破碎碳質灰巖地質情況下半明半暗偏壓隧道進洞施工優化技術研究

梁陸佳LIANG Lu-jia；宋源SONG Yuan；梁昌愉LIANG Chang-yu；曾小林ZENG Xiao-lin；潘志軍PAN Zhi-jun；鄧斌DENG Bin；楊文帥YANG Wen-shuai

（廣西路建工程集團有限公司，南寧 530000）

0 引言

隨著廣西高速公路的大力建設，隧道施工需求量也會驟然增加，但由于廣西山區比例高，地形復雜，給高速公路建設帶來了很大的施工難度，因此經常涉及到各種隧道施工難題，隧道洞口往往不可避免處于半明半暗、偏壓等不利地形中，這就為進洞的施工帶來了嚴峻的安全和技術問題[1]。傳統的施工技術主要依賴于大規模開挖、高刷坡和強力支護等方法，若是處理不當，很容易導致洞口部分塌陷、襯砌出現裂縫以及襯砌整體的偏壓[2]等質量安全問題。因此，在偏壓地形的條件下，如何安全地進洞成為了亟待解決的關鍵問題[3]。本文主要針對半明半暗偏壓隧道進洞施工方法進行分析研究，以致力解決施工中存在的安全問題和質量問題，并順利完成隧道進洞施工。

1 工程簡介

武宣-來賓-合山-忻城公路№2 標段設計施工總承包項目經理部2-4 分部，項目設計長隧道2 座，其中文定2號隧道武宣端左洞為半明半暗偏壓洞口，自然斜坡10~20°，坡表植被茂盛。表部覆蓋層較薄，基巖為二疊系下統棲霞階( P1q）中風化灰巖與碳質灰巖互層，主要為中厚層狀構造，裂隙較發育。

2 隧道進洞施工優化技術

文定2 號隧道采用接長明洞的進洞方法，基本工序為：施作洞頂截水溝→施作邊坡及仰坡臨時防護工程→基礎換填及擋墻施工→套拱施工→開始暗洞的大管棚超前支護施工→洞門施工。

2.1 施作洞頂截水溝

文定2 號隧道設置洞外截水溝和洞頂截水溝兩種形式。削竹式在洞頂離仰坡坡頂距離大于3～5m 的位置設置洞外截水溝，端墻式在端墻背后設置洞頂截水溝，截水溝采用C20 混凝土，削竹式、端墻式洞門洞頂排水位置分別如圖1、圖2 所示。

圖1 削竹式洞門洞頂排水位置示意圖

圖2 端墻式洞門洞頂排水位置示意圖

2.1.1 截水溝基坑開挖

在開挖邊線3～5m 外采用挖掘機對截水溝基坑進行開挖，開挖順序由上至下，開挖后及時人工輔以清理。

2.1.2 截水溝現澆施工

施工所用的水泥、砂、水等材料的質量標準應符合混凝土工程中相應的材料質量標準。砼中用砂，采用中砂或粗砂，其中最大徑不超過5mm。含泥量不可超過5%。混凝土在拌合站集中拌制，必須具有良好的和易性和流動性，其塌落度應為50mm～70mm。

2.2 邊、仰坡開挖及防護

洞口邊、仰坡開挖防護必須由上至下逐級進行，邊開挖邊支護。防護采用Φ42×4mm 小導管，長3.5m，間距1m×1m 梅花型布置，同時掛Φ8 間距25cm 鋼筋網，噴射10cm厚的C20 砼防護，開挖時成洞面注意保留核心土體。

邊坡自上而下分層開挖土石方至成洞面，開挖的土石方用裝載機裝卸，自卸汽車運輸至棄土場。邊仰坡開挖遵循隨挖隨護原則，以強化邊仰坡穩定性，并隨時監測、檢查山坡穩定情況。邊仰坡開挖后，及時對開挖暴露的邊坡進行掛網、錨噴施工。洞口防護設計如圖3 所示。

圖3 武宣端右線洞口防護設計圖

2.3 基礎換填及擋墻施工

隧道武宣端洞口左線為半明半暗偏壓隧道，左側由于處于山體沖溝位置，基底地質條件較差，因此需要對左側邊墻基礎不良土挖除后進行換填C15 砼處理，并施工一段偏壓擋墻。忻城端洞口左線左側處進行基底換填C15砼處理。

