨桿角度調整為3～5后開始鉆進。每根錨桿由兩節2m和一節3m節段錨桿連接而成，并在第一節錨桿安裝專用鉆頭，施工中逐節鉆進，節間由專用連接套筒連接牢固。錨桿施工完成后，連接注漿設備開始注漿，注漿壓力一般控制在0.5～1.0MPa，水泥漿水灰比宜控制在1:0.8～1:1之間，注漿壓力和注漿配合比可根據施工需要經試驗后調整。錨桿施工如圖3所示。

圖3 單根7m長錨桿施作示意圖

3.2.3.3 單根錨桿注漿量計算

注漿量計算：漿液擴散半徑r=0.45m；錨桿長度l=7m；巖體孔隙率取a=0.2；注漿量 V=πr2×l×a=3.14×0.45×0.45 ×7 ×0.2=0.89m，共50根計44.5m。

4 安全措施

4.1 超前地質預報

嚴格按照要求落實超前地質預報，核對實際地質情況與設計是否一致，若不一致立即停止施工，調整施工方案，經論證無安全問題或處理完善后，方可進行施工。

4.2 監控量測

分別在 DK734+600～DK734+612段洞內及地表布設監控量測點，洞內布點加密為每2.5m布置1個拱頂沉降觀測點和2個凈空水平收斂量測點，地表布點沿隧道中線方向間隔2.5m設置一處地表沉降觀測樁，設置6排，中心觀測樁兩側20m范圍內每2.5m各設置一處地表沉降觀測樁，觀測樁位置編號采用洞內里程樁號編設。洞內觀測點埋設穩定12h內（最遲不得大于24h）讀取初讀數，后每天根據隧道實際變形速率和測量斷面距開挖工作面的距離確定觀測頻率；洞外觀察重點應在洞口段地表開裂、沉陷以及邊仰坡穩定狀態等，出現異常變化時及時反饋。由于洞口段隧道地質條件復雜，在必測項目基礎上，增加了噴射混凝土內力、錨桿軸力、鋼架內力等選測項目，為隧道安全提供了監測依據。

4.3 安全防范措施

①根據地表下沉觀測結果，以及地表是否出現開裂。若下沉值大于5mm，且地表出現開裂,暫停施工，分析超前小導管注漿情況和自進式錨桿施工質量，可采取補注漿方式。

②控制單循環開挖進尺及炸藥用量，確保爆破后洞頂爆破震動波速不超過0.5cm/s。

③對于洞內拱頂下沉值及周邊收斂值若超標，達到紅色報警，調整開挖進尺、臨時支護參數。可適當增加臨時拱架的型號，以及將間距調小，適當增加初支厚度，以及臨時錨桿的間距，確保隧道初支不變形。

④隧道擴挖時，洞口段適當加大拱架的型號，并且縮小拱架間距。

⑤施工時，注意出口下方道路的安全警戒。鉆爆及挖機作業時，禁止下方道路通行。

5 結論

導洞法雙向施工技術在奉節隧道出口施工中成功應用，該技術主要通過用導洞法施工至明暗交接處，并采用自進式錨桿和超前小導管相結合的方式進行超前防護，確保開挖安全高效進行，同時采用逆向思維，由外向內進行擴挖，解決施工場地狹小的難題，為同類工程施工提供一種新的方法。