黄土公路隧道进洞施工技术及探究

陈国营

(重庆交通大学土木工程学院，重庆 400074)

对于黄土公路隧道在浅埋、偏压、软弱围岩、富水、松散堆积体等复杂条件工况下，隧道合理进洞技术的问题已引起广泛关注，大多数学者通过有限元软件模拟分析、模型试验以及到施工现场测试等方法，经过几十载的研究，已对洞口边仰坡和围岩的应力应变特征认识有很大突破，并对隧道洞口边仰坡和围岩的失稳机理进行深入了解，提出适合此种情况下有效治理措施。

国外如日本、瑞士和挪威等，通常采用预支护拱法、AGF工法、管棚法和小导管注浆等进洞工法。更多从洞口施工安全的角度加以考虑，施工技术和工艺上都相对比较完善，已在我国得到广泛应用。我国在隧道施工方面一直不断地探索创新，其大致发展历程如下：(1)理念方面从“晚进晚出”→“早进晚出”→“零开挖”；(2)隧道洞口工程注重依次历经安全→经济→环保的三个过程[1]；(3)隧道的进洞技术从大开挖进洞技术→明洞进洞技术→超前支护进洞技术。但至今没有任何一种能适用各种地质条件的进洞技术，因此有必要对进洞技术做进一步的探讨。

1 洞口段常遇问题及应对措施

1.1 常遇问题

在开挖过程中，由于黄土隧道自身的特性，洞口段常伴随着较多的地质灾害，给施工安全带来极大风险。洞口段作为隧道施工的难点与重点，由于其地形地貌、地质条件的特殊性，洞口围岩往往受外界应力的严重侵蚀作用[2]。岩体破碎和节理裂隙发育等情况的出现，致使隧道在施工建设中，很容易诱发隧道灾害，主要包括洞口边仰坡失稳、地面开裂破坏、塌陷以及隧道冒顶、塌方、结构裂损、大变形与侵限、整体沉降、渗漏水等,特别是洞口浅埋段围岩的坍塌所造成的“关门”事故新闻媒体时有报道并造成了一定的不良社会影响。

1.2 应对措施

大量的黄土隧道工程施工案例表明，施工时，须严格按照“短进尺、少扰动、勤量测、早封闭”的原则来实施[3-4]。对洞口段常遇问题，主要从加强防排水、选择合理的开挖方式、加强监控量测、加固地基、减小周围施工干扰等几个方面来入手(表1)。

表1 黄土公路隧道常遇问题应对方案和实施措施

2 进洞技术

2.1 大挖大刷进洞

19世纪，为减少隧道的长度，常选择洞口位置在明堑和隧道的等价点上来进行设计，进而允许隧道洞口位置设计在山体深处，但很难避免明堑大挖大刷现象。之前的铁路建设常采用“晚进晚出”的理念，导坑式是较为常用的施工方式，先刷洞面，接着架明箱，铺装满土的草袋。进导坑的时候，通常采用边挖边撑放小炮的方式，等进到洞里一定距离之后，慢慢的从内侧向外侧来进行扩大施工，从而再对衬砌进行施工，与此同时修筑洞门[5]。

2.2 明洞进洞

明洞的回填相对于大开挖进洞，从很大程度上来说，减少了开挖量，开挖依次可按削坡→洞外拉槽→明洞底板灌注→洞身衬砌等顺序进行。与大开挖相比较稳妥，但也有一些不足，如前期工作较繁琐、经济性差等。

在傍山工况下，一般采用修筑的棚洞结构，减少开挖的同时也保护了周围环境，还可以遮挡崩塌落石，保证隧道安全运营；洞口处于破碎、浅埋以及滑坡的工况下，大多数工程难免要进行一些开挖，为确保后期安全运营，需要加长明洞的方式，来慢慢恢复洞口的生态环境，提高山体的稳定性[6]。明洞相对于大开大挖有很大的改观，但仍要进行刷坡，必然对周围环境造成破坏，很难恢复到原来的生态环境。如果开挖量较大，也会引起坍塌、滑坡现象。

