石洞隧道洞口工程施工技術方案分析

趙雪輝

(中鐵十二局集團第七工程有限公司，湖南 長沙 410000)

作為隧道項目施工的重難點部分，隧道洞口施工的重要性不言而喻，相關技術的應用水平將直接決定隧道的使用壽命與性能。對隧道施工技術的使用場景而言，有關人員既需要考慮地形、選線等條件影響，還要對隧道洞口施工可能出現的偏壓和淺埋風險加強重視力度，由此降低施工技術難度，確保項目施工具有安全性。

1 工程概況

本次改擴建的高速公路，設計車速是120km/h，擴建路基整體寬42m，單幅寬13.25m，公路的起、終點分別位于東莞市懷德村、虎眼山南。其中，石洞一號隧道在森林公園內，凈空約11.75m×5.00m，左線575m長，右線910m長，埋深最大能夠達到144m，是典型的中隧道，洞身圍巖以花崗片麻巖為主。石洞二號隧道同樣在森林公園內，左線550m長，右線591m長，埋深最大可達90m。

2 石洞隧道洞口施工技術說明

洞口施工包括截水天溝施工、邊仰坡防護施工、套拱施工和明洞施工。施工前，需要先開挖截水溝，再澆筑C20混凝土。施工模式為機械與人工相結合。為保證洞口施工質量、速度達到理想水平，施工方分別針對邊仰坡防護、截水天溝施工等環節，制定了切實可行的施工技術方案，具體內容如下：

2.1 截水天溝施工

2.1.1 施工工藝流程

測量放樣→開挖截水天溝→安裝模板→澆筑混凝土→拆模養護→嵌縫。

2.1.2 施工操作方法

開挖截水天溝時，要保證截水天溝和邊仰坡開挖線之間的距離超過5m。安裝模板前，先仔細清理基底的樹根、虛土和浮渣，并保證模板一次安裝成功。如果現場需要分別澆筑溝壁和溝底，則應先澆筑溝底，待混凝土達到初凝狀態，再沿溝壁緩慢插入直徑16mm的螺紋鋼，保證其插入混凝土的部分和裸露在外的部分均為15cm。側模板選用竹膠板，其外側水平方向安裝有2根相同尺寸的木方，木方通過鋼釘固定在竹膠板上；垂直方向每隔1m安裝有長70cm的木方，木方通過鋼釘固定在檁條上，這樣做可以使竹膠板剛度得到增加，對提高施工質量具有重大意義[1]。此外，還要注意一點，即：模板安裝線應做到接縫嚴密、線形平順，凈空尺寸在60cm×60cm以上，厚度在30cm以上。安裝模板的環節結束后，分別在土石分界處、轉角處設置2cm寬的沉降縫，保證溝底、溝壁沉降縫處于同一垂直面，切記不得使用假縫代替沉降縫。隨后，澆筑C20混凝土，澆筑順序為先溝底再溝壁，保證溝壁所澆筑混凝土的高度差在20cm內。C20混凝土的強度達到2.5MPa后，便可以著手拆除非承重模板，拆除完畢，盡快在上方灑水并覆蓋土工布，開展為期14d的養護。

2.2 邊仰坡防護方案

2.2.1 施工工藝流程

邊仰坡防護施工工藝分為：工料機準備→地質調查和測量放樣→截水天溝施工→洞口邊仰坡分級開挖、分級支護。

2.2.2 施工操作方法

(1)洞口明挖。洞口邊仰坡防護優先考慮錨噴防護，要用直徑22mm的砂漿錨桿、直徑6.5mm的鋼筋網和厚度為10cm的C25噴射混凝土，其中，砂漿錨桿布置成梅花狀，相鄰錨桿距離為1.2m，鋼筋網的網格距離為20cm。

施工流程和技術要點如下：首先，明挖法開挖邊仰坡，第一階段應開挖到臨時成洞面，以圍巖情況為依據，通過明挖+暗挖的方式，為施工人員預留進入隧道洞口的臺階[2]。而第二階段的任務是挖出剩余部分，期間要避免重疊開挖、掏底開挖，形成符合要求的永久性邊仰坡。其次，測量孔位并放樣，要求孔位偏差值在-150～+150mm間，孔深偏差值在0～50mm間，鉆頭直徑略大于錨桿直徑，差值以15mm為最佳。再次，清孔完畢，將注漿管緩慢插入錨桿眼，到達錨桿眼底后，打開閥門并注入M20水泥砂漿。在注漿的同時勻速提出注漿管。抽出注漿管后，盡快插入錨桿，使用錨固劑填充眼口，解決砂漿流失的問題。待安裝砂漿錨桿的工作告一段落，著手安裝鋼筋網，用扎絲固定網片搭接部位，焊接錨桿尾部、鋼筋網片的搭接處，以確保鋼筋網片能夠發揮應有作用。最后，噴射C25混凝土，噴射順序為由下至上，每段長度不得超過6m，噴射時，應保證噴嘴和巖面垂直，噴槍頭與噴射面之間的距離在0.6m～1.5m間，噴射風壓以0.2～0.7MPa為最佳，可根據實際情況加以調整[3]。

