浅埋偏压软岩段隧道半明拱进洞施工控制研究

夏侯腾福

（江西省路桥工程集团有限公司，江西 南昌 330038）

0 引言

在山区高速公路建设过程中，隧道施工越来越常见，山区地形崎岖复杂，线路展现难度大，隧道在设置时经常遇到隧洞洞口半边浅埋甚至露空、半边深埋的偏压情况，使洞口结构很容易发生较大变形甚至损坏。为保证施工过程安全顺利进行，必须采取有效工艺措施应对。

1 工程概况

某高速公路L隧道为分离式隧道，双向四车道设计，左洞起讫桩号ZK165+343～ZK166+584，长1241m；右洞起讫桩号ZK165+342～ZK166+585.2，长1243.2m。隧洞入口侧左线山坡坡度27～32，主要为全风化花岗岩和粉质黏土地层，围岩稳定性差。在隧洞严重偏压以及围岩等不良因素的综合作用下，隧洞进洞施工存在极高的安全风险。

2 施工技术方案

当前，浅埋偏压软岩地段大断面隧洞进洞施工技术大致包括两类：一类是常规性明挖、削坡卸载开挖进洞技术，该技术边坡开挖及防护范围大，并容易引发高陡坡，隧洞内暗挖施工过程中对临时支护要求高且支护工作量大，工期长，施工成本高，施工安全难以保证；另一类是反压回填明洞暗作法，虽然会大幅降低开挖施工量，但洞口回填工程量大大增加，且主要对于偏压不严重隧洞施工。综合考虑现行偏压软岩地段大断面隧洞进洞施工技术现状后，该工程决定采用“半明半暗”进洞施工技术，对于高山体侧进行暗挖施工，而对于矮山体侧则进行明挖施工，并加强刷坡及回填控制，以达到节省施工成本的目的。

该工程所采用的“半明半暗”进洞施工技术顺势而为，对于偏压地形更为适用，主要在不破坏或少破坏地表的情况下，通过钢筋混凝土弥补隧道衬砌结构外露部分所缺围岩；开挖工程量小，对隧道周围围岩影响程度不大，并能有效达到山体推力平衡及山体结构稳定的目的。大量工程实践证明，该施工技术能有效解决浅埋偏压隧洞进洞明挖段边坡防护、开挖工程量大，边坡稳定等问题，并能加强围岩变形控制，保证施工进度和安全。

隧道半明半暗进洞施工工法将明挖段护拱和长管棚套拱合并后直接连接山体，暗挖段主要在大管棚施工完毕后进行，并严格按照暗洞初支护结构确定暗作结构，且暗洞初支与暗作结构厚度、外侧配筋型号数量等与明洞完全相同，只是内侧配筋采用暗洞初支钢架，并通过箍筋连接内外钢架和钢筋。借助锚固措施将明作部分与围岩相连，达到抵消应力集中、为暗作提供预支护的目的。为抵抗偏压侧边坡滑动力，浅埋侧必须具备足够的抵抗阻力，为此应先考虑原状围岩所具备的抵抗力是否足够，如不够，则必须采取挡土墙等增强抵抗力的措施。

3 主要施工工序

考虑到该隧洞进口段围岩以全风化花岗岩和粉质黏土为主，施工前必须加强地表截排水，防止施工过程中雨水等积水进入隧道后使围岩结构软化，增大施工安全风险和施工难度。

3.1 管棚导向墙及明作拱相关施工

隧道进洞暗作主要通过大管棚预支护，且保证大管棚导向墙开挖与明作一起进行，暗洞导向墙开挖后修整明作支护范围内的围岩结构。开挖进洞段浅埋侧明作上覆土体，并将边墙开挖深度控制在1.0m以内。

套拱周围土体通过φ22mm砂浆锚杆锚固，并将套拱拱脚侧、正向及竖向三向锚杆抗拉拔值控制在150kN左右，并不得低于80kN。套拱边墙开挖施工过程中受力必须有效向侧面传递，并使砂浆锚杆末端深入至钢筋混凝土套拱结构中，以保证套拱结构和围岩形成整体性强的结构，便于承载山体围岩偏压所施加的非对称作用力。在具体施工过程中，可以根据施工条件将砂浆锚杆变为无缝钢管。

3.2 钢筋骨架安装及混凝土浇筑

该浅埋偏压软岩段隧道进洞段通过钢筋混凝土模筑明作拱结构，将与暗洞初支钢架参数相同的[20b工字钢按照0.7m的纵向间距环向布设；环向主筋、纵向钢筋和箍筋分别采用φ22mm钢筋、φ12mm钢筋和φ10mm钢筋，设置间距分别为0.25m、0.25m和0.50m，具体见图1。待完成导向墙钢架结构安装后一并进行管棚导向管安装，管棚导向管主要为φ 140mm×3mm钢管。在安装管棚导向管的过程中必须综合考虑曲线和隧道纵坡的影响，并将外插角严格控制在1～3范围。

