洞口坡積體隧道安全進洞開挖方式研究

魏志強

（南平高速咨詢監理有限公司，福建 南平 353100）

0 引言

在隧道工程項目全面開展的過程中，積極做好隧道洞口坡積體安全進洞開挖管理工作，可以提高隧道施工安全以及后期隧道運營安全。洞口坡積體作為工程施工前期的主要重點工作，需要做好洞口進洞安全開挖設計工作，明確安全進洞開挖方式以及進洞方式，結合隧道洞口地形盡可能減少仰坡開挖，保護隧道原有地形地貌，實現自然進洞。

目前，隧道安全進洞開挖施工工藝得到優化與創新，減低了不良地質環境所造成的影響，需要結合洞口坡積體，嚴格按照隧道原有的地形地貌，明確安全進洞開挖方式，促使隧道工程項目施工質量達到標準要求。

1 建陽區西區生態城府前路隧道工程概況

該工程屬于一項府前路隧道，隧道設計為上下行分離的兩車道連拱隧道，隧道總長度達到了320m，起止樁號為K1+490—K1+810，隧道進口端明洞長度達到30m，出洞口明洞長度為5m，隧道中端暗洞為285m。隧道縱向坡度為-2.907%，限界凈寬達到了11.25m，隧道凈高達到了5.0m，隧道洞身施工則采用“新奧法”原理，充分應用復合式襯砌施工方式，隧道洞身圍巖支護設置為Ⅴ、Ⅳ級。在隧道安全洞口工程設計中，以“早進洞、晚出洞”的原則，降低洞口邊坡、仰坡的開挖高度，結合現場最終測量數據結果，明確洞底深度及地面標高。在隧道安全進洞開挖施工中，開挖深度相對較大，可達28～32.45m，出洞開挖施工深度可達38.26～39.52m。由于隧道安全進洞洞口右側地形相對較為偏壓，在洞門設計中，順應地形采取抗偏壓式端墻洞門。在右側洞外設計中，則設置了護體擋墻平衡洞門[1]。

2 地形地貌及氣象水文

2.1 地形地貌與工程地質情況

該隧道主要地理位置處于建陽區西門外西區生態城內，地貌為低山剝蝕殘丘。山丘斜坡坡度處于15～30°，部分地形起伏相對較大，坡體以原始生態為主。隧道沿線地貌為低山區域，對洞口周圍存在的小型沖溝在施工前進行了局部回填。隧道沿著山體進行施工，呈現出中間高、兩端低的情況，隧道山體最高程達到197.24m。

2.2 氣候、氣象

建陽地區屬于亞熱帶季風性氣候，夏季雨量充沛，常年溫暖潮濕，降雨量一般可達1700～2400mm。由于地區麻沙鎮西北部地勢處于逐漸增高的狀態，降雨量也呈現遞增的趨勢，每年的平均降雨量甚至超出了2800mm 以上。

2.3 水文地質

隧道工程項目施工區域地下水環境主要處于構造帶或者基巖裂縫中。根據工程測量數據結果，隧道洞身段局部構造裂隙一般為2～3mm，在現場通過壓水試驗，發現隧道強風化云母石英片巖呈中等透水性。由于隧道的地下水經常受到大氣環境因素、降水因素影響，導致地下水通過基石裂縫呈現滲流匯集的情況，由高處向低處流動，對進洞施工造成影響。根據測量結果，地下水埋深達到了22～27m。

3 洞口坡積體隧道安全進洞開挖方式具體研究

3.1 隧道洞口與明洞施工

3.1.1 洞口與明洞開挖。為了確保隧道安全進洞，在施工中應結合工程設計圖紙，做好隧道洞口地質情況分析，制訂科學合理的開挖方案，并提前完成隧道刷坡作業。在隧道洞口坡積體施工作業的過程中，土石方開挖以機械作業為主，石質部分則選擇爆破方式，并加強現場監測，確保洞口坡積體結構保持穩定。在安全進洞開挖工作中，需要預留進洞核心土，支護與洞口開挖作業同時開展。落實洞口坡積體防護工作，可以避免地表水對圍巖造成影響，確保洞口表面結構的穩定性與安全性，嚴格按照設計要求做好防護施工作業。除此之外，為了確保隧道進洞安全開挖效果得到有效提升，應當提前做好隧道防水工作。首先，在隧道初期支護以及二次襯砌施工作業過程中，提前做好防水層敷設工作，防水層主要采用1.5mmEVA 防水板+350g/m2無紡土工布。在防水板鋪設的過程中，采取無釘孔施工方式。隧道襯砌結構本身具備一定的防水性，在二次襯砌的過程中，使用抗滲等級達到P8 的C35防水混凝土。由于隧道洞口開挖很容易導致地下水上涌，對隧道地表質量造成嚴重影響，則需要及時做好圍巖注漿處理工作，減少排水量。

