论山岭区中短隧道“零开挖 单向出洞”施工工法在怀阳项目中的应用

陈东阳

摘  要：目前在中短隧道施工中采用“零开挖，单向出洞”的施工工法较少，为打破传统的隧道贯通方式，结合现场实际，取消设计长管棚，对洞口边仰坡实现“零开挖，单向出洞”工法，该工法节约工程成本，技术可靠，安全和使用效果皆能满足要求，节约工期，减小洞身初支结构的变形，最大限度保护生态环境，对类似的工程具有重要参考意义，具有显著的社会、经济效益。

关键词：“零开挖，单向出洞”;工法特点;施工操作要点

中图分类号：U455.4 文献标志码：A 文章编号：2095-2945（2019）22-0172-03

Abstract： At present， "zero excavation" is adopted in the construction of medium and short tunnels， and the construction method of "one-way exit" is seldom adopted. In order to break the traditional tunnel connection mode， according to the field practice， the design of long pipe shed is cancelled， and the construction method of "zero excavation， one-way exit" is realized for the slope of the entrance of the tunnel. This construction method can help save the project cost， reliable technology， safety and use effect can meet the requirements， shorten the construction period， and reduce the deformation of the initial branch structure of the tunnel. The maximum protection of the ecological environment has important reference significance for similar projects and has significant social and economic benefits.

Keywords： "zero excavation， one-way exit"; characteristics of construction method; key points of construction operation

前言

隧道按长度可分为特长隧道、长隧道、中隧道、短隧道。一般而言，单线长度在1000m以下的隧道，可称为中隧道或短隧道。山岭区中、短隧道，洞口段围岩一般为V级围岩，围岩主要表现为全风化粉质粘土、全风化粉砂质土、全风化砂岩或全风化花岗岩，掌子面围岩较干燥，不会出现涌水或突泥等特殊地质情况。对于洞口段为V级围岩隧道，为节约工程成本，可采用从一端向另外一端单向掘进，在洞口处实现单向贯通，即“零开挖，单向出洞”。

1 工程概况

怀阳高速公路TJ10标段（K91+500～K98+560）石眉山隧道位于云浮市郁南县都城镇境内，属中低山地貌，地形起伏较大。隧道范围内中线高程80.5m～216.9m，最大高差约136.4m。山体自然坡度17°～35°，植被较发育。进、出口均处于山前斜坡地带，山坡处于基本稳定状态，洞口进口段、出口右段偏压浅埋隧址区两端洞口附近仅有狭窄山路通过，通行条件较差，该隧道为V级围岩段，根据掌子面围岩情况，结合施工监控量测和地质超前预报结果，为确保出洞过程中的结构、人员、机具安全，减小洞身初支结构的变形，节约成本，工期成为本次施工的难点，重点。

2 方案设计

本工程为了节省工期，节约洞口临建设施费用，采用双层超前小导管替代设计长管棚，用保留核心土三台阶法进行开挖，单向掘进，直至在覆盖层基本为零处贯通，实现“零开挖，单向出洞”，本工法具有以下特点：

特点一：考虑山岭区隧道洞口段围岩一般为V级围岩，掌子面较干燥，采用双层超前小导管作为超前支护措施。小导管规格型号为，长4.0m，在开挖支护过程中，每2榀钢拱架打设一环，打设方式为第一环12°，第二环30°，第三环12°……，交错施工，超前小导管压注1：1水泥液浆。

特点二：根据隧道施工技术规范和施工作业标准化要求，隧道严禁在洞口处贯通。本施工工法采用单向掘进，采用保留核心土三台阶法开挖，直至在隧道的一端出洞，实现零开挖，单向出洞。

特点三：对于山岭区双向四车道隧道，在隧道洞口处，围岩较差，一般为V级围岩，本工法采用保留核心土三台阶法。该工法开挖断面小，能保证施工安全，施工进度较快。

特点四：零开挖出洞要求在洞口地表覆盖层基本为零处出洞，洞口基本没有仰坡，只有少许边坡需处理，大大减少了仰坡和边坡的开挖量和支护工程量，既节约了工程成本，又极大限度的保护了生态环境。

特点五：运用本工法出洞，在隧道的出洞端，节省了施工便道工人生活区、加工厂、拌合站、空压机房、仓库、接通高压电等大量的临建设施。

3 “零开挖，单向出洞”施工操作要點

3.1 严格按照开挖方案施工

该隧道V级围岩一般为全风化粉质粘土、粉砂质土或砂砾，原岩结构基本破坏，节理裂隙发育。在开挖时，控制每循环开挖长度。上台阶逐榀开挖，中台阶每循环开挖不超过2榀拱架，下台阶每循环开挖不超过4榀拱架，仰拱开挖每循环不超过3m[2]。

3.2 控制开挖方式

为保证施工人员初期支护的安全，必须采用有效的安全防护措施进行施工，在对中、下台阶左右两侧的开挖中，必须交错开挖，其安全距离不少于3m，来禁两侧对称开挖。另对上、中台阶采用机械结合人工风镐进行开挖，在开挖中若需要爆破，拟采用弱爆破，打浅眼、密眼、少装药、分次松动爆破。下台阶和仰拱采取弱爆破技术措施，结合机械开挖。在开挖中、下台阶时，尽量减少对上部支护的扰动。