(2)洞口蓋挖。通過洞口蓋挖法對邊仰坡防護進行施工，應注重以下方面：1)出于保護施工人員安全的考慮，保證邊仰坡每級開挖高度在1.5m左右，最高不得超過2.0m；2)開挖邊仰坡時，應盡量做到零開挖，避免邊坡高度超出允許范圍；3)鋼筋網、噴射混凝土和導管的規格，均要滿足項目要求；4)噴射混凝土前，先將坡面的虛土和浮石清理干凈，再整修坡面，保證坡面平整；5)初噴混凝土之前，應仔細排查坡面是否存在透水點、滲水點。

2.3 套拱施工方案

2.3.1 施工工藝流程

套拱施工的工藝流程如圖1所示。

圖1 套拱施工工藝流程

2.3.2 施工操作方法

套拱施工需分兩步推進。第一步，對上部拱部展開施工，施工范圍是180°，高度是5.794m，第二步，對下部進行施工，高度是3.098m。施工技術方案所提出要求如下：

(1)使用彎拱機加工鋼架節段，按照開挖方式和設計尺寸確定各段長度，保證長度在4m內。節段兩端均通過雙面CO2保護焊這一方式與鋼板相連，表面不存在焊瘤、裂紋及其他質量缺陷。接頭處鋼板由等離子切割機負責切割，孔口處的鋼渣、毛刺，用砂輪機處理。

(2)本工程的拱腳基礎寬度為1.4m、高度為1.0m、長度為2.0m，開挖到設計方案所規定的高程后，盡快測試地基承載力，確保拱腳地基的實際承載力達到或超過250KPa。

(3)按照由下至上、由內向外的順序安裝拱架。安裝導向管時，應保證導向管與巖面相連。

(4)套拱模板由松木板支撐，鋼拱架負責提供下支撐。為確保套拱混凝土具有良好的光潔度，施工方對松木板的內模做出了調整，通過增設白色光面板的方式，使套拱混凝土整體呈現出的效果達到項目要求。

(5)對稱澆筑套拱混凝土的環節結束后，使用履帶潛孔鉆在管棚表面隔跳鉆孔，以免管棚受到擾動，出現塌孔或是其他安全問題。

(6)管棚由無縫管制成。安裝管棚時，應在鉆孔的同時頂管，避免出現塌孔的情況。管棚管接頭處應錯開1m，用壁厚6mm、直徑114mm的鋼套管連接。管棚鋼管內部設有鋼筋籠，該鋼筋籠由18螺紋鋼、固定環組成，其中，相鄰固定環的距離為150cm，整體尺寸是43mm×4mm[4]。

(7)管棚壓漿所使用水泥漿液的水灰比是1∶1，添加水玻璃體積為水泥漿液的5%，壓漿順序為由下至上，初壓、終壓分別是1MPa、2MPa。根據現場情況確定穩壓時長(通常為10～15min間)，穩壓結束，便可以流轉至下一環節。

2.4 明洞施工方案

2.4.1 施工工藝流程

明洞施工的工藝流程為：工料機準備→地質調查和測量放樣→明洞仰拱開挖→低級承載力檢測→明洞仰拱、二襯施工→洞門墻施工→防水層及防水保護層施工→明洞回填及橫向截水溝施工。

2.4.2 施工操作方法

明洞施工步驟包括仰拱開挖—制作并安裝仰拱鋼筋—制作及安裝模板—安裝止水帶—澆筑混凝土。

(1)仰拱開挖。仰拱開挖需要施工人員在開挖的同時檢測控制點高度，以免出現超挖的情況。對于整體較為軟弱的圍巖，應先用挖掘機開挖，待開挖深度距離設計深度20cm時，再改為人工開挖。結束開挖后，檢查地基承載力，一般來說，明洞的地基承載力應達到250KPa。

(2)制作并安裝仰拱鋼筋。明洞仰拱全長5m，施工方計劃使用厚度60cm的C40鋼筋砼進行施工，其中，仰拱主筋為直徑22mm的螺紋鋼，相鄰螺紋鋼的間距為20cm，上、下層保護層的厚度分別在6.8cm、5.0cm左右。分布筋沿用螺紋鋼，直徑改為12mm，箍筋所使用圓鋼的直徑為8mm。鋼筋在工廠制作，運往洞口附近安裝，安裝時，要確保焊縫厚度、長度以及寬度與要求相符，每道鋼筋的距離基本相同，偏差不超過允許范圍。