3.1.2 明洞襯砌。明洞開挖工作達到設計標準要求后，施工人員需要及時做好基底清理作業，檢測基底的地質環境。在監測達到標準要求的情況下，按照設計要求控制拱圈混凝土的灌注強度，在強度達到70%以上時，及時做好內模拆除作業。在拱圈背部使用砂漿找平并敷設防水板，確保防水板之間錯縫搭接效果達到標準要求，搭接超出100mm 以上，隧道內拱背延伸超出500mm 以上，隨后涂抹水泥砂漿。

3.1.3 明洞回填。在明洞回填施工中，保證明洞兩側達到對稱回填，通過人工完成分層夯實作業。在回填工作完成后，通過人工及時分層填鋪，填鋪高度達到標準即可。如果使用機械設備進行回填，要確保拱圈混凝土的強度達到設計要求70%以上，并且由人工夯實。回填達到拱頂1m 后，才可用機械設備回填，流程如圖1 所示。

圖1 洞口與明洞施工圖

3.2 超前支護

在洞口坡積體隧道安全進洞施工中，通過隧道勘測檢測數據結果分析，在隧道進洞施工中采取復合式襯砌結構，落實超前支護工作，主要以φ108 超前管棚支護為主。大管棚進口、出口長度分別為40m、28m。洞口支護所需超前大管棚數量達到了98 根。在施工中，采取機械的方式完成管棚頂入，最后進行注漿。具體施工方式如下所示。

3.2.1 臨時成洞面開挖。在開挖作業中，采取“預留核心土法”，在洞口施工非核心土部分開挖作業中，開挖距離達到洞面。在開挖完成后，完成錨噴支護作業。

3.2.2 套拱施工。在施工過程中，使用2m 以上長的C35 混凝土套拱材料。在套拱基礎作業中，采取掏槽開挖方式，確保地基承載力達到標準要求。在支護穩定后，及時使用5cm 木模完成內外模安裝作業。根據設計要求，控制布筋與孔口管的具體位置，最后進行套拱混凝土施工作業。在套拱施工中，使用的鋼架材料以3 榀18 工字鋼為主，榀鋼架間需要使用10mφ22 鋼筋焊接。在安裝時，控制φ127 預埋鋼管位置，保證接地鋼筋預埋位置達到設計標準。

3.2.3 掃孔。在掃孔作業中，需要利用φ108mm巖芯管，將孔內中的石渣進行清理。在下管出現問題的情況下，需要增加掃孔次數，保障孔內清潔。

3.2.4 下管。在打孔與布孔工作完成后，孔徑需要達到15mm 左右，每30cm 距離打一個孔。導管尾部需要預留30cm，作為止漿段。在下管完成后，通過焊接，將φ108mm 鋼管與φ127mm 孔口導管進行連接。

3.2.5 注漿。根據隧道洞口坡積體地質環境，及時注漿，在注漿完成后，進行打孔。使用無孔鋼管對注漿質量進行全面檢查，選擇合適的注漿泵即可。

3.3 安全進洞開挖

在安全進洞開挖中，由于洞口以明洞為主，采取明挖法，并及時做好洞口坡積體防護工作，對地基承載力進行檢測分析。在隧道洞口屬于軟弱巖體或者破碎巖體的情況下，需要采取機械開挖或者弱爆破開挖，避免在開挖時發生超挖或者欠挖的情況。

3.3.1 中導洞進洞開挖。在中導洞進洞開挖中，從內到外完成澆筑工作，同時設置隔墻。主要施工環節包含中導洞超前支護、中導洞開挖、初期支護、基礎開挖、基底砂漿錨桿施工、中隔墻澆筑以及回填。在中導洞進洞開挖時，選擇人工開挖的方式，使用側卸式裝載機完成石渣運輸，使用濕噴機設備進行中導洞噴混凝土作業。在施工過程中，隧道洞口淺埋段在開挖距離0.5m 的情況下，每日做好2 個循環，以此確保洞口開挖效果得到提升，洞口每月開挖進度達到30m。

3.3.2 主洞進洞開挖。在主洞進洞開挖中，遵守側導先行選擇。在開挖施工中，隔墻施工作業完成后，根據圍巖情況錯開40m 左右的距離，對左右兩導洞進行開挖，保證開挖作業安全。在主洞進洞開挖中，由于受到地質環境因素影響，采取了不爆破以及弱爆破的施工方式，利用機械設備對硬質破碎巖體進行開鑿處理。主洞進洞開挖時，選擇YT-28 鑿巖機設備完成開挖鉆眼作業，或者利用塑料導爆管完成起爆作業，使用側卸式裝載機設備做好裝渣運輸工作。