3.3 双层超前注浆小导管支护

双层超前小导管的安装和压力注浆施工质量关系到采取本工法施工的成功与否，因此需要注意以下四个环节[1]：

（1）保证超前支护小导管的数量。按设计图纸中V级围岩浅埋段支护参数规定的数量安装超前小导管。本工法设计长管棚段落施工双层超前支护小导管每2榀拱架打设一环。

（2）保证超前支护小导管的长度与壁厚。超前小导管规格为？准42×4mm，长4.0m的热轧无缝钢管，要保证小导管壁厚和长度。

（3）按本工法规定的角度打设超前支护小导管。本工法规定双层超前小导管施打角度为：第一环12°，第二环30°，第三环12°，第四环30°……交替布置。且超前支护小导管末端与钢拱架必须焊接起来。

（4）超前支护小导管必须压力注浆。

本工法中超前支护小导管必须压力灌注1：1的水泥浆，注浆压力约1.5MPa左右，压力灌注时水泥浆的注浆泵、注浆管与小导管必须进行可靠连接，确保其密封性。当压力注浆完成后，在超前注浆导管底端进行封堵。

3.4 锁脚锚杆及系统锚杆施工要求

施工过程中严格按设计图纸及相关规范要求进行施工，确保在开挖过程中、下台阶拱顶不发生较大的沉降，必须按设计要求施工系统锚杆，且在上、中台阶处增设一道锁脚锚杆，增设的锁脚锚杆的规格与设计图纸规定一致，高度在第一道锁脚锚杆上方50cm以内，即本工法要求在中、下台阶处每榀钢拱架要施工2道锁脚锚杆。

3.5 安全距离控制

隧道V级围岩必须严格控制各台阶长度和安全距离。上台阶长度3m～5m，中台阶10m～15m，下台阶10m～15m，仰拱距离掌子面不超过30m，二次衬砌距离掌子面不超过60m。

3.6 沉降量预留

由于要经过上、中、下台阶和使初期支护仰拱开挖封闭成环（共4次），考虑拱顶实际发生多次沉降和初期支护平整度的影响，出洞过程中，建议预留沉降量按15cm控制。

3.7 钢拱架拱脚控制

在施工上、中、下台阶初期支护时，必须保证钢拱架的拱脚落到实处，若拱脚处有部分超挖，必须用等强度混凝土预制块或片石支垫密实，严禁钢拱架拱脚悬空。

3.8 出洞后增设2～3榀钢拱架

在隧道暗洞出洞后，拱顶设有一个碎落平台，该碎落平台可降低洞口边仰坡开挖高度，为保证洞口边坡及仰坡的稳定性及安全性，拟在紧跟的暗洞洞口1～2m范围内，增设2～3榀钢拱架，钢拱架间矩为60cm～100cm。

3.9 加强出洞过程施工监测

在围岩浅埋段施工时，特别是单向出洞过程中，由于覆盖层埋深浅，围岩自稳性较差，必须加强施工监控量测，主要监测的内容为拱顶沉降、地表下沉和洞身水平收敛等，每天监测次数不少于1次，每5～10m拟布设一道监测断面，每个断面拟布设5个点，并及时将记录数据向现场技术和项目负责人汇报，当达到监测预警值时，立即通知现场技术负责人，并及时采取科学合理的应急应对措施。

4 質量控制标准

V级围岩隧道“零开挖，单向出洞”施工的质量控制要点包括[3]：

（1）超欠挖的控制;

（2）超前支护小导管的数量、规格型号、施打角度、注浆饱满度;

（3）钢拱架节段连接处连接板的焊缝质量、连接螺栓的数量、孔位偏差、牢固程度;

（4）钢拱架间距、倾斜度的控制;

（5）钢拱架拱脚是否落到实处控制;

（6）钢拱架连接筋间距、焊缝质量控制;

（7）系统锚杆、锁脚锚杆施工质量控制;

（8）初期支护混凝土强度、平整度控制;

质量控制标准见表1。

5 经济效益

本工法采用“零开挖，单向出洞”，可直接少修建一条施工便道，节约了临时用地和便道修建费用，同时节省一整套施工前必备的临建设施，包括施工区临建设施和生活区临建设施，节约建设使用土地，在人、材、机方面节约项目建设成本造价约400多万以上，在整个关键工期上节约2个月左右。

6 社会效益

（1）本工法减少了大量的建筑垃圾及废水、废气、废弃物，同时对隧道周边工业区及居民的生产生活未造成任何影响。

（2）本工法真正实现在隧道洞口处零开挖，极大限度地保护原生态环境，符合建设低碳环保高速公路要求，不仅经济，而且环保。

（3）本工法具有很强的可操作性，工人极易学习掌握操作要领，可以多次重复作业，改善工人施工环境，极大的降低了工人的劳动强度。

（4）使用本工法施工，可以缩短工期，保证安全和质量，节约资源能源，保护环境，不扰民，为当地的交通提供便利，提供人民的生活水平。

7 结束语

本工法已成功应用于怀阳高速公路TJ10标段（K91+500～K98+560）石眉山隧道施工。打破传统的隧道贯通方式，取消设计长管棚，采用“零开挖，单向出洞”工法节约建设使用土地、节约成本、缩短工期，并对原生态环境进行有效的保护，该技术可靠，质量安全和使用效果皆能满足要求，这种工法具有很强的应用性，在其他的隧道均可推广使用。

参考文献：

[1]张志林.浅谈山岭区隧道“零开挖，单向出洞”施工关键技术[J].工程建设与设计，2018（06）：222-223.

[2]关宝树.隧道工程施工要点集[M].人民交通出版社，2011.

[3]JTG F80/1-2004.公路工程质量检验评定标准[S].