佛岩寺隧道陡峭大角度斜交进出洞施工技术

张国锋

(中煤建工集团有限公司，北京市丰台区西局南街甲15号 100161)

山区隧道选线不可避免地会出现线路穿越复杂地质条件[1-2]的情况。当隧道与山体呈斜交进出洞时，洞口段存在偏压问题，对边坡稳定和隧道施工难度带来极大影响[3-5]，并且施工过程中存在极大的安全风险，因此，对隧道进出洞施工风险的降低和控制研究将有极其重要的意义。在此类工程问题中，佛岩寺隧道属于陡峭大角度斜交进出洞中比较典型的案例。佛岩寺隧道施工中，为了保证进出洞安全，对左洞出洞施工技术进行优化，采用“右洞先进洞，由横洞挑顶进入左洞，反向小导洞出洞”方案。经过实际工程的监测和验证，本施工方案大大降低了交叉作业区域的安全风险。

1 工程概况

兴延高速公路佛岩寺隧道位于北京市昌平区南口镇，隧道进出洞洞口位于梯子峪沟西沙路北侧山体中部。该洞口段地形起伏变化较大，且分布有危岩体，微地貌特征为陡崖与陡坡。隧道洞口段地面高程介于400～560 m，其中洞口与沟谷谷底高差达60 m，在紧邻陡崖坡脚部位，洞口与陡崖坡顶高差达100 m，边坡坡向140°～190°，仰坡坡度大于50°。洞口下方坡面长有灌木，左线西侧、左右线之间发育两条“V”型冲沟。佛岩寺隧道进口位置如图1所示。

图1 佛岩寺隧道进口

2 隧道进出洞施工重难点问题及控制措施

2.1 左洞出洞安全问题

根据隧道施工工期安排，左洞出洞时梯子峪特大桥已开始施工上部结构，洞口塌方和梯子峪特大桥墩柱及附属设施的保护是安全出洞的控制重难点。为保证施工安全采取如下措施：左洞出洞前在洞西侧冲沟内平整场地并设置被动防护网与坡体缓冲沟相连接，以防止落石影响墩柱及塔吊施工安全；为防止隧道洞顶危岩体塌方，按照“先外后内”的施工原则，先对洞顶的危岩体分布裂缝采用喷射混凝土进行封闭，洞外施做护拱，洞内采用小导洞开挖，再按照“三台阶七步开挖法”扩挖成洞。

2.2 右洞进洞安全防护问题

佛岩寺隧道进洞口与梯子峪特大桥存在交叉施工，进洞时需考虑梯子峪特大桥施工区域的安全防护，为此采取如下措施：隧道右洞进洞施工前首先对隧道洞口段危岩体进行排石处理，再采取主动防护网措施；隧道洞口下方采取两项措施阻挡洞顶落石，一是在梯子峪特大桥挖孔桩上方临边位置用竹夹板钢管搭设防护围栏，二是在梯子峪大桥与洞口之间坡势较缓的区域设置2 m深的缓冲沟(缓冲沟需作定期清理)。

2.3 左洞进洞场地限制问题

因佛岩寺隧道进口狭窄，左洞洞口位置西邻V型冲沟、进口下方陡峭且桥台位于隧道内，受场地限制，所以不具备直接进洞的施工条件。针对这种情况，施工中采取的措施是：在左洞洞顶陡峭坡体防护加固完成后，右洞先行进洞，在右洞施工至距洞口约150 m处，选取地质条件较好地段，将设计现有车行横洞的位置进行适当移动来满足左洞施工。其中由右洞进入左洞的横洞位置选在围岩较好的Ⅲ级围岩处，横洞位置如图2所示。

图2 佛岩寺隧道横洞位置示意图Fig.2 Transverse hole position diagram of Foyansi Tunnel

3 隧道进出洞施工关键技术

基于上述存在的问题，为保证隧道大角度斜交进出洞施工安全，尽量少破坏原有植被，对进出洞方案进行优化设计，考虑采用隧道右洞先进洞，将车行横洞位置调整至地质条件较好的地段，通过车行横洞挑顶进入左洞，先施工小里程方向，反向出洞时按照“先外后内”原则。

3.1 洞口施工

洞口位于陡崖底部，需从洞口明暗交界处向大里程开挖4～5 m(其中，右洞明暗交界里程为YK27+890，左洞明暗交界里程为ZK27+811)。由于洞顶危岩体体积大、洞口位置斜交角度大、无施工场地等条件限制，于是将右左洞明暗交界里程分别往小里程提4～5 m。明洞暗挖前进行掉洞顶危石清理、用C25喷射混凝土封闭危岩体裂缝、用主动防护网加固洞顶危岩体等处理措施。