(3)制作及安裝模板。模板由組合鋼模拼制而成，其平整度、剛度均有明確規定。如果模板局部存在拼縫不嚴的情況，則要盡快用膨脹膠封堵，以免澆筑混凝土時，模板由于漏漿而形成麻面。

(4)安裝止水帶。施工縫包括環向、縱向兩種，均要設置厚度為6mm的膩子止水帶。伸縮縫、沉降縫則要設置橡膠止水帶、背貼止水帶(厚度為10mm)。綁扎鋼筋之前，確定背貼止水帶位置并進行安裝。本項目規定止水帶寬度為30cm，施工人員需要根據襯砌厚度確定預埋位置，保證止水帶預埋部分、外露部分均為15cm。對于中埋止水帶，應使用鋼筋卡將其固定在鋼筋表面，并確保相鄰鋼筋卡的距離為50cm。

2.5 洞口水土保持方案

2.5.1 施工要求

關于洞口水土保持，應注意以下4點：1)前期準備階段，施工方復測現場地形及地貌，參考各單位代表所提出意見，調整施工技術方案；2)堅持以零開挖理念為導向，減小項目施工給山體帶來的擾動，酌情延長明洞的長度，保證坡體的穩定性；3)不得隨意砍伐施工現場的植被，開挖導洞時，應盡量保護山體，使洞門和人文景觀、自然環境成為一個整體；4)如果洞口附近的圍巖條件不理想，則要先對明洞進行施工，待明洞施工告一段落，再將重心轉向暗洞淺埋段。

2.5.2 技術要點

(1)開挖土石方。開挖洞口處的土石方時，切記不得大面積爆破，以免擾動土體或巖體，威脅現場人員安全。正式施工前，清理邊仰坡表面有滑塌風險的灌木、浮石和表土，修整凹坑及凸起。項目施工期間，應重視兩方面內容：1)邊仰坡需分階段開挖，避免出現重疊開挖、掏底開挖等情況；開挖時，時刻關注洞口狀況，保證邊仰坡整體穩定；靈活采用不同防護方案，為邊仰坡提供科學、有效的防護。如果洞口坡體存在覆蓋層厚、坡度陡或是穩定性不理想的情況，則要改用反壓回填、地表加固方案[5]；2)如果條件允許，可以在結束開挖的第一時間，沿洞口設置永久防護，并保證洞身附近不存在施工專用的水池。

(2)排水施工。關于排水工程，要做到以下幾點：1)先在邊仰坡附近開挖排水/截水溝，再開挖洞口的土石方，以免地面受到雨水沖刷，出現塌方或是落石的情況。排水/截水溝進水口既可以平行于原地面，也可以略低于地面高度，但要做到緊密銜接，出水口則與排水系統相連；2)除邊仰坡外的其他區域，若存在坑洼積水的情況，則要嚴格按照要求處理；3)路塹兩側所建造邊溝和排水設施相連接，保證排水過程暢通；4)對沖溝處洞門進行施工時，應保證路基邊溝、山溝邊溝和洞頂改溝科學連接，嚴格控制后截水溝的質量，既要杜絕出現滲透、滲漏等問題，還要保證地表水被有效攔截。

(3)臨時防護。施工技術方案中，關于臨時防護的內容有：1)開挖邊仰坡和洞門永久防護兩道工序的間隔時間相對較長，考慮到項目所在地區的雨季較長，為避免雨水滲透開挖面，導致坡體穩定性受到影響，需通過錨噴支護的方式，為邊仰坡提供及時且有效的防護；2)正式施工前，仔細清理巖面和坡面，確保巖面不存在危巖、浮渣；3)錨桿施工環節，先要根據坡面情況，對錨桿位置加以確定，鉆孔時，應嚴格控制孔徑及孔深，結束鉆孔后，盡快清除巖粉，為后續施工做準備；4)對于坡面有大量滲漏水、坡體含水量多或是施工現場存在地下水的情況，需酌情開設平孔、泄水孔，保證液態水能夠快速排出。

3 結語

本工程技術方案的選擇充分考慮了石洞隧道洞口的地質條件、徑流情況和工期要求。對于復雜的地質條件，可以采用預拼裝技術，減少對地質環境的干擾和施工風險。施工期間展開了風險評估并制定相應的預案，通過采取適當的施工方法還有監測手段，及時發現并處理施工中出現的問題，降低了施工風險。施工期間。人力、材料和設備等資源要合理配置，確保施工進度和質量。通過對項目施工的總結，以期為類似項目的施工提供借鑒。