浅谈山区高原特长隧道崩坡体段进洞施工技术

杨壮

摘 要：近年来，随着高速公路建设逐步向西南山区转移。西南山区地形复杂、山势尖峭耸立、谷深坡陡、生态脆弱，受地震活动影响，山体下部往往会形成崩坡积体。崩坡积体以灰岩块石、碎石为主，其间充填黄色黏土、粉土等细粒土，孔隙较多，局部有潜流并形成石笋，透水性强，富水性差，地下水受降雨影响，径流方式以垂直交替为主，运移速度较快，水动力条件较好。在此种地质条件下隧道进洞，施工难度极大，为保证能隧道顺利安全进洞，必须采取特殊措施。该论文主要从山区崩坡体段隧道超前支护技术原理出发，首先，对洞口边仰坡段崩坡体进行加固处理，然后采用超前支护加固围岩，洞身开挖采用三台阶七步开挖法施工。不良崩坡体段隧道进洞施工过程中要做好监控量测工作，对拱顶下沉、地表沉降等项目进行监控，保证施工安全并为二衬施提供数据支撑。

关键词：山区;高原;特长隧道;崩坡体;进洞施工

1 工程概况

四川汶马高速公路C15合同段位于阿坝州理县境内，工程所经地区山体陡峭，为构造侵蚀深切割的高山地貌，崩坡积体物质成分主要由崩坡积块碎石、黏土组成，局部有架空现象，岩土界面起伏较大，覆盖层厚度不一，由于横剖面方向岩土界面陡峻，崩坡积体厚度较大，在地震、暴雨、前缘开挖扰动等不利因素下，极易引起斜坡垮塌、浅表溜滑以及牵引式整体滑动等失稳现象。

洞口所处位置崩坡积体厚度大，钻孔揭露最大厚度为46.2 m，山体界面前部缓，中后部陡倾，斜坡坡度大，隧道仰坡开挖后前缘抗滑段较短，堆积体整体稳定性差。为攻克崩坡体段隧道进洞施工过程中的技术难题，项目对山区崩坡体段隧道进洞进行了深入研究和总结，并在此基础上编写了本论文。

2 主要解决问题

为攻克山区崩坡体段隧道进洞施工过程中的技术难题，项目对山区崩坡体段隧道进洞进行了深入研究和总结，主要采取洞外边仰坡锚喷支护，洞内加强支护结构，充分结合监控量测的施工原则，以“管超前、短进尺、严注浆、强支护、少扰动、早封闭、勤量测”为指导思想进行施工。

3 工艺原理

该论文主要是采用锚喷防护对崩坡积体进行处理以此加强崩坡体的稳定性，再在超前系统支护下采用三台阶七步开挖法进洞，以此减少因局部支撑强度不够造成拱顶下沉及地表的沉降，增加洞口的整体受力的结构原理。

4 施工工艺流程及操作要点

4.1 山区崩坡体段隧道进洞施工工序

截水沟施做→洞口边仰坡防护→超前钢管施工→三台阶七步开挖法进洞施工。

4.2 截水沟施工操作要点

（1）测量放样。根据复测后的导线点和加密点，使用全站仪，将洞顶边仰坡坡口开挖线放出，然后根据实际开挖坡线及地形，用钢尺量距开挖坡线5 m外的位置，作为截水沟位置。

（2）截水沟开挖。1）清表。由于处于崩坡体段，因此沟槽开挖前需进行危石的清理，防止石头滑落造成不必要的安全事故。2）基槽开挖。根据测量放样位置，采用人工手风鉆结合弱爆破的方式进行开挖，控制好平面尺寸及深度，避免超挖或欠挖。开挖自上而下，在陡坡作业时，施工人员必须配备安全带等防护用品，保证施工安全。

（3）截水沟砌筑。截水沟砌筑及勾缝均采用M7.5浆砌片石，所用片石在使用前用水冲洗干净，勾缝嵌入砌体缝内20 mm，保证灰缝饱满、平顺。且截水沟沟底、沟壁、出水口必须进行加固处理，防止水流渗漏和冲刷。

4.3 边仰坡施工操作要点

（1）边仰坡开挖。1）测量放样。由测量人员放出边仰坡开挖的上口线，并根据坡比及开挖高度确定每层开挖的下口线。2）洞口边仰坡开挖。洞口边仰坡必须采用自上而下分阶段进行开挖。首先，开挖到洞口的临时设计面，并充分结合围岩情况，开挖其余部分，形成永久性的边仰坡。