考虑到左洞洞口由于地形狭窄无法正常进洞，因此左洞在反向出洞前，依洞口斜交地形施做半边护拱，根据量测结果加工S5b型异型拱架，钢拱架异型段用长3.5 m、φ42锁脚锚管固定在洞身与山体的斜交面上，下部在仰拱外开2.75 m深的基槽用混凝土浇筑固定，钢拱架之间用φ22连接筋连接，拱架背部安装钢筋网；待拱架、钢筋网安装完成后，用C25喷射混凝土浇筑护拱，护拱喷射混凝土厚度取30 cm；护拱施做完成后，在半边护拱内再施做长5 m、间距50 cm的φ42超前小导管，为左洞安全出洞做好准备。

3.2 挑顶施工

在右洞洞口根据设计施做大管棚并开挖，在左洞里程ZK28+034处按90度角施工车行横洞。横洞与隧道左右洞连接处位于Ⅲ级围岩段，采用S3a复合式衬砌，即1.2 m间距格栅钢架+φ22长3.0 m药卷锚杆+φ6.5钢筋网+18 cm厚C25喷射混凝土+10 cm预留变形量+45 cm厚C30衬砌混凝土。

1)当横洞开挖至距右洞3 m时开始扩挖，立I32a型钢门架一榀，I32a门型钢架由横梁和立柱组成(图3)，横梁顶搭设双层φ22全长粘结型药卷锚杆，锚杆长度3.0 m，纵向间距为1.0 m，门架和斜井格栅钢架间采用φ22连接筋，环向间距为1.0 m，门架和斜井拱架之间的间隙采用I18工字钢支撑、C30喷射混凝土支护。

图3 I32a门型钢架图Fig.3 I32a portal steel frame diagram

2)爬坡导洞按53%的坡度向左洞隧道中线掘进，导洞的拱顶标高高于隧道中线开挖标高25 cm，采用间距1.2 m的I18工字钢支撑(见图4)。围岩锚杆采用长度3.0 m、φ22全长粘结型药卷锚杆，环向间距1.2 m；每个拱脚打设2根φ42锁脚锚管，挂φ6.5 mm、网格尺寸25 cm×25 cm单层钢筋网，用25 cm厚C30喷射混凝土支护。

图4 横洞I18工字钢支撑示意图Fig.4 I18 I-beam support diagram

3)导洞开挖支护至左洞中线时，开始水平向前掘进，采用上述支护参数，边开挖边支护直到正洞另外一侧拱墙(见图5)。之后按正洞设计参数完成左洞初支施工。

图5 正洞隧道支护图Fig.5 Supporting diagram of main tunnel

4)拆除临时支撑并继续向前掘进约10 m时，在斜井口处开始下台阶开挖与支护，逐步形成两台阶法施工。

3.3 左洞出洞

1)洞内。在距离出洞10 m位置改为三台阶施工，设置小导洞先行贯通，然后按S5b支护参数扩挖成洞。将原设计预留变形量10 cm加大至20 cm，出洞段掘进采用“短进尺，少装药”的原则，每循环进尺不大于1榀拱架(每循环进尺为0.8 m)，必要时采用静态爆破。为保证出洞安全，在拱部施做4.5 m长φ42超前小导管。

2)洞外。在左洞反向出洞前，为保证洞顶垂直仰坡的稳定性，采用零开挖方案，首先对陡峭坡体地形进行准确测量，以确定每榀拱架的长短，钢拱架一侧拱脚预埋在明洞衬砌的外侧，另一侧根据地形条件固定在隧道与坡体的斜交面上，并用φ42锁脚锚管进行固定，在拱架外侧挂网喷射30 cm厚砼作为护拱，反向出洞在护拱下按三台阶施工方法每次开挖一榀。

3.4 监控量测

在施工过程中，加强洞内外的围岩监控量测，并根据围岩量测结果及时调整施工参数，以确保安全[6-7]。由开挖过程中的施工监测数据(图6)可知横向位移最大值为0.0087 mm，竖向最大位移值为0.0485 mm，隧道位移值远小于规范和设计要求极限值。采用台阶法施工可避免隧道断面应力集中，有效提高施工的安全性；初期支护可达到理想设计状态，安全性较高；洞口边坡稳定，无明显滑动和裂缝；已施工段隧道初期支护喷射混凝土无开裂，钢拱架无变形、压曲现象。

(a)水平位移

(b)竖直位移图6 监测数据图Fig.6 Monitoring data

4 结语

1)佛岩寺隧道洞口段进出洞施工方案减少了对周边植被、水土的破坏，降低了施工对佛岩寺自然风景区环境的不利影响。

2)采用的施工方案、技术措施降低了隧道与桥梁交叉作业区域的施工安全风险，确保了洞口段施工的安全与质量。

3)采用的施工方案和方法成功解决了佛岩寺隧道左洞进洞无条件、陡崖斜交、桥隧相连等施工难题，为今后类似工程施工积累了经验。