2.3.1 基礎換填

在洞口邊仰坡開挖施工并完成防護之后開始對邊墻基底進行處理。測量人員根據施工圖紙，測量放樣出需要換填部分的開挖線，確定開挖范圍。開挖采用機械開挖輔以人工開挖的方式，挖出的不良土統一運至棄土場處理，由于開挖深度較深，開挖時注意放坡開挖并預留出足夠施工的寬度。

基礎模板使用木模板搭設施工，基礎施工時分節段進行施工，回填料采用C15 砼，混凝土嚴格按照配合比拌制，在現場澆筑混凝土時，需要確保振搗到位，每次振搗的時間大約在20-30 秒之間，并確保混凝土不再明顯下沉，不產生氣泡，直到開始泛漿為止。

2.3.2 擋墻施工

武宣端左洞右側邊坡設計有一段10m 長的擋墻，在洞口邊仰坡施工完成后即可進行擋墻的施工。測量放出擋墻基礎開挖邊線后，采用挖掘機進行基槽開挖，開挖長度根據現場地質情況進行分段開挖，設計10m 的擋墻一次開挖成型，機械開挖至基底設計標高以上20cm 時，重新進行測量放樣。

澆筑基礎混凝土采用沿槽澆筑，澆筑過程中，采用C25 混凝土，墻身施工采用鋼模板。在混凝土擋墻澆筑完成后的7d，其強度達到75%時，可以開始在墻身背面進行回填，并進行分層夯實，確保其密實度超過96%。在回填過程中，擋土墻必須始終保持一定的高度，并根據設計要求在適當的位置設置泄水孔。

2.4 套拱施工

在邊仰坡開挖并加固好后開始洞口段套拱施工，為確保隧道進洞的安全，進出口均采用C25 砼套拱及超前大管棚進洞（進出口管棚長各28m）。

拱架的加工、架設：

套拱拱架采用I20 工字鋼，為防止因拱頂下沉及側墻收斂而侵入凈空，其具體加工要求及安設工藝詳見施工工藝及技術要求。在進行拱架的加工和架設時，有幾個關鍵點需要特別留意：

①第一榀的拱架需要被嵌入預先準備好的土槽里，并與鎖腳錨桿進行焊接連接。

②在套拱拱架的架設完畢之后，需在拱架拱上焊接φ22 鋼筋，作為其縱向的連接筋。在此過程中，焊接長管棚的導向管，并在導向管上額外焊接導向管的固定鋼筋。

2.5 超前大管棚施工

文定2 號隧道的洞口選擇了超前長管棚的預支護方式，采用注漿增強了圍巖的承載能力，增強了巖體對結構的彈性抵抗力，確保施工進入隧道的安全性。隧道的管棚使用的鋼管是φ108×6mm 的熱軋無縫鋼管，并且它們之間的弧向距離為50cm。鋼管被放置在襯砌的拱形部分，并與路面的中心線平行布置。為了提高鋼管的硬度，注漿完成之后，應在管內填充M30 水泥沙漿。為確保鉆孔的方向，明洞的襯砌外部安裝了70cm 厚的C25 鋼架混凝土套拱，該套拱的縱向長度為2.0m，并在套拱挖掘過程中預留了核心土。在開始施工之前，為了更好地適應實際圍巖的壓力注入，我們應該進行壓注試驗，以確定最佳的注漿效果。在注漿完成之后，應立即清理管內的漿液，并使用M30 水泥砂漿進行密集填充，以提升管棚的整體剛度和機械強度。

2.5.1 管棚頂進

主要使用潛孔鉆機進行頂進，而挖掘機則作為輔助工具。管棚的尺寸分別是3m、6m 和9m。每當鉆完一個孔，就會插入一根管棚鋼管，這些鋼管是按照設計的規格和尺寸進行分段制造的，先將帶有尖錐狀頭部的管棚鋼管管節沿著鉆孔頂入孔內，再逐節用絲扣連接接長頂進至設計長度，相鄰管棚鋼管管節接頭相互錯開。在進行裝管安裝的過程中，如果出現故障或管道卡住的情況，需要先移除清孔，然后再將管道推入。

