丘陵山區隧道環形開挖預留核心土法單向出洞施工工藝探討

摘要 在丘陵山區修建公路工程，受地形、地質等環境因素影響，造成隧道工程洞口段的圍巖相對穩定性較差，增加了施工難度和安全風險。而一般隧道設計為兩端進洞的施工方式，較少有一端進洞單向出洞的設計。文章以大潮高速公路三背崠隧道為例，探討隧道工程出洞的環形開挖預留核心土法的單向出洞施工工藝流程及措施，希望能對類似中、短隧道或一端不利于進洞施工的隧道工程有所借鑒。

關鍵詞 環形開挖預留核心土法；超前支護；初期支護；鋼拱架；錨桿；噴射混凝土

中圖分類號 U455.4 文獻標識碼 A 文章編號 2096-8949（2023）08-0089-03

0 引言

隨著建設“交通強國”號角的吹響，我國交通基礎建設迎來了新的發展期，偏遠山區公路建設里程不斷增長。山區公路建設的特點是地質復雜、橋隧比高，建設難度大。在隧道設計施工中常采用兩端進洞往中間掘進的工藝，但有的隧道洞口位置陡峭便道修筑困難，施工機械無法到達，而單向出洞方案可以避免這一問題。因此，研究隧道單向出洞的施工工藝對工程施工具有重要意義。

1 工程概況

廣東省大潮高速公路屬于典型的山區高速公路，全線橋隧比38%，隧道15座，建設難度極大。三背崠隧道為短隧道，穿越構造低山丘陵區，為左右分離式隧道，隧道走向219°。右線起止里程為DZK28+340～DZK28+

787，隧道長度447 m，左線起止里程ZK28+349～ZK28+

787，隧道長度438 m，最大埋深約105 m。洞口段圍巖為粉質黏土及侏羅系全－強風化砂巖。其中粉質黏土為褐黃色，硬塑，含少量碎石，受雨水浸泡易軟化，抗沖刷能力差，全風化砂巖為原巖結構、構造基本破壞，巖體被風化成黏性土狀，強風化砂巖為原巖結構，構造大部分破壞，節理裂隙發育，巖體破碎呈碎裂狀，巖質較軟。左右線進口洞門為端墻式洞門，出口為直接進洞。實際施工擬采用從洞內向洞外單向掘進的方式進行，出洞里程為K28+779，該處開挖輪廓拱頂標高249.799 m，地面標高249.867 m。當隧道掘進至K28+740時，停止掘進，采用從洞內往外開挖小導洞的方式出洞。左右洞出洞方案相同。

2 出洞方案的確定

根據現場實際情況，三背崠隧道從進口端往出口方向單向掘進，目前右洞掌子面里程DZK28+650，距離原設計大管棚位置剩余107 m；左洞掌子面里程ZK28+680，距離原設計大管棚位置剩余69 m，施工現場圍巖與設計基本相符。出洞端揭露均為全風化砂巖，埋深約1～20 m。出口端位置情況見圖1。

由于圍巖自穩能力差，初期支護不及時，導致土質圍巖部分可能產生大坍塌甚至冒頂，側壁易失穩。根據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，原設計暗洞出洞端采用30 mΦ108超前大管棚施工，現變更為雙層超前小導管超前支護方式，確保出洞安全。具體措施如下：

（1）根據設計地勘資料，施工至原設計大管棚樁號前均為中風化砂巖、全－強風化砂巖及少量粉質黏土，采用三臺階法施工至原設計大管棚樁號。

（2）管棚段采取Ⅴa級襯砌支護，拱部120°范圍內施作雙排超前小導管，型鋼鋼架采用Ⅰ20a間距為0.6 m/榀。根據設計圖紙圍巖情況，采用環向預留核心土法施工。

（3）在單向出洞施工期間加強洞內變形量測和洞口邊坡量測，每天安排專人到洞口外邊坡進行巡查，發現問題及時處理。

（4）出洞后及時施工出洞端洞頂截水溝，盡快完成二次襯砌及其余洞口工程。

3 施工工藝流程

出洞確定采用環形預留核心土法出洞。洞內采用人工配合機械進行開挖，開挖上臺階按架立1榀拱架為一循環進尺，下臺階按架立2榀拱架為一循環進尺，隧道主洞開挖預留12 cm變形量。全斷面開挖及初期支護完成后及時進行仰拱及仰拱回填的施工，最后根據監控量測信息及時施作全斷面二次襯砌。主要施工布序見圖2。

3.1 雙排超前小導管

隧道施工至管棚段時先施作一排超前小導管，外插角12°，配合型鋼鋼架使用，穿過鋼架腹部打入，注漿完成后形成預支護體系，再進行掌子面開挖，2榀鋼架后施工第二排超前小導管，外插角30°，如此循環。小導管相鄰兩排的搭接長度大于1 m。超前小導管布設見圖3。

