高速公路隧道“零开挖”进洞技术分析

魏慧平

(山西路桥建设集团有限公司，山西 太原 030000)

1 项目背景

某高速公路工程项目的全线长度为35.17 km，采用双向四车道，设计行车速度为100 km/h。此项目中包含了一座隧道(属于分离式隧道)，隧道内行车速度为80 km/h，隧道的净宽度为10.25 m，净高度为5.5 m，左线纵坡与右线纵坡均属于单向坡，洞身的围岩等级为Ⅴ级与Ⅳ级。

2 方案设计

2.1 隧道进出口仰坡稳定性分析

该隧道洞口位置处在山坡腰部，隧道的右线起点为K22+880，左线起点为ZK22+895，地形坡角为15°～22°；隧道的右线终点为K25+560，左线终点为ZK25+575，地形坡角为15°～18°，边坡的总体结构较为稳定，然而洞口边坡的表层厚度为2.5～9.3 m，属于粉质黏土与碎石土层，边坡表层结构比较松散，V级围岩的结构稳定性表现较差。

2.2 施工方案

隧道进洞采用的基本方式是大刷仰坡、深路堑，此进洞方式会对山体造成扰动，弱化山体抗滑阻力，引发地表水下渗，加大隧道施工难度。综合分析此隧道项目地质条件及施工要求，并通过讨论研究后确定采用“零开挖”进洞方式[1]。此方案是从原地面实施进洞，不但保证了隧道进洞安全，而且处理了隧洞病害，具有良好的环保性、经济性优势。

2.3 工艺流程(见图1)

图1 “零开挖”进洞工艺流程

3 过程控制

3.1 进洞位置确定

结合测量横断面的实际高程与平面合理确定进洞位置，然后按照隧道中的控制导线点实现边坡开挖坐标的有效控制，尽可能地减少隧道洞口边仰坡开挖。同时应提前设置截水沟，优化排水系统。此外，隧道洞口土石方应选择挖掘机进行开挖作业，然后通过自卸车运输至指定位置堆放，若是部分岩体不适合挖掘机开挖，则应采用松动施工方法。

3.2 套拱施工

1)拱脚基础施工。在套拱的两侧拱脚基坑开挖至指定位置后，需要进行C25混凝土基础浇筑，其纵向长度为2.0 m，厚度为1.0 m，宽度为1.1 m。此项目中套拱的纵向长度为2 m，其中I18工字钢数量为4榀，根据图纸要求制作I18工字钢拱架，且必须在加工场进行预制[2]。同时需要对工字钢尺寸进行严格检查，确保符合要求后才能运输至现场安装，但是安装阶段必须确保钢拱架的垂直度，可以选择Φ20 mm钢筋以焊接方式进行固定。

2)导向管施工。在导向管安装阶段，必须确保其位置与角度的精准性，选用的导向管为钢管(规格为Φ140 mm×8 mm)，外插角为2°～3°，环向间隔距离为40 cm，从钢拱架上进行三角垫片钢板焊接，其长度为4 m。为了有效控制混凝土浇筑阶段流入到导向管，需要从导向管的管口位置进行封堵处理。

3)锁脚小导管施工。选择的锁脚小导管为Φ42 mm，L=4.5 m，设置的纵向间隔距离为50 cm，从套拱脚与边墙位置建立锁脚小导管，每2 m设置4根，同时锚管端头和钢架连接以U型筋进行有效连接，以增强其和拱架之间的稳定性[3]。而在锚管安装完成之后应实施注浆加固处理，选择的注浆液为单液水泥浆。

3.3 套拱模板与混凝土施工

在导向管安装结束之后，开始构建平台安装模板。其中内模板选择竹胶板扇形从核心土之上进行支撑；侧模与外模选择木模板。环向支撑使用方木(规格为10 cm×10 cm)，而在外模安装阶段需要采用有效措施处理接缝，同时均匀地涂抹一层脱模剂，最后实施堵头板的安装。在混凝土浇筑之前，需要对钢支撑加固实际状况进行全面检查，以保证混凝土浇筑阶段支撑系统的稳定性及安全性。此外，应对模板和导向管之间位置进行严格检查，当安装检查确认无误之后，首先进行一层C25混凝土浇筑(其厚度为60 cm)。而混凝土浇筑施工必须确保均匀性、连续性，然后实施有效振捣，以增强混凝土密实度。待混凝土浇筑施工结束后需要及时地进行养护处理，确保混凝土的强度等级≥2.5 MPa后才能进行拆模。

