陡峭地形隧道出洞方案研究

韩忠磊，李腾飞

（大连市市政设计研究院有限责任公司，辽宁 大连 116000）

1 工程概况

南部滨海大道东端桥隧建设工程起点为星海湾跨海大桥东引桥终点处，向北至白云雁水水库处隧道分叉：一支向北至胜利路，终于东北路与胜利路交叉处，连接东北路高架桥；一支向东至长春路，远期与长春路、规划南部通道相接。工程主线全长3.88km，其中隧道段长3.0km，为双洞分离式三车道隧道。

2 隧道出洞设计方案

2.1 隧道洞口概况

南部滨海大道东端桥隧建设工程隧道南洞口位于西大山南麓，向北地面起伏较大，地形由缓渐陡，现状山体陡峭，隧道洞口里程为WK0+057。

隧道洞口位置见图1。

图1 隧道洞口位置

2.2 隧道地质概况

（1）气象

隧址区属温带季风气候，并具有受海洋影响的特点。其主要特征是冬夏风向明显交替，影响整个气候的变化。冬季主要受蒙古及西伯利亚冷高压的控制，多为偏北季风，气温较低，降水少。夏季受太平洋副热带高压的控制，盛行东南季风，气温较高，降雨多。春、秋两季则为过渡性变化气候。在季风气候的基础上并受海洋影响的情况下，本区气候总的特点是气候温和、四季分明，空气湿润，降水集中，风力较大。

（2）地质构造

隧址区洞口段岩性主要为中风化板岩，节理较发育，岩体结构面结合程度相对较好，板岩呈灰色，板状构造。岩体表面干燥，无裂隙水，岩层倾向与线路方向平行，自稳较好。隧道出口段埋深在13.40～21.41m。

（3）场地的地震效应

隧址区抗震设防烈度为7度，设计基本地震加速度值为0.10g；设计地震分组为第二组；特征周期值为0.30s，场地类别属Ⅰ类场地。场地属抗震有利地段。

2.3 隧道出洞设计方案

2.3.1 隧道洞身段设计方案

隧道洞口处于悬崖上，山体陡峭，隧道拱顶埋深约13.66m。与隧道洞口相接的隧道洞身段采用CRD 法施工，上右侧导洞施工宽度为10.14m。

2.3.2 隧道洞口段设计方案

（1）隧道施工至WK0+080 里程处停止上右导洞开挖，变为小导洞施工，小导洞尺寸为4.5×5m。小导洞支护形式采用直墙临时钢架支撑，最后一环超前小导管长度根据钢架间距调整为5.5m，后续在2.5m 位置增设一环长3m的超前小导管，待导洞贯通。

（2）出渣采用挖机出渣，小导洞开挖主要依靠人工手持风镐开挖或YT-28 风钻钻眼，局部松动爆破配合装载机开挖，机械装渣运输。

3 隧道出洞施工方案

隧道设计按照新奥法原理，衬砌采用动态设计，施工过程中结合初期支护的变形与稳定监测，并依据监测数据合理确定二次衬砌的施作时间，及时调整支护强度，尽可能发挥围岩和初期支护的承载能力。

隧道施工应采用“弱爆破，少扰动，早喷锚，勤量测，紧封闭”等技术措施，结合现场围岩量测结果及超前地质预报及时调整开挖方法和支护参数，以保证安全。

3.1 隧道洞身段开挖方案

隧道洞身段开挖采用CRD 法，开挖宽度为10.14m，高度为5.93m，钢架间距为0.5m，开挖至WK0+080 停止上右导洞开挖，变为中间小导洞开挖出洞。

隧道洞身开挖断面见图2，隧道洞身实际开挖断面见图3。

图2 隧道洞身开挖断面

图3 隧道洞身实际开挖断面

3.2 隧道洞口段洞身开挖方案

待上右导洞开挖至WK0+080 时，停止开挖，转换为上中导洞开挖。中导洞开挖宽度为4.5m，高度为5m。拱顶支护形式采用超前小导管，环向间距为40cm，钢架间距为50cm，打设系统锚杆。接近悬崖边时，每次开挖采用5m 钻杆打设探孔，以便准确了解距离出洞长度。导洞两侧采用竖向临时钢支撑，支护形式采用超前导洞法临时支护形式。导洞开挖进尺控制在0.8m，钢架间距严格控制在0.5m。开挖后及时支护拱顶。

