丘陵山区高速小净距隧道单向出洞施工技术研究

程希

保利长大工程有限公司 广东 广州 510000

隧道单向出洞施工技术，即单向掘进至距出洞口20m～30m处时，通过动态调整支护参数，采取CD挑梁开挖法或环形开挖预留核心土法化大断面为小断面、延长或增加超前小导管的搭接长度或布设数量，提高注浆质量等措施，从洞内向另一端洞口直接出洞的施工工艺。本文以大埔至潮州高速公路石壁隧道为例，通过动态调整出洞支护参数结合施工质量控制等方法，分析研究丘陵山区高速隧道单向出洞施工技术。

1 工程概况

石壁隧道位于梅州市大埔县高陂镇宋公村，设计为双向四车道，小净距隧道，起讫桩号K16+421～K17+003，长582m；呈150°方向展布，穿宋公村；隧道穿过丘陵地貌区，地形起伏大，地面标高96～198m，最大相对高差约为102m。山体植被茂密。隧道最大埋深约110m，属于洞口浅埋小净距短隧道。

（1）洞口地质条件。石壁隧道由潮州端向大埔端单向掘进，大埔端洞口覆盖层较薄，局部基岩裸露，见陡峭岩壁。洞口段围岩主要由坡残积粉质黏土、燕山期强风化混合花岗岩，节理裂隙发育密集，裂隙面之间多充填泥质，基岩破碎，无胶结，完整性差，强度低。

（2）洞口段原设计情况。隧道出洞口段为Ⅴ级软岩浅埋段，洞口段设计支护参数为XS-Ⅴa型复核衬砌。洞口24m范围内超前支护采用Φ108无缝钢管长管棚，管棚长度24m，环向间距40cm，外插角1-30°，设置于拱顶120°范围内，同时施设Φ42超前小导管，小导管长度4m，环向间距40cm，外插角120°，初期支护采用喷锚支护，主要采用Φ25中空注浆锚杆、Φ22药卷锚杆、工字钢支撑(I20a@60cm)、Φ6mm钢筋网（20×20cm）、26cm厚C25喷射混凝土[1]。

2 隧道单向出洞施工技术

2.1 现场施工条件

石壁隧道大埔端为陡峭岩壁，洞口外侧为深山沟谷地带，地形高差较大，洞口位置丛林密布，施工场地狭窄，且施工便道较难开入，施工平台无法搭建，施工水、电、机械设备等无法接入。

2.2 出洞方案确定

结合现场施工条件及大埔段端洞口围岩岩性，石壁隧道采取CD挑梁法单向出洞施工。

2.3 CD挑梁法单向出洞明暗分界线的确定

根据挑梁法单向出洞的设计意图，出洞时的明暗分界桩号以“超前支护打穿地表”和实现“零开挖出洞”为准。洞口桩号保持原设计不变，由于明暗分界线桩号变动，相应的洞门方案应根据实际地形地质情况提出调整，隧道出洞后，明洞段根据地形地貌及边仰坡情况，可采取适当的支护形式进行加强支护。

2.4 CD挑梁法单向出洞施工方案

（1）CD挑梁法单向出洞施工方案。取消石壁隧道大埔端洞口原设计套拱及Φ108长管棚，原长管棚超前支护范围直至出洞采用双层超前注浆小导管代替，超前支护采用两排超前注浆小导管每环37根，间距40cm。超前小导管规格为Φ42×4mm，长3m。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30°，第二环12°，第三环30°，第四环12°，交错施工，超前小导管压注水灰比为1∶1水泥液浆，终压0.5～1Mpa。

为控制开挖过程中拱顶沉降，取消原Φ22砂浆锁脚锚杆，变更为3.5m长Φ42注浆小导管，每处拱脚设置2组，每环设置8根，打设高度不超过拱脚以上50cm，施打角度与水平方向斜向下成45°。其他支护结构仍参照原设计XS-Va衬砌结构支护。

（2）CD挑梁法单向出洞施工步骤。当掌子面施工至原设计长管棚支护范围时，暂停掌子面施工，完善开挖部分洞身初期支护及二次衬砌，控制好安全步距，做好洞身围岩及洞外地表沉降位移监测，同时做好出洞施工准备工作。上台阶打通后再交错施工下台阶，并及时封闭仰拱。单向打通后在明洞范围加设3榀钢支撑及喷混支护，作为洞口防护。

2.5 CD挑梁法单向出洞施工质量、安全控制要点

①施工中尽量缩短掌子面到仰拱和二次衬砌之间的距离，及时进行下台阶开挖及仰拱封闭成环，确保安全步距满足规范的要求；②严格控制好双层超前支护小导管的打设角度和小导管间的搭接范围，确保注浆饱满度；③上台阶先、后行导洞出洞过程中根据地质情况，适当增设临时仰拱或横撑；④每次开挖完成以后，先用小型挖掘机排险，确认无险情后，及时喷混封闭掌子面、施做初期支护；⑤上台阶两侧导洞贯通后，再行下台阶施工，左右侧错距5m开挖，避免局部爆破震动对上部松散土体的影响；⑥加强单向出洞段及洞外地表的施工监控量测（洞内每5m设置一观测断面），并根据监控量测结果决定是否需要对进尺、支护参数进行实时调整。

3 CD挑梁法单向出洞施工技术的经济效益和社会效益

（1）节约投资。采用单向出洞施工工艺可以节省一个开挖面需增加的风、水、电、驻地建设费，节省洞口边仰坡开挖喷锚防护以及施工机械等一整套费用。

（2）加快施工进度。采取单向出洞施工工艺相比从边、仰坡开挖防护，截水沟施作，套拱与管棚施工，直至具备进洞条件，至少可以节约7～10天的工期。

（3）减少人工痕迹。采用单向出洞施工工艺，通过选择合理的明暗交界里程，延长明、暗洞，优化洞门的结构形式，减少边仰坡的开挖量，有效地避免对洞口植被、土体的扰动与破坏。

4 结束语

当隧道一端洞口受陡峭、临崖、偏压等地质条件差等环境因素影响，使施工机具难以就位或难以形成开挖面时，鉴于工期、投资以及洞口的自然景观的保护等各方面优势，可以选用单向出洞法出洞。本项目石壁隧道就是结合隧道自身特点及实际地形情况，巧妙的选用CD挑梁法单向出洞施工，为项目节省了辅助施工设备、设施的投入，取得了较好的经济效益和宝贵的施工经验。对丘陵山区短、中隧道施工具有较好对借鉴意义和推广价值。