图1 钢筋混凝土模筑明作拱结构

待完成浅埋偏压软岩段隧道进洞段大管棚导向墙暗作、钢拱架明作及骨架安装后，支模并进行混凝土浇筑。需要注意的是，暗作及明作混凝土浇筑必须整体进行，并加强对钢架接头部位的保护，避免其被混凝土裹覆，以便于初支钢架连接等后续施工。

3.3 大管棚施作

大管棚采用长度4m和6m的φ108mm×6mm热轧无缝钢管，环向间距按照50cm控制，连接方式为丝扣或内套89mm×6mm管焊接，并将其同一断面处接头数量控制在50%以内。按次序编号后奇数号孔采用打孔钢花管，偶数号孔采用无孔钢管；注浆孔孔距15cm、孔径15mm，并错开呈梅花形布置，距离管尾3.5m范围内不打设注浆孔。

注浆浆液以水泥浆液为主，水灰比控制在0.5∶1，为增强浆液性能，还应按照设计比掺加早强剂，注浆压力按照0.5～1.0MPa控制，必要情况下可以增大至2.0MPa。

3.4 挡墙施工

在浅埋偏压软岩段隧道进洞口浅埋侧明作拱范围内施作重力式挡墙，以借助墙体结构自重起到抵抗水平荷载、提升隧道支护结构抗变形能力的作用。沿着隧道纵向布置侧面挡墙，其长度应与半明拱长度相同；为保证偏压围岩侧压力快速有效向侧面挡墙结构传递，还应增设一道或多道正面挡墙，并在侧墙上按照3.0m间隔增设孔径80mm的泄水孔，将碎石反滤层填充于挡墙内侧。在具体施工环节还需要严格的根据工程规范的需求，对挡土墙的结构形式进行确定，并且按照隧道的方位构建出挡土墙的高度，从而确保挡土墙的作用效果能够发挥出来，避免各种塌方问题出现。

3.5 明作拱顶回填及暗作施工

该浅埋偏压软岩段隧道半明进洞明作拱回填主要采用普通土材料，并应加强回填土夯实控制，待回填至设计标高后，压实整平回填地表，并浇筑厚度为10cm的C25混凝土以封闭洞顶，具体见图2。

图2 明作拱顶回填

待完成浅埋偏压软岩段隧道进口大管棚施工后通过（三台阶七步）开挖法进洞开挖。暗作初支必须能够完全承担起隧道全部荷载，以使隧道侧壁具备足够的抵抗力。软弱围岩自身缺乏弹性抗力，必须借助锚杆增强抗力，所以锚杆施工质量控制是暗作施工的重点。按照6.0m设计尺寸开挖支护上台阶，并通过3.5m早强砂浆锚杆进行围岩加固，此后便进行中台阶开挖支护，将上中台阶同时开挖达到设计尺寸后再开挖下台阶，待下台阶开挖长度达到设计要求后将上中下作业面喷锚封闭；进行隧洞段套拱仰拱施作，待套拱形成闭环并顺利发挥支撑作用后再施作明洞仰拱；采用（三台阶七步）开挖法继续施作暗洞，最终使套拱架落底，封闭成环。

在开始暗挖施工前必须加强监控量测，并以套拱、纵向位移及地面沉降为重点监控对象，对于位移速率＞1.0mm/d且累计位移量＞3.0mm的情形，必须立即停工并尽快查明原因，采取纠正措施。

4 施工经验总结

在项目开展的阶段中，想要提高工程项目的整体质量，就必须要根据实际情况做好施工过程的整体控制。一般而言，浅埋偏压软岩段隧道半明拱进洞施工阶段首先要做好施工筹备，对施工涉及的机械设备施工人员进行综合配置，在了解工程施工要求的基础上做好施工方案的优化。同时在项目开展之前还要求作业人员能够了解图纸的内容，掌握施工技术要点。其次在施工过程中要求严格按照工艺规范的标准进行施工。此外管理人员还需要做好材料性能的检测，查看混凝土材料以及各项钢筋材料的指标是否达到工程需求，如果质量满足不了需求，禁止使用到工程项目中。最后在项目开展的阶段中，还必须要意识到安全管理的重要性，要构建出更为科学的安全管理模式，同时还需要根据实际情况做好现场的安全，例如通过锚杆支护等方式提高结构的施工安全性，避免施工出现塌方等问题出现。最后在项目施工的阶段中，还必须要对施工环节遇到的问题进行分析，例如在进行混凝土浇筑或者是相关材料回填时，必须要做好材料浇筑厚度以及浇筑数量的控制，避免材料过多而引起的浪费。

5 结语

此次浅埋偏压软岩段隧道半明拱进洞施工，从刷坡施工开始至开挖支护和仰拱施工全部完成共耗时58d，结合施工过程中监控量测结果，软岩段支护结构无明显沉降、收敛和位移，说明所采用的半明半暗施工工法能有效克服浅埋偏压软岩段隧道进洞段偏压严重及围岩不稳定等问题，并能有效避免原（明挖卸载进洞+洞内暗挖）施工方案下开挖支护工程量大、工序繁琐、工效低、工期长等技术劣势。