绵茂公路某隧道进洞挂口施工技术

谷柏森，吴 行，王 伟

（苏交科集团股份有限公司，江苏 南京 210017）

1 工程概况

四川省绵竹至茂县二级公路某特长隧道进口里程K9+750，隧道全长3 420 m，最大埋深500 m。

隧道进口位于绵远河左岸崖脚的缓坡带上，该缓坡带由崩坡积块碎石土构成，结构松散已坍塌。洞口围岩为白云岩、白云质灰岩，岩层陡倾，岩体节理裂隙较发育，薄层状结构，层间结合力较差，呈块状及碎裂状镶嵌结构，岩体较破碎，围岩整体性较差。由于场地条件限制，线路轴线走向与斜坡走向呈47°斜交，存在明显偏压，挂口施工条件很差，施工难度较大。崖壁右侧与隧道中线相交里程为K9+750，与左侧开挖线相交里程约为K9+769.5，左右侧开挖线在崖壁上前后相差19.81 m，如图1所示。

2 隧道进洞挂口施工方案设计

2.1 施工方法选择

由于场地限制，隧道走向与山体小角度斜交，根据设计K9+750~K9+762.6为明洞，隧道右半断面采用暗挖，开挖线在基岩上，左半断面大部分地面线低于拱顶为明挖段，左侧明洞底部悬空，采用3根矩形桩上顶托梁作为明洞左侧的基础。同时，由于夏季为汛期，故必须严格控制工期，尽快挂口进洞。

图1 山体与路线轴线斜交示意图（单位：m）

根据隧道洞口施工常用的几种施工方法特点，结合现场实际情况进行类比，确定了2种较为合理、安全的进洞施工方案。

（1）反压回填正交进洞法。常用于偏压地段，对于偏压地段，先施工明洞桩基、托梁、耳墙，后对回填部位进行清表处理，并采用注浆锚杆等对偏压地段进行一定的加固；然后采用碎石土进行回填，注浆固结；最后采用同暗挖隧道一样的施工方法进行隧道开挖［1］。

（2）中隔壁法（CD法）。CD法适用于围岩较差的大跨度隧道中，施工时将大断面划分为小断面，先开挖隧道一侧并施作中隔壁，然后再开挖另一侧。因斜交地段地层压力和衬砌受力较为复杂，如一次性斜交进洞断面跨度大，施工难度较高安全风险大，采用CD法较为合适。

各进洞方式综合对比如表1所示。

表1 斜交偏压隧道进洞方式对比

通过对上述2种进洞方式的综合对比，在该拟建隧道洞口地质较差、场地条件有限的情况下，2种施工方法均有很好的适应性，都能满足工程建设需求，然而当必须考虑工期因素影响时，CD法开挖具有明显的优势。因此，本隧道进口端挂口施工选择中隔壁法（CD法）施工。

2.2 施工工艺流程

洞口边仰坡清理→边仰坡防护→洞顶截水沟施工→超前支护→测量放线（开挖轮廓线）→左半断面开挖支护→隧道正常段施工→明洞桩基施工→明洞基底换填→耳墙施工→右半断面扩挖→明洞初支施工→明洞施工→明洞回填［2］。

2.3 施工方法

（1）施工前期准备工作

在进行左右半断面开挖前，需做好必要的前期准备，包括边仰坡的清理及其喷锚网防护、洞顶截水沟施工、洞口超前支护施工以及开挖轮廓线测量放线，以保证断面开挖顺利实施。

（2）断面开挖及支护设计

① 开挖方案设计

根据中隔壁法施工特点，将洞口划分为左、右2个断面分别施工。挂口进洞时假定山体与路线轴线斜交的斜面为正面，先开挖隧道左半断面，采用上导坑单侧壁法进行开挖。左半断面顺应地形先正交进洞按设计线开挖，右开挖线向前直进开挖，当开挖至标准断面时按设计断面施工，此时断面及钢拱架为异型断面，进洞时辅以小导管超前支护，进洞后逐步过渡成标准断面［3-4］。断面开挖示意图如图2所示，左侧壁上导坑套拱、临时支撑拱架图如图3、图4所示。

图2 隧道中隔壁开挖法示意图

图3 左侧壁上导坑套拱、临时支撑拱架图(首榀)

图4 左侧壁上导坑套拱、临时支撑拱架图(末榀)

② 初期支护设计

初期支护设计包括注浆锚杆、双层钢筋网片、喷射混凝土、I20b拱架以及超前小导管，具体参数见图5。图中所示为斜交浅埋进洞地段衬砌断面设计，适用于异型断面到标准断面的过渡段。

如图6所示，开挖断面及钢拱架为异型断面，钢架在由斜交断面向正交断面过渡过程中，钢架的形状不规则，设计稍复杂，左半断面是按设计一次性开挖到位的，所以拱架按设计加工，右半断面是过渡渐变段，拱架加工时按现场实际半径制作。钢架与围岩之间有间隙时，用混凝土垫块楔紧，并用喷射混凝土封闭空隙，使钢架能立即并较好地承受荷载［5］。

（3）右半断面扩挖

右半断面扩挖采用的是反打出洞的方法，即由内向外按75 cm进尺控制开挖，逐榀拆除中隔壁，支护按设计参数施工。值得注意的是，右半断面进行反打出洞施工需要具备2个前提条件：一是隧道正常段开挖掘进施工完成50 m以上；二是洞口工程全部完成（明洞桩基施工、明洞基底换填、耳墙施工）。

