浅埋偏压隧道半明半暗段进洞施工关键技术研究

文/李志双、王嘉炜

1 前言

我国隧洞洞口浅埋、偏压，外露岩体严重风化、围岩承载能力较差的情况屡见不鲜，当隧道洞口与山体斜交、地处严重偏压、浅埋地段时，为贯彻“零开挖”进洞理念，通常洞身部分采用半明半暗设计，将明挖段反压回填加固后，再进行暗洞开挖。然而，半明半暗洞口地段地质条件复杂，干扰因素较多，工序转换频繁，现场组织难度大。本文以天德村隧道出口左洞“半明半暗”进洞施工为例，强抓关键工序实施及质量管控，并结合监控量测数据分析具体施工情况，旨在为后续同类型隧道洞口半明半暗段施工提供参考[1]。

2 工程概况

本文依托的工程天德村隧道位于重庆市万州区新田镇。隧址区属构造剥蚀丘陵地貌，总体南东侧高北西侧低；地表覆盖层为粉质粘土，沿线植被发育，多以杂草、灌木为主。左线全长354m，右线全长320m，为双向四车道高速公路分离式隧道，隧道全洞身围岩等级均为V级，最大埋深36m，整座隧道浅埋、偏压、极小净距、洞口顺层，施工难度大，安全风险高。

图1 天德村隧道出口洞口段周边地质条件图

出口左洞半明半暗段落位于一斜坡中段，斜坡坡向250°～280°，斜坡坡角20°～40°，洞轴线与斜坡坡向交角10°～40°，下伏基岩为侏罗系中统新田沟组页岩和砂岩。洞口半明半暗段17m 范围内岩体较破碎，层间结合较差，呈块状，边坡开挖后经雨水浸泡冲刷易形成滑动面，围岩稳定较差。此外，左洞出口地层产状为320°∠35°，主要发育两组裂隙：40°∠75°和140°∠41°。天德村隧道半明半暗衬砌段（K4+839-K4+822）线路走向与水平面接近45°角，开挖不慎极易造成山体滑坡或者围岩变形过大，影响进洞施工安全。

3 工艺流程

天德村隧道出口左洞设计明暗交接桩号K4+839，其中K4+839-K4+822 为半明半暗衬砌段，施工工艺流程为：截水沟施工→沿刷坡线开挖外侧土体、边坡喷锚支护→跳槽开挖施工半明段偏压挡墙→套拱施工→护拱施工→管棚施工→暗洞开挖→洞顶反压回填。

4 半明半暗段施工

4.1 边坡开挖

为减少雨水对开挖边坡的冲刷、拦截和疏导洞顶地表水，在开挖线5m 地面相对平整区域施作洞顶截水沟，再采用机械配合人工进行边坡开挖。

天德村隧道出口段边坡岩体破碎，裂隙发育层间结合差且存在长距离大顺层地质。为减小开挖过程中发生掉块及小范围坍塌的可能性，对边坡采取Φ108 注浆钢化管L=18m@2m×2m 喷射混凝土进行防护，串联块状土体并注浆充填层间裂隙，以达到固结加强目的。另外，此过程中在坡顶还要布设沉降观测点，实时监测坡体沉降及位移情况[2]。

4.2 偏压挡墙施工

天德村隧道出口左洞明洞由17m 半明半暗衬砌段+5m 明挖段构成。由于隧道半明半暗段拱墙处水平荷载为主要荷载，承受与洞轴线垂直的顺层地质下的偏压力，故设计长22m 高10.36m 的偏压挡墙。为保证挡墙基础开挖后边坡土体稳定，采取跳模施工，分段开挖挡墙基础。挡墙基础开挖风险较高，放坡坡比不宜过陡，开挖过程发现边坡掉块、地质情况较差时，可敷设9m 长钢化管临时加固边坡，并保障挡墙施工作业人员安全。

4.3 护拱施工

4.3.1 护拱设计

为确保半明半暗段施工顺利，在主洞初期支护上方设计了长度为17m 的护拱，护拱内沿纵向设置钢支撑，钢支撑纵向间距为50cm，采用纵向连接钢筋相连，环向间距为1m，护拱采用C25 混凝土现浇，厚度为50cm。

