隧道洞口不良地质段的施工技术研究

刘珂

（石家庄市公路桥梁建设集团有限公司，石家庄050000）

1 引言

交通运输事业的发展使隧道工程数量不断增加，而隧道多是用于穿越丘陵或山地，本身施工条件比较恶劣，如果其处于不良地质段，在施工中很容易出现质量问题。传统隧道洞口施工大多采用上导坑进洞方式，配合钢拱架支护和超前小导管压浆，虽然有效，但存在不少缺陷，如拱圈容易开裂、围岩变形严重等，会对隧道的整体稳定性产生影响。基于此，在对隧道洞口不良地质段进行施工时，施工单位需切实做好施工技术的研究和选择，保证施工安全和质量。

2 隧道洞口的特点

洞口施工是隧道施工的关键环节，也是施工的难点所在，传统施工中，经常会在洞口开挖边坡和仰坡并且进行支护，达到预设进洞条件后才会进洞施工。但是，这样会形成高度较大的边坡和仰坡，虽然可以通过接长明洞回填绿化的方式来进行适当的补救，但已经遭到破坏的原生植被显然不可能恢复，并不符合绿色施工的要求[1]。通过对大量隧道工程进行研究可知，在隧道洞口施工中，具有3 个比较显著的特点：

1）岩层稳定性较差。隧道洞口地段通常存在覆盖层厚度小，岩层破碎、风化的情况，且通常也是软硬岩的交界位置，地质条件较差，施工难度大。

2）结构受力体系复杂。隧道洞口岩体长期受地质作用的影响，处于一种相对平衡的状态，而这种平衡状态会被隧道施工破坏，在洞口仰坡开挖后，仰坡本身从原来的三维受力转变为二维受力，容易产生滑坡问题，如果不能及时进行维护，则可能导致仰坡与隧道顶板薄弱位置发生坍塌。

3）支护难度较大。隧道洞口开挖会破坏山体原来的平衡状态，如果不能及时加固，则可能引发顺层滑移、坍塌等现象。因此，在开挖过程中，需要对洞口、洞顶仰坡以及路堑边坡等进行喷锚预加固，进洞前做好超前锚杆支护和超前小导管周边注浆加固，提升支护效果[2]。

3 隧道洞口不良地质段施工技术

某高速公路隧道工程出口在围岩山坡古滑坡体上，滑体厚度在19.2～21.1 m 范围内，地面坡度约为20°，洞口上方地表大部分为水田，滑坡体包含了块石和少量黏土，下方长期有泉水流出，说明在滑体内部蕴含着丰富的地下水，而受频繁活动的地下水影响，滑体稳定性相对较差，在洞口开挖过程中很容易出现坍塌乃至冒顶问题。如何对隧道洞口不良地质段进行处理，是工程施工中需要解决的一个关键问题[3]。

3.1 做好地表加固

考虑到该隧道断面相对较大，浅埋段隧道较长，地层稳定性差，在进行施工前，需要借助地表注浆或高压旋喷注浆的方式做好预加固工作，对地质条件进行改善，为后续施工提供便利条件。这里采用的是预加固桩的加固方式，需要先将地表植被清除，在每个洞口左右线各设置2 根预加固桩，桩体长度为18 m，桩径为2 m，在开挖桩孔的过程中，需依照设计的方案要求，做好护壁混凝土施工来保障施工安全。从保障加固效果的角度出发，选择C30 混凝土，等桩体强度达到设计要求后，才能进行后续操作。

3.2 排水系统施工

在对隧道洞口截水沟进行施工前，作业人员需要对边坡和仰坡上的山坡稳定性进行检查，将悬石和危石清除，对照现场地形条件，选择最佳排水系统进行施工，保障排水顺畅的同时，尽量减少对地表植被的破坏。洞顶位置环向截水沟可以在隧道外侧沿地势走向接入隧道洞口附近沟道内[4]。

3.3 边坡仰坡支护

隧道洞口位置的边坡、仰坡支护在经过现场分析论证后，决定采用喷锚支护配合小导管注浆的方式，导管直径为42 mm，长度约为6 m，以1.5 m 的间距进行梅花形布置，喷锚支护使用φ80 mm 钢筋网，网格尺寸为20 cm×20 cm，C20 混凝土喷射厚度控制在约10 cm。在施工过程中，钢筋使用前需要进行冷拉调直处理，将表面存在的裂纹、油污、颗粒以及片状锈蚀等全部清除，搭接长度控制在1～2 个网格，配合焊接的方式进行固定。在对钢筋网进行铺设的过程中，需要顺应受喷面的起伏状况，确保钢筋网与受喷面之间的距离不超过3 cm。在对混凝土进行喷射施工时，作业人员需要控制后喷头与受喷面的距离，对喷射角度进行调整，将钢筋保护层厚度提高到4 cm以上。

3.4 开展管棚施工

在该隧道工程中，进洞采用了长管棚的形式，设计长度为28 m，管棚框架材料使用φ108 mm 热轧无缝钢管，钢管厚度为6 mm。每个洞口环向设置35 根钢管，将相邻钢管间距控制在40 cm。以顶进法对管棚进行施工，需要先使用专业管棚钻机，钻出直径超过管棚直径的引导孔，然后，人工配合装载机完成钢管顶进作业。为了保证施工效果，正式施工前需要设置好导向墙，并在设计位置进行布孔和标注，完成管棚钻机的就位。钻进过程中，必须做好钻机立轴方向的把控，一边钻孔，一边进行钢管顶进作业，使用长度为15 cm 的丝扣对钢管接头进行连接，同时，也需要对每一个钻孔的施工情况进行记录[5]。