（2）初喷支护。喷射混凝土时喷头垂直喷面或略有5°～10°的倾斜角，喷嘴距受喷面保持0.6 m～1.2 m，喷射顺序由下至上，以螺旋状，沿横向反复移动，初喷射混凝土的厚度为3 cm～5 cm，为钢筋网提供足够的保护层。

（3）自进式锚杆施工。项目根据隧道边坡为崩坡堆积松散岩体的特点，洞口边坡防护特采用L=4.5 m、Φ=28 mm自进式锚杆，自进式锚杆端头为一次性简易钻头，中部为空心注浆管道，使用气腿式风钻孔。

（4）钢筋网挂设。边坡喷锚支护采用φ8钢筋网，网格为20×20 cm。所有钢筋网片采用集中加工，现场挂设，钢筋网片与小导管尾部焊接。

（5）喷射混凝土。喷射混凝土工艺同初喷，喷混终凝后要喷水养护，14天内须保持湿润，以防干裂，影响质量。

4.4 管棚施工操作要点

（1）测量放样。测量人员放出隧道设计轮廓线，并在喷好的边仰坡上标出套拱的拱顶、拱脚的位置。

（2）套拱施工。1）施工准备。套拱施工之前先开挖洞口边仰坡，开挖过程中须注意预留好施做套拱的核心土，拱脚开挖完成后，须检测拱脚地基承载力是否满足设计要求。2）套拱拱架安装。①套拱骨架采用2榀I18工字钢做骨架，安装时先安装暗洞处一榀，再向外安装剩余的1榀。钢架单元之间按设计要求焊接钢板并通过螺栓相连，钢架与钢架之间通过纵向钢筋连接。②钢架安装上、下、左、右允许偏差为±50 mm，管棚钢架安装拱脚须坐落在实处，若拱脚位置存在虚渣，须清理干净后浇筑混凝土，待混凝土达到强度后再安装钢架。③钢架安装完成后，按设计要求施做孔口套管，在拱部120°范围内对称布置，孔口管通过焊接与钢架相连。④套拱模板安装。套拱模板分为底模、端模和外模三部分，均用木板拼装而成。模板安装采用下支内拉的形式固定，即模板下部支撑在核心土上，上部通过拉杆与拱架相连。为浇筑混凝土方便，须在套拱外模处预留混凝土入口。⑤套拱混凝土浇筑、养护。套拱混凝土采用C25现浇混凝土，拱墙混凝土浇筑过程中须由下向上、两侧对称浇筑。

套拱混凝土须控制好混凝土坍落度，以120 mm～160 mm为宜，混凝土浇筑速度不宜过快，防止出现套拱爆模现象。

套拱侧模和外模可在混凝土浇筑完24小时后拆除，拆完模板后，覆盖土工布洒水养生，养生时间不少于7天。

套拱底模在养生结束后拆除，拆完模板后，用钢钎凿出孔口套管管口，并用红油漆喷涂编号。

（3）管棚钻孔。由于洞进口所处位置崩坡积体厚度大，整体稳定性不高，主要为碎石土层，结构松散;管棚钻孔特采用自行式潜孔钻套管钻进技术，钻孔采用回转加冲击方式钻进，采用偏心钻头并自动跟进套管。钻孔前，先将洞口核心土平整，以便于潜孔钻机来回行走方便。

（4）清孔验孔。钻孔完成后，立马用高压空气进行清孔，防止堵孔。

（5）安装管棚。棚管顶进采用装载机结合管棚机配合的方式进行，接长钢管的长度必须满足受力要求，相邻钢管的接头必须要做到前后相互错开，钢管安装完成后，立即安裝管内钢筋骨架。

（6）套管拔出。在管棚安装完成之后，采用液压智能拔管机进行拔管，防止卡管断管的发生;在拔管时，深层崩坡体中的孤石很容易卡住钢管，应用传统的气锤敲击法，由于冲击力度无法掌控，很容易导致钢管发生断裂。通过采用液压智能拔管机进行拔管，在拔管过程中，严格控制好拔管速度和拔管方向，防止拔管过程中钢套管对锚索周围岩体造成扰动。并能够很好的防止卡管断管的发生。

（7）注浆。安装好所有钢管，并焊接注浆头，将注浆机与钢管注浆头相连即可开始注浆，注浆从两侧向拱顶方向依次进行。

4.5 三台阶七部开挖法施工操作要点

（1）洞身开挖。1）根据崩坡体特点选择三台阶七步开挖法施工。2）三台阶七步开挖法施工要求。上、中、下台阶预留核心土开挖进尺与各台阶开挖及循环进尺要保持一致，注意开挖过程中初期支护结构及核心土的稳定性，必要时可利用核心土体及加设临时支撑。

