高速公路隧道项目中的洞口浅埋段施工技术

◎赵博 中交路桥建设有限公司

1.工程概况

某高速公路隧洞呈城门洞型断面，支洞桩号0+000～0+020段属于埋深5～30 m的浅埋段。洞内围岩以灰岩夹薄层泥灰岩居多，缺乏足够的自稳能力，以何种方法安全施工洞口浅埋段是工程中的重难点内容。

2.边仰坡开挖和防护及地表排水

2.1 边仰坡开挖和防护

以施工控制点为准，准确测放开挖轴线、边线，明确开挖范围。开挖采取机械作业为主、人工为辅的方法，按1:0.7放坡开挖，从上层开始，有序向下逐层开挖，开挖位置距离坑底30cm时，调整为人工作业的方法，保证开挖进尺的准确性。而后，及时浇筑垫层，维持土体稳定，以免膨胀。

开挖后，随即以喷锚的方法对仰坡做加固处理。锚杆选用长4m的φ20mm钢筋锚杆，梅花形布置；配套尺寸为4m×4m的钢筋网片，用点焊的方法稳定连接网片。

喷射混凝土厚度按120mm的要求予以控制，作业要点有：

（1）锚杆打设到位后，初喷50 mm，挂网后喷射70mm。

（2）在砂层地段施工时，先将钢筋网铺设到位，再沿着环向压紧，待钢筋网具有稳定性后，组织混凝土喷射施工。

（3）喷射期间存在混凝土块或试块脱落的现象时，及时将其清理干净，在此前提下方可喷射混凝土。

（4）为检验在喷射混凝土后坡体的实际情况，于合适位置增设监测点，经观测后，明确坡体平面及竖向的位移量，记录观测数据，作为质量分析、问题处理的参考。

2.2 边仰坡地表排水

边仰坡局部岩体呈破碎状，对水较为敏感，遇水后岩体的强度和稳定性易下降。为此，在洞顶及边坡两侧修筑M 7.5浆砌石排水沟，削弱降水的冲刷作用，也能够阻止雨水渗流，以免流至边坡内部。此外，于坡面预留排水孔，向其中插入φ50mm的PVC花管，外露10cm，起到引导水体流向的作用。

3.隧道洞口段大管棚的施工

洞口段的支护采取的是大管棚和钢拱架的综合型方案。套拱纵向长度2m，厚度40cm，用C25混凝土施工成型；内部按70 cm的间距依次设置3榀I18钢拱架，彼此间用φ25mm钢筋稳定连接。

沿开挖轮廓线设壁厚6.0mm、直径60mm的无缝钢管，作为大管棚。管壁周边按10 cm的间距依次设置外径为8mm 的注浆孔，仰角控制在1°～2°，均遵循梅花型布置的原则。注浆材料选用水泥-水玻璃双液浆，原材料为42.5普通硅酸盐水泥、Ⅱ型水玻璃，浆液水灰比0.6∶1～1∶1，扩散半径0.5m，在无缝钢管设置到位且无误后及时注入浆液。注浆压力0.5～1.2MPa，具体视现场条件做灵活的调整。

4.隧道洞口浅埋段开挖施工技术

左洞出口段具有浅埋、岩土体破碎的特点，稳定性欠佳，若直接于该处开挖，易由于岩土体坍塌而诱发安全事故。为此，以超前大管棚的方式做预支护处理，为开挖创设良好的条件。开挖践行双侧壁导坑法的理念，采取的是机械为主、人工为辅的方案，将整个掌子面划分为7个部分，富有秩序性地开挖。掌子面分区情况，如图1所示。

4.1 左导坑施工

可结合图1，分析左导坑的施工要点：

（1）依据设计图纸测量放样，根据测放结果，组织①部左导坑上台阶的开挖作业，此环节以机械设备为主，现场作业人员根据现场情况适时用风镐修边，提高开挖的精细化水平。开挖后，尽快初喷C25混凝土，厚度控制在4 cm，起到封闭的作用。而后，依次设置尺寸为20cm×20cm的Φ8钢筋网和I22b工字钢钢拱架，再设置I18工字钢，作为支撑钢拱架结构，起到临时支护的作用。通过钢板和螺母的共同应用，稳定连接支护钢架与初支钢拱架。此外，于钢架底部设2 根Φ42mm无缝钢管，作为锁脚钢管，起到提升钢架稳定性的作用。待各类设施均设置到位后，复喷混凝土至28cm。开挖具有秩序性，单个循环的进尺取1.5m，按照此进尺要求有序进行。

（2）待①部开挖3m后，开始②部左导坑下台阶的开挖，此阶段初喷4cm厚的混凝土。边墙施工环节，按环、纵向间距均为1m的要求设置长度为4m的Φ42mm钢管，而后以0.5MPa的压力高压注浆，得益于浆液的固结作用，保证加固效果。高压注浆后，设Ⅱ部Φ8钢筋网、钢支撑拱架及钢支撑，配套锁脚钢管，复喷混凝土至设计厚度。

4.2 右导坑施工

可结合图1，分析右导坑的施工要点：

图1 掌子面施工部分划分示意图

（1）左导坑②部施工量达到2个循环后，开始安排③部右导坑上台阶的施工，并按照与左导坑相同的方法设置支护结构。

（2）④部右侧导坑下台阶开挖，而后按照与左导坑相同的方法设置支护结构。

4.3 中导坑施工

可结合图1，分析中导坑的施工要点：

（1）右导坑下台阶施工9m后，安排中导坑上台阶⑤部的开挖作业，开挖后设Ⅴ部初期支护。初喷混凝土的厚度控制为4cm，采取此方法全面封闭开挖围岩；而后，将钢筋网、I22b工字钢拱架设置到位，经检测若位置无误，将其与第Ⅰ、第Ⅲ部钢拱架连接至一起，最后再对该整体装置复喷C25混凝土，直至厚度达到28cm为止。