2.5.2 注漿

鋼管的周邊和孔口都使用了塑膠泥進行封閉，并預先設置了排氣孔。在建設過程中，根據設計的參數和圍巖的實際情況進行了試驗調整，以確保達到預定的效果。

注漿的順序和方法：從低位管開始，注漿的順序逐漸過渡到高位管。實施與鉆孔流水作業的方法，每一個成孔都需要一根注漿，注漿過程中使用兩臺注漿泵，將壓漿管插入鋼管中，并利用法蘭盤將壓漿頭牢固連接，以防止壓漿管退出導致人員受傷。為了避免孔內積聚水分并評估注漿的效果，我們在法蘭盤的上方斜向插入了一根Ф6mm直徑的排氣管。

在制備注漿液的過程中，應以連續且緩慢的注入為標準，這樣可以使漿液從底部緩慢地被擠出，從而有效地排除孔內的剩余積水并填補微小的空隙。水泥漿的壓注操作應在單次操作中持續進行，當壓力達到終壓2.0MPa 時，應立即停止注漿，不應在過程中中斷或停止。

2.5.3 明洞施工

在進行明洞開挖之前，首先需要完成地表的排水系統，接著在進出口的邊仰坡施工中，我們采用了分層開挖和分層支護的方法，從上到下，邊挖邊護，這種明洞邊坡的加固處理方法是同時進行明洞和仰坡的開挖。

①明洞的挖掘方法是從外部到內部，按照從上到下的順序，采用臺階、分層和分段的開挖方式，并進行分層和分段的支撐。考慮到地形的特點，我們選擇使用挖掘機來挖掘土方和強風化巖，同時人工協助清理邊仰坡的挖掘面。

②承載力檢測合格后綁扎明洞仰拱鋼筋，立端頭及仰拱頂面模板（端頭模板一次立到仰拱填充高度），待仰拱砼達到規定強度后拆除頂部模板，澆筑仰拱填充砼，仰拱及填充砼強度達到設計強度100%且齡期≥7 天后應在仰拱砼達到強度后施工明洞拱圈襯砌。

③進行明洞回填。明洞拱腳至隧道輪廓起拱線以上7m 范圍采用C15 砼填筑，其上回填碎石土，碎石土對稱分層夯實，每層厚度不得大于0.3m，兩側回填的土面高差不得大于0.5m，上層回填30cm 粘土作為隔水層，最頂層再回填30cm 厚度的種植土，明洞的粘土隔水層需要與邊坡和仰坡緊密結合，確保其封閉性。在采用機械回填的過程中，拱圈混凝土的強度必須滿足預定的設計標準，并且在開始使用機械施工之前，需要先通過手工方式進行夯實和回填，直至達到拱頂以上的1.0m。

2.6 洞門施工

洞門基礎開挖后，先應根據具體的地基情況作洞門基礎承載力試驗，在承載力滿足要求的基礎上，可修筑洞門。洞門墻采用鋼筋混凝土澆筑。為滿足穩定性和抗震要求，洞門采用1∶0.1 的仰斜坡率，施工放樣時，確保位置準確和墻面坡度平順。端墻利用鋼管支架搭設施工操作平臺，采用膠合板或大塊鋼模模型，加固定位后，泵送砼入模澆注成型。

3 總結

本文依托文定2 號隧道武宣端左洞洞口兩側的荷載不對稱產生的偏壓為工程背景，借鑒半明半暗偏壓隧道進洞文獻和通過在文定2 號隧道現場調研、調查及分析施工現場可能會影響隧道進洞施工的一些因素，提出適用于破碎碳質灰巖地質情況下半明半暗偏壓隧道進洞施工優化技術。采用本文提出的隧道進洞施工優化技術，實現較小開挖，特別對于進洞位置坡面陡峭地段，該方法較大地降低了開口線位置，施工組織的難度得到了降低，同時洞口邊坡的挖掘高度、挖掘量和隧道的支撐結構也得到了減少，這都確保了隧道施工的安全進出，減少隧道洞口的占地面積、減少對洞口自然景觀的破壞，極大程度地保持了原地表生態植被，維持地表原狀，降低后期通車運營安全風險，具有較好的經濟效益和社會效益。