3.2 開挖作業

開挖過程中嚴格按設計控制開挖斷面，采用人工配合機械的方式先環形開挖上斷面，并進行初期支護，然后開挖上斷面核心土，再進行下斷面中部開挖，接著跳槽開挖下斷面邊墻部分，并及時支護，最后開挖剩余仰拱部分。洞身開挖后，每隔20 m實測一個斷面尺寸。渣土采用挖掘機和裝載機裝渣配合自卸汽車運輸，仰拱位置搭設棧橋通行。

3.3 初期支護

該項目隧道出洞端初期支護主要采用中空注漿錨桿、型鋼鋼架、鋼筋網、噴射混凝土，開挖后圍巖地段支護及早封閉成環[1]。

3.3.1 初噴混凝土

隧道開挖后及時采用濕噴法初噴。噴射混凝土施工采用自動上料噴漿機，混凝土由項目部自建拌和站集中拌料后由混凝土運輸車運到施工現場。

在每循環開挖施工完后，立即進行初噴混凝土，噴射混凝土分段、分片由下而上順序進行，一次噴射厚度控制在6 cm。噴射操作沿水平方向以螺旋形軌跡移動，應當盡量保持與受噴面垂直，噴嘴口至受噴面距離0.6～1.0 m[2]。

3.3.2 鋼拱架

初期支護支撐主要由工字鋼作為剛性支撐。工字鋼在洞外加工場分段按設計加工成型，鋼拱架段與段之間用鋼板采用M20螺栓進行連接。

鋼拱架試拼完畢后，將半成品吊裝至施工現場。安裝時，按測量放樣出的每榀安裝位置，先清理拱腳底部渣土，使其基底牢固、穩定，可在拱架下面墊石塊。鋼拱架可由工人現場拼接安裝，安裝間距為60 cm，接頭位置用螺栓連接，縱向用φ22連接鋼筋焊接，環向間距為1 m，鎖腳錨桿應按設計施工并鎖住鋼拱架。鋼拱架與混凝土貼實構成一體，鋼拱架后端間隙噴射混凝土充填密實，并全部被噴射混凝土遮蓋，開挖初噴后應盡快施工拱架，其立架時間不超過2 h。

3.3.3 錨桿支護

系統錨桿采用中空注漿錨桿和藥卷錨桿。襯砌中空注漿錨桿長度3.5 m，間距100×60 cm，共20根，內側拱腳處錨桿長度5 m，間距100×60 cm，共5根。錨桿預先在洞外加工場按設計要求加工。錨桿孔位偏差小于10 cm，孔的角度偏差小于2度，孔徑大于設計錨桿直徑15 mm以上。安裝前，應保持錨桿干凈無污物，孔內無渣土。施工中空注漿錨桿，在注漿時應設置排氣管。為保證錨桿的施工質量，需做好錨桿抗拉拔試驗及聲波物探試驗。

3.3.4 鋼筋網支護

鋼筋網在洞外加工場根據開挖斷面的形狀制作然后現場拼接。鋼筋網相交處應焊接，使其結成整體，便于整體受力，搭接長度按一個網格尺寸控制。

3.3.5 復噴混凝土

該隧道采用C25噴射混凝土，噴混凝土采用濕噴工藝。當系統支護全部施工完畢后，立即對施工面噴射混凝土，背面噴射填滿，黏結良好。噴射混凝土終凝2 h后，應安排專人進行噴水養護，養護時間不少于7 d。

3.4 監控量測

整個隧道施工過程中，監控量測是最重要的手段，項目部組織專門隧道測量監測隊伍，在洞口段施工過程中以洞內、外觀察、水平相對凈空變化、拱頂下沉、底部隆起及洞口淺埋段地表下沉量測等為施工監控量測必測項目。凈空變化、拱頂下沉量測應在每次開挖后12 h內取得初讀數，最遲不得大于24 h，且在下一循環開挖前必須完成。每天將量測的數據整理和分析后得到的信息及時反饋到設計和施工中，進一步優化設計和施工方案，以及時調整施工方案以保證施工安全和施工質量。

4 施工效果

在隧道采用單向出洞施工過程中，現場根據測量監測要求在洞外邊坡埋設了沉降觀測點，并按施工方案中的監測要求進行監控量測，同時派人在洞口頂及邊坡巡查是否有開裂、下沉塌方等現象。經過30余天的精心組織施工，隧道順利打通。經測量監測數據顯示，地表最大沉降量僅為2.0 cm，洞頂無開裂及下沉等現象，達到預期的理想狀態。出洞情況見圖4。

5 結論

環形開挖預留核心土法單向出洞，主要是避免從洞口修筑便道，運輸大型機械到洞口的施工難度。在施工過程中，環形開挖減少了臨空面，降低了安全風險。其優勢表現為最大限度地維持了洞口原有地形地貌，減少邊坡開挖、便道修筑工程量，有利于邊坡的穩定性，也有利于水土保持和環境保護。實踐證明：采用該工法對類似工程具有一定的借鑒作用。

參考文獻

[1]張克陽. 復雜地形條件下特長高速公路隧道單向出洞施工技術研究[J]. 工程技術研究， 2019（21）： 63-64.

[2]雷軍. 雷公山隧道軟弱圍巖復合式砌襯施工技術[J]. 鐵路建筑， 1998（6）： 15-18.