（2）超前支护体系。为减少隧道初期支护荷载，防止掌子面发生坍塌，在超前钢管的支护下，还应沿着隧道开挖轮廓线施做超前小导管，并进行注浆加固处理。

（3）初期支护。崩坡体段隧道初期支护钢拱架采用I18～I20工字钢，间距60 cm～80 cm;系统锚杆采用双层中空注浆锚杆，若土体含水率较高，喷射混凝土强度和厚度均适当提高。

（4）监控量测。崩坡体段隧道进洞施工中，必须全力做好监控量测工作，根据隧道监控量测相关要求，必测项目包括洞内外观察、周边位移量测、拱顶下沉量测、地表沉降观测。

1）洞内外观察。主要包括观察包括洞口地表的情况、地表的沉陷、边仰坡的稳定、地表水渗漏的观察等。2）周边位移量测。周边位移量测过程中，净空水平收敛测线的布置，应根据施工方法、地质条件、量测断面所在位置、隧道埋置深度等条件确定。3）拱顶下沉量测。拱顶下沉量测必须要与净空水平收敛量测在同一量测断面内进行，尤其是崩坡体段围岩较差，测点布置应适当加密，增设拱顶下沉测点1～2个。4）地表沉降观测。地表下沉量观测必须直到衬砌结构封闭、下沉基本停止为止。

通过施工过程中的监控量测手段，掌握崩坡体滑动动态，并且根据量测信息，及时预见事故和险情，从而动态调整相关参数，以此可确保崩坡体段隧道能够安全进洞施工。

（5）二次衬砌。由于隧道所承受的压力巨大，二次衬砌需采用不得低于45 cm的钢筋混凝土结构，为增强结构强度，混凝土标号不得低于C30，二次衬砌环向主筋不小于Φ22，内外双层布置。

因洞口处于崩坡体段，在施工中承受巨大压力，初期支护完成后，应尽快施工仰拱及二次衬砌，仰拱与掌子面距离必须控制在35 m以内，二次衬砌与掌子面距离不得低于70 m，以便能够尽早封闭成环，改善结构受力，提高洞体结构承载力。

5 效益分析

5.1 经济效益

本论文所采取的边仰坡锚喷支护+加强超前支护+加强洞内支护的施工方法，特别适用于崩坡体段隧道进洞，此种支护形式较加长明洞+超前钢管+增强洞内支护相比节约工期20天，节余成本27.8万元，具有良好的技术经济效益。

5.2 技术效益

（1）施工快速高效。本论文所采用的施工方法比较简单，减少了大型机械设备的使用，大大降低了施工难度，能够在保证安全、质量的前提下，快速高效的完成进洞施工。

（2）超前系统双保险。本论文采用超前钢管和超前小导管双保险的超前系统，有效防止了崩坡体段进洞施工中可能产生的滑塌、地表沉降以及周边收敛等问题。

（3）大大提高洞口边坡稳定性。本论文在隧道洞口边坡防护中采用自进式锚杆施工技术，钻进后在中空体的孔腔中由内向外灌注水泥浆，使得锚固范围内的崩坡体段的松散岩体得到进一步加固，阻止破碎松散岩块掉落，显著增强了隧道洞口边坡的稳定性，达到了安全、快速、经济的目标。

5.3 工期效益

本论文施工方法简单，容易保证安全质量，而且不需要采用大型机械设备，同时与加长明洞+超前钢管+增强洞内支护施工技术相比，该论文在对边仰坡处理后能够实现快速进洞施工，能够加快了横洞的施工进度，有效保证主洞总体工期，从很大程度上节约了工期，节省了成本。

5.4 社会效益

狮子坪隧道为汶马高速关键性工程，为了尽快进行狮子坪隧道主洞施工，狮子坪隧道2#通风横洞的施工进度更是一个关键中的关键工程，采用本论文基本实现了在崩坡体段安全进洞施工，为狮子坪隧道主洞施工奠定了良好的基础。

6 总结

通过山区崩坡体段隧道进洞施工过程，深入总结了山区崩坡体段隧道进洞施工关键工程技术，安全、高效的完成了狮子坪隧道平导进洞施工任务，为公司在山区崩坡体段隧道进洞施工技术研究上积累了宝贵的经验，并培养了一批复合型人才;同时，对于穿越崩坡体段的隧道工程，在地质差、软弱围岩、松散崩坡积层堆积体等环境下具有重要的指导意义。

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