2.3 超前支护进洞

通过上述对大开大挖和明洞进洞的技术深入了解后，深知其中的不利因素，大多数研究者进而转向少开挖或“零开挖”的进洞方法，为了减少对洞口段的开挖，采取一系列措施来加强隧道洞口处围岩的自稳，随着时间的推移，进一步得出超前支护加固进洞方法[7]。这种方法使围岩的稳定性得到大幅度提升，与洞内衬砌支护结构很好的融合在一起，达到高标准安全进洞目的。常见支护方式有抗滑桩、挡墙、管棚法、钢支撑、超前小导管等多种形式。“前置洞口工法”使“零开挖”理念在少数工程实例中得到全新的应用，在不挖山体的情况下，采取两侧开槽布置工字钢拱架前进到山体，充分利用纵向钢筋与钢拱架形成一个整体，在进暗洞前，浇筑混凝土形成临时的衬砌洞口并进行回填反压，再进行洞内暗挖工作。

3 挂口进洞施工与边仰坡耦合作用分析及其一体化处治措施

基于上述进洞技术并结合在大量实际工程考察之上，本文提出隧道挂口进洞施工，隧道洞口段有可能发生隧道滑坡、坍塌、结构破裂、漏水等问题，边仰坡也很有可能会发生地面开裂塌陷、侧向山体滑移、危岩崩落等施工灾害，所以洞口段施工难度较大，必须科学地进行隧道挂口进洞施工与边仰坡的耦合作用分析；进洞工作前须制定好切实可行、安全可靠的施工方案，才能确保施工安全和运营期的长久安全性。在开挖进洞前，有关的边仰坡就应该进行综合整治，即首先对洞口周围有关的边仰坡采取一体化处治防护，且对明暗沟交汇处所形成的坡面采取临时防护，同时进行挂网和喷锚联合支护，边仰坡须要喷锚支护，来确保洞口边坡的稳定，同时必须做好洞口的排放水沟渠系统，防止因雨水渗透等而发生滑坡或边仰坡坍塌现象。地表注浆加固则可大幅度增强浅埋洞口段围岩自承能力。之前偏压洞口的施工方法通常清理边仰坡表面植被，紧接着对边仰坡进行反压处治，但边仰坡的开挖会打破山体之前的平衡，较容易引发坍塌、顺层滑动等施工灾害。大量工程实践表明，隧道没开挖时其围岩是稳定的。因而，对于目前所提倡得自然进洞原则以及“零开挖”概念，即在进洞前采取诸如大管棚、超前小导管等预加固方法，不打破洞口原有平衡，来实现隧道洞口“早进、晚出”的建设基本原则。

4 监控量测

为保证黄土公路隧道挂口进洞施工的顺利进行,须进一步研究黄土隧道的结构、受力特点，对公路黄土隧道施工现场进行监控量测[8]，为隧道动态设计提供依据和信息，进而指导施工和预报险情，并作为地下工程的设计与施工积累宝贵经，同时是对隧道进行长期监视的可靠手段。依据黄土公路隧道自身的特性，监控主要包括地质及支护状况观测、周边收敛测量、拱顶下沉测量、地表沉降测量、围岩内位移监测、围岩压力、钢拱架和棍凝土应变、钢筋和锚杆轴力测量等内容。掌握围岩与支护结构的动态，对围岩的稳定性做出合理判断，进而对支护结构的合理性及安全性做出评价，为项目的实施提供可靠资料。

5 突发处理措施

防止挂口进洞施工风险的发生，对实际工程已发生的灾害原因进行分析总结，得出一套较实用的黄土公路隧道施工突发问题处理方法，即施工时须按照“定计划、做准备、听指挥、勤观测”的方针严格实施(表2)。

表2 黄土公路隧道施工突发问题处理措施[9]

6 结束语

综上所述，针对黄土公路隧道自身的特性，在进洞段施工时应注意危险源排查工作，加强地表防排水措施，选择适合隧道本身的进洞方案，监控量测工作落实到个人，加快断面封闭成环，最大程度使隧道周围环境干扰降到最低等，加强各个环节的控制，深入开展其隧道挂口进洞施工与边仰坡耦合作用分析及其一体化综合处治技术的攻关工作，使围岩自身的承载能力得到充分发挥,大大减少施工类似事故的发生，提高生产效率，从而产生良好的经济与社会效益。