4.3.2 护拱钢架施工

护拱左侧钢架在施工偏压挡墙时提前预埋，右侧坐落于靠山侧基岩上。护拱拱架分节段制作拼装成拱形，制作前，测量人员精确测量放样出每一榀拱架的位置，并计算出每一榀拱架的弧长，同时做好编号以便安装使用，确保拱架的端部能抵靠住山体。另外，拱钢架架立前，要预埋明挖段长管棚钢管，钢管与钢架应焊接牢固。

4.3.3 护拱浇筑

由于护拱拱架内弧面积较大，造成内弧模板安装难度大，平整度也难以控制，因此现场将半明段满铺细沙至初期支护设计高程，人工摊平细沙，预留出钢架保护层，以保证护拱混凝土厚度。混凝土浇筑采用天泵均匀布料，可加快浇筑速率，保证混凝土入模质量。另外，由下往上分层对称浇筑，振捣密实，一次浇筑成型。

图2 护拱施工

4.4 长管棚施工

天德村隧道出口左洞进洞辅助施工措施为28m 长管棚支护，明暗交接桩号为K4+839。长管棚采用外径Φ108mm，壁厚6mm 热轧无缝钢管，钢管根数36 根，左侧25 根为半明部分。在施作套拱时，对外露Φ108mm 钢花管进行预留，并与护拱钢架同时下放焊接成整体。

剩余11 根管棚位于靠山侧，提前施作套拱。套拱与护拱施工原理相同，左侧钢架预埋进挡墙墙身。右侧钢架拱脚坐落于基岩上，套拱混凝土达到85% 强度时，方可实施管棚钻孔、顶管、注浆、封口，完成管棚施工[3]。

4.5 洞内开挖施工

管棚施工完成后，采取明洞暗做施工工艺三台阶开挖进洞。进洞前，为增加偏压挡墙抵抗山体侧向偏压力，并在挡墙外侧临时堆载洞渣，增强挡墙横向水平抵抗力，待该段落二衬及洞顶回填反压施工完成后再清除堆载洞渣。

4.6 洞顶回填反压

隧道洞身短进尺机械掘进，应尽早施作初期支护闭合成环，二次衬砌紧跟掌子面。洞身开挖相当于把山体斜坡坡脚掏空出约100m2的长基坑，加剧了原有山体偏压力，仅仅依靠初期支护及偏压挡墙是不足以抵抗如此巨大的山体侧压力，加之若遇多雨季节，洞口段施工风险将增加。因此，在洞身开挖至30m 时施作仰拱及填充层；步距达50m 时，暂停掌子面施工并对围岩进行封闭，立即施作二次衬砌，以确保洞口段施工安全。

待隧道半明半暗段二衬施工完成，当混凝土强度达到100%后，开始进行洞顶回填。在隧道半明、偏压一侧护拱上方采用级配碎石土回填，抵抗偏压产生的侧压力，以达到整体受力平衡的目的。施工前按设计施作好洞顶防、排水，并采用挖掘机将级配碎石土挖运至挡土墙背侧，人工将碎石土运至半明部分护拱上方，进行分层对称回填并夯实，每层松铺厚度控制在30cm。

5 监控量测

在洞口半明半暗段施工中，监控量测反馈的信息尤为重要。洞口段启动施工时，监测单位密切关注天德村隧道左洞出口边坡地表沉降、偏压挡墙水平位移、洞内初支拱顶沉降及周边收敛情况。经分析监测量测数据，各项观测指标在施工过程中均存在一定程度的变化，尤其是在洞口偏压挡墙基础开挖、洞身掘进下台阶开挖、仰拱开挖过程，日平均变形量均达到最大值；而在完成洞口段仰拱、二衬浇筑后，各项监控指标变形速率明显降低，变形量逐渐减小，尤其是在完成洞顶回填反压后，变形值趋近于零，山体已经处于稳定状态。

表1 监控量测图表分析

6 结语

本次天德村隧道半明半暗衬砌段施工所采取关键技术在于将明挖部分护拱与长管棚套拱合为整体，先于暗挖前施工，同时护拱作为初期支护施工的“保护盖”保证了隧道洞身暗挖的安全。天德村隧道半明半暗进洞施工工艺，减少了开挖土石量，保护了生态环境，遵循了早进洞的施工原则，且在施工前，已制定监控量测方案和确定监测频率，加强信息反馈，以指导现场施工，确保洞口段施工安全可控。