淺埋偏壓隧道半明半暗段進洞施工關鍵技術研究

文/李志雙、王嘉煒

1 前言

我國隧洞洞口淺埋、偏壓，外露巖體嚴重風化、圍巖承載能力較差的情況屢見不鮮，當隧道洞口與山體斜交、地處嚴重偏壓、淺埋地段時，為貫徹“零開挖”進洞理念，通常洞身部分采用半明半暗設計，將明挖段反壓回填加固后，再進行暗洞開挖。然而，半明半暗洞口地段地質條件復雜，干擾因素較多，工序轉換頻繁，現場組織難度大。本文以天德村隧道出口左洞“半明半暗”進洞施工為例，強抓關鍵工序實施及質量管控，并結合監控量測數據分析具體施工情況，旨在為后續同類型隧道洞口半明半暗段施工提供參考[1]。

2 工程概況

本文依托的工程天德村隧道位于重慶市萬州區新田鎮。隧址區屬構造剝蝕丘陵地貌，總體南東側高北西側低；地表覆蓋層為粉質粘土，沿線植被發育，多以雜草、灌木為主。左線全長354m，右線全長320m，為雙向四車道高速公路分離式隧道，隧道全洞身圍巖等級均為V級，最大埋深36m，整座隧道淺埋、偏壓、極小凈距、洞口順層，施工難度大，安全風險高。

圖1 天德村隧道出口洞口段周邊地質條件圖

出口左洞半明半暗段落位于一斜坡中段，斜坡坡向250°～280°，斜坡坡角20°～40°，洞軸線與斜坡坡向交角10°～40°，下伏基巖為侏羅系中統新田溝組頁巖和砂巖。洞口半明半暗段17m 范圍內巖體較破碎，層間結合較差，呈塊狀，邊坡開挖后經雨水浸泡沖刷易形成滑動面，圍巖穩定較差。此外，左洞出口地層產狀為320°∠35°，主要發育兩組裂隙：40°∠75°和140°∠41°。天德村隧道半明半暗襯砌段（K4+839-K4+822）線路走向與水平面接近45°角，開挖不慎極易造成山體滑坡或者圍巖變形過大，影響進洞施工安全。

3 工藝流程

天德村隧道出口左洞設計明暗交接樁號K4+839，其中K4+839-K4+822 為半明半暗襯砌段，施工工藝流程為：截水溝施工→沿刷坡線開挖外側土體、邊坡噴錨支護→跳槽開挖施工半明段偏壓擋墻→套拱施工→護拱施工→管棚施工→暗洞開挖→洞頂反壓回填。

4 半明半暗段施工

4.1 邊坡開挖

為減少雨水對開挖邊坡的沖刷、攔截和疏導洞頂地表水，在開挖線5m 地面相對平整區域施作洞頂截水溝，再采用機械配合人工進行邊坡開挖。

天德村隧道出口段邊坡巖體破碎，裂隙發育層間結合差且存在長距離大順層地質。為減小開挖過程中發生掉塊及小范圍坍塌的可能性，對邊坡采取Φ108 注漿鋼化管L=18m@2m×2m 噴射混凝土進行防護，串聯塊狀土體并注漿充填層間裂隙，以達到固結加強目的。另外，此過程中在坡頂還要布設沉降觀測點，實時監測坡體沉降及位移情況[2]。

4.2 偏壓擋墻施工

天德村隧道出口左洞明洞由17m 半明半暗襯砌段+5m 明挖段構成。由于隧道半明半暗段拱墻處水平荷載為主要荷載，承受與洞軸線垂直的順層地質下的偏壓力，故設計長22m 高10.36m 的偏壓擋墻。為保證擋墻基礎開挖后邊坡土體穩定，采取跳模施工，分段開挖擋墻基礎。擋墻基礎開挖風險較高，放坡坡比不宜過陡，開挖過程發現邊坡掉塊、地質情況較差時，可敷設9m 長鋼化管臨時加固邊坡，并保障擋墻施工作業人員安全。

4.3 護拱施工

4.3.1 護拱設計

為確保半明半暗段施工順利，在主洞初期支護上方設計了長度為17m 的護拱，護拱內沿縱向設置鋼支撐，鋼支撐縱向間距為50cm，采用縱向連接鋼筋相連，環向間距為1m，護拱采用C25 混凝土現澆，厚度為50cm。