图5 斜交浅埋进洞地段衬砌设计图

图6 斜交浅埋进洞地段衬砌设计图（单位：m）

（4）隧道正常段施工

小断面进洞渐变过渡到设计标准断面时，施工按正常工序、工艺进行。

3 现场施工要点

（1）本隧道洞口挂口施工由于斜交面宽度太大，故采用Ф42 mm热扎无缝钢管短管棚（即小导管）注水泥浆液，进行超前支护代替原设计Ф108 mm长管棚。

（2）洞口采用小断面向大断面的过渡方式进洞，主要依靠小导管、钢架形成的支护体系控制围岩变形，从而确保进洞安全。

（3）开挖采用光面爆破施工，每一循环进度控制在75 cm左右，即一榀钢架间距。由于该隧道洞口拱顶围岩比较薄弱，若爆破用药量过大，极易破坏围岩的整体性，因此施工时必须注意严格控制用药量，增强超前小导管支护措施。施工中必须坚持“管超前、弱爆破、短开挖、强支护、早封闭、勤测量”的原则，确保进洞时的施工安全［6］。

（4）右半断面反打出洞进行中隔壁拆除前，须确保初支变形趋于稳定，每榀拆除，每榀闭合，仰拱及时跟进。拆除过程中加强监控量测，如有变形突变现象，立即停止拆除，并进行加固。为加强开挖时初期支护的稳定性，要严格施作锁脚。

4 洞口施工数值分析

本隧道进口施工主要难点在于左边断面由斜交向正交的扇形过渡开挖，重点在于保证异形断面支护体系的支护效果，通过数值模拟方法分析初支结构受力和围岩变形特征，结合施工中监控量测数据反馈，可初步验证“CD”法结合反打出洞方法的施工效果。

洞口施工模拟采用了Midas有限元分析软件，计算采用了弹塑性理想化模型并作如下假定：（1）假定围岩为连续介质，采用平面四边形单元模拟，在沿隧道长度方向上断面大小及内力不发生变化；（2）锚杆采用桁架单元模拟，只传递轴向拉力或压力；（3）初期支护采用梁单元模拟，钢拱架支承作用和注浆加固作用可采用“等效方法”加以考虑。

在整个洞口开挖过程前期，由于开挖扰动，围岩初始应力场改变，导致洞内周边位移变化速率较快；后期支护结构发挥支承作用，周边位移值趋于稳定，最终累计值为9.51 mm，如图7所示。拱顶沉降最大变化梯度出现在开挖前期，支护结构与围岩产生变形协调节段，沉降量增加较快；后期整个断面开挖成型后趋于稳定，如图8所示，拱顶沉降最终累计值为4.53 mm，支护结构可满足后续衬砌结构施工。

图7 洞内周边位移

图8 拱顶沉降

由数值模拟分析来看，施工中所拟定支护体系能较好承受围岩形变压力，发挥良好支撑作用，“CD”法结合反打出洞的开挖方式能较大限度地避免围岩扰动、控制围岩形变量。

5 监控量测

监控量测能较为准确、完整地收集开挖爆破及临时支护拆除的监测数据，通过分析掌握围岩和初期支护位移变化情况, 及时反馈信息，为施工提供科学依据［7］。该隧道进口段现场监测设置了3个监测断面，对应里程分别为K9+774、K9+778、K9+800，监测项目及数据见表2。

表2 各监测点监测项目及数据

根据现场监控量测数据时态曲线，监控后期15 d左右时间内，各监控量测点拱顶下沉变形、隧道净空收敛变形趋于稳定，形变速率趋于0，隧道拱顶下沉变形量、周边位移变形量处于安全可控范围内。洞内初期支护完成后，未发现明显塌方征兆，初期支护喷射混凝土表面未发现明显的裂缝或掉块现象。

6 结论

文章对绵茂公路某隧道进洞挂口方案的设计和施工全过程进行全面阐述，并结合数值模拟以及施工监控量测进行分析和研究，得出以下结论：

（1）受场地条件限制，隧道轴线与山体小角度斜交时，采用“CD”法进洞与反打出洞技术相结合，能很好地满足隧道挂口进洞施工的技术要求，既避免了对边仰坡的大刷大挖，减少了对植被的大范围破坏，又能保证隧道开挖的安全。

（2）采用“CD”法开挖时，运用了小断面向大断面过渡的方式进洞，开挖面及钢拱架采用了异型断面设计，逐渐过渡到标准断面，较常规设计复杂程度有所增加，但结构总体优势明显增加，对洞口浅埋偏压地形具有较高的适应性，可尽早闭合支护结构，提高工程质量。

（3）采用“CD”法开挖进洞，可有效缩短建设工期，加快工程进度，该隧道进口段施工总耗时约35 d，建设总工期缩短了近2个月，避免了隧道洞口段在汛期施工的风险。

（4）监控量测工作贯穿洞口施工全过程，根据监测数据结果综合分析，该隧道初期支护完成后，围岩发生少量位移变化，支护结构有少量收敛变形，但均在可控范围内，并且施工后期均趋于稳定，验证了“CD”法挂口进洞施工方法的科学合理性和可行性，可为其它相似工程提供一定的参考。

［1］ 廖朝华，郭小红.公路隧道设计手册［M］.北京：人民交通出版社，2012：383-450.

［2］JTG/T F60—2009公路隧道施工技术细则［S］.

［3］荀其迅.隧道穿越地表松散地段施工技术［J］.铁道标准设计，2007（11）：81-84.

［4］何伟奇. 新鲤鱼溪二号隧道洞口高仰坡滑坡体的防护论证［J］.现代隧道技术，2003，40（2）：13-17.

［5］许青风.黔桂铁路那马隧道施工方案浅析［J］.隧道建设，2007，27（1）：65-69.

［6］铁道部第二勘测设计院.铁路工程设计技术手册（隧道）［M］.北京：中国铁道出版社，1999：82-139.

［7］JTJ042—94公路隧道施工技术规范［S］.