隧道洞口段开挖断面见图4，隧道洞口段实际开挖断面见图5。

图4 隧道洞口段开挖断面

图5 隧道洞口段实际开挖断面

3.3 隧道洞口段支护形式

隧道初期支护是主要的承载结构，采用喷射混凝土、中空锚杆、钢筋网、型钢钢架、小导管等相结合的形式形成共同受力的支撑体系。初期支护紧跟开挖面及时施作，以减少围岩暴露时间，限制围岩变位，防止围岩在短期内松动剥落。

3.3.1 小导管支护形式

初期支护采用I25a 工字钢钢架，间距为0.5m，拱部中空锚杆采用ϕ25mm@1.0×0.50m（环×纵）；拱部超前小导管采用ϕ42mm@0.40m（环向），长度为5m；钢筋网采用ϕ6.5mm@20×20cm（双层）；喷射C25混凝土，厚度为31cm。最后一环小导管加长至5.5m，再在2.5m位置增加一环长3.0m的小导管。

隧道洞口段支护形式见图6。

3.3.2 临时支护

中隔壁支护采用I20b 工字钢钢架，间距0.5m，中空锚杆ϕ25mm@1.0×0.5m（环×纵），长度为1.5m，超前中空锚杆长3m；钢筋网采用ϕ6.5mm@20×20cm （双层）；喷射C25混凝土，厚度为24cm。

图6 隧道洞口段支护形式

3.3.3 小导管相关参数

（1）小导管外插角为10～15°，钢管上按梅花形间距10cm钻8mm的压浆孔。

（2）注浆采用425 号普通硅酸盐水泥，水泥浆水灰比为0.75∶1。

（3）注浆压力拟采用0.5～1.0MPa。

3.4 隧道洞口段监控量测布置

监控量测是隧道设计、施工的重要组成部分，是隧道施工管理中不可缺少的重要环节。监控量测应起到指导施工、确保工程安全的作用，并为调整支护参数、合理变更和完善设计、有效控制投资服务。施工中应根据施工监控量测结果对隧道各级围岩预留变形量设计值进行调整（增大或减小），确保二次衬砌厚度及减少回填量。

根据本隧道围岩组成特点，隧道出洞小导洞监控量测主要为导洞周边收敛监测、隧道拱顶下沉监测。

拱顶下沉及周边位移量测主要在小导洞拱顶每3m布置一个监控点，两侧在临时支护拱角上2.5m 处左右两侧各布置周边位移量测点，间距每3m 一处，每天进行两次监控，开挖后一次，下次开挖前一次，及时反映监测情况。

隧道洞口段监控量测见图7。

3.5 安全措施

（1）严格遵循“注浆管超前、短进尺、弱爆破、强支护、勤量测、早成环、二衬紧跟”的原则，严格控制进尺长度。出洞时尽可能采用人工配合小挖机开挖，局部采用小炮松动爆破。

（2）建立并施行安全责任制度，安排专人负责。

（3）导洞开挖后及时进行临时支护，减少拱顶岩层暴露时间，缩短作业循环时间。

（4）出洞后及时封闭洞口，确保施工人员及设备安全。

（5）开挖时采用3 班轮流作业，配备领导干部、安全员、技术员24h跟班管理，详细做好交接班记录。

图7 隧道洞口段监控量测图

（6）型钢钢架、锚杆、小导管、喷射混凝土必须按施工图纸及方案施工到位。开挖进尺必须控制在0.5m范围内。

（7）每次导洞出洞开挖时，需提前联系邻近大桥施工队伍及山顶上观景人员，疏散人群，控制在爆破点200m 范围内无闲杂人员，必要时对山顶观景区上山道路进行封堵；洞内50m范围严禁人员进入，张贴安全警示牌。

4 结语

南部滨海大道东端桥隧建设工程隧道南洞口出洞采用超前小导管+小导洞设计方案，能有效解决陡峭山体隧道洞口施工的安全稳定问题，降低了隧道洞口施工难度，减少了洞口施工对周边结构物的影响。采用本方案最终安全高效地完成了出洞施工，应用效果良好，具有较高的经济效益和社会效益。