4.3.2 護拱鋼架施工

護拱左側鋼架在施工偏壓擋墻時提前預埋，右側坐落于靠山側基巖上。護拱拱架分節段制作拼裝成拱形，制作前，測量人員精確測量放樣出每一榀拱架的位置，并計算出每一榀拱架的弧長，同時做好編號以便安裝使用，確保拱架的端部能抵靠住山體。另外，拱鋼架架立前，要預埋明挖段長管棚鋼管，鋼管與鋼架應焊接牢固。

4.3.3 護拱澆筑

由于護拱拱架內弧面積較大，造成內弧模板安裝難度大，平整度也難以控制，因此現場將半明段滿鋪細沙至初期支護設計高程，人工攤平細沙，預留出鋼架保護層，以保證護拱混凝土厚度。混凝土澆筑采用天泵均勻布料，可加快澆筑速率，保證混凝土入模質量。另外，由下往上分層對稱澆筑，振搗密實，一次澆筑成型。

圖2 護拱施工

4.4 長管棚施工

天德村隧道出口左洞進洞輔助施工措施為28m 長管棚支護，明暗交接樁號為K4+839。長管棚采用外徑Φ108mm，壁厚6mm 熱軋無縫鋼管，鋼管根數36 根，左側25 根為半明部分。在施作套拱時，對外露Φ108mm 鋼花管進行預留，并與護拱鋼架同時下放焊接成整體。

剩余11 根管棚位于靠山側，提前施作套拱。套拱與護拱施工原理相同，左側鋼架預埋進擋墻墻身。右側鋼架拱腳坐落于基巖上，套拱混凝土達到85% 強度時，方可實施管棚鉆孔、頂管、注漿、封口，完成管棚施工[3]。

4.5 洞內開挖施工

管棚施工完成后，采取明洞暗做施工工藝三臺階開挖進洞。進洞前，為增加偏壓擋墻抵抗山體側向偏壓力，并在擋墻外側臨時堆載洞渣，增強擋墻橫向水平抵抗力，待該段落二襯及洞頂回填反壓施工完成后再清除堆載洞渣。

4.6 洞頂回填反壓

隧道洞身短進尺機械掘進，應盡早施作初期支護閉合成環，二次襯砌緊跟掌子面。洞身開挖相當于把山體斜坡坡腳掏空出約100m2的長基坑，加劇了原有山體偏壓力，僅僅依靠初期支護及偏壓擋墻是不足以抵抗如此巨大的山體側壓力，加之若遇多雨季節，洞口段施工風險將增加。因此，在洞身開挖至30m 時施作仰拱及填充層；步距達50m 時，暫停掌子面施工并對圍巖進行封閉，立即施作二次襯砌，以確保洞口段施工安全。

待隧道半明半暗段二襯施工完成，當混凝土強度達到100%后，開始進行洞頂回填。在隧道半明、偏壓一側護拱上方采用級配碎石土回填，抵抗偏壓產生的側壓力，以達到整體受力平衡的目的。施工前按設計施作好洞頂防、排水，并采用挖掘機將級配碎石土挖運至擋土墻背側，人工將碎石土運至半明部分護拱上方，進行分層對稱回填并夯實，每層松鋪厚度控制在30cm。

5 監控量測

在洞口半明半暗段施工中，監控量測反饋的信息尤為重要。洞口段啟動施工時，監測單位密切關注天德村隧道左洞出口邊坡地表沉降、偏壓擋墻水平位移、洞內初支拱頂沉降及周邊收斂情況。經分析監測量測數據，各項觀測指標在施工過程中均存在一定程度的變化，尤其是在洞口偏壓擋墻基礎開挖、洞身掘進下臺階開挖、仰拱開挖過程，日平均變形量均達到最大值；而在完成洞口段仰拱、二襯澆筑后，各項監控指標變形速率明顯降低，變形量逐漸減小，尤其是在完成洞頂回填反壓后，變形值趨近于零，山體已經處于穩定狀態。

表1 監控量測圖表分析

6 結語

本次天德村隧道半明半暗襯砌段施工所采取關鍵技術在于將明挖部分護拱與長管棚套拱合為整體，先于暗挖前施工，同時護拱作為初期支護施工的“保護蓋”保證了隧道洞身暗挖的安全。天德村隧道半明半暗進洞施工工藝，減少了開挖土石量，保護了生態環境，遵循了早進洞的施工原則，且在施工前，已制定監控量測方案和確定監測頻率，加強信息反饋，以指導現場施工，確保洞口段施工安全可控。