管棚施工环节，注浆量必须能够满足设计要求，确保浆液扩散半径在0.5 m 以上。如果注浆量超限但依然没能达到预期压力标准，则需要对浆液浓度进行调整，确保其能够填满钻孔和钢管周围空隙。注浆作业采用从低到高的顺序，间隔注浆，依照钻孔编号，先注浆单号钻孔，再注浆双号钻孔。

3.5 隧道洞口开挖

结合该工程实际情况分析，隧道洞口地段围岩风化破碎严重，稳定性较差，因此，在开挖过程中，应坚持超前支护、严格注浆的基本原则，使用超前管棚注浆支护和注浆小导管支护相互配合的形式，再结合预留核心土的开挖方式，将台阶开挖分成3 个部分，分别是拱部、上部和下部，开挖循环进尺控制在0.5 m。实际施工作业环节，上台阶环形导坑开挖采用人工开挖的形式来保障安全，避免过大扰动，核心土和下层台阶为了保障施工效率，采用人工开挖配合机械开挖的模式，将上下台阶开挖距离控制在约6 m。在环形导坑开挖完成后，需要设置永久性钢支撑，然后实施喷锚支护，等到初期支护基本稳定后，才能对核心土进行开挖。下半断面开挖采用了跳槽开挖的方式，单次开挖长度不超过2 榀钢支撑的长度，要求在两侧交替进行施工[6]。

3.6 重视初期支护

设计支护方案采用I20 钢拱架，将间距控制在0.5 m，超前支护则使用双层φ42 mm 小导管，一共32 根。喷射混凝土施工采用分段、分块作业的方式，要求做到“先墙后拱”，从下到上的顺序进行，在进行喷射作业过程中，喷嘴需要做螺旋运动，将螺旋半径控制在20～30 cm，这样能够保证混凝土喷射的密实性。施工作业人员需要做好对风压、水压和喷射距离的严格控制，尽量减少混凝土回弹问题。考虑到喷射混凝土厚度达到了26 cm，为了保障施工质量，采用分层作业方式，在第一层混凝土终凝1 h 后，进行第二层混凝土喷射，二次喷射需要做好岩面的找平工作，为后续防水层铺设提供便利[7]。

3.7 做好监控量测

监控量测主要是利用先进的技术和专业设备对隧道围岩变形情况、隧道支护下沉情况以及支护结构动态变化等进行测量，帮助工程技术人员及时发现并解决隧道变形问题，保障隧道工程施工质量和使用安全。隧道洞口支护结构的设置需要考虑岩体变形、应力状态以及稳定性等情况，而在支护结构变形前，通常都会出现比较明显的变形或位移，采用监控量测的方式能够获得真实、准确的结果，并对支护结构的支护效果进行检验，为支护方案和施工技术调整提供参考依据。对于隧道围岩应力状态变化，最为直观的表现是周边收敛位移和拱顶下沉，通过对这2 个参数进行监控量测，可以帮助技术人员更好地判断隧道空间的稳定性。对地表沉降数据分析可知，隧道洞口地表在下导坑和仰拱施工过程中，会出现一个比较短暂的突变，其余时间则是平缓变化。而在下沉量变化方面，在围岩开挖过程中，存在刚性支护滞后的问题，导致围岩变形和下沉量较大，刚性支撑完成后，下沉速度也在明显下降，表明，通过及时有效的刚性支护，可以很好地实现对围岩变形和地表沉降问题的有效控制[8]。

3.8 隧道坍塌防治

在隧道洞口不良地质段施工过程中，容易出现隧道坍塌问题。其原因除去不良地质的影响，还有设计施工方法不合理，施工作业不恰当等，地质条件是主要诱发因素。对于隧道坍塌事故，需要做到预防为主，综合防治。在施工前需要做好隧道洞口水文地质条件以及周边环境的调查分析，保证施工设计的合理性。同时，对隧道洞口施工环节可能会出现的隧道安全事故进行分析，采取有效措施进行防范。对于已经出现的坍塌事故，需要停止施工，对前后影响段进行加固，避免坍塌范围持续扩大，如果坍塌范围较小，应做好清理工作，将崩落的岩石清除后，进行回填加固和支护；如果坍塌范围较大，处理复杂，需要在衬砌施工完成后进行回填，对于衬砌断面外的坍塌暂时不做处理，应做好坍塌体周边围岩的保护工作，采用先支护后开挖的方式，保持谨慎施工，尽可能减少和消除隧道坍塌造成的负面影响。

3.9 施工效果分析

结合实际情况分析，在仰拱施工成环之前，围岩的变形是一个徐变过程，虽然因为不良地质的影响，在开挖过程中出现了短暂突变，但在封闭成环后，无论是拱顶下沉还是周边收敛位移，都开始趋于平缓，表明了及时封闭成环的重要性。

4 结语

在对隧道洞口不良地质段进行施工的过程中，应切实做好隧道围岩的变形控制，初期支护必须具备一定的刚度，二次衬砌则需要及时进行，不能一味地依照相关技术规程中的参数要求进行施工，而是应结合工程实际情况，切实做好施工方案的设计和监控量测工作，将围岩变形控制在允许范围内，以保证隧道工程整体施工效果。