3.4 超前管棚

1)钻孔与管棚钢管安装。钻机平台选择的为核心土，由拱顶位置至两侧位置进行钻孔，其中地质钻机的钻头钻孔为Φ120 mm。在钻孔阶段需要严格控制钻杆角度变化，保证钻机不会发生移位现象，同时需要检查成孔效果，若是不达标则应进行套钻清孔。此外，管棚钢管的外径为Φ100 mm，管节的长度为3 m，若是管棚钢管需要接长应确保接头位置错开1 m，而钢管节段之间应选择Φ110 mm钢管通过丝扣实现有效连接，并在钢管的周身位置钻压浆孔(直径Φ=10 mm)[4]。钢管选择的是“人工+钻机顶进”方式，以便顺利入孔，首节钢管应制作成尖锥形。

2)掌子面封闭与管棚注浆。在注浆之前应对封面层进行喷射混凝土(厚度为10 cm)，钢管和孔口壁间产生的孔隙应采用止浆环进行堵塞，同时补喷封面层。待管棚钢管安装完成之后，为了提高注浆施工效果，需要合理安装PVC注浆管与排气阀。同时钢管导向管的间隙应选择速凝水泥或者是其他材料实施堵塞处理，以免注浆时出现冒浆现象。注浆时选择的为M20水泥净浆，其中水灰比为1∶1，在具体注浆过程中需要结合具体状况合理优化注浆参数。浆液选择HFV-5D注浆机实施灌注，施工顺序是从最低孔位至最高孔位。此外，注浆时需要密切关注掌子面围岩实际变化状况，若是发生了异常现象则必须立即处理。

3.5 洞身开挖

此隧道项目洞身开挖选择的是三台阶预留核心土开挖施工方式，具体操作步骤为：①上部弧形导坑环向开挖，此隧道项目中上部弧形导坑开挖选择的是“环形开挖”+“预留核心土”方式，在开挖阶段需要结合初期支护钢架间隔距离合理确定循环进尺，确保每次开挖≤1.0 m，同时V级围岩开挖的循环进尺需要保证处于5 m至6 m[5]。在开挖结束后需要及时初喷混凝土(厚度为4 cm)，然后实施喷锚支护与挂网，复喷混凝土到设计要求厚度；②左侧、右侧中台阶开挖，此隧道项目的中台阶开挖高度为3.3 m，左侧与右侧需要错开2～3 m，开挖结束之后要及时地初喷混凝土(厚度为4 cm)，并实施喷锚支护与挂网，然后复喷混凝土到设计要求厚度；③左侧、右侧下台阶开挖，此隧道项目下台阶开挖的高度为3.1 m，左侧与右侧台阶需要错开2～3 m，开挖结束之后要及时地初喷混凝土(厚度为4 cm)，并实施喷锚支护与挂网，然后复喷混凝土到设计要求厚度；④上、中、下核心土开挖，此隧道项目核心土的长度为3～5 m，宽度需要控制为隧道的开挖宽度1/3～1/2；⑤仰拱开挖，此隧道项目选择的是移动式仰拱栈桥开挖方式，在开挖之后需要进行仰拱初期支护，且仰拱混凝土确保一次浇筑成型。

4 总 结

此隧道洞口位置土质松散，强度性能参数较低，自稳性能偏差，岩体软、易破碎，成洞条件相对较差。通过综合分析研究确定选择“零开挖”进洞施工方式，结合隧道现场地质条件与施工要求，选用了超前支护、分步开挖方式，并实施了超前长管棚、超前小导管以及锁脚锚杆等支护措施，有效保证了隧道施工安全与质量。

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