3.3.3 光面爆破。在隧道安全進洞開挖作業中，應在洞口周邊沿外輪廓線做好布控測量工作。隧道安全進洞開挖位置調整范圍低于5cm，在隧道進洞開挖位置，將斜率外插控制在4%左右。結合隧道爆破炮眼施工的質量要求，調整炮眼斜率與深度，促使炮眼低于開挖斷面輪廓線10cm 左右。在圍巖穩定性較低的情況下，可以增加周邊炮眼的數量，分組進行起爆，或者使用光面爆破以及預裂爆破技術，加強做好隧道安全進洞起爆作業。

3.3.4 裝渣運輸。在隧道安全進洞爆破作業完成后，需要及時做好出渣運輸工作，可以采取機械扒渣以及無軌運輸方式，將隧道安全進洞產生的碎渣運輸到棄渣場。在裝渣運輸中，應派遣專人做好沿線巡視工作，避免在道路上出現大量碎渣撒落問題，影響后期道路運輸。在裝渣運輸中，還應做好降塵工作，避免對周圍環境造成影響。在具體施工過程中，需要合理應用現代化裝運設備，嚴密組織管理工作，保障工程進度達到標準要求。

3.4 安全進洞初期支護

3.4.1 施工方法。在初期支護施工作業中，使用系統錨桿、鋼拱架以及噴射混凝土等方式。在系統錨桿施工作中，主要采用φ25 中空注漿錨桿。該中空注漿錨桿組成部分相對較多，以錨頭、桿體、止漿塞以及螺母部件為主。在中空注漿錨桿實際應用的過程中，由人工現場完成攪拌注漿作業，并做好后期養護工作。

3.4.2 噴射混凝土。在噴射混凝土施工作業前，做好現場風險處理工作，檢查洞口開挖斷面尺寸。在噴射存在集中出水點的情況下，需要做好排水作業。為了確保噴射混凝土施工質量，需要在隧道洞口外設置拌和站，加快混凝土的運輸速度，采取濕式噴射方式，完成初噴與復噴工作，確保噴射效果達到設計標準的要求。施工流程如圖2 所示。

圖2 噴射混凝土施工工藝流程

3.4.3 砂漿錨桿。在該工程項目中，所使用的砂漿錨桿材料主要以φ22 鋼筋為主。在現場，通過加工制成超前錨桿以及鎖腳錨桿等。在砂漿錨桿施工作業中，采取鉆孔打入方式，將鉆孔布置為梅花形，孔間距達到設計標準要求。結合錨桿的設計深度，先打孔、再注漿，最終完成插入工作。在鉆孔作業中，嚴格按照鉆孔設計要求，選擇合適的風鉆機設備，確保鉆孔直徑超出錨桿直徑15mm 左右，鉆孔深度達到錨桿長度95%左右。在插入錨桿后，完成超前錨桿尾端與系統錨桿焊接工作，使用環向鋼筋進行焊接，確保支護效果得到有效提升。

3.5 安全進洞二次襯砌

在二次襯砌施工作業中，要求混凝土質量達到標準要求，實施連續性混凝土澆筑作業。確保二次襯砌效果得到有效提升，在混凝土制備過程中，嚴格按照混凝土強度的標準要求，控制混凝土原材料的配合比。在原材料拌制完成后，使用混凝土運輸車將其運輸到施工現場，利用輸送泵完成混凝土連續澆筑作業。在隧道仰拱開挖作業中，使用挖掘機進行挖樁作業，不允許出現欠挖問題。在具體施工中，結合工程的具體要求，加快工程進度，保障仰拱中所埋設的止水帶位置達到設計標準要求，在澆筑作業中，保證仰拱一次成型。在仰拱襯砌施工中，弧形鋼模板、仰拱襯砌墻頭、頂部模板應根據工程設計圖紙要求，制作為弧形，并使用弧形鋼板完成鋼模處理作業。在完成以上作業后，落實混凝土澆筑作業。為了保障澆筑效果，利用混凝土輸送泵進行澆筑，并使用振搗器進行混凝土振搗作業。在仰拱施工作業后，落實填充施工作業。

4 結語

綜上所述，在洞口坡積體隧道施工作業的過程中，為了落實洞口安全開挖工作，需要結合隧道所處地勢、地貌以及水分環境，明確洞口安全開挖方式。在研究過程中，通過隧道洞口與明洞施工、超前支護、洞身開挖、初期支護、防排水工程、二次襯砌以及水泥混凝土路面層等方式，保證洞口開挖作業的安全性，為后續隧道洞口施工作業落實提供幫助。