（2）中导坑上台阶施工量达到2个循环后，按照自上而下的顺序安排⑥部的开挖作业。

（3）待⑥部开挖完成后，开挖⑦部。支护环节，先初喷Ⅶ部混凝土，厚度控制在4cm；再将钢筋网、I22b钢拱架设置到位，经检查确认位置无误后，对设置在Ⅱ、Ⅳ两处的钢拱架做连接处理，再对构成的整体复喷C25混凝土，厚度控制在28cm，全面封闭，增强支护效果。

5.一次支护施工

为给洞身开挖创设良好的条件，先采取超前锚杆支护措施。开挖后，联合应用喷锚和增设钢拱架的方法，保证支护的有效性。支护作业的基本思路是：先安排隧道开挖，进尺达到要求即可喷射混凝土，通过混凝土的应用，起到封闭岩面的作用；随后，依次打设锚杆、架设钢拱架、挂钢筋网片；最后，复喷混凝土。

1）超前锚杆的设置。于顶拱135°范围内设超前锚杆，外插角3°，外露长度50cm；根据锚杆尺寸，适当增加钻孔的尺寸，以便锚杆有效置入钻孔内；钻孔后即可打设锚杆，再将注浆管插至孔底，回抽3～5cm，注浆时随着浆液注入量的增加而缓慢退出，完成注浆作业（待孔口溢出浆液为止）。

2）初喷混凝土。初喷的目的在于及时封闭开挖后的岩面。施工中，开挖后及时清理残留在受喷面的杂物，待其保持洁净后，进入混凝土初喷环节，厚度至少达到40mm。在经过混凝土初喷后，提升开挖面的稳定性，抑制洞身围岩的变形。

3）随机锚杆的设置。材料选用长度为2m、直径20mm的锚杆，按1m的纵向间距布设在洞身拱部133°范围内，锚杆与岩面呈垂直的空间关系；配套的锚垫板必须与岩面紧密贴合，保证锚固的有效性。

4）钢拱架的设置。初喷混凝土后，按0.5～1m的纵向间距设I18钢拱架，用随机锚杆和锁脚锚杆固定，并复喷混凝土。

5）钢筋网片的设置。网片尺寸2 m×2 m，材料为直径8 mm 的钢筋，网片间以点焊的方式连接。根据岩面的起伏程度，适时调整网片的姿态，使其与岩面紧密贴合，间隙不超过20mm。

6）复喷混凝土。以分层的方式有序复喷，每层厚度不小于40mm，直至总厚度达到120mm为止。复喷后，检测混凝土的回弹率，要求边墙的该值在15%以内，拱部以25%为宜。

7）施工期间的监测。为保证施工安全，在施工期间加强监测，及时掌握现场的实际情况，采取针对性的处理措施，以防安全事故的发生。一次支护后，设围岩收敛、沉降监测断面，用于监测围岩的实际情况。考虑到浅埋段地质条件的特殊性，沉降监测断面的间距加密至2～5m，各断面设4～8个点，由专员按照设计频率定期观测，完整记录各项观测数据，基于数据绘制动态监测曲线，用于直观判断被监测部位的实际情况，做到及时发现问题、准确分析问题、有效处理问题。

6.混凝土跟进衬砌的施作

若变形监测结果显示隧洞围岩有明显的变形现象，在经过一期支护和加强支护后仍难以有效保证隧洞围岩的稳定性，此时有必要及时跟进二期混凝土衬砌，在此设施的辅助下，增强支护效果。施工现场存在不良地质时，易威胁到施工的安全性，因此需采取针对性的安全支护措施，以此来解决不良地质对施工造成的影响，例如大管棚超前支护则具有可行性。开挖后，安排锚喷封闭，适当加密网片，在原喷射混凝土的基础上灵活增加混凝土的厚度，通过多项措施的有效落实，营造安全的施工环境。

7.高速公路隧道浅埋段的施工监控量测

7.1 提前施工监控测量

在进行隧道洞口开挖工作前，需将施工监控测量作业做好。认真检查支护作业的质量并判断支护作业是否合理，同时应当尽可能的了解施工地的地质情况，以便隧道洞口开挖工作的顺利进行。排水工程对于隧道而言是非常重要的，它关系到在隧道投入使用后，遇到雨水天气时的排水能力。隧道两侧排水沟的质量决定整个隧道工程的排水能力，所以应当认真检查排水沟辅砌抹面的施工质量。

7.2 动态化施工监控测量

采用动态化施工监控测量可以使隧道开挖工程步骤更加合理，在开挖作业过程中可以实时检查施工的质量，并根据挖进过程中地质的变化进行作业方式的调整。在监测易变形的支护结构时，可以根据它的变形程度，判断是否需要进行二次支护处理，以确保隧道工程的稳定性。

7.3 超前地质预报

在施工环境较为复杂的区域可以使用超前地质预报，对需要施工作业的区段地质进行勘察，同时对施工难度较大的区域中各类岩层进行记录，使用高新技术设备对记录数据进行分析。进而设计合理的施工方案，确保施工顺利进行以及不会破坏生态环境，符合绿色施工的原则。

8.结语

综上所述，隧洞浅埋段的地质条件较差，施工期间的安全隐患较多，文章经过有关于工程实例的分析后，提出隧道洞口浅埋段的关键施工技术，阐述具体的作业要点，希望所提内容可作为类似工程的参考，以便在后续的工程实践中，凭借科学可行的施工技术顺利完成隧道洞口浅埋段的施工作业。